PT866918E - Rotores helicoidais geminados para bombagem - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "ROTORES HELICOIDAIS GEMINADOS PARA BOMBAGEM" A invenção refere-se às geometrias dos perfis de rotores helicoidais geminados de bombagem com accionamento paralelo ao eixo e através de eixos exteriores, em bombas com engrenagem piloto para guiamento em sentidos de rotação contrários dos rotores helicoidais. Nestas bombas a geometria dos perfis, o ângulo de contacto, o passo, a largura de interstício, o controlo do fluido e a velocidade de rotação definem os valores característicos da bomba, tais como o débito, o rendimento, a pressão final, a taxa de fugas, a temperatura, os ruídos, bem como o custo de fabrico.

As geometrias oferecidas pela empresa SRM da Suécia, conhecidas sob a designação de perfil SRM, são especialmente adequadas para a construção de rotores helicoidais geminados de bombagem de alta rotação com perfis desiguais, numa execução de passos múltiplos e ângulos de contacto reduzidos para bombas com uma pressão final de valor médio. Interstícios que são a consequência do princípio de construção utilizado e que existem entre a linha de contacto e a aresta interior da carcaça, geralmente designados por "orifício de sopragem", impedem que possa ser atingida uma pressão final mais elevada ou um bom rendimento volumétrico a pequenas e médias velocidades de rotação.

Na patente GB-A-746 268 descreve-se uma máquina de deslocamento volumétrico com rotores de rosca simples, que trabalham em sentidos contrários. Cada rotor tem um lado côncavo em forma de epiciclóide e um lado convexo. Os ângulos de contacto são iguais ou superiores a 360°. A configuração específica destes rotores faz com que não exista nenhum orifício de sopragem. Por esse motivo estes rotores trabalham de maneira satisfatória já a veloci- 1

Lc —ç. dades de rotação médias, o que basta para certas aplicações.

No presente caso o interesse incide no entanto sobre bombas com pressões finais mais elevadas, a velocidades de rotação médias, para as quais são mais apropriados rotores helicoidais geminados de rosca simples com uma sequência axial das células de trabalho e ângulos de contacto superiores a 720°. Pela configuração de um dos flancos dos perfis de rosca simples de modo a formar uma ciclóide prolongada criam-se linhas de contacto simétricas alternadas, que se estendem desde as arestas interiores da carcaça até aos círculos do núcleo, passando ao longo dos contornos exteriores dos rotores helicoidais. Estas linhas de contacto subdividem o espaço interior da bomba em células de trabalho que se deslocam no sentido axial e que têm o dobro do comprimento do passo do parafuso e se sobrepõem umas às outras.

Nas formas de realização conhecidas, que podem por exemplo ser fornecidas pela empresa Taiko do Japão, os rotores helicoidais são fabricados com ângulos de contacto de 1080°, 1440°, 1800°, etc. e apresentam perfis aparentes de contorno idêntico. A saída é comandada do lado frontal por um dos parafusos através de uma abertura que se estende ao longo do segundo flanco perfilado, que aí tem a forma de uma evolvente.

Mantendo o princípio de funcionamento das células de trabalho que se deslocam axialmente e que têm o dobro do comprimento do passo do rotor helicoidal, pretende-se reconfigurar e definir a geometria do perfil de modo a ser possível uma produção em série moderna, além de se pretender melhorar o rendimento volumétrico, a dinâmica e o controlo do fluido.

Em rotores helicoidais geminados de bombagem com contornos de perfil formados pelo arco de círculo do núcleo, pelo flanco oco em forma de ciclóide, pelo arco do círculo exterior e pelo segundo flanco este objectivo atinge-se pelo facto de, divergindo 2

u da forma de construção já conhecida, também o segundo flanco 6, designado por flanco do manto, se prolongar sem descontinuidades pelo arco de circulo do núcleo 4 junto da sua raiz e por o flanco do manto 6 comportar pelo menos uma zona central não ascendente, a lomba 7, que interliga sem descontinuidades os flancos parciais do manto assim formados, o flanco interior 8 e o flanco exterior 9. A invenção é de seguida descrita mais em pormenor por meio do exemplo de realização representado nas figuras e caracterizado nas reivindicações secundárias 2 e 3. As figuras mostram:

Fig. 1 em escala reduzida um par de rotores helicoidais geminados de bombagem de acordo com a invenção, mama execução de rosca simples, com engrenagem piloto e com ângulos de contacto de cerca de 1600° e ainda com uma região dorsal média no flanco do manto,

Fig. 2 uma forma de realização da geometria do perfil e das condições de engrenagem com o perfil oposto de um par de rotores helicoidais geminados de bombagem, idênticos aos representados na fig. 1,

Fig. 3 uma forma de realização dos rotores helicoidais geminados de bombagem num corte ao longo da linha A-A da fig. 1, rotores helicoidais que se encontram montados numa carcaça, estando o conjunto representado numa escala idêntica à da fig. 1/

Fig. 4 um excerto, em corte axial, de uma forma de realização dos rotores helicoidais de bombagem.

Na forma de realização escolhida os rotores helicoidais de bombagem 1, 2 (fig. 1 e 3) têm ângulos de contacto de cerca de 1600° e perfis aparentes idênticos, bem como um flanco de manto 3

r que se compõe de várias curvas parciais de flanco, a saber: a lomba 7 (fig. 1 e 2) tem uma configuração em forma de arco de circulo, com um raio que equivale a metade da distância entre os eixos e interactua, quando montado, com a lomba do rotor helicoidal oposto. 0 flanco interior 8 (fig. 2) é constituído por um arco de círculo excêntrico, que se segue sem descontinuidades à lomba 7 e que neste caso é designado por círculo de flanco 10 (fig. 2) e ainda por uma ciclóide prolongada que se segue sem descontinuidades ao círculo anterior, que é a ciclóide de raiz 11 (fig. 2) , que faz a transição para o arco de círculo do núcleo 4 (fig. 2 e 3). 0 ponto central do círculo de flanco do rotor helicoidal oposto move-se relativamente ao perfil em observação sobre uma epiciclóide 12 encurtada (fig. 2), cuja curva paralela interior afastada em relação ao raio f do círculo do flanco constitui o flanco exterior 9 (fig. 2) do perfil em observação.

Para a definição em termos quantitativos procede-se da seguinte maneira: 1. Definição da distância entre eixos: a = 100 U.C. (unidades de comprimento). 2. Daqui resulta directamente o raio do círculo da lomba: d = a/2 = 50 U.C. 3. Definição do raio do círculo do núcleo: c = 23 U.C. 4. Daqui resulta directamente o raio do círculo exterior: b = a - c = 77 U.C. 5. A partir de a e b calcula-se a ciclóide 5 dos flancos ocos (fig. 2 e 3) .

Alguns valores numéricos encontram-se registados na tabela I, na qual u e v são as coordenadas de um sistema de coordenadas perpendiculares com origem a meio do eixo. 6. A partir de a e b obtém-se o ângulo de interpenetração α que indica a zona da interpenetração recíproca dos rotores helicoidais de bombagem 1, 2 engrenados um no outro (fig. 3): a/2 = 49,51° 4 7.

L-L t

Definição do ângulo de sector β do circulo exterior: para assegurar o funcionamento, torna-se necessário que β seja maior do que a/2.

Definição β = 76°

Devido à contra-engrenagem do mesmo perfil o ângulo do sector do circulo do núcleo é igualmente de β = 76°. 8. Definição do passo da rosca: 1 = 100 U.C. 9. Os valores de 1, a e b e a exigência de ser possível maquinar em conjunto os flancos 5, 6 e o núcleo 4 com uma única ferramenta conduz, por intermédio de cálculos que incidem sobre o corte axial (fig. 4), a uma condição necessária para o raio do círculo do flanco, que será a de f ser maior ou igual a 22 U.C.

Definição: f = 22 U.C., daqui resultando a excentricidade e do centro do círculo dos flancos: e = d - f = 28 U.C. 10. A ciclóide de raiz 11 é gerada pelo canto da cabeça no ponto de encontro entre o círculo exterior e o flanco exterior do perfil antagónico e é coincidente com uma parte do flanco oco 5, devido ao facto de os momentos de alavanca a, b serem iguais. Havendo uma ligação sem descontinuidades entre o círculo de flanco 10 e o círculo de núcleo 4 por meio da ciclóide de raiz 11, obtém-se o ângulo de sector do flanco interior: γ = 65,94°.

Devido à contra-engrenagem do mesmo perfil o ângulo do sector do flanco exterior é igualmente de γ = 65,94°. 11. O ângulo do sector de lomba será deste modo δ = 360° - 2 β - 2 γ = 76,12°. 12. Os valores de a, e, f definem o contorno do flanco exterior 9, enquanto que um troço da curva paralela interior define uma epiciclóide encurtada. Alguns valores numéricos encon-tram-se registados na tabela II, correspondendo os valores de u, v à definição da tabela I.

Após a definição do contorno do perfil segue-se agora: 5

V

V

Γ 13. Afastamento entre os centros de gravidade g = 21,58 U.C. 14. Área do rotor = Z = 8295,4 (U.C.)2 e consequentemente g.z = 1,79.105 (U.C.)3. 15. Rendimento η = 49,51 %. 16. A partir da velocidade de rotação nominal e dos dados geométricos obtém-se o débito relativo em (U.C.)3/unidade de tempo, obtendo-se a partir dai, tornando este valor igual ao do débito nominal corrigido, o valor de 1 U.C. Para um débito nominal de 250 m3/h (não corrigido) e uma velocidade de rotação de 3000 r.p.m. obtém-se: 1 U.C. = 1 mm.

As medidas de correcção ulteriormente realizadas no perfil para assegurar um funcionamento sem contacto mecânico são por um lado imprescindíveis para assegurar um funcionamento e um fabrico impecáveis, o que causa custos vultuosos, mas só têm, por outro lado, um papel muito secundário na escolha do perfil. A comparação com perfis, já conhecidos mostra que há um aumento do rendimento volumétrico de cerca de 6,5 %, uma melhoria da dinâmica (g.z reduzido em 27,2 %) e a possibilidade de fabricar em conjunto toda a superfície interior do passo da rosca formada pelo núcleo 4, pelo flanco oco 5, pelo flanco interior 8, pela lomba 7 e pelo flanco exterior 9. A quota-parte de área na zona do círculo do flanco permite uma melhor adaptação do controlo do fluido, que é conduzido através dos canais 13 (fig. 3) existentes na parede frontal da carcaça.

Tabela I u (U.C.) v (U.C.) 23 0 23, 63 - 4,18 24,97 - 7,24 2 6,40 - 9,32 27,92 -10,97

Tabela

II u (U.C.) v (U.C.) -39,37 -30,82 -33,98 -38,03 -31,69 -41,22 -29,85 -43,79 -28,20 -46,05 6 28, 71 -11,68 -26, 64 -48,12 29, 53 -12,34 -25,12 -50,05 31,21 -13,48 -23,62 -51,88 32, 98 -14,44 -22,10 -53,63 34,81 -15,23 -20,55 -55,30 36, 72 -15,86 -18,97 -56,92 38, 69 -16, 34 -17,33 -58,49 40, 72 -16, 67 -15,64 -59,99 42, 80 -16, 86 -14,78 -60, 73 44, 93 -16, 90 -12,08 -62,85 47, 10 -16,78 -10,20 -64,20 49, 30 -16, 52 - 8,24 -65,48 51, 54 -16, 11 - 6,20 -66,71 53, 80 -15,55 - 4, 09 -67,88 56, 07 -14,83 - 1,90 -68,97 58,35 -13,96 + 0, 37 -70,00 60, 64 -12,92 + 1,54 -70,48 62, 92 -11,73 + 2, 73 -70,95 65, 18 -10,38 + 5, 17 -71,81 67, 42 - 8,86 + 7, 69 -72,59 69, 63 - 7, 18 +10,30 -73,28 71,80 - 5,34 +12,99 -73,87 73, 92 - 3,33 +15,77 -74,35 75, 99 - 1,15 +17,19 -74,54 77 0 +18,63 -74,71 Lisboa, 21 de Janeiro de 2000 agente oficial da propriedade industrial V Γ Lr ^ 7

Claims (3)

1. Γ REIVI ND I CAÇÕES 1. Rotores helicoidais geminados de bombagem para engrenagem exterior paralela ao eixo e marcha em sentidos contrários, com ângulos de contacto de pelo menos 720°, em execução de rosca simples com contornos de perfil aparente formados pelo arco de circulo do núcleo (4), pelo primeiro flanco oco (5) em forma de ciclóide, pelo arco de círculo exterior (3) e pelo segundo flanco (6), caracterizados por o segundo flanco, designado por flanco do manto (6), se encontrar ligado na raiz, sem descontinuidades, ao arco do círculo do núcleo (4) , do mesmo modo que o flanco oco (5) , pelo que o flanco oco (5) e o flanco do manto (6) formam em conjunto com o núcleo (4) uma superfície isenta de descontinuidades que permite uma maquinação conjunta e por a superfície do manto (6) comportar pelo menos um troço central não ascendente, a lomba (7) , que interliga os flancos parciais do manto assim formados com o flanco interior (8) e o flanco exterior (9), ao que se obtém uma distribuição de superfície mais vantajosa do que nos perfis conhecidos, com efeitos positivos sobre o rendimento, a dinâmica e o controlo do fluido.
2. 2. Rotores helicoidais geminados de bombagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizados por o flanco do manto (6) ser composto por várias curvas parciais de flanco, de tal maneira que a lomba (7) tem um contorno em forma de arco de círculo.
3. 3. Rotores helicoidais geminados de bombagem de acordo com a reivindicação 2, caracterizados por o flanco interior (8) ser composto por um arco de círculo excêntrico, que neste caso é designado por círculo de flanco (10), e por uma ciclóide prolongada, designada por ciclóide de raiz, e isto 1 de tal maneira que a ciclóide de raiz (11) se segue ao arco de circulo do núcleo (4) e se encontra ligada sem desconti-nuidades à lomba (7) por intermédio do circulo do flanco (10), de modo que o flanco exterior (9), devido à engrenagem pontual do rotor helicoidal oposto, fica a ter a forma da curva paralela interior de uma epiciclóide encurtada. Lisboa, 21 de Janeiro de 2000 AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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