MXPA98008883A - Rotor de bomba de tipo centrifuga, o semi-axial, para ser utilizado en una bomba para bombear aguas residuales - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un rotor de bomba de tipo centrífuga, o semi-axial, para ser utilizado en una bomba para bombear aguas residuales, caracterizado porque el rotor se provee con uno o variosálabes de los cuales los bordes delanteros son barridos hacia atrás hacia la periferia, elángulo de barrido exacto esta definido en cada punto sobre el borde delantero como elángulo entre la normal al borde delantero y la velocidad relativa proyectada del medio bombeado en aquel punto, tiene un valor dentro de unárea limitada por el intervalo de 40-55 grados en la conexión del borde delantero al cuboy de 60-75 grados en la periferia y tiene una variación principalmente uniforme entre los mismos.

Description

. UTILIZADO EN UNA BOMBA PARA BOMBEAR AGUAS RESIDUALES Descripción de la invención La invención es concerniente con un rotor de bomba y más precisamente con un rotor de bomba para bombas centrífugas o semi-axiales pßara el bombeo de fluidos, principalmente aguas residuales. En la literatura, hay muchos tipos de bombas y rotores de bombas para este propósito descrito, sin embargo, todas tienen ciertas desventajas. Los más preocupantes son los problemas concernientes con la obturación y la baja eficiencia. Las aguas residuales o cloacales (de alcantarilla) contienen muchos tipos diferentes de contaminantes, la cantidad y estructura de los cuales dependen de la temporada o estación del año y del tipo de área de la cual el agua emana. En las ciudades, el material plástico, artículos higiénicos, textiles, etc., son comunes, en tanto que las áreas industriales pueden producir partículas de desgaste. La experiencia demuestra que los problemas peores son los jirones o rebabas y los semejantes los cuales se adhieren a los bordes delanteros de los alabes y se enrollan alrededor del cubo del rotor. Tales incidentes provocan frecuentes intervalos o interrupciones del servicio y una eficiencia reducida. En agricultura y en la industria de la pulpa se utilizan diferentes clases de bombas especiales, las cuales REF. 28320 deben manejar paja, hierbas, hojas y otros tipos de material orgánico. Para este propósito, los bordes delanteros de los alabes se barren hacia atrás con el fin de provocar que los contaminantes sean alimentados o expulsados hacia afuera a la periferia, en lugar de adherirse a los bordes. Diferentes tipos de medios de desintegración se utilizan frecuentemente para cortar el material y hacer el flujo más fácil. Ejemplos se muestran en los documentos SE-435 952, SE-375 831 y US-4 347 035. A medida que los contaminantes en las aguas residuales son de otros tipos más difíciles de manejar y a medida que los tiempos de operación para las bombas de aguas residuales son normalmente mucho más largos, las bombas especiales mencionadas anteriormente, no satisfacen los requerimientos cuando se bombea agua residual o aguas cloacales, ni desde un punto de confiabilidad ni desde un punto de vista de eficiencia. Una bomba para aguas cloacales o aguas residuales opera frecuentemente hasta 12 horas al día, lo cual significa que el consumo de energía depende en gran parte de la eficiencia total de la bomba. Las pruebas han demostrado que es posible mejorar la eficiencia hasta por 50% para una bomba de aguas residuales de acuerdo a la invención, en comparación con las bombas de agua residuales conocidas. Ya que el costo del ciclo de vida para una bomba impulsada eléctricamente es determinado en general normalmente por el costo de energía (aproximadamente 80%), es evidente que tal incremento sensacional será extremadamente importante. En la literatura, los diseños de los rotores de bomba se describen muy en general, en especial con respecto al barrido de los bordes delanteros. No existe una definición que no sea ambigua del barrido. Las pruebas han demostrado que el diseño de la distribución del ángulo de barrido sobre los bordes delanteros es muy importante con el fin de obtener la capacidad de autolimpieza necesaria del rotor de la bomba. La naturaleza de los contaminantes también requiere diferentes ángulos de barrido con el fin de proporcionar una buena función. La literatura no da ninguna información con respecto a lo que se necesita con el fin de obtener un deslizamiento, transporte de los contaminantes hacia afuera, en una dirección radial a lo largo de los bordes delanteros de los alabes. Lo que se menciona en general es que los bordes deben ser de ángulo obtuso, de recorrido o barrido hacia atrás. Véase por ejemplo, SE-435 952. Cuando se bombean contaminantes más pequeños tales como hierba u otro material orgánico, los ángulos relativamente pequeños pueden ser suficientes con el fin de obtener el transporte radial y también para desintegrar los contaminantes en la ranura entre el rotor de la bomba y el alojamiento o caja o carcaza circundante. En la práctica, la desintegración se obtiene al ser cortadas las partículas por medio del contacto con el rotor y el alojamiento cuando el primero gira a una velocidad periférica de 10 a 25 m/s. Este proceso de corte es mejorado por las superficies que se proveen con dispositivos de corte, ranuras o los semejantes. Compárese el documento SE-435 952. Tales bombas se usan para el transporte de pulpa, estiércol, etc. Cuando se diseña un rotor de bomba que tiene bordes delanteros de alabes de recorrido o barrido hacia atrás con el fin de obtener una autolimpieza, surge un conflicto entre la distribución del ángulo de barrido, el desempeño y otros parámetros de diseño. En general, es cierto que un ángulo de barrido incrementado significa un menor riesgo de obturación, pero al mismo tiempo la eficiencia disminuye. La invención efectúa una posibilidad de diseñar el borde delantero del alabe de una manera óptima, con respecto a la obtención de las diferentes funciones y califica en el bombeo confiable y económico de aguas residuales que contienen contaminantes, tales como rebabas o jirones, fibras, etc.

