ES2279917T5 - Bomba de tornillo sin fin excéntrico y estator para una bomba semejante - Google Patents

Abstract

Bomba helicoidal excéntrica con una envoltura (2) interior de material resistente al desgaste y elástico en una envoltura de carcasa (1) cilíndrica de una o varias partes; estando conformada una superficie interior (3) de la envoltura (2) o de la envoltura interior (2) en su lado (3) que apunta hacia el interior en forma de paso de rosca helicoidal con una dirección y una longitud de inclinación predeterminada, con un rotor (6, 8) insertado en la envoltura en una primera posición (z1) axial y con una excentricidad (9) radial bajo pretensión, y sujeto en el lado de accionamiento en esta posición (15, 16) en forma de espiral o de hélice con una dirección de hélice (7) igual a la del estator (2); caracterizada porque la abertura de salida (5) del estator (2) desde su extremo frontal está ensanchada en un trozo de la longitud de transporte axial de modo radial hacia el exterior en todo el contorno, de tal manera que un borde frontal (24) que gira en el funcionamiento de la bomba del extremo del rotor (23) dispuesto cerca de la abertura de salida - preferentemente con un desplazamiento (1 9; Deltaz) axial condicionado por el desgaste del rotor - puede girar respecto a la superficie interior (3) del estator sin contacto o de manera liberada (G).

Description

Bomba de tornillo sin fin excéntrico y estator para una bomba semejante.

La invención se refiere a una bomba elevadora alargada como bomba de tornillo sin fin excéntrico, compuesta de un estator y un rotor. El estator puede poseer una camisa exterior cilíndrica, preferiblemente de metal, y una camisa hueca recibida o recibible por ésta de un material “duroelástico” con superficie interior helicoidal. Presenta un rotor correspondientemente espiral o helicoidal. El estator y rotor tienen pasos en el mismo sentido. También es relevante el estator mismo con revestimiento “duroelástico” o camisa elastomérica.

Bombas semejantes se conocen para diferentes ámbitos de uso, por ejemplo, como bomba elevadora para mezclas de mortero u otros fluidos abrasivos transportados, véase el documento DE-B 33 04 751 (KTO) con “pretensado cónico” entre el estator y el rotor, que se vuelve más intenso hacia la salida MAS. Una bomba con estator elastomérico se conoce por el documento DE-A 197 58 086 (Artemis). Se corresponde al preámbulo de la reivindicación 1. En ella debe ser posible un montaje rápido del revestimiento. Un anillo elastomérico que sobresale axialmente está previsto para un montaje axial obturante. Asimismo está acondicionado el documento DE-A 198 01 021 (Jäger).

Un rotor metálico, la mayoría de las veces endurecido se acciona en rotación durante el funcionamiento en un sentido opuesto a su paso o hélice. Para mantener el rotor durante el funcionamiento de transporte en una situación (posición) axial constante respecto al estator, se debe aplicar una fuerza de retención axial correspondiente por el árbol de accionamiento del lado de entrada, eventualmente a través de piezas del aparato conectadas previamente al rotor, como acoplamiento, arrastrador, herramienta mezcladora o similares. La fuerza de retención axial se origina como “reacción” debida a la “acción” condicionada durante el transporte y movimiento de avance del material transportado y la rotación del rotor en el estator, después de que el rotor se acciona en rotación contra el paso de su hélice y contra el paso de la hélice del revestimiento interior del estator (de la camisa interior) por el dispositivo de accionamiento (en el lado de entrada).

Las fuerzas que aparecen son elevadas, por un lado, por la presión de transporte que se constituye en la bomba durante el funcionamiento, por otro lado, por la posición excéntrica del rotor, y porque la rotación en la dirección de rotación relativa del rotor opuesta al paso en sentido opuesto de los pasos de rosca solicita axialmente el rotor en contra de la dirección de transporte del estator.

Para facilitar la admisión del medio a transportar (“fluido transportado”) en la bomba, la camisa (estator) está ensanchado con frecuencia del lado de admisión en forma de embudo.

Se ha demostrado que debido a la elevada solicitación en la parte elastomérica del estator pueden aparecer considerables fenómenos de desgaste y desperfectos, con frecuencia ya después de un tiempo de funcionamiento sorprendentemente breve, por ejemplo, 2h o menos.

También puede aparecer un desgaste plano a lo largo del filete del rotor, así una disminución general de diámetro, lo que disminuye la potencia de transporte. A ello se le puede oponer, en el caso de una camisa de carcasa dividida longitudinalmente, un retensado (apriete) de los segmentos de carcasa que se extienden axialmente, debiéndose asumir una disminución correspondiente de la potencia de transporte. En lugar de ello también se puede disminuir constantemente la superficie interna en sección transversal de las espiras de estator de la admisión de la bomba hasta la salida de bomba, en el caso de camisa de carcasa en una pieza (no dividida) y en el caso de sección transversal de espiras del rotor que permanece contante a través de la longitud de la bomba, así puede estar prevista una “conicidad” determinada, de modo que el pretensado entre camisa de estator elastomérica y rotor endurecido aumenta hacia la salida. De este modo se puede obtener una disminución de la potencia de accionamiento o una potencia de transporte que permanece aproximadamente igual durante intervalos de tiempo de funcionamiento más largos, véase para ello el documento DE 33 04 751. El documento GB-A 1 215 569 (Hertrich) trabaja al contrario del pretensado “cónico”, en el que una camisa cónica consigue un aumento uniforme del pretensado mediante desplazamiento axial de la incrustación elastomérica. El documento DE-A 44 42 060 (Netzsch) muestra un embudo de entrada (en el lado de admisión) y el principio base de las “monobombas” de René Moineau se muestra en el documento DE-A 633 784.

En la práctica se muestra que, incluso en el sistema de accionamiento perfectamente configurado y ensamblado, así como adaptado entre sí, y al observar el pretensado más favorable en la camisa mediante el retensado de una carcasa en varias partes o mediante selección de una conicidad en el estator, puede aparecer una rápida caída de potencia y/o una segregación (modificación de la consistencia) del medio a transportar – incluso en el caso de estator o rotor recién sustituidos – y no se puede corregir mediante los pasos mostrados. Esto conduce a reclamaciones y objeciones sobre los rotores o estatores recién colocados, que se califican como defectuosos o insuficientes, aunque satisficieron todas las especificaciones por parte del fabricante y estuvieron en regla. No se pudo aclarar la causa para la reducción de potencia que aparece de repente o la modificación de consistencia cíclica del fluido transportado dado del lado de presión (denominado en el lenguaje especializado de los usuarios “grueso / fino”). El fabricante había entregado estatores o rotores reglamentarios, el usuario los ha montado también de la forma debida en su dispositivo de bombeo que anteriormente (todavía) funcionaba. No obstante, se produjeron los síntomas de fallo descritos, en particular una acanaladura axial en el elastómero del estator que se estrecha del lado de aspiración hacia el lado de presión del estator (o amplia considerado dado la vuelta), y en primer lugar se puede deducir una mezcla de goma mala o inapropiada o un tratamiento defectuoso de la parte interior elastomérica de la camisa del estator. Se deben evitar errores semejantes que aparecen de forma inesperada en el uso de componentes constructivos casi como nuevos (estator o rotor).

La invención tiene el objetivo de crear el remedio y garantizar mayores duraciones, impedir una modificación de la consistencia del medio a transportar e impedir pérdidas repentinas de potencia de transporte en el caso de componentes sustituidos casi como nuevos.

Este objetivo se resuelve según la reivindicación 1 ó 10 ó 15. La solución se prepara primeramente gracias al uso según la invención de un estator (reivindicación 15). Las reivindicaciones dependientes correspondientemente muestran medidas alternativas o complementaciones ventajosas.

En primer lugar el fallo descrito, corregido por la invención pareció ser un problema del elastómero, que se desgastó de forma precoz en los puntos de obturación (los nervios que sobresalen radialmente hacia el interior de la espiral helicoidal elastomérica) debido a una muesca o acanaladura que discurre axialmente, y de este modo abrió un canal para un reflujo o consiguió una mala obturación entre el rotor espiral y la superficie interior del revestimiento elastomérico de la camisa exterior. La causa no se encuentra o se encontraba en la mezcla elastomérica o su procesamiento o colocación, mejor dicho en primer lugar se debió reconocer donde se encontraba la causa real de este síntoma de fallo que aparecía y era visible en un estator desmontado. Con esta acanaladura de retorno descrita en el espacio interior del estator se junto una acanaladura entallada periféricamente cerca del extremo de salida de forma periférica en el estator o su revestimiento elastomérico.

Ni a la acanaladura que discurre axialmente y que permite el retorno, ni a la muesca que discurre periféricamente en la salida se les pudo atribuir sintomáticamente el “problema grueso – fino” descrito en general por el usuario en la reclamación, que se enunció porque una bomba no transportó de forma consistente el material transportado, sino que transportó alternativamente secciones que tenían mayor y menor fracción de agua, así puso a disposición bajo presión en la salida el material transportado espesado con poca fracción de agua y la fracción de agua muy segregada con menos material transportado de grano grueso. Aparentemente un fallo en la zona del mezclador o del mortero.

Solo un análisis de un entorno mayor de síntomas de fallo pudo mostrar que la sistemática de fallos llega a través de una cadena de acontecimientos que provocan la segregación descrita por el usuario, pero no se origina por una bomba mal fabricada por el fabricante o una de sus piezas de recambio, o piezas de recambio incorrectamente montadas por el usuario, sino por un desplazamiento axial de estator y rotor relativamente uno respecto a otro. Este desplazamiento axial del rotor en el estator provoca que un extremo falciforme presente en el extremo frontal del rotor del lado de presión corte en forma de cuchillo debido al movimiento excéntrico en el elastómero del estator, y como una hoz deje allí la muesca periférica descrita en toda la periferia del revestimiento elastomérico del estator. A causa de esta zona dañada se favorece entre otros debido a las altas temperaturas de la camisa elastomérica (en el rango de 60ºC a 70ºC) durante el funcionamiento que se deforme hacia el interior un trozo axial de la parte elastomérica del estator entre la muesca y el extremo (el extremo del lado de presión) del estator y se pliegue radialmente (hablando gráficamente), por lo que se merma la sección transversal de paso puesta a disposición en el lado de presión. Debido a la sección transversal de paso mermada se establece una mayor presión delante de la salida de la bomba, que no se puede escapar en el recorrido normal de la bomba en el lado de presión, mediante entrega del fluido transportado en demasía referido a la sección transversal de salida. Este material transportado en demasía constituye una presión tan elevada delante de la salida (reducida) de la bomba, que origina un fluyo de retorno y se deteriora la línea de obturación en el lado interior del estator, lo que conduce a la acanaladura axial que se ensancha hacia el lado de aspiración. Esto no se podía atribuir a una mala calidad del elastómero como material interior elástico-fijo o el revestimiento interior de la camisa exterior del exterior, sino a una situación de sobrepresión originada en funcionamiento, debido a un extremo falciforme frontal cortante del rotor espiral. Debido a la situación de presión descrita se produce además la modificación de consistencia sólo observada realmente en la salida (MAS). El fluido transportado se segrega durante el transporte, forma así cámaras con fracción de agua elevada y cámaras con fracción de agua reducida, lo que se considera por el usuario como una bomba que funciona mal y valora que para él en primer lugar transporta demasiada agua y luego demasiado producto transportado de grano grueso.

Los diferentes puntos de transferencia de fuerza muestran desgastes como consecuencia del uso duradero de una bomba elevadora. Éstos conducen a que por efecto de las fuerzas axiales descritas al inicio (hacia el lado de funcionamiento, así en contra de la dirección de transporte) se originen solicitaciones en puntos de acoplamiento mecánico, que cedan y no se resuelvan con un cambio del rotor. La mayoría de las veces tampoco están fabricados de un material endurecido, como es el rotor para su potencia de transporte. Un retorno originado por ello de la posición axial del rotor conduce a una migración del punto periférico falciforme del rotor y la zona dañada periférica acanalada descrita en la camisa elastomérica obturante. La solución correspondiente se revela frente a eso igualmente sencilla, como convincente. La zona que se deteriora (o deterioraría) con el borde falciforme del rotor se suprime sin modificar la bomba en su longitud verdadera, así sin acortar el estator con su camisa exterior o tener que encontrarse con otros componentes en el lugar de colocación. De este modo el rotor se mueve con su borde falciforme a un espacio libre. El borde no recibe así una intervención recíproca elástica con la que podría deteriorar el estator con su lado interior elastomérico en caso de un desplazamiento de su posición axial, a fin de desencadenar la cadena de acontecimientos

que percibe el usuario como síntoma “grueso – fino”.

Si en los diferentes puntos de transferencia de fuerza aparecen desgastes que conducen a que el rotor se desplace en el estator en contra de la dirección de transporte (hacia el lado de funcionamiento) debido a las fuerzas que aparecen, así tampoco se da más la asociación axial importante para una potencia de transporte óptima de estator y rotor.

Son posibles diferentes formas de realización según se libera el lado frontal del extremo del rotor (reivindicación 6 a reivindicación 9, reivindicación 3). Estos tipos de pasos libres se pueden denominar con un “ahuecado” o un retraimiento o decalado de la zona final elastomérica (reivindicación 4). Se pueden seleccionar de forma cónica, comparable al lado de admisión, o en otras configuraciones.

Asimismo es posible una escotadura algo cilíndrica del material elastomérico, una forma que sigua la forma espiral de la superficie interior, pero que se ensanche fuertemente radialmente hacia el exterior, como cualquier otra forma que se ensanche radialmente hacia el exterior, a fin de conferirle un espacio libre a la sección de borde falciforme del rotor que se retrotrae durante el funcionamiento.

Este espacio libre conduce a una “no aparición de daños” en el material elastomérico obturante, pero al mismo se ocupa de que se realice una disminución consabida de la longitud efectiva de la bomba para la constitución de presión, en el caso de longitud constante físicamente. Una reducción porcentual semejante de la etapa de presión, que puede ser de hasta media etapa (reivindicación 3), se compensa según la invención por un pretensado cónico creciente, según se explica al inicio, y en las etapas de presión restantes. De este modo se puede garantizar una preservación de la potencia de la bomba y sus piezas de sustitución, que se complementan de forma combinada (reivindicación 5), pero preparándose un efecto combinatorio semejante también por el uso de la configuración correspondiente del estator elastomérico (reivindicación 5), como pieza de recambio o sustitución.

No se deben realizar modificaciones respecto al rotor o los componentes que accionan este rotor, axialmente delante de la bomba hacia el lado de aspiración MES (del accionamiento motor, la hélice mezcladora y otros acoplamientos) y axialmente después de la bomba (una brida de presión o una pieza final de bomba que sirve como espaciador). Estos componentes pueden seguir siendo los mismos. Asimismo el modo constructivo de la bomba puede ser el mismo, su posición axial se puede dejar de forma no modificada y no se deben dar indicaciones de manipulación para eliminar los fallos que aparecen sistemáticamente. Ya se evitan porque se retarda o impide su aparición.

Se contrarresta la génesis de fallos radicados en sí en los mecanismos de accionamiento y delante de la propia bomba mediante una modificación de la camisa del estator del lado de presión, que verdaderamente es aquel lugar neurálgico en el que se origina un máximo de presión y se debe conducir y mantener mediante las líneas de obturación, o también se debe constituir hasta aquí. Pero esta pérdida de potencia de transporte se puede compensar porque una forma cónica reforzada del espacio interior contribuye a compensar la reducción de la potencia a lo largo de la longitud de la bomba en la etapa de presión restante o hacer funcionar la bomba con una potencia ligeramente reducida para evitar un síntoma de fallo que se constituye durante el funcionamiento, cuya investigación de las causas es compleja.

La creación de un paso libre simboliza una evitación de un contacto perjudicial del borde frontal periférico falciforme (también denominado borde periférico) durante un movimiento de rotación del rotor en referencia a la camisa interior elastomérica, entonces flexible y blanda de la camisa exterior mucho más rígida del estator. El paso libre simboliza una extensión axial y una extensión radial para una reducción del espesor del revestimiento elastomérico (reivindicación 3, reivindicación 4), o hablando de ello de otra manera, un ensanchamiento del paso de rosca en la dirección radial en un trozo axial predeterminado cerca de la salida en el lado de presión del estator.

También se puede evitar un desgaste perjudicial dado que el paso libre se entiende de modo que no se origina un contacto de presión de este borde frontal que corta de forma falciforme, cuando ya se admite un (ligero) contacto tangente y no se mantiene el óptimo de un paso libre puro o evitación de cada contacto (reivindicación 10). Siempre se da un momento en el que la conexión de accionamiento axial se desvía fuertemente o se acorta axialmente, de modo que un extremo falciforme del rotor del lado de presión está en contacto bajo presión radial con la camisa elastomérica y se corta aquí, sólo que el instante hasta que éste ocurre, se puede retrasar hasta que un desgaste aceptable de la conexión de accionamiento no tiene propiedades de transporte desventajosas en la bomba helicoidal.

En el lado frontal puede estar configurado un nervio obturador periférico (reivindicación 16), también saliente axialmente y radialmente fuera en la superficie frontal elastomérica, pero que en su extensión axial es esencialmente menor del 2% de la longitud axial de un paso de estator (una etapa de tornillo o una etapa del “paso de rosca”), por otro lado, tiene otro objetivo totalmente diferente, aquel de la obturación axial y radial del lugar de conexión del estator con las piezas funcionales continuas, sin que estuviera relacionado funcionalmente con el extremo falciforme del rotor o una geometría del rotor. Durante el montaje del estator se comprime fuertemente el nervio obturador hasta que la camisa exterior más rígida entra en contacto con un receptáculo metálico del lado de presión (reivindicación 9).

Una reducción de la dimensión A en la dirección de transporte en la sección solicitada a presión de la bomba helicoidal (reivindicación 5) se refiere a una etapa de paso correspondiente respecto a su inicio y su final. La anchura interna de la camisa interior se disminuye en este caso por etapa de forma esencialmente uniformemente. Con este aumento del efecto de la conicidad, así un pretensado fuertemente creciente en la sección activa de presión, en el caso de una retirada de cada pretensado en la sección de retrotracción, en particular de ensanchamiento, del lado de salida (la intervención temida del efecto cortante falciforme del extremo de rotor), en este sentido se puede compensar una longitud de al menos el 2%, preferiblemente entre el 5% y el 10%, hasta una longitud de media etapa, cuando el estator asegurado contra el efecto cortante falciforme en una bomba puede producir prácticamente la misma potencia, a pesar de un recorrido de presión axial acortado después de que la camisa exterior deba quedar sin modificarse como tal en su longitud total física.

Una combinación de configuración helicoidal y ensanchamiento cónico de la camisa en la zona de salida ofrece una técnica de fabricación sencilla (reivindicación 8). La camisa helicoidal no se estrecha cónicamente hacia el extremo del lado de presión, sino que se ensancha ligeramente o más fuertemente, conserva su forma helicoidal base y mantiene adicionalmente una forma que se ensancha cónicamente. De este modo la conicidad discurre en la dirección de

presión en esta sección puesta en peligro por el engranaje falciforme como “contraconicidad”, en el sentido de un

ensanchamiento y no de un estrechamiento del espacio interno que se forma por la superficie interior espiral de la camisa interior elastomérica.

Se puede comparar esta “conicidad ensanchada” con una “conicidad que se reduce” semejante o un espacio interno semejante que se sitúa axialmente delante, así en contra de la dirección de transporte (reivindicación 8), o se

encuentra inmediatamente ante el inicio de la contraconicidad (conicidad “que se ensancha”). El ensanchamiento se

extiende en la dirección radial en un tramo axial de modo que las dos direcciones consiguen en conjunto una reducción del espesor de pared del revestimiento interior elastomérico en este corto tramo axial en el lado de salida.

En lugar de una circunscripción de la reducción del espesor de pared del revestimiento interior elastomérico (camisa elastomérica) también se puede hablar de un ensanchamiento del espacio interior, referido a los pasos de rosca que fundamentan la pared interior configurada de forma espiral o helicoidal (reivindicación 15).

Un ensanchamiento configurado cilíndricamente, decalado o reducción del espesor de pared (reivindicación 6, reivindicación 16) puede conducir directamente a un nervio obturador que discurre periféricamente en el extremo frontal.

También es posible una combinación del paso de rosca ensanchado y ensanchamiento posterior, cilíndrico o cónico sin paso de rosca, como también la combinación de sección de ensanchamiento cilíndrica y cónica con desplazamiento axial entre sí (reivindicación 6 y reivindicación 7). La invención se explica más en detalle a continuación mediante dibujos esquemáticos de varios ejemplos de realización. Estos ejemplos de realización explican y complementan la invención.

Figura 1 muestra en sección longitudinal una bomba según un ejemplo de la invención, con estator 1, 2 y rotor 6.

Figura 2a, figura 2b muestran, en la parte de la figura 2a, en sección longitudinal un estator no cónico para una bomba de tornillo sin fin excéntrico, en la parte de la figura 2b, una sección transversal a través de este estator.

Figura 3a muestra una zona de acoplamiento intacta entre un extremo 8 del rotor 6 del lado de entrada y una herramienta mezcladora situada delante con accionamiento que no está representado en sí mismo.

Figura 3b muestra la zona de acoplamiento después del desgaste v condicionado por el funcionamiento en los puntos de engranaje.

Figura 4a, figura 5a, figura 6a muestran diferentes formas de realización del estator según otros ejemplos de la invención.

Figura 4b, figura 5b, figura 6b muestran respectivamente las vistas frontales correspondientes en el extremo de salida de los estores.

La bomba de tornillo sin fin excéntrico presenta en el ejemplo, según se puede ver en la figura 1, una carcasa 1 exterior, cilíndricamente alargada de diámetro predeterminado y longitud predeterminada. La carcasa puede estar hecha, por ejemplo, de acero. En la carcasa está montada de forma fija una camisa cilíndrica hueca, por ejemplo, de goma con alta resistencia al desgaste o material elastomérico similar, cuya superficie interior 3 presenta un contorno helicoidal para la formación de un canal helicoidal de dos filetes con paso doble. En el lado frontal MES del lado de entrada se ensancha cónicamente el canal helicoidal, según se muestra con 4, a fin de facilitar la admisión de un medio transportable a transportar hacia el lado de salida MAS como fluido, por ejemplo, una mezcla de agua y un aditivo. El estator puede estar ranurado axialmente o estar formado en varias partes, lo que no está representado por separado.

En la camisa interior del estator 2 está insertado un tornillo sin fin 6, por ejemplo, de acero endurecido. La dirección de paso 7 es la misma en el estator y el rotor. El eje longitudinal 11 de la sección de rotor espiral está desplazado radialmente en 2*e respecto al eje central 10 de los pasos de rosca del estator (del eje de rotación del rotor), por lo que

se produce la excentricidad 9 (o “e”).

Del lado de entrada MES el rotor 6 está prolongado en 8 más allá del comienzo del estator, a fin de formar en el eje 10 una cabeza del tornillo sin fin 17 (fig. 3a) a través de la que se puede accionar el rotor en un sentido opuesto a la dirección de paso de estator y rotor. La abertura de salida 5 del estator de la bomba está configurada de forma especial en el lado de salida MAS, explicándose más abajo.

Una conicidad k está representada en la figura 1 mediante una zona de borde negra, que se vuelve más gruesa, del tornillo sin fin espiral, el cual se hace funcionar con una presión de apriete creciente del lado de entrada 4 al lado de salida 5, a fin de considerar la fuerza de transporte creciente y de configurar mejor las líneas de obturación para la delimitación de las cámaras de transporte en la envolvente del estator 2 elastomérica. Tales cámaras de transporte se explicitan en la sección superior de la figura 1 entre el canal helicoidal (formado por la forma de la pared interior 3 del revestimiento 2 elastomérico) y la pared exterior de la hélice 6 alargada. También arriba están representadas las líneas de obturación de las cámaras en la sección transversal a través de las bandas de superposición negras cortas, que no se superponen en sí mismas durante el funcionamiento, sino que mediante una flexión del material elastomérico generan un efecto obturador constituido por presión respecto al estator, asimismo como frente a la zona continua k.

La dirección axial está designada con z, también como dirección de transporte, pudiéndose reconocer los dos ejes 10, 11 desplazados excéntricamente y con el desplazamiento 9.

En lo sucesivo se trabaja en coordenadas cilíndricas con z para la dirección axial y r para la dirección radial.

Todavía se debería mencionar la longitud de un paso o una etapa, que está designada con L1 en la figura 2a, vista en una hélice de dos filetes del estator, formando la pared interior 3 correspondiente un espacio interior I interno en el que no está insertado un rotor en esta figura.

Para una potencia de transferencia óptima y desgaste lo más bajo posible es necesaria una adaptación y ajuste exactos de las piezas de la bomba. A ello pertenece que se mantenga lo más exacta posible una longitud z1 axial del rotor respecto al estator durante el funcionamiento de la bomba. Esto, con vistas a las fuerzas muy elevadas que actúan axialmente contra la dirección de transporte z en el rotor, requiere una fuerza de retención recíproca muy elevada que se debe aplicar sobre el rotor a través del lado de accionamiento, lo que propicia un desgaste en las piezas que transfieren la fuerza de accionamiento. Las consecuencias están explicitadas mediante la comparación de las figuras 3a y 3b. A la izquierda se muestra (representado sólo parcialmente) un acoplamiento intacto entre una cabeza del tornillo sin fin 17 y el arrastrador 16, 18 de una herramienta mezcladora 15 preconectada. A la derecha está representado el mismo acoplamiento en el estado desgastado. La consecuencia del desgaste es que el rotor ha modificado su longitud z1 respecto al estator en el desplazamiento 19, por lo que ha migrado en el estator contra la dirección de transporte. La dimensión ∆z se corresponde con el desplazamiento 19 y la migración de la cabeza del tornillo sin fin 17 provista de un receptáculo en el acoplamiento 18 en el arrastrador 16 de la herramienta mezcladora 15, estando sujetos especialmente los puntos designados en la fig. 3b con v a un desgaste por una remoción axial de la herramienta arrastradora no endurecida respecto al acero endurecido del rotor.

Las figuras 2 muestran el estator en una configuración normal. El extremo de admisión 4 se extiende de forma cónica, mientras que el paso de rosca discurre sin modificarse hasta el plano 22 que discurre perpendicularmente respecto al eje 10 y en el que se encuentra la abertura 5’ de la camisa 2 del lado de salida. Si ahora en esta camisa un rotor, como el rotor 6 según la figura 1, se encuentra en su posición de trabajo z1 y se acciona en rotación, efectúa una trabajo de flexión considerable en la camisa elastomérica 2 que lo circunda. En este también está implicado correspondientemente un borde 24 falciforme en la superficie frontal 25 del rotor 6 del lado de salida, ya que en el caso de la envolvente según la figura 2a discurren los pasos de rosca sin modificarse hasta la superficie frontal de la camisa en el plano 22. El borde frontal 24 falciforme se atraviesa en este caso, si el desplazamiento ∆z se vuelve mayor, en el material de la camisa, y provoca una muesca correspondiente o una entalladura. Éstas pueden poseer una profundidad radial de hasta 3 mm y más. El elastómero de la camisa se calienta hasta 60 ºC a 70 ºC y se abomba, abate un trozo hacia dentro, y reduce la sección transversal de salida de la abertura 5 para el medio transportado (fluido transportado).

Se pudo determinar que de este modo se modifica cíclicamente la consistencia de la mezcla transportada, provocada por una presión elevada en el lado de presión y deterioros del estator mediante una ranura que se forma axialmente y que rompe las líneas de obturación que discurren periféricamente espiralmente. Ya tras poco tiempo se vuelve inservible la bomba.

Según muestran las figuras 1 y 4 a 6, se puede evitar eficazmente la aparición de estos daños. La abertura de salida 5 de la camisa 2 se ensancha respecto a un desarrollo regular aceptado de las superficies del tornillo sin fin y con ello se excluye un contacto que ejerce una presión del borde final 24 falciforme del rotor con la camisa 2 durante el funcionamiento, preferentemente aun cuando el rotor modifica, debido al desgaste de las piezas en el recorrido de accionamiento (véase las figuras 3) su posición z1 axial regular predeterminada respecto al estator en contra de la

dirección de transporte (debido al desplazamiento 19 o ∆z en las figuras 3). De este modo se origina un estado, según

está representado gráficamente como paso libre o posición libre G. El borde 24 falciforme representado en sección como borde de corte agudo que presenta menos de 180º, no toca la camisa elastomérica 2, mejor dicho está prevista una distancia.

Otro retorno axial de más de más de ∆z según la figura 3b conduciría en la figura 1 a una posición axial del rotor 2 todavía más trasladada hacia la derecha, unido con un contacto probablemente inminente (solicitado), a pesar de una configuración ensanchada de la abertura de salida 5. Un contacto puro en sí mismo no es todavía perjudicial, sólo uno tal que con solicitación de presión adicional conduzca a un efecto de corte en el elastómero, que luego induciría a desplazamientos indeseados radialmente hacia el interior a la sección de la camisa elastomérica situada axialmente más hacia el lado de presión. Pero incluso este desplazamiento hacia el interior se puede realizar un tramo más allá, en el caso de la camisa elastomérica 2 reducida fuertemente hacia el exterior en el espesor, si la superficie frontal del rotor del lado de salida y el borde de corte obvio en ella todavía deberían ejercer una presión sobre la camisa elastomérica, todavía se retrotrae radialmente y abre una sección transversal mayor en la salida MAS.

En la figura 1 se puede ver que la zona de la reducción del espesor de la pared de la camisa 2 cerca de la superficie frontal en la salida MAS no es un gran recorrido axial, pero un ensanchamiento esencial radial de la abertura de salida

5. Para comparar las longitudes se puede hacer referencia como objeto de comparación a una etapa L1 según la figura 2a, de las que están previstas varias a lo largo de longitud global L del estator a través del revestimiento interior elastomérico.

Para la definición de la conicidad k según la figura 1 se puede especificar una modificación de la dimensión interna del espacio interior mediante la especificación de la reducción porcentual, conforme a un refuerzo o engrosamiento porcentuales de la camisa elastomérica 2. Esta especificación se puede extender también a que la dimensión A y la dimensión C según la figura 2b se especifican de forma variable a lo largo de la dirección z. Las dos dimensiones A y C definen la mayor y menor dimensión del espacio interior, correspondiéndose con la mayor y la menor distancia de la superficie interior del revestimiento 2 elastomérico en la sección según la figura 2a.

La conformación del ensanchamiento 5 del extremo MAS del estator puede ser diferente.

En las figuras 5 el ensanchamiento 5a está configurado cónicamente aproximadamente conforme al ensanchamiento en el extremo de entrada 4. La vista en planta del extremo ensanchado se muestra en la figura 5b.

Una vista en planta similar se produce en la configuración según las figuras 6, en las que el ensanchamiento 5b está configurado de forma escalonada. Esto se corresponde una retrotracción esencialmente cilíndrica de la pared

elastomérica 2’.

La configuración según las figuras 4 se corresponde con el ensanchamiento 5c esencialmente de la forma mostrada en la figura 1, con una parte helicoidal adicional en la sección z5. La figura 4b muestra la vista en planta correspondiente.

A pesar de las vistas aparentemente iguales, la figura 5b muestra una inclinación en el ensanchamiento o extensión 5a, la figura 6b una escotadura 5b cilíndrica o bien una vista en una superficie frontal, orientada radialmente y la figura 4b una combinación de un ensanchamiento cónico conectado con una salida 5c helicoidal con otra conicidad que aquella que condujo a la sección de ensanchamiento de la longitud z5 (en la zona dispuesta ante ella y las etapas precedentes). Una configuración helicoidal semejante unida con una configuración cónica o también cilíndrica se puede describir también de modo que se mantiene una forma cónica, en el caso de conicidad invertida, es decir, aquella que relaja la solicitación de presión o no deja que se origine y está orientada hacia el exterior, hacia una espesor de pared 2’ más delgado de la camisa 2 elastomérica, o está ensanchada cónicamente claramente y más intensamente de modo que se pueden sacar intervalos de hendidura entre un borde 24 falciforme según la figura 1 y la superficie interior del ensanchamiento 5 también con rotor montado.

Todos los ejemplos de realización tienen adicionalmente una junta de obturación 21 dispuesta frontalmente, periférica y en forma de nervio, para la colocación obturante en otras secciones intermedias (receptáculo) en la sección de transición hacia la manguera de transporte en el lado de presión. Este nervio 21 periférico está dispuesto radialmente fuera en la camisa interior elastomérica, cerca de la carcasa rígida o camisa exterior 1. Se extiende en dirección axial en menos del 2% de una longitud de etapa L1, y no tiene una influencia en la protección de la pared interior del revestimiento elastomérico 2 frente a un deterioro producido por el rotor. En el estado montado este nervio se comprime prácticamente completamente.

Para la clarificación de la extensión axial y el ensanchamiento radial, en la figura 6a está dibujado un grupo de referencias, así el espesor de pared restante 2’ que se origina después de la introducción de una escotadura 5b cilíndrica o un ensanchamiento 5b cilíndrico, preferiblemente adaptado a un espesor radial del nervio 21 periférico recién explicado. La extensión z5 axial del retrotraído o ensanchamiento, a describir en general como “paso libre G” según la figura 1, se pone en referencia a la longitud L1 de una etapa (una vuelta de rosca). El tamaño del ensanchamiento r5 radial se corresponde con una forma a lo largo de recorrido z5 axial, en el que se realiza el ensanchamiento r5. No debe ser constante, sino que puede variar periféricamente según se desprende de las figuras 5a y 4a y también puede asumir diferentes valores en la dirección longitudinal z.

En la dirección z5 axial, el ensanchamiento o extensión para el paso libre de la camisa del borde final del rotor debería ser al menos del 2%, preferiblemente por encima del 3%, o del 5% hasta el 10% de una etapa L1 del tornillo sin fin del estator 3. Para la mejor compresión en la figura 2 está dibujada una etapa semejante. En el caso de una longitud de etapa de, por ejemplo, 110 mm, el límite inferior de la extensión es aproximadamente 2 mm a 4 mm, pero también puede ser de 5 mm a 11 mm y más, hasta la mitad de una etapa.

La disminución que aparece en este caso de la longitud efectiva del estator en la bomba se compensa mediante el aumento correspondiente del pretensado k entre el rotor y estator. La conicidad se puede ver en la representación en sección a través de la línea de conexión 21 inclinadas en las figuras 5a, 6a. Se corresponden con la conicidad k representada gráficamente que proporciona un pretensado aumentado hacia el lado de presión. La modificación de la conicidad se realiza de manera ventajosa por modificación constante de la dimensión A. La reducción porcentual de esta dimensión por etapa debe ser de al menos el 0,4%.

Para la mejor compresión todavía se explican a continuación algunas definiciones utilizadas. Así el número de etapas del estator es igual a la longitud del estator dividido por su paso de rosca. La conicidad del tornillo sin fin del estator se produce de la diferencia de las dimensiones C y A de la entrada MES y salida MAS, estando distribuida la reducción de forma uniforme sobre el número de pasos (etapas). El valor medio de la dimensión A por etapa se deduce de la dimensión A en la entrada de la etapa disminuida en la dimensión A en la salida de la etapa. En este sentido aquí se entiende bajo la reducción porcentual de la dimensión A por etapa, la diferencia de dimensión A por etapa multiplicado por 100 y dividido por la dimensión A en la entrada de la etapa.

Según se deduce tanto de la figura 1, como también de las figuras 5a y 6a, la dimensión A se reduce en la dirección de transporte, así en la dirección hacia la salida del estator MAS.

Una segregación, así un cambio de la consistencia del medio transportado, asimismo como un desgaste precoz de las piezas de la bomba se puede evitar de manera muy sencilla y con la posibilidad de compensar una disminución asumida de la potencia de la bomba.

Claims (18)

1. REIVINDICACIONES

   1.- Bomba de tornillo sin fin excéntrico con una camisa (2) interna de material elástico y resistente al desgaste en una camisa de carcasa (1) cilíndrica de una o varias partes; en la que una superficie interior (3) de la camisa (2) o de la camisa interior (2) está configurada en su lado (3) orientado hacia el interior en forma helicoidal con una dirección y longitud de paso predeterminadas; con un rotor (6, 8) espiral o helicoidal, insertado bajo pretensado en la camisa en una primera posición (z1) axial y con excentricidad (9) radial y mantenido (15, 16) del lado de accionamiento en esta posición con la misma dirección de paso (7) que el estator (2); caracterizada porque una abertura de salida (5) del estator (2) se ensancha partiendo de su extremo frontal en un tramo de la longitud de transporte axial radialmente hacia el exterior en toda la periferia, de modo que un borde frontal (24), que rota durante el funcionamiento de la bomba, del extremo del rotor (23) colocado cerca de la abertura de salida – preferentemente en el caso de un desplazamiento (19; ∆z) axial del rotor condicionado por el desgaste – puede rotar sin contacto o libremente (G) respecto a la superficie interior (3) del estator.
2. 2.- Bomba de tornillo sin fin excéntrico según la reivindicación 1, con un estator de una carcasa (1) cilíndrica en una pieza y una camisa interior (2) dispuesta en ella de forma fija de material elastomérico, cuya superficie interior (3) está configurada discurriendo de forma espiral o helicoidal alrededor del eje longitudinal (10; z), y con el rotor (6) helicoidal, alargado que, con su eje central (11) opuesto al eje longitudinal (10) del estator, está dispuesto desplazado radialmente en una medida (9, e) predeterminada en una posición (z) axial dada respecto al estator dentro de éste, que presenta la misma dirección de paso que la camisa interior y se puede accionar en rotación – opuesto a la dirección de paso de la superficie interior (3) de la camisa interior – y está mantenido partiendo de un lado de accionamiento (8) en la posición

   (z) axial dada; en la que

   -

   la camisa interior (2) está ahuecada o ensanchada desde su cara (22) del lado de salida tanto en la dirección radial como también axial en una medida tal que un borde frontal (24) del rotor (6) del lado de salida rota periféricamente excéntricamente durante un funcionamiento de bomba – no solicitando la superficie interior (3) de la camisa (2);

   -

   para la compensación de una pérdida de potencia una disminución, distribuida sobre la longitud restante del estator, de una anchura interna mayor (dimensión A) de los canales de tornillo formados por la superficie interior (3) está prevista en el rotor (2) como conicidad mayor.

3. 3.- Bomba de tornillo sin fin excéntrico según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque existe un paso libre (G) del borde periférico (24) del rotor (6) del lado de salida, generado por un decalado radial y axial de una superficie frontal

   (22) de la camisa del estator (2) del lado de salida, axialmente opuesto a la dirección de transporte en una sección longitudinal (z5), que es al menos del 2% de una longitud axial de un paso del estator (etapa de tornillo L1), en particular por encima del 3%, entre el 5% y el 10% o hasta la mitad de una etapa.
4. 4.- Bomba de tornillo sin fin excéntrico según la reivindicación 3, caracterizada porque el decalado, en particular como ahuecado o ensanchado, está dimensionado de manera que el paso libre (G) también se mantiene en el caso de un desplazamiento (19, ∆z) axial del rotor (6) condicionado por el desgaste.
5. 5.- Bomba de tornillo sin fin excéntrico según una de las reivindicaciones precedentes, en la que para la compensación de la pérdida de potencia que aparece debido al decalado de una sección (z5) de la superficie frontal

   (22) del estator (2) del lado de salida y del acortamiento condicionado por ello de su al menos un paso de tornillo eficaz en transporte

   (i)

   está prevista una reducción de la anchura interna del canal helicoidal como reducción de la dimensión A en la dirección de transporte por cada etapa de paso (L1) de la camisa del estator (2) de al menos un 0,4%; o

   (ii)

   se disminuye la anchura interna de la camisa interior por etapa (L1) en más de esencialmente el 0,4%, reduciéndose sustancialmente y de forma continua la anchura interna de la abertura de entrada (4) hacia la abertura de salida (5).

6. 6.- Bomba de tornillo sin fin excéntrico según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en la que el ensanchamiento posee (5b) una sección de forma esencialmente cilíndrica.
7. 7.- Bomba de tornillo sin fin excéntrico según la reivindicación 1 o reivindicación 2 o reivindicación 6, en la que el ensanchamiento (5) de la abertura del lado de presión posee una sección de forma (5a) esencialmente cónica, en particular también con una extensión esencialmente cónica, como cono de entrada (4) del lado de admisión (MES) del estator o de la bomba.
8. 8.- Bomba de tornillo sin fin excéntrico según la reivindicación 1 o reivindicación 2 o reivindicación 7, en la que en un tramo (z5) de la longitud axial cerca del lado de salida (MAS), la superficie interior (3) helicoidal se extiende (5c) radialmente hacia el exterior y axialmente hacia delante hacia el lado de presión, en particular en contra de una disminución, que discurre de forma esencialmente constante, de la dimensión radial de la superficie interior (3) del tramo axial (z5) mencionado, que comienza cerca del lado de entrada del estator o de la bomba.
9. 9.- Bomba de tornillo sin fin excéntrico según la reivindicación 1ó 2, en la que un extremo frontal del estator del lado de presión porta un nervio elastomérico (21) anular, para la obturación durante el montaje del estator, respecto a un receptáculo del lado de presión.
10. 10.- Procedimiento para el funcionamiento de una bomba de tornillo sin fin excéntrico con una camisa (2) de material elastomérico introducible en la carcasa (1) esencialmente cilíndrica o dispuesta allí, cuya superficie interior (3) está configurada de forma helicoidal, para la recepción de un rotor (6) espiral, insertable bajo pretensado en la camisa elastomérica en una posición axial predeterminada y con excentricidad (9) radial predeterminada y apoyado del lado de accionamiento en esta posición;

    caracterizado porque una abertura de salida (5; 5a, 5b, 5c) del estator (2) se ensancha partiendo de su extremo frontal y en contra de una dirección de transporte axial o se extiende radialmente, de modo que durante el funcionamiento de la bomba, un borde frontal (24) rotatorio periféricamente en el extremo de rotor (23) del rotor (6) – preferentemente en el caso de un desplazamiento (19; ∆z) axial del rotor respecto al estator – gira sin contacto o sin un sustancial contacto de presión con la superficie interior (3) de la camisa elastomérica (2).
11. 11.- Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la carcasa cilíndrica está formada en una pieza como camisa continua periféricamente, o está provista de al menos una ranura axial o está formada en varias piezas con varias ranuras axiales.
12. 12.- Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la extensión o ensanchamiento (5a, 5b; 5) en el extremo frontal del estator del lado de presión es esencialmente cilíndrico, cónico o helicoidal, o presenta una combinación de secciones semejantes.
13. 13.- Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el estator en su lado de entrada frontal posee un ensanchamiento (4) configurado en particular cónicamente.
14. 14.- Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la longitud (z5) remontando axialmente del ensanchamiento (5) es mayor del 2%, preferiblemente del 5% y menor del 50% de la longitud (L1) axial de una etapa del paso de rosca del estator, que un paso de estator.
15. 15.-Uso de un estator elastomérico con una camisa exterior esencialmente rígida y una camisa interior (2) dispuesta en ella de un material elastomérico más flexible respecto a la camisa exterior, cuya superficie interior (3) está configurada discurriendo de forma espiral o helicoidal alrededor de un eje longitudinal (10), apropiada para la recepción de un rotor (6) excéntrico, espiral o helicoidal que se puede introducir en una posición (z1) axial predeterminada respecto a la camisa del estator en ésta, y se mantiene (18, 16, 17) partiendo de un lado de accionamiento en su posición axial, en el que la camisa interior (2) elastomérica está configurada reducida desde su frontal de salida hacia atrás (z5)

    (i)

    en dirección axial

    (ii)

    con respecto a una superficie interior (3) helicoidal axialmente más hacia delante hacia el lado de entrada MES en la dirección (r5) radial,

    y el estator elastomérico en un borde frontal (24) del rotor (6) del lado de salida durante el funcionamiento de bomba crea un paso libre (G), y en el que la superficie interior (3) helicoidal se reduce esencialmente continuamente del lado de entrada frontal en su dimensión interior hasta antes del espesor de pared de la camisa elastomérica (2) configurado (r5, z5) para ser reducido, apropiadamente para una bomba de tornillo sin fin excéntrico según la reivindicación 1.
16. 16.- Uso según la reivindicación 15, en el que del lado de salida (MAS) está configurado un nervio (21) periférico de material elastomérico, que sobresale axialmente, en particular entre él (21) y el comienzo del primer ensanchamiento (r5, 5b) radial que se extiende axialmente un tramo (z5) está presente una reducción esencialmente cilíndrica del espesor de la pared de la camisa elastomérica (2).
17. 17.-Uso según la reivindicación 16, en el que un espesor de pared residual (2’) de la camisa interior elastomérica posee en la zona del ensanchamiento (5b) radial esencialmente el mismo espesor radial que el nervio (21) periférico que sobresale del lado de salida (MAS).
18. 18.- Uso según la reivindicación 15, en el que la dimensión interior de la superficie interior (3) helicoidal disminuye por etapa en al menos 0,4%, hasta delante del ensanchamiento (5, 5a, 5b, 5c) radial.