Dispositivo de sellado para bombas centrífugas.

Dispositivo fabricado a base de un material compuesto para controlar la anchura de la hendidura entre el rotor y la carcasa de una turbomáquina,

que transporta un fluido en forma de líquido y/o vapor, en particular una bomba centrífuga, en la que un primer componente material (2) del material compuesto se ha diseñado como un componente de estabilización de la forma y se caracteriza por que un segundo componente material del material compuesto se ha configurado como un material de hinchamiento, de manera que éste provoca un cambio de volumen por la acción de la humedad y donde al menos una cara de la pared del dispositivo que limita con la hendidura puede verse alterada espacialmente debido al material de hinchamiento (5).

Dispositivo de sellado para bombas centrífugas

La invención hace referencia a un dispositivo de sellado para mantener el ancho de una hendidura lo más pequeño posible entre el rotor y la carcasa de una turbomáquina que transporta un fluido, en particular de una bomba centrífuga.

En las turbomáquinas la corriente de fuga a través de las hendiduras, entre las piezas que giran y las estáticas, con una presión distinta por delante y por detrás de las hendiduras, constituye un factor de pérdidas o disipación importante. Este tipo de hendiduras se encuentran en las turbomáquinas en distintos lugares. Pueden ser lugares de instalación de anillos partidos, anillos de desgaste, dispositivos de descarga en forma de émbolo o pistón, o discoidales, sellados de escalones en una zona de paso de ruedas portadoras o piezas de las mismas. Puesto que las dimensiones de dichas hendiduras influyen enormemente en el rendimiento de las máquinas, se intenta que sean lo más estrechas y largas posible para evitar una corriente de fuga excesiva. Para el sellado de dichas hendiduras y su configuración se conocen múltiples variantes en la literatura. La hendidura mínima alcanzable en dichas construcciones es limitada puesto que se deben tener en cuenta las tolerancias en la fabricación y el montaje para garantizar una movilidad entre las piezas. Un movimiento relativamente pobre en desgaste en la zona de una de esas hendiduras que se va a recubrir es realmente una ventaja en especial en un rodete o rotor y en la carcasa.

En la EP 1365156 B1 se habla de los sellados de hendiduras siempre que se mantengan unas tolerancias mínimas en la zona del sellado. Si se emplea material sintético como material de sellado en una bomba de agua existe sin embargo el inconveniente de que el material sintético se hinche o esponje por la acción del agua y conduzca a un estrechamiento del diámetro del sellado. De este modo aumenta el rozamiento entre el sellado y el rodete, por lo que la potencia que necesita la bomba asciende. Para reducir la capacidad de disipación o pérdida de una bomba en la zona del sellado de la hendidura, se ha propuesto un elemento adicional para el sellado de la hendidura, que esté rodeado al menos parcialmente por un material de sellado. Los materiales del elemento de refuerzo y del material de sellado se eligen de manera que al menos una medida de grosor del sellado de la hendidura se mantenga constante cuando actúe el fluido. De ese modo se compensa el encogimiento o hinchamiento de un material con el encogimiento o hinchamiento de otro material en la dirección deseada. Esto condiciona el uso de los materiales para el elemento de refuerzo y el material de sellado que se hinchan de manera distinta por la influencia del fluido. Se tienen que adaptar también las rigideces del material de sellado y del anillo de refuerzo de manera que un aumento del diámetro del anillo de refuerzo se vea compensado por la fuerza producida por el hinchamiento del material de sellado y la medida de hermeticidad se mantenga constante.

De la patente americana US 4913619 A se conoce un dispositivo para un revestimiento de cerámica en una bomba, en el cual ambos componentes de sellado se almacenan comprimidos en la carcasa.

De la EP0 480 261 B1 se conoce un equipo de control de varias piezas conductor de la corriente, donde dichas piezas descansan de forma alternada en un lugar o zona de ajuste debido al uso de los distintos materiales con respecto a la temperatura. De ese modo se evita que el eje de la bomba se incline hacia los lugares de apoyo o conectores del sellado o que se produzca un contacto entre los componentes estacionarios y los giratorios.

La EP 2 148 096 A1 muestra un dispositivo de sellado de varias piezas, que está dispuesto entre una pared de la carcasa de la carcasa de la bomba y el rodete de una bomba centrífuga y se impermeabiliza hacia un tramo en forma de manguito. En este tipo de sellado de anillos se deben incorporar piezas complejas adicionales al rodete o rotor y a la carcasa, lo que significa un gasto considerable y un aumento de componentes y del espacio.

La DE 10 2008 001814 A1 muestra una impermeabilización asimismo muy compleja del rodete de varias piezas en una bomba centrífuga, que consta de un anillo de presión rígido y un anillo de obturación o bien empaquetador elástico. En el funcionamiento de la bomba centrífuga el anillo obturador descansa sobre una superficie deslizante de manera que el anillo presiona la superficie. El inconveniente es que debe ajustarse la tensión inicial puesto que normalmente el mejor efecto o acción de impermeabilización debe contar con una elevada capacidad o potencia de fricción.

El cometido de la invención es crear un dispositivo para mantener el ancho de la hendidura lo más pequeño posible entre el rotor y la carcasa de una turbomáquina que transporta un líquido y/o vapor, en particular de una bomba centrífuga. Todo ello sin que se precise incrementar el número de piezas y que permita un ajuste automático del ancho de hendidura y también se pueda usar como sustitución para sellados de hendiduras ya existentes.

La solución prevé un dispositivo a base de un material compuesto, en el que al menos exista un primer material que sea un componente de estabilización de la forma y un segundo componente material de dicho material compuesto que se configure como un material que se hinche condicionado por un cambio del volumen al verse influido por la humedad, y donde el material de hinchamiento altere espacialmente al menos una pared del dispositivo que esté en contacto con la hendidura.

Un dispositivo conforme a la invención, en particular un anillo ranurado o hendido se hinchará en un primer contacto con el fluido de transporte de manera que la hendidura entre el rotor y la carcasa se minimice. Las dimensiones de un anillo ranurado no hinchado, nuevo son menores de las necesarias para el funcionamiento. Esto permite que al montar el nuevo anillo ranurado no aparezcan problemas y sea un proceso fácil. En funcionamiento la pieza del anillo ranurado o hendido, que consta de material que se hincha, al entrar en contacto con el fluido se hincha y de ese modo adquiere las dimensiones óptimas para el funcionamiento y se reduce al mínimo la hendidura que delimita con el dispositivo. El dispositivo conforme a la Invención consta de al menos dos componentes materiales distintos, donde al menos un primer componente material aparenta la configuración geométrica del dispositivo y un segundo componente material se ha configurado como un material que se hincha con unas propiedades que varían con la anchura de la hendidura. Preferiblemente el material de hlnchamiento es totalmente plano, en forma de capa, punto y/o segmento. Por tanto dependiendo de un tipo de estanqueldad y/o de un estado de carga se produce una modificación exacta de la hendidura. En una disposición puntual o tipo segmento en el material compuesto se incluyen también los llamados materiales con gradientes o los componentes o piezas graduados. Su diseño estructural facilita una adaptación o bien reajuste de aquellas paredes que delimitan una hendidura de sellado, o influyen de forma variable en ella.

Conforme a otras configuraciones los componentes del material presentan un comportamiento diferente en el hlnchamiento y/o una permeabilidad distinta del fluido. Asimismo es posible configurar el primer componente material como una capa protectora que protege total o parcialmente el segundo componente material. Con ello se consigue un hlnchamiento algo controlado. Un dispositivo que se emplea como sellado de hendidura se puede Instalar con tolerancias mínimas, de manera que se proteja el material de hlnchamiento del contacto con la humedad mediante un apantallamlento. En el transcurso de un periodo de funcionamiento se consigue, por ejemplo, un cambio de la hendidura por desgaste, que este tiene lugar entonces en el primer componente material. Dependiendo de su grado de desgaste o de la permeabilidad de la humedad el proceso de hlnchamiento se realiza en el segundo componente material. Por tanto sin los trabajos de revisión que Interrumpen el funcionamiento se consiguen tiempos de funcionamiento más largos con un mínimo de hendiduras.

En una configuración preferida el dispositivo consta de un material compuesto, en particular de un material compuesto a capas, en el que al menos una de las capas consta de un material que se hincha en contacto con un fluido de transporte. La formación de capas incrementa la estabilidad del dispositivo. En particular, una disposición por capas a modo de estratificación permite reducir el efecto de la abrasión por una combinación de capas estabilizantes y capas que se hinchan. Si una capa que no se hincha se desgasta paulatinamente en el transcurso de un tiempo... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo fabricado a base de un material compuesto para controlar la anchura de la hendidura entre el rotor y la carcasa de una turbomáquina, que transporta un fluido en forma de líquido y/o vapor, en particular una bomba centrífuga, en la que un primer componente material (2) del material compuesto se ha diseñado como un componente de estabilización de la forma y se caracteriza por que un segundo componente material del material compuesto se ha configurado como un material de hlnchamiento, de manera que éste provoca un cambio de volumen por la acción de la humedad y donde al menos una cara de la pared del dispositivo que limita con la hendidura puede verse alterada espacialmente debido al material de hinchamlento (5).

2. Dispositivo conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por que el dispositivo consta de al menos dos componentes del material distintos, donde al menos un primer componente (2) predefine la forma geométrica del dispositivo y al menos un segundo componente del material se ha diseñado como un material de hinchamiento (5) con propiedades para modificar la anchura de la hendidura.

3. Dispositivo conforme a la reivindicación 1 o 2, que se caracteriza por que el material de hinchamiento se ha dispuesto por toda la superficie del material compuesto, en forma de capas, puntos y/o segmentos.

4. Dispositivo conforme a la reivindicación 1, 2 ó 3, que se caracteriza por que los componentes del material (2,5) tienen un comportamiento distinto de hinchamiento y/o diferente permeabilidad del fluido.

5. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 4, que se caracteriza por que el primer componente del material (2) se ha configurado como una capa protectora que temporal o parcialmente cubre o apantalla el segundo componente del material (5).

6. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 5, que se caracteriza por que consta de material compuesto laminado, en el que al menos una de las capas o láminas consta de un material (5) que se hincha al ponerse en contacto con un líquido transportado.

7. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 6, que se caracteriza por que el revestimiento del material compuesto se distribuye en forma de láminas.

8. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 7, que se caracteriza por que en el caso de la colocación alternada de capas del material compuesto, el grosor de la capa del segundo material (5) aumenta hacia el lado más alejado de la hendidura.

9. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 8, que se caracteriza por que el segundo material (5) es un material biogénico, en particular madera o madera tratada térmicamente.

10. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 9, que se caracteriza por que al menos uno de los materiales (2,5) es un material polimérico basado en materias primas renovables.

11. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 10, que se caracteriza por que los materiales (2,5) utilizados se pueden desgastar por abrasión.

12. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11, que se caracteriza por que existe un sensor para detectar cuando el dispositivo está desgastado.

13. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1 a 12, que se caracteriza por que el dispositivo ha sido diseñado como un anillo ranurado o hendido