IT201900010632A1

IT201900010632A1 - Girante perfezionata per pompa centrifuga, particolarmente per pompa del tipo a girante arretrata, e pompa con una simile girante

Info

Publication number: IT201900010632A1
Application number: IT102019000010632A
Authority: IT
Inventors: Francesco Sinico; Lorenzo Gobbi; Alessandro Porcari
Original assignee: Dab Pumps Spa
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2021-01-02
Also published as: US20210003134A1; EP3760873A1; US11378091B2; EP3760873B1; ES2925567T3; CN112177972A

Description

GIRANTE PERFEZIONATA PER POMPA CENTRIFUGA, PARTICOLARMENTE PER POMPA DEL TIPO A GIRANTE ARRETRATA, E POMPA CON UNA SIMILE GIRANTE

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto una girante per pompa centrifuga, particolarmente per pompa centrifuga del tipo a girante arretrata.

Forma oggetto del trovato anche una pompa centrifuga con una simile girante.

Con l'espressione “pompa centrifuga del tipo a girante arretrata” si intende una pompa che presenta una girante arretrata rispetto all'imbocco del condotto d'aspirazione e che sfrutta la generazione di un singolo vortice coerente davanti alla girante per imprimere l'accelerazione centrifuga al liquido pompato.

La girante è costituita da un disco di sostanzialmente piano da cui si sviluppano una pluralità di pale atte a movimentare un liquido.

Il liquido viene aspirato in direzione normale al piano del disco e mandato in una direzione radiale a quest'ultimo.

Il largo impiego di questo tipo di pompa è dovuto al fatto che presenta notevole capacità di pompare liquido senza intasarsi.

Generalmente le pale della girante sono equidistanti le une dalle altre, presentano una sezione sul disco, rettilinea o curva, e si sviluppano in altezza rimanendo ortogonali al disco.

Con il termine “equidistanti” nella presente descrizione si intende che i punti corrispondenti delle pale della girante sono a distanza costante fra loro tra una qualunque pala e la successiva, su di una circonferenza.

Tuttavia, simili pompe presentano alcuni inconvenienti.

Durante il funzionamento, intorno a ciascuna pala si formano dei vortici d'estremità nella zona anteriore alla girante in grado di modificare le traiettorie delle linee di flusso del liquido, riducendo sia la prevalenza che l'efficienza di pompaggio.

Per ridurre le turbolenze e migliorare l'efficienza di pompaggio, negli ultimi anni sono state sviluppate delle giranti che presentano dei contro-dischi, opposti ai dischi, per racchiudere le pale tra contro-dischi e dischi.

Come alternativa al contro-disco, sono presenti sul mercato giranti in cui ciascuna pala termina con una porzione terminale, parallela al disco, che si sviluppa lungo tutta la curvatura della pala.

Anche tali giranti, tuttavia, non sono scevre di inconvenienti.

Queste giranti, infatti, sono soggette ad usura e ad eventuali impatti di corpi solidi pompati, in particolare su contro-dischi o porzioni terminali delle pale, che possono danneggiarli e comprometterne il funzionamento.

Sono note anche pompe centrifughe, a girante arretrata, in cui la girante presenta un disco sagomato a ricalcare il profilo delle estremità esterne delle pale o con pale non equidistanti.

Anche in tali pompe centrifughe, però, si formano dei vortici d'estremità nella zona antistante alla girante in grado di modificare le traiettorie delle linee di flusso del liquido, limitando la prevalenza e l'efficienza di pompaggio.

Infine, esistono giranti in cui le pale presentano un profilo a doppia curvatura, ossia: - una prima curvatura rispetto ad un piano di sezione parallelo al disco, con concavità rivolta verso l'interno della girante;

- una seconda curvatura rispetto ad un piano di sezione ortogonale a quello del disco, con concavità rivolta verso l'esterno della girante.

Con l'espressione “esterno della girante”, nella presente descrizione, si intende che la concavità delle pale è sostanzialmente rivolta verso la circonferenza esterna del disco e/o la proiezione di tale circonferenza.

