ES2835028T3

ES2835028T3 - Mejoras relacionadas con impulsores de bombas centrífugas

Info

Publication number: ES2835028T3
Application number: ES15196985T
Authority: ES
Inventors: Kevin Edward Burgess; Wen-Jie Liu; Luis Moscoso Lavagna
Original assignee: Weir Minerals Australia Ltd
Current assignee: Weir Minerals Australia Ltd
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2021-06-21
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: IL228480A; AP2015008293A0; PE20141829A1; US20140105747A1; CN109340123A; PE20141834A1; IL209311A0; US9004869B2; AU2009253737B2; PT3009685T; BRPI0909600A2; PE20141846A1; EP3009685B1; EA022592B9; EP3009685A1; US20110158795A1; CL2009001301A1; PE20141832A1; CL2012000663A1; BR122019021566B1

Abstract

Un impulsor (40) específicamente adaptado para montarse dentro de una cámara (20) de una bomba centrífuga para girar alrededor de un eje giratorio X-X, la bomba que incluye una carcasa de la bomba que tiene la cámara en ella, una entrada para suministrar material a bombear a la cámara y una salida para descargar material de la cámara, el impulsor (40) que incluye una cubierta frontal (50), una cubierta posterior (51) y una pluralidad de paletas de bombeo (42) entre ellas, cada paleta de bombeo (42) tiene un borde delantero (43) en la región de una entrada del impulsor y un borde trasero (44), en donde la cubierta frontal (50) tiene una cara interna arqueada en la región de la entrada del impulsor, caracterizado porque: la cara interior arqueada tiene un radio de curvatura (Rs) en el intervalo de 0,05 a 0,16 del diámetro exterior del impulsor (D2), dicha cubierta posterior (51) que tiene una cara principal interna y una nariz (47) que tiene un perfil curvo con un ápice de la nariz en la región del eje central que se extiende hacia la cubierta frontal (50), existiendo una región de transición curva entre la cara principal interna y la nariz (47), en donde Inr, es el radio de curvatura del perfil curvo de la nariz (47), la relación Inr/D2 es de 0,10 a 0,33.

Description

DESCRIPCIÓN

Mejoras relacionadas con impulsores de bombas centrífugas

Campo técnico

Esta descripción se refiere generalmente a bombas centrífugas y más particularmente aunque no exclusivamente a bombas para manipular materiales abrasivos tales como, por ejemplo, lodos y similares.

Antecedentes de la técnica

Las bombas de lodo centrífugas, que típicamente pueden comprender revestimientos de metal duro o elastómeros y/o carcasas que resisten el desgaste, se usan ampliamente en la industria minera. Normalmente, cuanto más alta sea la densidad del lodo, o más grande o más dura sean las partículas del lodo, resultará mayor la velocidad de desgaste y la vida útil de la bomba se reducirá. El documento US 5797724 A describe una bomba de lodo centrífuga que tiene un impulsor de bomba adaptado para el montaje giratorio dentro de una voluta de una bomba de lodo centrífuga.

Las bombas de lodo centrífugas se usan ampliamente en plantas de procesamiento de minerales desde el inicio del proceso donde el lodo es muy grueso con altas velocidades de desgaste asociadas (por ejemplo, durante el molido), hasta el final del proceso donde el lodo es mucho más fino y las velocidades de desgaste se reducen grandemente (por ejemplo, cuando se producen los relaves de flotación). Como ejemplo, las bombas de lodo que tratan con un trabajo de alimentación de partículas más gruesas pueden tener solo una vida útil de partes de desgaste medida en semanas o meses, en comparación con las bombas al final del proceso que tienen partes de desgaste que pueden durar de uno a dos años en operación.

El desgaste en las bombas de lodo centrífugas que se usan para manejar lodos de partículas gruesas es típicamente peor en la entrada del impulsor, porque los sólidos tienen que girar a través de un ángulo recto (desde el flujo axial en el tubo de entrada hasta el flujo radial en el impulsor de la bomba) y, al hacer eso, la inercia y tamaño de las partículas resultan en más impactos y movimientos de deslizamientos contra las paredes del impulsor y el borde delantero de las paletas del impulsor.

El desgaste del impulsor ocurre principalmente en las paletas y las cubiertas frontales y traseras en la entrada del impulsor. El alto desgaste en estas regiones también puede influir en el desgaste del revestimiento frontal de la bomba. El pequeño espacio que existe entre el impulsor giratorio y el revestimiento frontal estacionario (a veces denominado buje de garganta) también tendrá un efecto en la vida útil y el rendimiento de las partes de desgaste de la bomba. Este espacio es normalmente bastante pequeño, pero típicamente aumenta debido al desgaste en la parte delantera del impulsor, la cubierta del impulsor o debido al desgaste tanto en el impulsor como en el revestimiento frontal.

Una forma de reducir el flujo que se escapa de la región de la carcasa de alta presión de la bomba (a través del espacio entre la parte delantera del impulsor y el revestimiento frontal en la entrada de la bomba) es incorporar un reborde elevado y angulado en el revestimiento frontal estacionario en la entrada del impulsor. El impulsor tiene un perfil que coincide con este reborde. Mientras que el flujo a través del espacio puede reducirse por el uso de paletas de expulsión en la parte delantera del impulsor, el flujo a través del espacio también puede minimizarse eficazmente diseñando y manteniendo este espacio estrecho.

Algunas bombas, pero no todas, pueden tener medios para mantener el espacio entre el impulsor y el revestimiento frontal tan pequeño como sea factible sin causar un desgaste excesivo por fricción. Un pequeño espacio normalmente mejora la vida útil del revestimiento frontal, pero el desgaste en la entrada del impulsor sigue ocurriendo y no disminuye.

El alto desgaste en la entrada del impulsor se refiere al grado de turbulencia en el flujo a medida que cambia de la dirección axial a la radial. La geometría de un impulsor mal diseñado y de las paletas de bombeo puede aumentar drásticamente la cantidad de turbulencias y, por tanto, el desgaste.

Los diversos aspectos descritos en la presente descripción pueden aplicarse a todas las bombas de lodo centrífugas y particularmente a aquellas que experimentan altas velocidades de desgaste en la entrada del impulsor o a aquellas que se usan en aplicaciones con altas temperaturas de lodo.

Resumen de la descripción

En un primer aspecto, las modalidades se describen de un impulsor para su uso en una bomba centrífuga, la bomba incluye una carcasa de la bomba que tiene una cámara en ella, una entrada para suministrar material a bombearse a la cámara y una salida para descargar material de la cámara, el impulsor se monta para la rotación dentro de la cámara cuando está en uso alrededor de un eje giratorio el impulsor incluye una cubierta frontal, una cubierta posterior y una pluralidad de paletas de bombeo entre ellas, cada paleta de bombeo tiene un borde delantero en la región de una entrada del impulsor y un borde trasero, en donde la cubierta frontal tiene una cara interna arqueada en la región de la entrada del impulsor, la cara interior arqueada tiene un radio de curvatura (Rs) en el intervalo de 0,05 a 0,16 del diámetro exterior del impulsor (D2), dicha cubierta posterior tiene una cara principal interna y una nariz que tiene un perfil curvo con un ápice de la nariz en la región del eje central que se extiende hacia la cubierta frontal, existiendo una región de transición curva entre la cara principal interna y la nariz, en donde Inr es el radio de curvatura del perfil curvo de la nariz, siendo la relación U /D2 de 0,10 a 0,33.

En algunas modalidades la relación U /D2 puede ser de 0,17 a 0,22.

En algunas modalidades, Inariz es la distancia desde un plano que contiene la cara principal interna de la cubierta posterior hasta el ápice de la nariz en ángulos rectos al eje central, y B 2 es el ancho de las paletas de bombeo, y la relación Inariz/B2 puede ser de 0,25 a 0,75.

En algunas modalidades, la o cada paleta de bombeo puede tener una porción principal entre las porciones de borde delantero y trasero en la misma, la longitud de transición cónica de la porción del borde delantero de la paleta y un borde delantero tienen un radio Rv en el intervalo de 0,09 a 0,45 de grosor Tv de una porción de la paleta principal.

En algunas modalidades el grosor Tv de la porción principal puede estar en el intervalo de 0,03 a 0,11 del diámetro exterior del impulsor D2.

En algunas modalidades cada paleta puede tener una longitud de transición Lt entre el borde delantero y el grosor de paleta completo, la longitud de transición está en el intervalo de 0,5 Tv a 3 Tv.

En algunas modalidades cada paleta de bombeo puede tener un borde delantero de paleta que tiene un radio Rv en el intervalo de 0,09 a 0,45 del grosor de la porción principal Tv.

En algunas modalidades el grosor de la porción principal Tv de cada paleta puede estar en el intervalo de 0,03 a 0,11 del diámetro exterior D2 del impulsor.

En algunas modalidades uno o más de los pasajes pueden tener una o más paletas guías de descarga asociadas con ellos, la o cada paleta guía de descarga localizada en la cara principal de al menos una de la(s) o cada cubierta(s).

En algunas modalidades la o cada paleta guía de descarga puede ser una proyección de la cara principal de la cubierta con la que se asocia y que se extiende hacia un pasaje respectivo.

En algunas modalidades se proporcionan dos de dichas cubiertas, y una o más de las cubiertas pueden tener una paleta guía de descarga que se proyecta desde una cara principal de la misma.

En algunas modalidades se describe, en combinación, un impulsor como se describió en cualquiera de las modalidades anteriores y un revestimiento frontal, el revestimiento frontal que tiene un reborde elevado que subtiende un ángulo (A3) al eje central del impulsor en el intervalo de 10° a 80°.

En algunas modalidades se describe, en combinación, un impulsor como se describió en cualquiera de las modalidades anteriores y un revestimiento frontal, el revestimiento frontal que tiene un extremo interior y un extremo exterior, el diámetro D4 del extremo interior está en el intervalo de 0,55 a 1,1 del diámetro D3 del extremo exterior.

En algunas modalidades se describe, en combinación, un impulsor como se describió en cualquiera de las modalidades anteriores y un revestimiento frontal, que definen un ángulo A2 entre las caras paralelas del impulsor y el revestimiento frontal, y un plano normal al eje giratorio que está en el intervalo de 0° a 20°.

Para minimizar la turbulencia en la región de entrada del impulsor, el arreglo incorpora convenientemente características para minimizar las características de cavitación en el rendimiento de la bomba. Esto significa que el diseño minimiza la presión de entrada positiva neta (o de succión) requerida (normalmente denominada NPSH). La cavitación ocurre cuando la presión disponible en la entrada de la bomba es inferior que la requerida por la bomba, lo que provoca que el agua del lodo “hierva” y se creen bolsas de vapor, estelas y turbulencias. El vapor y la turbulencia causarán daños a las paletas de entrada de la bomba y cubiertas al eliminar el material y crear agujeritos y pequeñas bolsas de desgaste que pueden aumentar en tamaño con el tiempo.

Las partículas de lodo que entran en la entrada pueden desviarse de una línea de corriente suave por el vapor y el flujo turbulento, acelerando de esta manera la velocidad de desgaste. Un flujo turbulento crea patrones de flujo en espiral o vórtice de pequeña a gran escala. Cuando las partículas quedan atrapadas en estos flujos en espiral, su velocidad aumenta grandemente y, como regla general, el desgaste en las partes de la bomba tiende a aumentar. La velocidad de desgaste en las bombas de lodo puede relacionarse con la velocidad de las partículas elevada a la potencia de dos a tres, por lo que mantener velocidades bajas de las partículas es útil para minimizar el desgaste.

Algunas plantas de procesamiento de minerales (tales como plantas de producción de alúmina) requieren temperaturas de operación elevadas para ayudar con el proceso de extracción de minerales. Los lodos de alta temperatura requieren bombas que tengan buenas características de amortiguación de cavitación. Cuanto más baja sea la NPSH requerida por la bomba, mejor podrá la bomba mantener su rendimiento. Un diseño del impulsor que tiene características de baja cavitación ayudará tanto a minimizar el desgaste como a minimizar el efecto en el rendimiento de la bomba, y por lo tanto en la producción de la planta de procesamiento de minerales.

Una de las formas de disminuir la turbulencia en el lodo de alimentación que entra a la bomba es proporcionar un cambio suave en el ángulo para el flujo del lodo y sus partículas arrastradas, a medida que el lodo se mueve de una dirección horizontal a una vertical del flujo. La entrada puede redondearse contorneando la forma del pasaje interno del impulsor junto con el revestimiento frontal. El redondeo produce un flujo más optimizado y menos turbulencias como resultado. La entrada del revestimiento frontal también puede redondearse o incorporar un diámetro de entrada o garganta más pequeño que también puede ayudar a suavizar la trayectoria de flujo de giro del lodo.

Un medio adicional para girar el flujo más uniformemente es incorporar un revestimiento frontal en ángulo y la cara frontal del impulsor en ángulo correspondiente.

Las velocidades más bajas de turbulencia en la región de entrada del impulsor resultarán en menos desgaste en general. La vida útil es de vital importancia para las bombas en aplicaciones de lodos pesados y duros en las industrias de procesamiento de minerales. Como se describió anteriormente, para lograr un menor desgaste en la entrada del impulsor se requiere una combinación de ciertas relaciones dimensionales para producir una geometría de turbulencia baja específica. Los inventores han descubierto sorprendentemente que esta geometría preferida es en gran medida independiente de la relación entre el diámetro exterior del impulsor y el diámetro de entrada (normalmente se denomina relación del impulsor).

Se ha descubierto que las diversas relaciones descritas anteriormente o en combinación proporcionan una geometría óptima para producir primero un patrón de flujo suave y minimizar las pérdidas de choque en la entrada al pasaje del impulsor y segundo para controlar la cantidad de turbulencia durante el mayor tiempo posible a través del pasaje del impulsor. Las diversas relaciones son importantes porque estas controlan el flujo desde una dirección axial hacia el impulsor a través de un giro de noventa grados para formar un flujo radial, y también para suavizar el flujo más allá de los bordes delanteros de las paletas de bombeo principales hacia cada uno de los pasajes de descarga del impulsor (es decir, los pasajes entre cada una de las paletas de bombeo principales).

En particular, se ha encontrado un impulsor que tiene las relaciones dimensionales de R2/D2 en el intervalo de 0,05 a 0,16, e Inr/D2 de 0,10 a 0,33 para proporcionar los efectos ventajosos descritos anteriormente.

La mejora adicional también se logró por la provisión de paletas guías de descarga, como se describió anteriormente. Se cree que las paletas guías de descarga controlan la turbulencia debido a los vórtices en el flujo de material que pasa a través del pasaje del impulsor durante el uso. El aumento de la turbulencia puede provocar un mayor desgaste de las superficies del impulsor y de la voluta, así como también una mayor pérdida de energía, lo que en última instancia requiere un operador para introducir más energía en la bomba para lograr el rendimiento deseado. En dependencia de la posición seleccionada de las paletas guías de descarga, la región de turbulencia inmediatamente en la parte delantera de la cara de bombeo de las paletas de bombeo del impulsor puede confinarse sustancialmente. Como resultado, la intensidad (o resistencia) de los vórtices disminuye porque no se les permite crecer sin restricciones. Un resultado beneficioso adicional fue que el flujo más suave a lo largo del pasaje del impulsor redujo la turbulencia y de esta manera redujo también el desgaste debido a las partículas en el flujo de lodo.

Las mejoras en el rendimiento incluyeron que la presión generada por la bomba dio menos depresión en los flujos más altos (es decir, menor pérdida de energía con el flujo - tenga en cuenta que los impulsores tradicionales tienen una pérdida característica más pronunciada con el mismo número de paletas de bombeo principales); que la eficiencia aumentó del 7 al 8 % en términos absolutos; que la característica de cavitación de la bomba se redujo y permaneció más plana, a flujos más altos (los impulsores convencionales tienen una característica más pronunciada); y que la vida útil del impulsor aumentó en un 50 % en comparación con un diseño tradicional del impulsor.

Bajo los protocolos de diseño tradicionales actuales, siempre se consideró que un parámetro de rendimiento podría aumentarse pero a expensas de otro, por ejemplo, mayor eficiencia pero menor vida útil. La presente invención ha contradicho esta visión logrando un mejor rendimiento general para todos los parámetros.

Como resultado de un mejor rendimiento general, el impulsor puede fabricarse mediante el uso de materiales "estándares", sin la necesidad de materiales de aleaciones especiales que de cualquier otra manera serían necesarios para resolver problemas de alto desgaste localizados.

Los ensayos experimentales han demostrado que estos parámetros de diseño y la especificación de ciertas relaciones dimensionales pueden producir un desgaste del impulsor relativamente bajo o sustancialmente óptimo, especialmente alrededor del ojo (región de entrada) del impulsor.

Breve descripción de las figuras

A pesar de cualquier otra forma que pueda caer dentro del alcance del método y aparato como se describe en el resumen, ahora se describirán modalidades específicas del método y aparato, a manera de ejemplo, y con referencia a las figuras acompañantes en las cuales:

la Figura 1 ilustra una elevación lateral transversal parcial, esquemática, ilustrativa de una bomba que incorpora un impulsor y una combinación de impulsor y revestimiento, de acuerdo con una modalidad;

la Figura 1A ilustra una vista detallada de una porción del impulsor de la Figura 1;

la Figura 2 ilustra una vista superior transversal, esquemática, ilustrativa de una paleta de bombeo del impulsor de acuerdo con otra modalidad; y

las Figuras de la 3 a la 12 ilustran vistas completas y parcialmente seccionales ilustrativas de un impulsor y de un revestimiento de entrada, con algunas vistas que muestran la combinación de impulsor y revestimiento de entrada de acuerdo con ciertas modalidades.

La Figura 13A ilustra una elevación lateral transversal, esquemática, ilustrativa de una combinación de impulsor y revestimiento, de acuerdo con una modalidad que muestra las diversas regiones de la entrada del revestimiento (1), la cubierta frontal del impulsor (2), la salida de la cubierta frontal del impulsor (3), y la nariz de la cubierta posterior del impulsor (4).

La Figura 13B ilustra una elevación lateral transversal, esquemática, ilustrativa de una combinación de impulsor y revestimiento, de acuerdo con una modalidad en donde los puntos de datos se producen por ajuste de curva y modelado de regresión lineal para mostrar el perfil interno de las diversas regiones mostradas en la Figura 13A.

Descripción Detallada de las Modalidades Específicas

Con referencia a las Figuras 1 y 1A se ilustra una bomba ilustrativa 10 de acuerdo con ciertas modalidades que incluyen una carcasa de la bomba 12, un revestimiento posterior 14, un revestimiento frontal 30 y una salida de la bomba 18. Una cámara interna 20 se adapta para recibir un impulsor 40 para la rotación sobre el eje giratorio X-X.

El revestimiento frontal 30 incluye una sección de suministro con forma cilíndrica 32 a través de la cual el lodo entra en la cámara de bomba 20. La sección de suministro 32 tiene un pasaje 33 en la misma con un primer extremo más exterior 34 que se conecta operativamente a una tubería de alimentación (no se muestra) y un segundo extremo más interior 35 adyacente a la cámara 20. El revestimiento frontal 30 incluye además una sección de pared lateral 15 que se acopla con la carcasa de la bomba 12 para formar y encerrar la cámara 20, teniendo la sección de pared lateral 15 una cara interna 37. El segundo extremo 35 del revestimiento frontal 30 tiene un reborde elevado 38 en el mismo, que se dispone para acoplarse con el impulsor 40.

El impulsor 40 incluye un buje 41 desde el cual se extiende una pluralidad de paletas de bombeo circunferencialmente separadas 42. Una porción de ojo 47 se extiende hacia adelante desde el buje hacia el pasaje 33 en el revestimiento frontal. Las paletas de bombeo 42 incluyen un borde delantero 43 localizado en la región de la entrada del impulsor, y un borde trasero 44 localizado en la región de la salida del impulsor 49. El impulsor incluye además una cubierta frontal 50 y una cubierta posterior 51, las paletas 42 se disponen entre ellas.

En la modalidad particular de un impulsor parcial 10A mostrado en la Figura 2, solo se muestra una paleta de bombeo ilustrativa 42 que se extiende entre las caras interiores principales opuestas de las cubiertas 50, 51. Normalmente tal impulsor 10A tiene una pluralidad de tales paletas de bombeo separadas uniformemente alrededor del área entre dichas cubiertas 50, 51, por ejemplo tres, cuatro o cinco paletas de bombeo son usuales en las bombas de lodo. En esta figura solo se ha mostrado una paleta de bombeo por conveniencia para ilustrar las características. Como se muestra en la Figura 2 la paleta de bombeo ilustrativa 42 es generalmente arqueada en sección transversal e incluye un borde delantero interno 43 y un borde trasero externo 44 y caras laterales opuestas 45 y 46, siendo la cara lateral 45 un lado de bombeo o presión. Las paletas normalmente se denominan paletas curvadas hacia atrás cuando se ven con la dirección de rotación. Los numerales de referencia que identifican las diversas características descritas anteriormente solo se han indicado en las paletas 42 mostradas, para mayor claridad. Las dimensiones principales importantes de Lt, Rv y Tv se han mostrado en la Figura y se definen más abajo en esta descripción.

De acuerdo con ciertas modalidades, un impulsor ilustrativo se ilustra en las Figuras de la 3 a la 12. Por conveniencia, los mismos numerales de referencia se han usado ahora para identificar las mismas partes descritas con referencia a las Figuras 1, 1A y 2. En la modalidad particular mostrada en las Figuras de la 3 a la 12, el impulsor 40 tiene una pluralidad de paletas guías de descarga (o veleta). Las paletas guías de descarga tienen forma de proyecciones alargadas con superficies planas 55 que generalmente tienen forma de salchicha en sección transversal. Estas proyecciones 55, se extienden respectivamente desde la cara principal de la cubierta posterior 51 y se disponen entre dos paletas de bombeo adyacentes 42. Las proyecciones 55 tienen un extremo exterior respectivo 58 que se localiza adyacente al borde periférico exterior de la cubierta 51 en la que se disponen. Las paletas guías de descarga también tienen un extremo interno 60, que se localiza en algún lugar a mitad de camino de un pasaje respectivo. Los extremos internos 60, de las respectivas paletas guías de descarga 55 se separan a cierta distancia del eje giratorio central X X del impulsor 40. Típicamente, aunque no necesariamente, las paletas guías de descarga pueden asociarse con cada pasaje.

Cada paleta guía de descarga en la forma de una proyección 55 se muestra en los dibujos acompañantes, los cuales ilustran una o más modalidades ilustrativas con una altura de aproximadamente 30-35% del ancho de la paleta de bombeo 42 donde el ancho de la paleta de bombeo se define como la distancia entre las cubiertas frontales y posteriores del impulsor. En modalidades adicionales la altura de la paleta guía puede estar entre 5% y 50% de dicho ancho de la paleta de bombeo 42. Cada paleta guía es generalmente de altura constante a lo largo de su longitud, aunque en otras modalidades la paleta guía puede ser cónica en altura y también cónica en ancho. Como es evidente a partir de las figuras, las paletas tienen bordes periféricos biselados.

En la modalidad mostrada en las Figuras de la 3 a la 12, cada paleta guía de descarga puede localizarse más cerca de la cara lateral de bombeo o presión de la paleta de bombeo adyacente más cercana. El posicionamiento de una paleta guía de descarga más cerca de una paleta de bombeo adyacente puede mejorar ventajosamente el rendimiento de la bomba. Tales modalidades se describen también en la solicitud copendiente de este Solicitante titulada "Impulsor de la bomba de lodo" que se presentó el mismo día que la presente solicitud, cuyo contenido se incluye en la presente descripción por medio de referencia cruzada.

En otras modalidades adicionales, las paletas guías de descarga pueden extenderse por una distancia más corta o más larga hacia el pasaje de descarga que se muestra en las modalidades de las Figuras de la 3 a la 12, en dependencia del fluido o lodo a bombearse.

En otras modalidades adicionales, puede haber más de una paleta guía de descarga por cada cara principal interna de la cubierta, o en algunos casos ninguna paleta guía de descarga en una de las caras principales internas opuestas de cualquiera de las dos cubiertas que definen un pasaje de descarga.

En otras modalidades adicionales, las paletas guías de descarga pueden ser de un ancho transversal diferente al de las paletas de bombeo principales, y pueden ni siquiera alargarse, siempre que se logre el efecto deseado en el flujo de lodo en la descarga del impulsor.

Se cree que las paletas guías de descarga reducirán el potencial para que se formen flujos de tipo vórtice de alta velocidad en flujos bajos. Esto reduce la posibilidad de que las partículas se desgasten en las cubiertas frontales o traseras, de esta manera resulta en cavidades de desgaste en las que pueden originarse y desarrollarse flujos de tipo vórtice. Las paletas guías también reducirán la mezcla de las regiones de flujo separadas en la salida inmediata del impulsor en el patrón de flujo que ya gira en la voluta. Se siente que las paletas guías de descarga suavizarán y reducirán la turbulencia del flujo desde el impulsor a la carcasa de la bomba o voluta.

El impulsor 10 incluye además las paletas de expulsión, o auxiliares 67, 68 , 69 en las caras externas respectivas de las cubiertas. Algunas de las paletas de la cubierta posterior 67, 68 tienen anchos diferentes. Como se muestra en las Figuras, todas las paletas, incluidas las paletas guías de descarga, tienen bordes biselados.

Las Figuras 1 y 2 de las figuras identifican los siguientes parámetros:

D1 Diámetro de entrada del impulsor en el punto de intersección de la cubierta frontal y el borde delantero de la paleta de bombeo

D2 Diámetro exterior del impulsor que es el diámetro exterior de las paletas de bombeo que en algunas modalidades ilustrativas es el mismo que el de la cubierta posterior del impulsor.

D3 Diámetro del primer extremo del revestimiento frontal

D4 Diámetro del segundo extremo del revestimiento frontal

A1 Ángulo entre el borde delantero de la paleta y el eje giratorio central del impulsor

A2 Ángulo entre las caras paralelas del impulsor y el revestimiento frontal, y un plano normal al eje giratorio A3 Ángulo del reborde elevado del revestimiento frontal alejado del eje giratorio central del impulsor Rs Radio de curvatura de la cubierta frontal del impulsor en ese punto donde el buje de garganta y la cubierta frontal del impulsor se alinean (es decir, donde el flujo sale del buje de garganta y entra en el impulsor)

Rv Radio del borde delantero de la paleta

Tv Grosor de la paleta de la porción principal de la paleta de bombeo

Lt Longitud de transición de la paleta

B2 Ancho de salida del impulsor

Inr Radio de curvatura del perfil curvo de la nariz del impulsor en el buje

Inariz Distancia desde un plano que contiene la cara principal interna de la cubierta posterior hasta el ápice de la nariz, en ángulo recto con respecto al eje central

Fr Radio de curvatura de la región de transición entre la cara principal interna y la nariz.

Preferentemente uno o más de estos parámetros tienen relaciones dimensionales en los siguientes intervalos: D4 = 0,55 D3 a 1,1 D3

D1 = 0,25 D2 a 0,75 D2 con mayor preferencia

0,25 D2 a 0,5 D2 con mayor preferencia

0,40 D2 a 0,75 D2.

Rs = 0,05 D2 a 0,16 D2, con mayor preferencia

0,08 D2 a 0,15 D2, con mayor preferencia

0 11 Ü2 a 0,14 Ü2

Rv = 0.09 Tv a 0,45 Tv, con mayor preferencia

0 125 Tv a 0,31 Tv, con mayor preferencia

0 18 Tv a 0,19 Tv

Tv = 0.03 D2 a 0,1 1 D2 con mayor preferencia

0 055 D2 a 0,10 D2

Lt = 0.5 Tv a 3Tv

B2 = 0.08 D2 a 0,2 D2

Inr = 0; 02 D2 a 0,50 D2, con mayor preferencia

0,10 D2 a 0,33 D2, con mayor preferencia = 0,17 D2 a 0,22 D2

I nariz 0,25 B2 a 0,75 B2, con mayor preferencia

0,40 B2 a 0,65 B2 con mayor preferencia

0,48 B2 a 0,56 B2

Fr 0,20 D2 a 0,75 D2, con mayor preferencia

0,32 D2 a 0,65 D2, con mayor preferencia

0,41 D2 a 0,52 D2.

Y tienen ángulos en los intervalos:

A2 = 0 a 20°

A3 = 10° a 80°

A1 = 20° a 35°

Ejemplos

Se realizaron ensayos comparativos con una bomba convencional y una bomba de acuerdo con una modalidad ilustrativa. Las diversas dimensiones relevantes de las dos bombas se establecen más abajo.

Impulsor de bomba convencional Impulsor de bomba nuevo

D1 = 203 mm = 226 mm

D2 = 511 mm = 550 mm

Rx = 156 mm = 60mm

Rv = 2 mm = 6mm

Tv = Varía (hasta un máximo de 76 mm) = 32 mm

Lt = Ninguno = 67 mm

B2 = 76 mm = 72 mm

Fr = 232 mm = 228 mm

Inr = 95 mm = 95 mm

A1 = 0 (paralelo al eje de entrada) = 250

Revestimiento Frontal Revestimiento Frontal

A2 = 0 (perpendicular al eje de entrada) = ídem

A3 = 60° = 60°

D3 = 203 mm = 203 mm

D4 = 200 mm = 224 mm

Para el nuevo impulsor de bomba ilustrativo descrito anteriormente en la presente descripción, la relación Rs/D2 es 0,109; la relación Fr/D2 es 0,415; la relación U /D2 es 0,173 y la relación Rv/Tv es 0,188.

Ejemplo 1

Tanto las bombas nuevas como las convencionales funcionaron en el mismo flujo de trabajo y velocidad en un mineral de minería de oro. La vida útil del impulsor de la bomba convencional fue de 1600 a 1700 horas y la vida útil del revestimiento frontal fue de 700 a 900 horas. La vida útil del impulsor de nuevo diseño y del revestimiento frontal fueron ambas de 2138 horas.

Ejemplo 2

Tanto las bombas nuevas como las convencionales se ejecutaron en el mismo flujo de trabajo y velocidad en una minería de oro, lo que resulta en un rápido desgaste debido al alto contenido en arena de silicio del lodo. Después de tres ensayos, el nuevo impulsor y el revestimiento frontal mostraron consistentemente entre 1,4 y 1,6 veces más vida útil que las partes metálicas convencionales del mismo material.

El impulsor convencional fallaba típicamente por un gran desgaste en las paletas de la bomba y un agujero en la cubierta posterior. El nuevo impulsor mostró muy poco de este tipo de desgaste.

Ejemplo 3

Tanto las bombas nuevas como las convencionales se ejecutaron en el mismo flujo de trabajo y velocidad en una refinería de alúmina en un trabajo que era crítico para proporcionar la alimentación adecuada a la planta. Este trabajo era a alta temperatura y, por tanto, favorecía un diseño de impulsor con características de baja cavitación.

La vida útil promedio del impulsor convencional y del revestimiento frontal fue de 4875 horas con algo de desgaste del impulsor, pero típicamente el revestimiento frontal falló por el agujero durante el uso.

La vida útil del nuevo impulsor y del revestimiento frontal fueron superiores a 6000 horas y sin agujeros.

Ejemplo 4

Tanto las bombas nuevas como las convencionales se ejecutaron en el mismo flujo de trabajo y velocidad en una refinería de alúmina donde la incrustación de tubos y tanques puede afectar la velocidad de producción de la bomba debido a los efectos de la cavitación.

Basado en el experimento, se ha calculado que el nuevo impulsor y el revestimiento frontal permitieron un aumento adicional del 12,5 % en el rendimiento mientras permanecía sin afectación por la cavitación.

Simulación experimental

Se llevaron a cabo experimentos computacionales para definir ecuaciones para los diversos diseños de impulsor descritos en la presente descripción, mediante el uso de software comercial. Este software aplica métodos de ajuste de curva o regresión lineal normalizada para definir un polinomio que describe la curvatura de las caras internas de las cubiertas del impulsor para ciertas modalidades descritas en la presente descripción.

Cada modalidad seleccionada de un impulsor cuando se visualiza en sección transversal en un plano dibujado a través del eje giratorio tiene cuatro regiones de perfil general que tienen cada una características distintas de forma, como se ilustra en la Figura 13A. La Figura 13B es el perfil de las características de la forma de un impulsor particular que se ha producido mediante el uso del polinomio. A lo largo del eje X (que es una línea que se extiende desde el buje del impulsor a través del centro de la nariz del impulsor y coaxial con el eje giratorio X-X), las dimensiones reales del impulsor se toman y dividen por B2 (el ancho de salida del impulsor) para producir un valor normalizado Xn. A lo largo del eje Y (que es una línea que se extiende en ángulo recto al eje giratorio X-X y en el plano de la cara interior principal de la cubierta posterior), las dimensiones reales del impulsor se toman y dividen por 0,5 x D2 (la mitad del diámetro exterior del impulsor) para producir un valor normalizado Yn. Los valores de Xn e Yn se regresan entonces para calcular un polinomio para describir el perfil de la región (2) que es la cara interna acentuada en la región de entrada del impulsor, y el perfil de la región (4) que es el perfil curvo de la región de la nariz del impulsor.

En una modalidad donde D2 es 550 mm y B2 es 72 mm, la región de perfil (2) se define por:

yn = —2,3890009903x1 19,4786939775x,í - 63,2754154980x3 102,6199259524x3 - 83,4315403428x

27,7322233171

En una modalidad donde D2 es 550 mm y B2 es 72 mm, la región de perfil (4) se define por:

y = —87,6924201323x1 119,7707929717x4 - 62,3921978066x3 16,0543468684x3 _ 2,7669594052x

0,5250083657

En una modalidad donde D2 es 1560 mm y B2 es 190 mm, la región de perfil (2) se define por:

yn = -7,0660920862x3 56,8379443295x4 - 181,1145997000x3 285,9370452104x3 _ 223,9802206897x

70,2463717260

En una modalidad donde D2 es 1560 mm y B2 es 190 mm, la región de perfil (4) se define por:

yn = -52,6890959578x3 79,4531495101x 4 _ 45,7492175031x3 13,0713205894x3 _ 2,5389732284x

0,5439201928

En una modalidad donde D2 es 712 mm y B2 es 82 mm, la región de perfil (2) se define por:

yn = -0,8710521204x3 7,8018806610x4 _ 27,9106218350x3 50,0122747105x3 _ 45 , i3 i2740213x

16,9014790579

En una modalidad donde D2 es 712 mm y B2 es 82 mm, la región de perfil (4) se define por:

yn = -66,6742503139x3 103,3169809752x4 _ 60,6233286019x3 17,0989215719x3 _ 2,9560300900x

0,5424661895

En una modalidad donde D2 es 776 mm y B2 es 98 mm, la región de perfil (2) se define por:

yn = -0,2556639974x2 2,6009971578^ - 10 ,5476726720^ 21,4251116716x2 _ 21,9586498788x

9,5486465528

En una modalidad donde D2 es 776 mm y B2 es 98 mm, la región de perfil (4) se define por:

yn = -74,2097253182x2 115,5559502836x4 - 67,8953477381x2 19,1100516593x2 - 3,2725057764x

0,5878323997

En la descripción anterior de ciertas modalidades ilustrativas, se ha recurrido a terminología específica para mayor claridad. Sin embargo, no se pretende que la invención se limite a los términos específicos de esta manera seleccionados, y debe entenderse que cada término específico incluye todos los equivalentes técnicos que operan de manera similar para lograr un propósito técnico similar. Términos tales como “frontal” y “trasera”, “encima” y “abajo”, y similares se usan como palabras de conveniencia para proporcionar puntos de referencia y no deben interpretarse como términos limitantes.

La referencia en esta descripción a cualquier publicación anterior (o información derivada de ella), o a cualquier asunto que se conozca, no es, y no debe tomarse como un reconocimiento o admisión o cualquier forma de sugerencia de que la publicación anterior (o información derivada de ella) o el asunto conocido forma parte del conocimiento general común en el campo de esfuerzo con el que se relaciona esta especificación.

Finalmente, debe entenderse que varias alteraciones, modificaciones y/o adiciones pueden incorporarse en varias construcciones y disposiciones de partes sin apartarse del ámbito de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un impulsor (40) específicamente adaptado para montarse dentro de una cámara (20) de una bomba centrífuga para girar alrededor de un eje giratorio X-X, la bomba que incluye una carcasa de la bomba que tiene la cámara en ella, una entrada para suministrar material a bombear a la cámara y una salida para descargar material de la cámara, el impulsor (40) que incluye una cubierta frontal (50), una cubierta posterior (51) y una pluralidad de paletas de bombeo (42) entre ellas, cada paleta de bombeo (42) tiene un borde delantero (43) en la región de una entrada del impulsor y un borde trasero (44), en donde la cubierta frontal (50) tiene una cara interna arqueada en la región de la entrada del impulsor, caracterizado porque:

la cara interior arqueada tiene un radio de curvatura (Rs) en el intervalo de 0,05 a 0,16 del diámetro exterior del impulsor (D2), dicha cubierta posterior (51) que tiene una cara principal interna y una nariz (47) que tiene un perfil curvo con un ápice de la nariz en la región del eje central que se extiende hacia la cubierta frontal (50), existiendo una región de transición curva entre la cara principal interna y la nariz (47), en donde Inr, es el radio de curvatura del perfil curvo de la nariz (47), la relación U /D2 es de 0,10 a 0,33.

2. Un impulsor (40) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la relación U /D2 es de 0,17 a 0,22.

3. Un impulsor (40) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde Inariz; es la distancia desde un plano que contiene la cara principal interna de la cubierta posterior (51) hacia el ápice de la nariz en ángulos rectos hacia el eje central, y B2 es el ancho de la paleta de bombeo, y la relación Inariz/B2 es de 0,25 a 0,75.

4. Un impulsor (40) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3, en donde cada paleta de bombeo (42) tiene una porción de paleta principal entre las porciones de borde delantero y trasero en la misma, el borde delantero de paleta (43) tiene una porción de longitud de transición cónica y un borde delantero que tiene un radio Rv en el intervalo de 0,09 a 0,45 del grosor Tv de la porción de paleta principal.

5. Un impulsor (40) de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el grosor Tv de la porción de paleta principal está en el intervalo de 0,03 a 0,11 del diámetro externo del impulsor (40).

6. Un impulsor (40) de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, en donde cada paleta de bombeo (42) tiene una longitud de transición Lt entre el borde delantero y el grosor de paleta completo, la longitud de transición está en el intervalo de 0,5 Tv a 3 Tv.

7. Un impulsor (40) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada paleta de bombeo (42) tiene un borde delantero de paleta que tiene un radio Rv en el intervalo de 0,09 a 0,45 del grosor de la porción de paleta principal Tv.

8. Un impulsor (40) de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el grosor de la porción de paleta principal Tv de cada paleta está en el intervalo de 0,03 a 0,11 del diámetro externo D2 del impulsor.

9. Un impulsor (40) de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en donde cada paleta tiene una longitud de transición Lt entre el borde delantero y el grosor de paleta completo, la longitud de transición está en el intervalo de 0,5 Tv a 3 Tv.

10. Un impulsor (40) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 9, en donde uno o más de los pasajes tienen una o más paletas guías de descarga asociadas con ellos, la o cada paleta guía de descarga localizada en la cara principal de al menos una de las o cada cubierta(s) (50, 51).

11. Un impulsor (40) de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la o cada paleta guía de descarga es una proyección de la cara principal de la cubierta (50, 51) con la que está asociada y que se extiende hacia un pasaje respectivo.

12. Un impulsor (40) de acuerdo con la reivindicación 10 o 11, en donde cada una de dicha cubierta (50, 51) tiene una dicha paleta guía de descarga que se proyecta desde una cara principal de la misma.

13. En combinación, un impulsor (40) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores y un revestimiento frontal, el revestimiento frontal que tiene un reborde elevado que subtiende un ángulo (A3) al eje central del impulsor en el intervalo de 10° a 80°.

14. En combinación, un impulsor (40) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 12 y un revestimiento frontal, el revestimiento frontal que tiene un extremo interior y un extremo exterior, el diámetro D4 del extremo interior está en el intervalo 0,55 a 1,1 del diámetro D3 del extremo exterior.

15. En combinación, un impulsor (40) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 12 y un revestimiento frontal, que define un ángulo A2 entre las caras paralelas del impulsor (40) y el revestimiento frontal, y un plano normal al eje giratorio que está en el intervalo de 0° a 20°.