La invención contiene en principio, tres componentes los cuales son presentados en las reivindicaciones . El primer componente, mostrado en la figura 5, cuantifica una banda de la distribución del ángulo de barrido que admite una buena función y eficiencia. El rango está relacionado con el tamaño, la velocidad periférica y la fricción del material. La variable independiente que se utiliza para describir esto, es llamada en la presente radio normalizado como se define a continuación: Radio normalizado = (r - rx) / (r2 - rx Ecuación 1 En donde ri es el radio de la conexión del cubo, r2 es el radio a la periferia del borde delantero y en donde el radio de acuerdo a un sistema de coordenadas cilindricas que tiene origen en el centro del eje del rotor, define la distancia más corta entre el punto real y un punto sobre la extensión del eje del rotor. La base de esta parte de la invención es que el ángulo de barrido del borde delantero es incrementado considerablemente hacia afuera, desde un valor mínimo de 40 grados en la conexión del cubo a un mínimo de 55 grados en la periferia. El límite superior 60 - 75 grados define una línea más amplia por encima de la cual la eficiencia, también como la confiabilidad, son influenciadas de una manera negativa. La segunda parte de la invención es concerniente con una modalidad especial, la cual tiene la capacidad muy ventajosa de que el ángulo de barrido será casi independiente del punto de operación, esto es diferentes flujos y presiones hidrostáticas, lo cual también corresponde con los diferentes triángulos de velocidad ( C, U, W ) . La definición del ángulo de barrido será descrita a continuación con referencia a los dibujos adjuntos. La figura 1 muestra una vista tridimensional de un rotor de bomba de acuerdo con la invención. La figura 2 es un corte radial a través de una bomba dibujada esquemáticamente de acuerdo con la invención, en tanto que la figura 3 muestra una vista axial esquemática de la entrada del rotor. La figura 4 muestra una amplificación de un área sobre el borde delantero de un alabe del rotor, en tanto que la figura 5 es un diagrama que muestra la relación entre el barrido hacia atrás del borde delantero y un radio estándar de acuerdo a la invención. En los dibujos 1 representa un cubo del rotor, 2 representa un alabe que tiene un borde delantero 3. 4 representa la unión del borde delantero al cubo y 5 la periferia del borde. 6 representa la normal al borde en un cierto punto. 7 es la pared del alojamiento de la bomba, 8 representa el extremo del cubo, 9 representa la dirección de rotación, representa el ángulo de barrido, WR la velocidad relativa, la velocidad del fluido en un sistema de coordenadas co-rotativo y z la dirección del eje del rotor. Con el fin de diseñar una geometría del rotor de la bomba deseada de una manera óptima, se proporciona una definición correcta del ángulo de barrido. El ángulo de barrido exacto es en general una función de la geometría del borde delantero en una vista meridional (r-z) también como en una vista axial (r - ?) , véanse figuras 2 y 3 La definición exacta será una - función de la curva que describe la forma del borde delantero 3 y la velocidad relativa local W en aquella curva. Esto se puede expresar matemáticamente de la siguiente manera: Con las designaciones tradicionales del triángulo de velocidad ( C, U, W ) la velocidad relativa W (r) es una función del vector de posición r en un sistema de coordenadas cilindrico corrotativo. De la manera normal, la velocidad relativa W (r, ?, z) también se puede explicar en sus componentes (Wr, W?, Wz) .

La curva tridimensional a lo largo del borde delantero 3 puede ser descrita en un sistema de coordenadas • - corrotativo corre.spondiente como una función de R que depende del vector de posición r , esto es R = R (r, ?, z) . Un vector infinitesimal el cual se encuentra en paralelo con el borde delantero en cada punto puede ser definido como dR . A partir de la definición del producto escalar, se obtiene una expresión para el ángulo de barrido a, definido como el ángulo entre la normal a dR y WR, en donde W? la velocidad relativa proyectada, se define como la sobre l-,a_ di.¡r_e„,c-,ci.ó-n d•,e„ W t a_, meidencia cero. Esto significa que WR y ¡? son iguales en, o- cerca del punto de operación nominal, algunas veces referido al mejor punto de eficiencia. a = p/2 - are eos [ ( dR * W.R) / { \ dR | * | WR \ ) ] Ecuación 2 si se supone que la velocidad de entrada absoluta no tiene ningún componente circunferencial, el cual es normal, esto es igual a la velocidad periférica del rotor.

Al utilizar estas definiciones y suposiciones se demostrará continuación que <?f es independiente del flujo. Las acondiciones son que el borde delantero caiga en un plano que • es esencialmente perpendicular a la dirección z del eje del rotor y que el borde delantero esté localizado en donde la velocidad de entrada absoluta es esencialmente axial, lo que significa que el componente radial de WR es casi cero. Por las mismas razones, el componente circunferencial de WR, esto es en la dirección ?, es igual a la velocidad periférica del rotor y es independiente del flujo. El componente axial de W R da una contribución despreciable a , ya que dRz es cero de acuerdo a lo anterior. Esto se sigue de la definición de producto escalar. Así la única variable dependiente del flujo \ WR \ no tiene influencia sobre a en la ecuación 2, puesto que el numerador, también como el denominador, cambian proporcionalmente. De acuerdo a una modalidad preferida de la invención, el borde delantero del alabe está localizado en un plano esencialmente perpendicular al eje del rotor. Con el conocimiento de que una bomba opera muy frecuentemente dentro de un campo amplio en lo que concierne al flujo volumétrico y la presión hidrostática, la modalidad preferida admite que la capacidad de autolimpieza se puede mantener independiente de las diferentes condiciones de operación. La tercera parte de la invención es concerniente con una modalidad preferida en donde la conexión del borde delantero al cubo está localizada adyacente al extremo 8 del cubo 1, esto es, el cubo no tiene ninguna punta sobresaliente central. Esto disminuye el riesgo de que los contaminantes se adhieran alrededor de la parte central del rotor. Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere. Habiéndose descrito la invención como antecede, ser reclama como propiedad lo contenido en las siguientes

Claims (4)

1. Reivindicaciones 1. Un rotor de bomba de tipo centrífuga, o semi-axial, para ser utilizado en una bomba para bombear aguas residuales, caracterizado porque el rotor se provee con uno o varios alabes de los cuales los bordes delanteros son barridos hacia atrás hacia la periferia, el ángulo de barrido exacto esta definido en cada punto sobre el borde delantero como el ángulo entre la normal al borde delantero y la velocidad relativa proyectada del medio bombeado en aquel punto, tiene un valor dentro de un área limitada por el intervalo de 40-55 grados en la conexión del borde delantero al cubo y de 60-75 grados en la periferia y tiene una variación principalmente uniforme entre los mismos.
2. 2. Un rotor de bomba de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el ángulo entre la normal al borde delantero y la velocidad relativa proyectada del medio bombeado en cada punto sobre el borde delantero, tiene un valor dentro de un área limitada por el intervalo de 45-55 grados en la conexión del borde delantero al cubo y 62-72 grados en la periferia y tiene una variación principalmente uniforme entre los mismos.
3. 3. Un rotor de bomba de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el borde delantero del alabe está localizado esencialmente en un plano perpendicular al eje del rotor, en donde la velocidad absoluta del medio bombeado es principalmente axial.
4. 4. Un rotor de bomba de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la conexión del borde delantero al cubo está localizada adyacente al extremo del cubo .