Con l'espressione “interno della girante”, nella presente descrizione, si intende, invece, che la concavità delle pale è sostanzialmente rivolta verso la circonferenza interna del disco e/o la proiezione di tale circonferenza.

Tali giranti, che possono presentare anche un contro-disco, sono atte a massimizzare il flusso del liquido nel canale interpalare e sono ideate per lavorare in prossimità di una superficie fissa del corpo pompa.

In tal modo si genera un interstizio minimo tra girante e corpo pompa.

Queste giranti, però, non sono di tipo arretrato e non generano un vortice coerente in fronte alla girante.

Il compito del presente trovato è quello di realizzare una girante per pompa centrifuga, del tipo a girante arretrata, ed una pompa con una simile girante che siano in grado di migliorare la tecnica nota in uno o più degli aspetti sopra indicati.

Nell'ambito di tale compito, uno scopo del trovato è quello di realizzare una girante per pompa centrifuga, particolarmente per pompa del tipo a girante arretrata, che consenta di migliorare l'efficienza di pompaggio e la prevalenza della pompa in cui è installata rispetto ad analoghe giranti di tipo noto.

Un altro scopo del trovato è quello di realizzare una girante per pompa centrifuga, particolarmente per pompa del tipo a girante arretrata, che sia meno soggetta ad usura o ad impatti da corpi solidi rispetto ad analoghe giranti di tipo noto.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di realizzare una girante per pompa centrifuga, particolarmente per pompa del tipo a girante arretrata, in cui sia massimizzata la capacità di generazione del vortice rispetto ad analoghe giranti di tipo noto.

Ancora uno scopo del trovato è quello di realizzare una pompa centrifuga che presenti una girante in grado di raggiungere gli scopi sopra esposti.

Inoltre, la presente invenzione si prefigge lo scopo di superare gli inconvenienti della tecnica nota in modo alternativo ad eventuali soluzioni esistenti.

Non ultimo scopo del trovato è quello di realizzare una girante per pompa centrifuga, particolarmente per pompa del tipo a girante arretrata, che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione e a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una girante per pompa centrifuga comprendente:

- un disco,

- una pluralità di pale, sviluppantesi da detto disco,

- un corpo centrale, atto al collegamento ad un albero rotante,

detta girante caratterizzandosi per il fatto che ciascuna di dette pale presenta un profilo a doppia curvatura:

- una prima curvatura rispetto ad un piano di sezione parallelo a detto disco,

- una seconda curvatura rispetto ad un piano di sezione ortogonale a quello di detto disco, detta prima curvatura e detta seconda curvatura presentando concavità rivolta verso l'interno di detta girante.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, della girante per pompa centrifuga, secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 illustra una vista prospettica di una girante per pompa centrifuga, secondo il trovato;

- la figura 2 illustra una differente vista della girante di figura 1;

- la figura 3 illustra una vista di una prima sezione della girante di figura 1;

- la figura 4 illustra una girante per pompa centrifuga, secondo il trovato, in cui è rappresentata una singola pala,

- la figura 5 illustra una vista in sezione della girante di figura 4 secondo il piano di sezione V-V;

- la figura 6 illustra una vista in sezione della girante di figura 4 secondo il piano di sezione VI-VI;

- la figura 7 illustra una vista in sezione della girante di figura 4 secondo il piano di sezione VII-VII;

- le figure 8a e 8b rappresentano due differenti viste di una seconda sezione della girante di figura 1;

- le figure 9a e 9b rappresentano due differenti viste di una terza sezione della girante di figura 1;

- la figura 10 illustra un particolare ingrandito della vista in sezione di figura 7.

Con riferimento alle figure citate, la girante per pompa centrifuga secondo il trovato, particolarmente, ma non esclusivamente, per pompa centrifuga a girante arretrata, è indicata globalmente con il numero di riferimento 10.

La girante 10 comprende un disco 11 ed una pluralità di pale 12 sviluppantesi da una superficie di questo disco 11.

Il disco 11 è piano.

