ITBO20090136A1 - Dispositivo di pompaggio - Google Patents

Description

Descrizione

DISPOSITIVO DI POMPAGGIO

Campo tecnico

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di miscelazione, riscaldamento e pompaggio ad alte prestazioni, atto a trovare particolare impiego negli impianti di processo del tipo chimico e petrolchimico.

Arte nota

Sono da tempo noti dispositivi impiegati per effettuare la miscelazione e il pompaggio di materiali misti, usualmente costituiti da una base liquida e una frazione solida di vario genere, nei circuiti degli impianti di processo del tipo chimico e petrolchimico. In particolare, tali dispositivi di pompaggio vengono abitualmente utilizzati per miscelare tali materiali in maniera omogenea, e per effettuarne l'invio in serbatoi o componenti quali reattori, colonne di distillazione e simili.

Ad esempio la domanda di brevetto tedesca DE 102005 056 735.5 illustra un dispositivo di pompaggio e miscelazione a camere ad elevata potenza, comprendente un involucro esterno di forma cilindrica che racchiude due camere interne, in cui ruotano rispettive giranti, calettate ad un unico albero motore, che attraversa assialmente in posizione eccentrica entrambe le suddette camere interne, ed è azionato da un attuatore elettrico esterno.

Il dispositivo descritto raggiunge l'obiettivo di effettuare il pompaggio di materiali misti, ossia di quei materiali che comprendono oli, sostanze liquide, solidi di varia natura e granulometria, usualmente impiegati negli impianti petrolchimici, e in particolare negli impianti dedicati al trattamento e alla conversione di materiali di rifiuto.

Il dispositivo di pompaggio descritto consente inoltre di realizzare il riscaldamento dei materiali trattati fino a raggiungere alte temperature, tramite la conversione dell'energia cinetica delle giranti, per agevolare le reazioni chimiche che avvengono a valle nell'impianto.

Tuttavia viene lamentata la scarsa efficienza dei dispositivi di pompaggio di tipo noto, e in particolare la difficoltà a controllare efficacemente la temperatura dei materiali in uscita dagli stessi dispositivi di pompaggio.

Inoltre, è stato osservato che la geometria dei dispositivi di miscelazione e pompaggio correntemente impiegati determina lo sviluppo di fenomeni di cavitazione, che riducono il rendimento e provocano rapida usura del dispositivo. È stato inoltre osservato che le difficili condizioni operative dei sistemi di miscelazione e pompaggio di tipo descritto, in particolare le alte temperature e velocità di esercizio, la presenza di residui solidi quali vetro, sabbia, metalli e simili nel fluido trattato, l'elevato numero di ore di funzionamento richiesto, determinano la scarsa affidabilità e durata media di tali sistemi. In particolare si è osservato che la scarsa affidabilità riscontrata dipende principalmente da alcune caratteristiche costruttive dei sistemi noti, fra cui il sistema di bloccaggio e posizionamento delle giranti sull'albero, il sistema di supporto dell'albero, il sistema di trasmissione del moto e la geometria dei condotti.

Presentazione dell’invenzione

Il compito della presente invenzione è quello di risolvere i problemi citati, escogitando un dispositivo di miscelazione e pompaggio che consenta di aumentare il rendimento, ridurre i dannosi fenomeni di cavitazione, e controllare agevolmente la temperatura del fluido in uscita.

Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di fornire un dispositivo di miscelazione e pompaggio di elevata affidabilità e durata.

Un altro scopo dell’invenzione è quello di fornire un dispositivo di pompaggio di semplice concezione costruttiva funzionale, dotato di funzionamento sicuramente affidabile, di impiego versatile, nonché di costo relativamente economico.

Gli scopi citati vengono raggiunti, secondo la presente invenzione, dal dispositivo di pompaggio secondo la rivendicazione 1.

Breve descrizione dei disegni

I particolari dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita del dispositivo di miscelazione e pompaggio secondo l’invenzione, illustrato a titolo indicativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 mostra una vista in pianta del dispositivo di miscelazione e pompaggio in oggetto;

la figura 2 mostra una vista frontale del dispositivo in oggetto;

la figura 3 mostra una vista assonometrica del dispositivo in oggetto.

Forme di realizzazione dell’invenzione

Con particolare riferimento a tali figure, si è indicato nell’insieme con 100 il dispositivo di miscelazione e pompaggio in oggetto. Il dispositivo di pompaggio 100 comprende un corpo centrale 1, sostanzialmente cilindrico, realizzato in acciaio speciale adatto all'impiego, a cui sono connesse perifericamente una coppia di testate 2, 3, con l'interposizione di idonei mezzi di tenuta.

Il corpo centrale 1 comprende un disco separatore 4, atto a suddividere lo spazio interno al corpo 1 in due camere separate 10, 11. Il disco 4 prevede una pluralità di fori passanti 41, atti a consentire il passaggio del fluido dalla prima camera 10 alla seconda camera 11.

Il dispositivo 100 prevede inoltre un albero motore 5, inserito assialmente nel corpo 1 in posizione leggermente eccentrica. L'albero 5 attraversa il corpo 1 e le testate 2, 3 in posizione eccentrica, ed è connesso ad una estremità ad un attuatore di tipo noto 200, ad esempio un motore elettrico.

L'albero 5 è sostenuto in corrispondenza delle testate 2, 3 da idonei mezzi meccanici di supporto girevole, del tipo a cuscinetti misti di rotolamento e spinta assiale, o del tipo a bronzina. Al fine di consentirne il raffreddamento in maniera efficace, i mezzi di supporto sono posti all'esterno delle camere 10, 11, in rispettive sedi mantenute chiuse e isolate da idonei mezzi di protezione e tenuta, del tipo a premistoppa, a baderna, a soffietto e simili. Le sedi dei mezzi di supporto sono mantenute ad un valore di pressione almeno uguale a quello presente nelle camere 10, 11 tramite un sistema a circuito chiuso di olio, che consente anche di mantenere la temperatura dei mezzi di supporto entro valori predeterminati.

La trasmissione del moto fra l'attuatore e l'albero 5 può avvenire tramite giunto meccanico o trascinamento magnetico, con l'eventuale interposizione di mezzi motoriduttori, a seconda delle esigenze.

L'albero 5 reca calettate due giranti 6, 7, che occupano rispettivamente le camere 10, 11. Le giranti 6, 7 possono essere di varia forma e tipologia in funzione delle caratteristiche del fluido da trattare, in particolare possono essere del tipo a raggi diritti, a raggi curvi, a paletta concava e simili. Le giranti 6, 7 sono vincolate all'albero 5 tramite interferenza di calettatura a caldo-freddo, e tramite spine di sicurezza.

Le testate 2, 3 comprendono rispettivamente un bocchello di aspirazione 12 e un bocchello di mandata 13. Inoltre, le testate 2, 3 prevedono ulteriormente due bocchelli di ricircolo 14, 15, connessi da un condotto di ricircolo 16.

Il funzionamento del dispositivo di miscelazione e pompaggio è di seguito descritto.

Dopo una prima fase di avviamento, la velocità di rotazione del dispositivo viene portata a valori di esercizio compresi fra 450 e 1600 rpm. La velocità viene poi mantenuta costante durante il funzionamento. I fluidi da trattare, preriscaldati tramite sistemi di tipo noto, vengono introdotti nel dispositivo ad una temperatura di ingresso di circa 300 °C, variabile in funzione del tipo di materiale introdotto. La temperatura di esercizio della turbina è variabile fra i 280 e i 400 °C, in funzione della velocità di rotazione impostata. Il fluido da trattare entra nella prima camera 10 attraverso il bocchello di aspirazione, ed entra in contatto con la prima girante 6 in rotazione. Il contatto con le pale della prima girante 6 provoca la miscelazione e un aumento di temperatura del fluido. Successivamente, il fluido transita attraverso i fori presenti nel disco 4, e raggiunge la seconda camera 11, dove entra in contatto con la seconda girante 7 in rotazione. Il contatto con le pale della seconda girante 7 provoca una ulteriore miscelazione e aumento di temperatura del fluido.

In seguito, parte del flusso viene inviata in uscita al bocchello di mandata 13.

Parte del flusso viene invece ricircolata, tramite il bocchello 14, il condotto 16 e il bocchello 15, nella prima camera 10.

È da sottolineare il fatto che la temperatura di uscita del fluido risulta più elevata rispetto alla temperatura in ingresso, a causa del contatto fra il fluido e le giranti in movimento, a cui consegue la trasformazione di parte dell'energia cinetica delle pale in energia termica del fluido. Inoltre, l'aumento della temperatura del fluido è favorito dal passaggio attraverso i fori 41 del disco separatore 4.

Si è verificato sperimentalmente che la presenza del condotto di ricircolo 16 consente di ottenere l'effetto di rendere la turbina meno soggetta a cavitazione, e quindi più efficiente. Inoltre, il flusso all'interno del dispositivo viene reso più omogeneo, facilitando la miscelazione e il riscaldamento uniforme del fluido. Le analisi sperimentali hanno altresì evidenziato che l'assenza o il diverso posizionamento del condotto 16 crea contro-flussi nocivi al corretto funzionamento del dispositivo.

Inoltre, per migliorare l'efficienza della miscelazione e dello scambio termico per il riscaldamento del materiale introdotto, le pareti interne del corpo 1 possono essere utilmente dotate di protuberanze o contro-alette, non illustrate.

Inoltre, le pareti interne del corpo 1 possono essere altresì utilmente dotate di un rivestimento realizzato in materiale ceramico.

In una ulteriore forma realizzativa dell’invenzione, non rappresentata negli uniti disegni, il corpo centrale 1 comprende una pluralità di dischi separatori 4, atti a suddividere lo spazio interno al corpo 1 in più camere separate. I dischi 4 prevedono una pluralità di fori passanti 41, atti a consentire il passaggio del fluido fra le camere adiacenti. Ciascuna camera è atta a contenere al suo interno una girante, e costituisce così uno stadio di un sistema di pompaggio multistadio. L’impiego del sistema multistadio descritto consente utilmente di prolungare il tempo di permanenza del fluido all’interno del dispositivo, conformemente alle specifiche richieste.

Il dispositivo di miscelazione e pompaggio in oggetto raggiunge lo scopo di aumentare il rendimento, ridurre i dannosi fenomeni di cavitazione, e controllare agevolmente la temperatura del fluido in uscita.

Un vantaggio del dispositivo in oggetto è dato dal fatto di fornire un dispositivo di miscelazione e pompaggio di elevata affidabilità e durata, grazie alla presenza del condotto di ricircolo 16 e alla particolare forma di realizzazione del sistema di supporto e raffreddamento dei mezzi meccanici di supporto girevole dell'albero 5.

Nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali impiegati, nonché la forma e le dimensioni, possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Laddove le caratteristiche tecniche menzionate in ogni rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati inclusi al solo scopo di aumentare la comprensione delle rivendicazioni e di conseguenza essi non hanno alcun valore limitativo sullo scopo di ogni elemento identificato a titolo d’esempio da tali segni di riferimento.

Claims (3)

1. Rivendicazioni 1) Dispositivo di pompaggio comprendente un corpo centrale (1) chiuso da una coppia di testate (2, 3) e presentante internamente almeno un disco separatore (4), atto a suddividere lo spazio interno in almeno una prima e una seconda camera (10, 11) separate; un albero (5) attraversante il detto corpo (1) e le dette testate (2, 3) in posizione eccentrica e connesso ad una estremità ad un organo attuatore (200); almeno una prima e una seconda girante (6, 7) disposte rispettivamente nelle dette almeno prima e seconda camera (10, 11) e vincolate al detto albero (5), caratterizzato dal fatto che dette prima e seconda camera (10, 11) sono collegate da un condotto di ricircolo (16) del materiale aspirato, miscelato, riscaldato e pompato, atto a rendere più omogeneo il flusso dello stesso materiale in fase di miscelazione e di riscaldamento.
2. 2) Dispositivo di pompaggio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il suddetto albero (5) è sostenuto in corrispondenza delle testate (2, 3) da idonei mezzi meccanici di supporto girevole, posti all'esterno delle dette camere (10, 11), in rispettive sedi mantenute chiuse e isolate da idonei mezzi di protezione e tenuta, nonché mantenute ad un valore di pressione almeno uguale a quello presente nelle dette camere (10, 11) tramite un sistema a circuito chiuso di olio, al fine di consentirne il raffreddamento in maniera efficace.
3. 3) Dispositivo di pompaggio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le suddette giranti (6, 7) sono vincolate all'albero (5) tramite interferenza di calettatura a caldo-freddo e tramite spine di sicurezza. Ċ