Una delle peculiarità del trovato consiste nel fatto che ciascuna di tali pale 12 presenta un profilo a doppia curvatura:

- una prima curvatura rispetto ad un piano di sezione parallelo al disco 11, come rappresentato nelle figure 8a-9b;

- una seconda curvatura rispetto ad un piano di sezione ortogonale a quello del disco 11, come rappresentato nelle figure 3 e da 5 a 7.

In particolare, sia la prima curvatura che la seconda curvatura presentano concavità rivolta verso l'interno della girante 10.

La girante 10 comprende un corpo centrale 13, in corrispondenza della circonferenza inferiore del disco 11, presentante un foro 14 passante atto all'inserimento di un albero, non rappresentato nelle figure, per la sua rotazione.

Questo corpo centrale 13 presenta una sagoma troncoconica, con base maggiore sostanzialmente in corrispondenza del disco 11 e base minore dallo stesso lato di sviluppo delle pale 12.

L'altezza del tronco di cono del corpo centrale 13 è inferiore all'altezza delle pale 12, come rappresentato nelle figure 3 e da 5 a 7.

Le pale 12 sono equidistanti e ciascuna pala 12 si sviluppa tra:

- una prima estremità 15a, posta in corrispondenza del corpo 13 centrale, ed almeno parzialmente in corpo unico con questo,

- una seconda estremità 15b, posta in corrispondenza della circonferenza esterna del disco 11.

La forma troncoconica del corpo 13 centrale favorisce l'esposizione della prima estremità 15a delle pale al di fuori dell'influenza del corpo 13 centrale. In questo modo viene incrementata la capacità di generazione del vortice coerente davanti alla girante.

Un'altra delle peculiarità del trovato consiste nel fatto che ciascuna pala 12 comprende un intradosso 16 ed un estradosso 17 che presentano curvature differenti:

- sia considerando un piano di sezione parallelo al disco 11, come visibile nelle figure da 8a a 9b,

- sia considerando un piano di sezione ortogonale al disco 11, come evidente dalle figure 3 e da 5 a 7.

Con il termine “intradosso” nella presente descrizione si intende la superficie della pala 12 rivolta verso il corpo 13 centrale e sostanzialmente parallela alla superficie laterale di quest'ultimo.

Con il termine “estradosso” nella presente descrizione si intende la superficie della pala 12 opposta all'intradosso.

In particolare, considerando un piano di sezione ortogonale al disco 11, come ad esempio quelli rappresentati in figure da 5 a 7 e 10, l'intradosso 16 e l'estradosso 17 rappresentano due archi di circonferenze con centri distinti e/o due Non Uniform Rational Basis-Splines (NURBS) con differente numero di poli e/o nodi.

Nella presente descrizione, con l'espressione NURBS si intende un modello matematico comunemente usato in computer grafica per generare e rappresentare curve e superfici, ben noto al tecnico del ramo.

Con riferimento alle figure da 5 a 7 e 9a, 9b, lo spessore di ciascuna pala 12 diminuisce omogeneamente da un valore massimo, in corrispondenza della prima estremità 15a, ad un valore minimo in corrispondenza della seconda estremità 15b.

Con l'espressione “spessore della pala”, nella presente descrizione, si intende la distanza tra punti corrispondenti di intradosso 16 ed estradosso 17.

A seconda delle esigenze, lo spessore della pala può essere costante

In particolare, nel caso rappresentato nelle figure, esemplificativo e non limitativo, con lo spessore della pala 12 variabile, lo spessore in corrispondenza della prima estremità 15a è dell'ordine di 0.3-1 cm, ad esempio 0.4 cm, mentre lo spessore della pala 12 in corrispondenza della seconda estremità 15b è dell'ordine di 0.15-0.8 cm, ad esempio 0.2 cm.

Anche l'altezza di ciascuna pala 12 diminuisce omogeneamente da un valore massimo, in corrispondenza della prima estremità 15a, ad un valore minimo, in corrispondenza della seconda estremità 15b.

Con il termine “altezza”, nella presente descrizione, si intende la dimensione ortogonale al disco 11.

In particolare, l'altezza della pala 12 in corrispondenza della prima estremità 15a è, ad esempio, dell'ordine di 2-10 cm, ad esempio 3 cm, mentre l'altezza della pala 12 in corrispondenza della seconda estremità 15b è dell'ordine di 0.5-9 cm, ad esempio 1.6 cm.

Ciascuna pala 12 comprende una porzione terminale 18, opposta al disco 11.

La porzione terminale 18, in corpo unico con la pala 12, si sviluppa dall'estradosso 17 della pala 12 verso l'interno della girante 10 e presenta una estensione lungo tutta la prima curvatura della pala 12.

In particolare, la porzione terminale 18 presenta una larghezza pari allo spessore della pala 12, in corrispondenza della prima estremità 15a, ed aumenta in direzione della seconda estremità 15b, in cui è massima.

Con l'espressione “larghezza della porzione terminale” nella presente descrizione si intende la distanza tra il bordo della porzione terminale 18 rivolto verso l'esterno della girante 10, e coincidente con l'estradosso 17 della pala 12, ed il bordo rivolto verso l'interno della girante 10, e coincidente con l'intradosso 16 solo in corrispondenza della prima estremità 15a.

La larghezza massima della porzione terminale 18 è nell'ordine di 0.5-7 cm, ad esempio 0.7 cm.

Ad esempio, la larghezza massima della porzione terminale 18 è minore o uguale della semi-distanza tra intradosso di una pala 12 ed estradosso della successiva.

La porzione terminale 18 risulta essere aggettante dall'intradosso 16 della pala 12 verso l'interno della girante 10, almeno a partire da una zona prossima alla seconda estremità 15b.

In particolare, con riferimento alla figura 10, la zona della porzione terminale 18, aggettante dall'intradosso 16, si sviluppa localmente in direzione X ortogonale alla tangente T all'intradosso 16 nel punto 19, dell'intradosso 16, più distante dal disco 11, considerando un piano di sezione ortogonale al disco 11.

Con l'espressione “si sviluppa localmente” nella presente descrizione si intende che in ogni sezione della pala 12, ortogonale al disco 11, in cui la porzione terminale 18 è aggettante dall'intradosso 16, tale porzione terminale 18 si sviluppa in direzione X ortogonale alla tangente T all'intradosso 16 nel punto 19, dell'intradosso 16, più distante dal disco 11.

In questo modo, la porzione terminale 18 di una pala 12 non interferisce con il contributo alla generazione del vortice della pala successiva e si riducono usura e eventuali danneggiamenti provocati da urti con corpi solidi.

La particolare forma delle pale 12 consente di migliorare l'efficienza di pompaggio e la prevalenza della pompa in cui è installata rispetto ad analoghe giranti di tipo noto.

Per la definizione della curvatura di intradosso 16 ed estradosso 17 rispetto ad un piano di sezione ortogonale al disco 11, è possibile, ad esempio:

- eseguire una prima simulazione mediante software CFD (Computational Fluid Dynamics), impostando una geometria della pala 12 secondo parametri conosciuti da letteratura di settore, ben noti al tecnico del ramo, per ottenere un campo delle pressioni di partenza,

- posizionare i poli delle NURBS in modo che la curvatura di intradosso 16 ed estradosso 17 si adatti il più possibile al campo di pressioni ottenuto dalla prima simulazione,

- eseguire nuovamente una simulazione ottenendo un secondo campo delle pressioni,

- posizionare e/o aggiungere poli delle NURBS in modo che la curvatura di intradosso 16 ed estradosso 17 si adatti il più possibile al campo di pressioni appena ottenuto,

- iterare il procedimento finché in due simulazioni successive non si ottengono valori delle pressioni del campo sostanzialmente coincidenti o con una differenza inferiore all'1%.

Maggiore è il numero di poli delle NURBS, migliore è la sagomatura di intradosso ed estradosso per ricalcare il campo di pressioni e quindi maggiore è la capacità della pala 12 di imprimere momento al vortice pompante.

È da notare come le pale 12, con seconda curvatura rivolta verso l'interno della girante 10 riducono la potenza assorbita dal liquido, aumentando la capacità di generazione del vortice, rispetto ad analoghe giranti di tipo noto.

Si è in pratica constatato come il trovato raggiunga il compito e gli scopi preposti realizzando una girante per pompa centrifuga, particolarmente per pompa del tipo a girante arretrata, che consente di migliorare l'efficienza di pompaggio e la prevalenza della pompa in cui è installata rispetto ad analoghe giranti di tipo noto.

Con il trovato si è messa a punto una girante per pompa centrifuga, particolarmente per pompa del tipo a girante arretrata, che è meno soggetta ad usura o ad impatti da corpi solidi rispetto ad analoghe giranti di tipo noto ed in cui è massimizzata la capacità di generazione del vortice rispetto ad analoghe giranti di tipo noto.

Con il trovato si è anche realizzata una pompa centrifuga che presenta una girante in grado di raggiungere gli scopi sopra preposti.

Il trovato, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.

Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni sono stati apposti al solo scopo di aumentare l'intelligibilità delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull'interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Girante (10) per pompa centrifuga comprendente: - un disco (11), - una pluralità di pale (12), sviluppantesi da detto disco (11), - un corpo centrale (13), atto al collegamento ad un albero rotante, detta girante (10) caratterizzandosi per il fatto che ciascuna di dette pale (12) presenta un profilo a doppia curvatura: - una prima curvatura rispetto ad un piano di sezione parallelo a detto disco (11), - una seconda curvatura rispetto ad un piano di sezione ortogonale a quello di detto disco (11), detta prima curvatura e detta seconda curvatura presentando concavità rivolta verso l'interno di detta girante (10).
2. Girante (10), secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che dette pale (12) sono equidistanti e ciascuna di dette pale (12) si sviluppa tra: - una prima estremità (15a), posta in corrispondenza di detto corpo (13) centrale, ed almeno parzialmente in corpo unico con questo, - una seconda estremità (15b), posta in corrispondenza della circonferenza esterna di detto disco (11).
3. Girante (10), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto ciascuna di dette pale (12) comprende un intradosso (16) ed un estradosso (17) che presentano curvature differenti: - sia considerando un piano di sezione parallelo a detto disco (11), - sia considerando un piano di sezione ortogonale a detto disco (11).
4. Girante (10), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto intradosso (16) e detto estradosso (17) rappresentano due archi di circonferenze con centri distinti e/o due NURBS con differente numero di poli e/o nodi, considerando un piano di sezione ortogonale a detto disco (11).
5. Girante (10), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ciascuna di dette pale (12) comprende una porzione terminale (18), opposta a detto disco (11).
6. Girante (10), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta porzione terminale (18): - è in corpo unico con una pala (12) di dette pale (12), - si sviluppa da detto estradosso (17) verso l'interno di detta girante (10), - presenta una estensione lungo tutta detta prima curvatura di detta pala (12).
7. Girante (10), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta porzione terminale (18) presenta una larghezza pari allo spessore di detta pala (12) in corrispondenza di detta prima estremità (15a), detta larghezza aumentando in direzione di detta seconda estremità (15b), detta larghezza essendo massima in corrispondenza di detta seconda estremità (15b).
8. Girante (10), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta porzione terminale (18) è aggettante da detto intradosso (16) di detta pala (12), verso l'interno di detta girante (10), almeno a partire da una zona prossima a detta seconda estremità (15b).
9. Girante (10), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la zona di detta porzione terminale (18), aggettante da detto intradosso (16), presenta sostanzialmente sviluppo, localmente, in direzione (X) ortogonale alla tangente (T) a detto intradosso (16), nel punto (19) di detto intradosso (16) più distante da detto disco (11), considerando un piano di sezione ortogonale a detto disco (11) di supporto.
10. Pompa centrifuga caratterizzata dal fatto di comprendere una girante (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti.