BR102020005836A2

BR102020005836A2 - Bomba lubrificada com fluido de processo

Info

Publication number: BR102020005836A2
Application number: BR102020005836-3A
Authority: BR
Inventors: Thomas Felix; Matthew BOURNE; Simon Gassmann; Karel DE RAEVE
Original assignee: Sulzer Management Ag
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2020-11-03
Also published as: US20200340480A1; EP3730795A1; CN111828339A

Abstract

a presente invenção refere-se a uma bomba lubrificada com fluido de processo para o transporte de um fluido de processo que possui um alojamento compartilhado (2), uma unidade de bomba (3) disposta no alojamento compartilhado e uma unidade de acionamento (4) disposta no alojamento compartilhado (2), em que o alojamento compartilhado (2) compreende uma entrada da bomba (21) e uma saí-da de bomba (22) para o fluido de processo, em que a unidade de bomba (3) compreende pelo menos um impulsor (31) para o transporte do fluido de processo da entrada da bomba (21) para a saída de bom-ba (22) e um eixo de bomba (5), sobre o qual cada impulsor (31) é montado, em que a unidade de acionamento (4) compreende um eixo de acionamento (42) para acionar o eixo da bomba (5) e um motor elé-trico (41) para girar o eixo de acionamento (42) em torno de uma dire-ção axial (a), e em que uma acoplagem hidrodinâmica (8) é provida para acoplar de forma hidrodinâmica o eixo de acionamento (42) ao eixo da bomba (5) por meio de um fluido de transmissão. a acoplagem hidrodinâmica (8) é configurada para receber o fluido de processo co-mo o fluido de transmissão.

Description

BOMBA LUBRIFICADA COM FLUIDO DE PROCESSO

[001] A presente invenção refere-se a uma bomba lubrificada com fluido de processo para o transporte de um fluido de processo de acordo com o preâmbulo da reivindicação independente.

[002] Bombas lubrificadas com fluido de processo para o transporte de um fluido de processo são usadas em várias indústrias diferentes. Um exemplo importante é a indústria de processamento de petróleo e gás, na qual as bombas lubrificadas com fluido de processo são projetadas, por exemplo, como bombas multifásicas para o transporte de fluidos de hidrocarboneto, por exemplo, para a extração de petróleo bruto do campo petrolífero ou para o transporte de petró-leo/gás através de tubulações ou por dentro de refinarias. Outra aplicação para as bombas lubrificadas com fluido de processo na indústria de petróleo e gás é a injeção de um fluido de processo, na maioria dos casos água e em particular água do mar, dentro de um reservatório de petróleo. Para tais aplicações, as ditas bombas são projetadas como bombas de injeção de água que fornecem água do mar em pressão alta para um poço que leva a uma região subterrânea de um reservatório de petróleo. Um valor típico para o aumento de pressão gerado por essa bomba de injeção de água é 200-300 bar (20 - 30 MPa) ou mais.

[003] A injeção de água dentro de reservatórios de petróleo é um método bem conhecido utilizado para aumentar a taxa de recuperação de hidrocarbonetos a partir de um campo petrolífero ou de gás. A água injetada mantém ou aumenta a pressão no reservatório, conduzindo desse modo, o petróleo ou os hidrocarbonetos para dentro e fora do poço de produção.

[004] Em algumas aplicações, água do mar não tratada é injetada dentro do reservatório de petróleo. No entanto, em outras aplicações, a água do mar é tratada previamente para evitar impactos negativos sobre o reservatório de petróleo, tal como a acidificação do petróleo, por exemplo, por sulfeto de hidrogênio (H2S), ou o bloqueio dos poros ou pequenas passagens no reservatório, por exemplo, causado por sulfatos. Para obter água do mar com a qualidade desejada, a água do mar é passada através de uma série de filtros sempre mais finos que provêm a microfiltragem da água do mar. Além disso, processos biológicos ou eletroquímicos podem ser usados no pré-tratamento da água do mar. Em geral, a etapa final da filtragem é a nanofiltragem que remove em particular os sulfatos da água do mar. A nanofiltragem é um processo de filtragem por membrana que requer o suprimento de água para a unidade de membrana com uma pressão de tipicamente 25-50 bar (2.5-5.0 MPa). Em particular, para a filtragem de osmose reversa, a pressão necessária pode ser ainda mais alta. Depois do processo de nanofiltragem, a água do mar é suprida para a bomba de injeção de água, pressurizada e injetada em uma região subterrânea, onde o reservatório de petróleo está localizado. Desse modo, o pré-tratamento e a injeção da água do mar dentro do reservatório de petróleo geralmente exige o uso de duas bombas, a saber, uma bomba de abastecimento de membrana para fornecer água do mar para a unidade de filtragem por membrana e uma bomba de injeção de água que fornece água do mar filtrada ao poço para a introdução de água do mar no reservatório de petróleo.

[005] Tendo em vista e uma exploração eficiente de campos petrolíferos e de gás, tem havido uma demanda crescente por bombas e, em particular, bombas de injeção de água que possam ser instaladas diretamente sobre o leito do mar, em particular, a uma profundidade de 100 m, de 500 m ou até mesmo em mais de 1.000 m abaixo da superfície da água. Não é preciso dizer que a construção de tais bombas é desafiadora, principalmente porque elas tendem a operar em um am-biente submarino adverso por um longo período e com o mínimo possível de manutenção e assistência técnica. Isso exige medidas específicas para minimizar a quantidade de equipamentos envolvidos e otimizar a confiabilidade da bomba. Tendo em vista as bombas de injeção de água instaladas sobre o leito do mar e o pré-tratamento da água do mar, a bomba de abastecimento de membrana poderia ser descartada se o sistema de injeção de água do mar fosse instalado em uma profundidade na qual a pressão da água ambiente é suficiente para abastecer a unidade de filtragem por membrana. Por exemplo, a 500 m abaixo da superfície da água, a pressão hidrostática da água do mar já é de cerca de 50 bar (5 MPa), o que poderia ser alta o bastante para abastecer a unidade de filtragem por membrana.

[006] As bombas de injeção de água para aplicações submarinas precisam gerar um aumento de pressão muito alto, o qual poderia ser de 200 bar (20 MPa) ou mais. Para bombas centrífugas, isso exige alta velocidade, mas relativamente pouca variação de velocidade. Para acionar essas bombas, é comum o uso de motores de indução enchidos ou alagados por um líquido ou motores de ímã permanente. Devido ao enchimento de líquido, as perdas viscosas causadas pelo arrasto viscoso são consideravelmente grandes e aumentam aproximadamente com o cubo da velocidade do motor. Na verdade, essas perdas viscosas limitam a velocidade do motor em cerca de 6000 rpm. Para velocidades ainda maiores, as perdas viscosas tornam-se altas demais para permitir uma operação econômica e eficiente da bomba. Portanto, foi proposta, por exemplo, no WO 2016/189397, a junção do motor e da unidade de bomba por meio de uma combinação de uma acopla-gem hidráulica em série com uma acoplagem magnética. A acoplagem hidráulica é capaz de aumentar a velocidade operacional da bomba em comparação com a velocidade do motor. Um motor elétrico enchido com líquido é conectado a uma acoplagem hidráulica e a uma se-ção acionadora de acoplagem magnética, as quais são dispostas em um contêiner hermeticamente vedado. O contêiner é enchido com um fluido de resfriamento e lubrificação que circula através do contêiner e uma bobina de resfriamento disposta externamente. Um seguidor de acoplamento magnético acionado pelo condutor da acoplagem magnética ativa o(s) impulsor(es) da bomba. Com esse modelo, o sistema separa hermeticamente o fluido de processo bombeado do fluido de resfriamento e lubrificação. O sistema exige um fluido de resfriamento e lubrificação, bem como uma acoplagem magnética específicos para evitar a penetração do fluido de processo na unidade de acionamento.

[007] Não é necessário dizer que para instalações submarinas instaladas sobre o leito do mar, a confiabilidade de uma bomba e a minimização de desgaste e degradação da bomba são de extrema importância.

[008] Portanto, partindo desta técnica anterior, o objetivo da invenção é a provisão de uma bomba lubrificada com fluido de processo aprimorada ou alternativa que é particularmente adequada para aplicações submarinas e para instalação sobre o leito do mar. Tal bomba possui baixa complexidade em relação aos seus equipamentos, pouco desgaste e alta confiabilidade durante operação. Em particular, a bomba é adequada para ser configurada como uma bomba de injeção de água do mar em uma região subterrânea.

[009] O conteúdo da invenção que satisfaz esses objetivos é caracterizado pelo escopo das respectivas reivindicações independentes.

[0010] Desse modo, de acordo com a invenção, uma bomba lubrificada com fluido de processo para o transporte de um fluido de processo é proposta, a qual possui um alojamento compartilhado, uma unidade de bomba disposta no alojamento compartilhado e uma unidade de acionamento disposta no alojamento compartilhado, em que o alojamento compartilhado compreende uma entrada da bomba e uma saída de bomba para o fluido de processo, em que a unidade de bomba compreende pelo menos um impulsor para o transporte do fluido de processo a partir da entrada da bomba para a saída de bomba, e um eixo de bomba, sobre o qual cada impulsor é montado, em que a unidade de acionamento compreende um eixo de acionamento para acionar o eixo da bomba, e um motor elétrico para girar o eixo de acionamento em torno de uma direção axial, e em que uma acoplagem hidrodinâmica é provida para acoplar de forma hidrodinâmica o eixo de acionamento ao eixo da bomba por meio de um fluido de transmissão. A acoplagem hidrodinâmica é configurada para receber o fluido de processo como o fluido de transmissão.

[0011] O uso do fluido de processo como o fluido de transmissão para acoplar de forma hidrodinâmica o eixo de acionamento ao eixo da bomba não é mais necessário para dispor a acoplagem hidrodinâmica dentro de um contêiner que é hermeticamente vedado em relação ao fluido de processo. Não há necessidade de um fluido de transmissão específico. Sendo assim, apenas o fluido de processo é usado para acoplar de forma hidrodinâmica a unidade de acionamento à unidade de bomba. Além disso, não há necessidade de uma acoplagem magnética adicional, apenas de uma acoplagem entre o motor elétrico e a unidade de bomba, o que reduz consideravelmente as perdas de transmissão. Desse modo, a complexidade da bomba é substancialmente reduzida e a confiabilidade, aumentada.

[0012] De preferência, a acoplagem hidrodinâmica compreende um invólucro para receber o fluido de processo como o fluido de transmissão, uma bomba roda d’água conectada ao eixo de acionamento, uma turbina de roda d’água conectada ao eixo da bomba e um estator disposto entre a bomba roda d’água e a turbina de roda d’água para guiar o fluido de processo. Desse modo, a acoplagem hidrodinâmica pode ser projetada como um conversor de torque hidrodinâmico. Isso permite ao eixo da bomba girar em uma velocidade maior (conforme medida em rotações por minuto (rpm)) do que o eixo de acionamento. Desse modo, é possível acionar o eixo da bomba em uma velocidade maior, por exemplo, com 7800 rpm em vez de 6000 rpm ou reduzir a velocidade do eixo de acionamento. Ambas as medidas aumentam a eficiência da bomba.

[0013] Além disso, visto que o conversor de torque pode ser usado no controle da velocidade da bomba ou em uma autorregulagem da velocidade rotacional do impulsor da bomba, também é possível substituir um inversor de frequência variável (VFD) por um inversor menos oneroso, por exemplo, um único inversor de velocidade elétrico, ou utilizar um VFD que possua uma faixa menor de variação de frequência da rotação do eixo de acionamento. Ambas as medidas constituem uma vantagem considerável do ponto de vista econômico.

[0014] De preferência, a bomba compreende uma pluralidade de rolamentos para suportar o eixo da bomba e o eixo de acionamento, em que os rolamentos são configurados para receber o fluido de processo como lubrificante e refrigerante. O uso do fluido de processo como refrigerante e como lubrificante para a pluralidade de rolamento também reduz a complexidade da bomba.

[0015] De acordo com uma modalidade particularmente preferida, a bomba é projetada como uma bomba sem vedação mecânica. Uma vedação mecânica é geralmente usada para a vedação do eixo rotativo de uma bomba e previne o vazamento de fluido de processo ao longo do eixo da bomba. Tipicamente, uma vedação mecânica compreende um estator e um rotor. O rotor é conectado de um modo à prova de torque com o eixo da bomba e o estator é fixo em relação à bomba alojamento para que o estator seja impedido de girar. Durante a rotação do eixo, o rotor entra em contato deslizante com o estator, efetuando assim uma ação de vedação. Embora tais vedações mecâ-nicas estejam amplamente difundidas na tecnologia de bombas centrífugas, elas são um tanto problemáticas para aplicações submarinas por serem muito complicadas e em geral exigirem equipamento adicional, o que costuma ser considerado uma desvantagem para aplicações submarinas. Portanto, é preferível que a bomba de acordo com a invenção seja projetada como uma bomba sem vedação, ou seja, uma bomba sem nenhuma vedação mecânica. Em várias aplicações, isso exige que a unidade de bomba e a unidade de acionamento sejam inundadas com o fluido de processo. A vantagem da bomba sem vedação é um modelo mais simples. Além disso, o próprio fluido de processo pode ser usado para resfriar e lubrificar os componentes da bomba, por exemplo, as unidades de rolamento do eixo da bomba e a unidade de acionamento da bomba. De preferência, a bomba sem vedação é configurada e operada sem um sistema de fluido de barreira, ou seja, durante operação não há nenhum fluido requerido ou provido.

[0016] De preferência, a bomba compreende uma linha de equilíbrio configurada para a recirculação de fluido de processo a partir de um lado de pressão alta para um lado de pressão baixa da bomba. Com a provisão da linha de equilíbrio para recircular uma parte do fluido de processo a partir do lado de pressão alta para o lado de pressão baixa, é possível guiar o fluido de processo para todos os rolamentos de modo a resfriar e lubrificar os rolamentos.

[0017] Além disso, é preferível que o motor elétrico seja configurado para ser atravessado e resfriado pelo fluido de processo, de modo que o motor elétrico também seja resfriado pelo fluido de processo.

[0018] De acordo com um modelo preferido, a linha de equilíbrio é disposta e configurada para receber o fluido de processo descarregado a partir da unidade de acionamento. Desse modo, o fluido de processo, o qual é recirculado a partir do lado de pressão alta, passa através de todos os rolamentos que estão dispostos no lado de pres-são alta, de maneira opcional, através da acoplagem hidrodinâmica, através do motor elétrico e entra em seguida na linha de equilíbrio onde é recirculado para o lado de pressão baixa. Esse modelo possibilita que apenas a pressão gerada pela unidade de bomba seja usada para circular o fluido de processo através da bomba de modo a resfriar e lubrificar em particular a pluralidade de rolamentos, bem como a unidade de acionamento.

[0019] De acordo com outro modelo preferido, a bomba possui um circuito de resfriamento externo para resfriar e lubrificar a unidade de acionamento e a pluralidade de rolamentos, o circuito de resfriamento externo compreendendo um trocador de calor para resfriar o fluido de processo, em que o trocador de calor é disposto fora do alojamento compartilhado e configurado para receber o fluido de processo a partir do alojamento compartilhado e para recircular o fluido de processo para o alojamento compartilhado.

[0020] Para mover o fluido de processo através do circuito de resfriamento externo, um impulsor de circulação ou uma pluralidade de impulsores de circulação podem ser providos. O impulsor de circulação usado para o circuito de resfriamento externo é preferidamente girado pela unidade de acionamento e pode ser disposto em cima da unidade de acionamento. A unidade de acionamento aciona o impulsor de circulação, que circula o fluido de processo através do trocador de calor e das unidades de rolamento. O trocador de calor pode ser configurado como uma bobina que circunda o alojamento compartilhado da bomba.

[0021] De acordo com outro modelo preferido, a unidade de bomba compreende um ponto de partida intermediário conectado a um circuito de resfriamento, o qual é configurado para suprir fluido de processo para o circuito de resfriamento com uma pressão que é maior que a pressão do fluido de processo na entrada da bomba e para su-prir fluido de processo para pelo menos um rolamento da pluralidade de rolamentos e/ou para a unidade de acionamento. Desse modo, a pressão para circular o fluido de processo, por exemplo, através da pluralidade de rolamentos é extraída da própria unidade de bomba por meio do ponto de partida intermediário.

[0022] Também é possível que uma parte do fluido de processo, a qual é usada como fluido de transmissão na acoplagem hidrodinâmica, seja extraída, por exemplo, a partir do invólucro da acoplagem hidrodinâmica e suprida para o circuito de resfriamento.

[0023] De preferência, a bomba compreende pelo menos um tambor de equilíbrio ou uma bucha central ou uma bucha do regulador de fluxo, conectada de modo fixo ao eixo da bomba e definindo um lado frontal que faceia a unidade de bomba e um lado traseiro, e que também compreende uma passagem de alívio, que é provida entre o dito tambor de equilíbrio e uma parte estacionária configurada para ser estática em relação ao alojamento compartilhado, na qual a passagem de alívio se estende em uma direção axial ao longo do tambor de equilíbrio a partir do lado frontal para o lado traseiro. O pelo menos um tambor de equilíbrio ou bucha central ou bucha do regulador de fluxo equilibra pelo menos parcialmente o empuxo axial que é gerado pe-lo(s) impulsor(es) durante a operação da bomba

[0024] De acordo com um modelo preferido, o tambor de equilíbrio é disposto entre a unidade de bomba e a acoplagem hidrodinâmica, de preferência, no lado de pressão alta para que o lado frontal fique exposto à pressão alta ou a uma pressão que aproximadamente se iguala à pressão alta. Visto que o lado frontal fica essencialmente exposto à pressão alta, ocorre uma queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio, o que resulta em uma força que neutraliza o empuxo axial gerado pelo(s) impulsor(es) durante a operação da bomba.

[0025] Também é possível prover o tambor de equilíbrio no lado de pressão baixa para que o lado frontal fique exposto à pressão baixa que prevalece na entrada da bomba.

[0026] Obviamente, também é possível prover mais de um tambor de equilíbrio e/ou outros dispositivos para equilibrar o empuxo axial gerado pelo(s) impulsor(es), tal como a bucha central ou uma bucha do regulador de fluxo (também referida como luva do regulador de fluxo). Em particular, é possível prover dois tambores de equilíbrio sobre o eixo da bomba, cada um delimitando uma respectiva passagem de alívio entre o respectivo tambor de equilíbrio e uma parte estacionária. De preferência, os dois tambores de equilíbrio são dispostos em ambos os lados da unidade de bomba, ou seja, no lado de pressão alta e no lado de pressão baixa, para que a unidade de bomba fique interposta entre os dois tambores de equilíbrio. A provisão de dois ou mais tambores de equilíbrio ou de outros dispositivos de equilíbrio pode ser vantajosa em relação à dinâmica do rotor, a qual pode ser consideravelmente aprimorada. O rotor compreende todas as partes rotativas da unidade de bomba, a saber, o eixo da bomba, todos os impulsores e o(s) tambor(es) de equilíbrio fixados ao eixo da bomba. Em particular, a dinâmica aprimorada do rotor resulta de uma maior estabilidade do rotor. Cada tambor de equilíbrio contribui para manter e aumentar a estabilidade do rotor. Uma maior estabilidade do rotor pode resultar em um risco consideravelmente reduzido de desgaste, em particular, nas unidades de rolamento que suportam o eixo da bomba. Além disso, a dinâmica aprimorada do rotor também aumenta a confiabilidade e reduz a tendência a falhas.

[0027] Para tornar a bomba particularmente compacta, é preferível que pelo menos um da pluralidade de rolamentos seja disposto no invólucro da acoplagem hidrodinâmica. Desse modo, pelo menos um rolamento do eixo da bomba ou do eixo de acionamento é integrado à acoplagem hidrodinâmica.

[0028] De acordo com uma modalidade preferida, a pluralidade de rolamentos compreende um primeiro rolamento de bomba radial para suportar o eixo da bomba, em que o primeiro rolamento de bomba radial é disposto entre a unidade de bomba e uma extremidade de acionamento do eixo da bomba, e em que o primeiro rolamento de bomba radial é disposto no invólucro da acoplagem hidrodinâmica. Com a integração do primeiro rolamento de bomba radial à acoplagem hidrodinâmica, a projeção do eixo da bomba é consideravelmente reduzida, visto que o centro de gravidade da acoplagem entre o eixo da bomba e o eixo de acionamento está muito mais próximo do primeiro rolamento de bomba radial. Essa medida aumenta a estabilidade do eixo da bomba durante sua rotação e reduz a susceptibilidade a desequilíbrio induzido pela massa suspensa e rotativa.

[0029] Pela mesma razão, é preferível que a pluralidade de rolamentos compreenda um primeiro rolamento de acionamento radial para suportar o eixo de acionamento, em que o primeiro rolamento de acionamento radial é disposto entre a unidade de bomba e o motor elétrico, e em que o primeiro rolamento de acionamento radial é disposto no invólucro da acoplagem hidrodinâmica. Com a integração do primeiro rolamento de acionamento radial à acoplagem hidrodinâmica, a projeção do eixo de acionamento é consideravelmente reduzida, visto que o centro de gravidade da acoplagem entre o eixo de acionamento e o eixo da bomba está muito mais próximo do primeiro rolamento de acionamento radial. Essa medida aumenta a estabilidade do eixo da bomba durante sua rotação e reduz a susceptibilidade a desequilíbrio induzido pela massa suspensa e rotativa.

[0030] É mais preferível que tanto o primeiro rolamento de bomba radial quanto o primeiro rolamento de acionamento radial sejam dispostos no invólucro da acoplagem hidrodinâmica. Além da projeção reduzida tanto do eixo de acionamento quanto do eixo da bomba, esse modelo é muito compacto e reduz a dimensão total da bomba.

[0031] De acordo com um modelo preferido, a bomba é configurada como uma bomba vertical, com o eixo da bomba se estendendo na direção de gravidade, e na qual a unidade de acionamento é disposta em cima da unidade de bomba.

[0032] De acordo com uma aplicação preferida, a bomba é configurada para ser instalada sobre um leito do mar. A bomba pode ser instalada em uma profundidade de 100 m, 500 m ou até mesmo mais de 1,000 m embaixo da superfície da água.

[0033] De acordo com uma modalidade preferida, a bomba é configurada como uma bomba de injeção de água para injetar água do mar dentro de uma região subterrânea.

[0034] Outras medidas e modalidades vantajosas da invenção se tornarão evidentes a partir das reivindicações dependentes.

[0035] A presente invenção será explicada em mais detalhes a seguir com referência às modalidades da invenção e aos desenhos em anexo, que são mostrados em uma representação esquemática, na qual:

[0036] A figura 1 é uma vista transversal esquemática de uma primeira modalidade de uma bomba lubrificada com fluido de processo de acordo com a invenção;

[0037] A figura 2 é uma representação esquemática de uma modalidade da unidade de acionamento com os rolamentos de acionamento;

[0038] A figura 3 é uma vista transversal de uma primeira modalidade de uma acoplagem hidrodinâmica;

[0039] A figura 4 é uma vista transversal esquemática da primeira modalidade com outra modalidade de um circuito de resfriamento;

[0040] A figura 5 é uma vista transversal esquemática de uma segunda modalidade de uma bomba lubrificada com fluido de processo de acordo com a invenção;

[0041] A figura 6 é uma vista transversal esquemática de uma terceira modalidade de uma bomba lubrificada com fluido de processo de acordo com a invenção, e

[0042] A figura 7 é uma vista transversal de uma segunda modalidade de uma acoplagem hidrodinâmica.

[0043] A figura 1 mostra uma vista transversal esquemática de uma primeira modalidade de uma bomba lubrificada com fluido de processo de acordo com a invenção, que é designada em sua totalidade pelo numeral de referência 1. A bomba 1 é projetada como uma bomba centrífuga para o transporte de um fluido de processo e possui um alojamento compartilhado 2, uma unidade de bomba 3 e uma unidade de acionamento 4. Tanto a unidade de bomba 3 quanto a unidade de acionamento 4 são dispostas dentro do alojamento compartilhado 2. O alojamento compartilhado 2 é projetado como um alojamento de pressão, o qual é capaz de suportar a pressão gerada pela bomba 1, bem como a pressão exercida sobre a bomba 1 pelo ambiente. O alojamento compartilhado 2 pode compreender várias peças, por exemplo, um alojamento de bomba e um alojamento de acionador, os quais são conectados um ao outro para formar o alojamento compartilhado 2 que circunda a unidade de bomba 3 e a unidade de acionamento 4. O alojamento compartilhado 2 é configurado como um alojamento de pressão hermeticamente vedado que previne qualquer vazamento para o ambiente externo.

[0044] Na descrição a seguir, referência é feita, a título de exemplo, à importante aplicação para a qual a bomba lubrificada com fluido de processo 1 é designada e adaptada para ser usada como uma bomba submarina de injeção de água 1 na indústria de petróleo e gás, em particular, para injetar água dentro de um reservatório subterrâneo de petróleo e/ou gás de modo a aumentar a taxa de recuperação de hidrocarbonetos a partir de uma região subterrânea. Com a injeção de água dentro do reservatório, os hidrocarbonetos são forçados a fluir para dentro e fora do poço de produção. Consequentemente, o fluido de processo transportado pela bomba 1 é água e, especialmente, água do mar. A bomba lubrificada com fluido de processo 1 é particularmente configurada para ser instalada sobre o leito do mar, ou seja, para ser usada embaixo da superfície da água, em particular, em uma profundidade de 100 m, de 500 m ou até mesmo de mais de 1000 m embaixo da superfície da água do mar.

[0045] Não é necessário dizer que a invenção não se restringe a esse exemplo específico, pois pode ser aplicada a bombas lubrificadas com fluido de processo em geral. A invenção pode ser usada em várias aplicações diferentes, especialmente para aplicações em que a bomba 1 é instalada em locais de difícil acesso. De maneira preferida, a bomba 1 de acordo com a invenção é projetada como uma bomba de injeção de água. Embora seja preferível, a bomba 1 não é necessariamente configurada para ser instalada sobre o leito do mar ou para aplicações submarinas, também podendo ser configurada para aplicações de superfície, por exemplo, para uma instalação em terra ou sobre uma plataforma de petróleo, em particular, sobre uma plataforma não tripulada. Além disso, a bomba 1 de acordo com a invenção também pode ser usada para aplicações fora da indústria de petróleo e gás.

[0046] O termo "bomba lubrificada com fluido de processo" refere-se a bombas, onde o fluido de processo que é transportado pela bomba 1 é usado para a lubrificação e o resfriamento dos componentes da bomba, por exemplo, unidades de rolamento. Uma bomba lubrificada com fluido de processo 1 não requer um fluido de barreira específico que seja diferente do fluido de processo para evitar o vazamento do fluido de processo por exemplo, dentro da unidade de acionamento 4. Além disso, uma bomba lubrificada com fluido de processo 1 não requer um lubrificante diferente do fluido de processo para a lubrificação dos componentes da bomba. Na descrição a seguir, referência é feita, a título de exemplo, à importante aplicação na qual o fluido de processo é água, em particular, água do mar. O termo água do mar compreende água do mar não tratada, água do mar purificada, água do mar pré-tratada, água do mar filtrada, em particular, água do mar microfil-trada e água do mar nanofiltrada. Obviamente, a bomba 1 de acordo com a invenção também pode ser configurada para o transporte de outros fluidos de processo além de água ou água do mar.

[0047] O alojamento compartilhado 2 da bomba 1 compreende uma entrada da bomba 21, através da qual o fluido de processo entra na bomba 1 e uma saída de bomba 22 para descarregar o fluido de processo em uma pressão elevada em comparação com a pressão do fluido de processo na entrada da bomba 21. Tipicamente, a saída de bomba 22 é conectada a um tubo (não mostrado) que conduz o fluido de processo pressurizado para um poço, no qual o fluido de processo é injetado. A pressão do fluido de processo na saída de bomba 22 é referida como ’pressão alta’, enquanto a pressão do fluido de processo na entrada da bomba 21 é referida como ‘pressão baixa’. Um típico valor para a diferença entre a pressão alta e a pressão baixa é, por exemplo, de 100 a 200 bar (10 - 20 MPa).

[0048] A unidade de bomba 3 também compreende um eixo de bomba 5 que se estende a partir de uma extremidade de acionamento 51 até uma extremidade de não acionamento 52 do eixo da bomba 5. O eixo da bomba 5 é configurado para girar em torno de uma direção axial A, a qual é definida pelo eixo geométrico longitudinal do eixo da bomba 5.

[0049] A unidade de bomba 3 também compreende pelo menos um impulsor 31 montado de modo fixo sobre o eixo da bomba 5 e con-figurado para aumentar a pressão do fluido a partir da pressão baixa para a pressão alta. De preferência, a unidade de bomba 3 compreende uma pluralidade de impulsores 31 montados em série sobre o eixo da bomba 5 de um modo à prova de torque. A figura 1 mostra um exemplo no qual a unidade de bomba compreende dez impulsores 31 dispostos em série sobre o eixo da bomba 5.

[0050] Em outras modalidades, a unidade de bomba pode compreender uma primeira série de impulsores e uma segunda série de impulsores que são dispostas em um arranjo de traseira com traseira.

[0051] A unidade de acionamento 4, a qual será explicada em mais detalhes a seguir, é configurada para exercer um torque sobre a extremidade de acionamento 51 do eixo da bomba 5 e provocar a rotação do eixo da bomba 5 e dos impulsores 31 em torno da direção axial A.

[0052] A bomba lubrificada com fluido de processo 1 é configurada como uma bomba vertical 1, ou seja, durante a operação, o eixo da bomba 5 se estende na direção vertical, que é a direção de gravidade. Desse modo, a direção axial A coincide com a direção vertical.

[0053] Uma direção perpendicular à direção axial é referida como a direção radial. Neste contexto, termo ‘axial’ ou ‘axialmente’ significa ‘em uma direção axial’ ou ‘em relação à direção axial’. De um modo análogo, o termo ‘radial’ ou ‘radialmente’ significa ‘em direção radial’ ou ‘em relação à direção radial’. A seguir, termos relativos referentes à localização, tais como "acima" ou "abaixo" ou "superior" ou "inferior" ou "topo" ou "fundo" referem-se à posição operacional usual da bomba 1. A figura 1, a figura 4, a figura 5 e a figura 6 mostram diferentes modalidades e variantes da bomba 1 em sua respectiva posição operacional usual.

[0054] Com referência a essa orientação usual durante operação e conforme mostrado na figura 1, a unidade de acionamento 4 está loca-lizado acima da unidade de bomba 3. No entanto, em outras modalidades, a unidade de bomba 3 pode estar localizada em cima da unidade de acionamento 4. Em outras modalidades, a bomba 1 pode ser configurada como uma bomba horizontal, ou seja, para um arranjo horizontal com o eixo da bomba 5 que se estende horizontalmente durante a operação da bomba.

[0055] A entrada da bomba 21 é disposta na extremidade inferior da unidade de bomba 3 e a saída de bomba 22 está localizada na extremidade superior da unidade de bomba 3.

[0056] Em outras modalidades, a entrada da bomba 21 pode ser disposta na extremidade superior da unidade de bomba 3 e a saída de bomba 22 pode estar localizada na extremidade inferior da bomba 1.

[0057] A bomba 1 compreende uma pluralidade de rolamentos. Um primeiro rolamento de bomba radial 53, um segundo rolamento de bomba radial 54 e um rolamento de bomba axial 55 são providos para suportar o eixo da bomba 5. O primeiro rolamento de bomba radial 53, que é o superior, se encontra adjacente à extremidade de acionamento 51 do eixo da bomba 5 entre a unidade de bomba 3 e a unidade de acionamento 4. O segundo rolamento de bomba radial 54, que é o inferior, está disposto entre a unidade de bomba 3 e a extremidade de não acionamento 52 do eixo da bomba 5 ou na extremidade de não acionamento 52. O rolamento de bomba axial 55 é disposto entre a unidade de bomba 3 e o primeiro rolamento de bomba radial 53. Os rolamentos da bomba 53, 54, 55 são configurados para suportar o eixo da bomba 5 tanto na direção axial quanto na direção radial. Os rolamentos de bombeamento radiais 53 e 54 suportam o eixo da bomba 5 em relação à direção radial, e o rolamento axial 55 suporta o eixo da bomba 5 em relação à direção axial A. O primeiro rolamento de bomba radial 53 e o rolamento de bomba axial 55 são dispostos de modo que o primeiro rolamento de bomba radial 53 fica mais próximo da unidade de acionamento 4 e o rolamento de bomba axial 55 faceia a unidade de bomba 3. Obviamente, também é possível trocar a posição do primeiro rolamento de bomba radial 53 e do rolamento de bomba axial 55, ou seja, dispor o primeiro rolamento de bomba radial 53 entre o rolamento de bomba axial 55 e a unidade de bomba 3, para que o rolamento de bomba axial 55 fique mais próximo da unidade de acionamento 4.

[0058] Um rolamento radial, tal como o primeiro ou o segundo rolamento de bomba radial 53 ou 54, também é referido como um "rolamento de munhão" e um rolamento axial, tal como o rolamento de bomba axial 55, também é referido como um "rolamento de empuxo". O primeiro rolamento de bomba radial 53 e o rolamento de bomba axial 55 podem ser configurados como rolamentos separados, mas também é possível que o primeiro rolamento de bomba radial 53 e o rolamento de bomba axial 55 sejam configurados como um único rolamento radial e axial combinado que suporta o eixo da bomba 5 tanto na direção radial quanto na direção axial.

[0059] O segundo rolamento de bomba radial 54 suporta o eixo da bomba 5 na direção radial. Na modalidade mostrada na figura 1, não há nenhum rolamento de bomba axial provido na extremidade de não acionamento 52 do eixo da bomba 5. Obviamente em outras modalidades, também é possível que um rolamento de bomba axial seja provido na extremidade de não acionamento 52 para o eixo da bomba 5. Nas modalidades em que um rolamento de bomba axial é provido na extremidade de não acionamento 52, um segundo rolamento de bomba axial pode ser provido na extremidade de acionamento 51 ou a extremidade de acionamento 51 pode ser configurada sem um rolamento de bomba axial.

[0060] De maneira preferida, os rolamentos de bombeamento radiais 53 e 54, bem como o rolamento de bomba axial 55 são configu-rados como rolamentos hidrodinâmicos e, de maneira ainda mais preferida, como rolamentos de segmentos oscilantes 53, 54 e 55, respectivamente. É especificamente preferível que pelo menos o primeiro rolamento de bomba radial 53 e o segundo rolamento de bomba radial 54 sejam configurados como um rolamento de segmentos oscilantes radial. Obviamente, também é possível que o primeiro rolamento de bomba radial 53 e o segundo rolamento de bomba radial 54 sejam configurados como rolamentos hidrodinâmicos de múltiplos lóbulos fixos.

[0061] De preferência, a bomba 1 compreende pelo menos um dispositivo de equilíbrio para equilibrar pelo menos parcialmente o empuxo axial que é gerado pelos impulsores 31 durante a operação da bomba 1. O dispositivo de equilíbrio pode compreender um tambor de equilíbrio ou uma bucha central ou uma bucha do regulador de fluxo (também referida como luva do regulador de fluxo). A primeira modalidade da bomba 1 compreende um tambor de equilíbrio 7 para equilibrar pelo menos parcialmente o empuxo axial que é gerado pelos impulsores 31. O tambor de equilíbrio 7 é fixamente conectado ao eixo da bomba 5 de um modo à prova de torque. O tambor de equilíbrio 7 é disposto acima da extremidade superior da unidade de bomba 3, a saber, entre a unidade de bomba 3 e a extremidade de acionamento 51 do eixo da bomba 5, mais precisamente entre a extremidade superior da unidade de bomba 3 e o rolamento de bomba axial 55. O tambor de equilíbrio 7 define um lado frontal 71 e um lado traseiro 72. O lado frontal 71 é o lado que faceia a unidade de bomba 3 e os impulsores 31. O lado traseiro 72 é o lado que faceia o rolamento de bomba axial 55 e a unidade de acionamento 4. O tambor de equilíbrio 7 é circundado por uma parte estacionária 26, para que uma passagem de alívio 73 seja formada entre a superfície radialmente externa do tambor de equilíbrio 7 e a parte estacionária 26. A parte estacionária 26 é confi-gurada para ser estática em relação ao alojamento compartilhado 2. A passagem de alívio 73 forma uma lacuna anular entre a superfície externa do tambor de equilíbrio 7 e a parte estacionária 26, e se estende a partir do lado frontal 71 até o lado traseiro 72. O lado frontal 71 está em comunicação fluida com a saída de bomba 22, para que a superfície axial do tambor de equilíbrio 7 que faceia o lado frontal 71 fique essencialmente exposta à pressão alta que prevalece na saída de bomba 22 durante a operação da bomba 1. Obviamente, devido às perdas de pressão menores causadas pela comunicação fluida entre a saída de bomba 22 e o tambor de equilíbrio 7, a pressão que prevalece na superfície axial do tambor de equilíbrio 1 que faceia o lado frontal 71 pode ser um pouco menor que a pressão alta. No entanto, ocorre uma queda de pressão consideravelmente maior sobre o tambor de equilíbrio 7. No lado traseiro 72, uma pressão intermediária prevalece durante a operação da bomba 1. A pressão intermediária possui um valor entre a pressão baixa na entrada da bomba 21 e a pressão alta na saída de bomba 22. Na modalidade mostrada na figura 1, a pressão intermediária é um pouco maior que a pressão baixa devido à queda de pressão sobre a linha de equilíbrio 9.

[0062] Visto que o lado frontal 71 fica exposto essencialmente à pressão alta na saída de bomba 22, ocorre uma queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio 7, resultando em uma força que é direcionada para cima na direção axial A e com isso neutraliza o empuxo axial direcionado para baixo gerado pelos impulsores 31 durante a operação da bomba 1.

[0063] Em outras modalidades (não mostradas), outro tambor de equilíbrio é disposto abaixo da extremidade inferior da unidade de bomba 3, a saber, entre a unidade de bomba 3 e a extremidade de não acionamento 52 do eixo da bomba 5, mais precisamente entre a extremidade inferior da unidade de bomba 3 e o segundo rolamento de bomba radial 54. Em outras modalidades, um tambor de equilíbrio é provido apenas na extremidade inferior da bomba 1, entre a unidade de bomba 3 e o segundo rolamento de bomba radial 54 na extremidade de não acionamento 52 do eixo da bomba 5 e nenhum tambor de equilíbrio é provido acima da unidade de bomba 3 próxima à extremidade de acionamento do eixo da bomba 5. Também é possível posicionar um dispositivo de equilíbrio entre dois impulsores adjacentes 31, por exemplo, entre uma primeira série de impulsores e uma segunda série de impulsores. A primeira série de impulsores e a segunda série de impulsores podem ser configuradas em um arranjo de traseira com traseira.

[0064] Na modalidade mostrada na figura 1, uma linha de equilíbrio 9 é provida para recircular o fluido de processo a partir do lado de pressão alta para o lado de pressão baixa. Em particular, a linha de equilíbrio 9 conecta o lado traseiro 72 com o lado de pressão baixa da bomba 1, onde a pressão baixa, ou seja, a pressão na entrada da bomba 21 prevalece. Desse modo, uma parte do fluido de processo pressurizado passa a partir do lado de pressão alta através da passagem de alívio 73 para o lado traseiro 72, entra na linha de equilíbrio 9 e é recirculado para o lado de pressão baixa da bomba 1. A linha de equilíbrio 9 constitui uma conexão fluida entre o lado traseiro 72 e o lado de pressão baixa na entrada da bomba 21. A linha de equilíbrio 9 pode ser disposta - conforme mostrado na figura 1 - fora do alojamento compartilhado 2. Em outras modalidades, a linha de equilíbrio 9 pode ser projetada como uma linha interna que se estende completamente por dentro do alojamento compartilhado 2.

[0065] A linha de equilíbrio 9 se estende a partir de uma primeira porta 91 no lado traseiro 72 até uma segunda porta 92, a qual está em comunicação fluida com o lado de pressão baixa da bomba, por exemplo, com a entrada da bomba 21. Conforme indicado na figura 1, a segunda porta 92 pode ser disposta entre o segundo rolamento de bomba radial 54 e o primeiro um dos impulsores 31. As primeira e segunda portas 91, 92 são dispostas no alojamento compartilhado 2. Desse modo, durante a operação da bomba 1, o fluido de processo pode fluir a partir do lado traseiro 72 através da linha de equilíbrio 9 para o lado de pressão baixa da bomba 1. Portanto, a pressão que prevalece no lado traseiro 72, a saber, a pressão intermediária, é essencialmente a mesma - exceto por uma pequena queda de pressão causada pela linha de equilíbrio 9 - que a pressão baixa que prevalece na entrada da bomba 21.

[0066] A bomba lubrificada com fluido de processo 1 é projetada como uma bomba sem vedação. Uma bomba sem vedação 1 é uma bomba que não possui nenhuma vedação mecânica em seu eixo rotativo 5. Uma vedação mecânica é aquela usada para um eixo rotativo que compreende um rotor fixado ao eixo e que gira com o eixo e com um estator fixo em relação ao alojamento. Durante a operação, o rotor e o estator deslizam ao longo um do outro - geralmente com um líquido entre eles - para prover uma ação vedadora que impede o fluido de processo de escapar para o ambiente ou entrar no acionador da bomba. A bomba sem vedação 1 mostrada na figura 1 não possui nenhuma vedação mecânica. O fluido de processo pode passar livremente e entrar na unidade de acionamento 4 e é usado para resfriar e lubrificar componentes da bomba 1, tais como os rolamentos da bomba 53, 54 e 55.

[0067] A figura 2 mostra uma representação esquemática de uma modalidade da unidade de acionamento 4 com rolamentos de acionamento 43, 44 e 45 em mais detalhes. A unidade de acionamento 4 compreende um motor elétrico 41 e um eixo de acionamento 42 que se estende na direção axial A. Para o suporte do eixo de acionamento 42, um primeiro rolamento de acionamento radial 43, um segundo ro-lamento de acionamento radial 44 e um rolamento de acionamento axial 45 são providos, em que o segundo rolamento de acionamento radial 44 e o rolamento de acionamento axial 45 são dispostos acima do motor elétrico 41 em relação à direção axial A, e o primeiro rolamento de acionamento radial 43 é disposto abaixo do motor elétrico 41. O motor elétrico 41, que é disposto entre o primeiro e o segundo rolamento de acionamento radial 43, 44, é configurado para girar o eixo de acionamento 42 em torno da direção axial A. O eixo de acionamento 42 é conectado à extremidade de acionamento 51 do eixo da bomba 5 por meio de uma acoplagem hidrodinâmica 8 para transferir um torque para o eixo da bomba 5. De preferência, a acoplagem hidrodinâmica 8 é configurada como um conversor de torque 8 para acoplar de forma hidrodinâmica o eixo de acionamento 42 ao eixo da bomba 5 de tal modo que o eixo da bomba 5 possa girar em uma velocidade maior (rotações por minuto, rpm) do que o eixo de acionamento 42.

[0068] Os rolamentos de acionamento 43, 44 e 45 são configurados para suportar o eixo de acionamento 42 tanto na direção radial quanto na direção axial A. Os primeiro e o segundo rolamentos de acionamento radiais 43, 44 suportam o eixo de acionamento 42 em relação à direção radial, e o rolamento de acionamento axial 45 suporta o eixo de acionamento 42 em relação à direção axial A. O segundo rolamento de acionamento radial 44 e o rolamento de acionamento axial 45 são dispostos de modo que o segundo rolamento de acionamento radial 44 fique entre o rolamento axial 45 e o motor elétrico 41.

[0069] Obviamente, também é possível trocar a posição do segundo rolamento de acionamento radial 44 e do rolamento de acionamento axial 45.

[0070] O segundo rolamento de acionamento radial 44 e o rolamento de acionamento axial 45 podem ser configurados como rola-mentos separados, mas também é possível que o segundo rolamento de acionamento radial 44 e o rolamento de acionamento axial 45 sejam configurados como um único rolamento radial e axial combinado que suporta o eixo de acionamento 42 tanto na direção radial quanto na direção axial A.

[0071] O primeiro rolamento de acionamento radial 43 é disposto abaixo do motor elétrico 41 e suporta o eixo de acionamento 42 na direção radial. Na modalidade mostrada na figura 2, não há nenhum rolamento axial disposto abaixo do motor elétrico 41. Obviamente, também é possível que um rolamento de acionamento axial para o eixo de acionamento 42 seja - de maneira alternativa ou adicional - disposto abaixo do motor elétrico 41, ou seja, entre o motor elétrico 41 e a aco-plagem hidrodinâmica 8.

[0072] O motor elétrico 41 da unidade de acionamento 4 compreende um rotor disposto internamente 412, o qual é conectado ao eixo de acionamento 42 de um modo à prova de torque, bem como um es-tator de motor disposto externamente 411 e que circunda o rotor 412 com uma lacuna anular 413 entre o rotor 412 e o estator do motor 411. O rotor 412 pode constituir uma parte do eixo de acionamento 42 ou ser uma parte separada, a qual é conectada de maneira rotativa e fixa ao eixo de acionamento 42, para que a rotação do rotor 412 ative o eixo de acionamento 42. O motor elétrico 41 pode ser configurado como um motor enrolado com cabo. Em um motor enrolado com cabo, os fios individuais do estator do motor 411, que formam as bobinas para gerar o(s) campo(s) eletromagnético(s), são isolados para que o estator do motor 411 possa ser inundado até mesmo com um fluido eletricamente condutivo, por exemplo, água do mar não tratada. O motor enrolado com cabo não exige um fluido dielétrico para resfriar o estator do motor 411. De maneira alternativa, o motor elétrico 41 pode ser configurado como um motor hermeticamente vedado ("canned mo-tor"). Quando o motor elétrico 41 é configurado como um motor hermeticamente vedado, a lacuna anular 413 é delimitada radialmente para fora por uma lata (não mostrada) que veda o estator do motor 411 hermeticamente em relação ao rotor 412 e a lacuna 413. Desse modo, nenhum fluido de processo que passe através da lacuna 413 é capaz de entrar no estator do motor 411. Quando o motor elétrico 41 é projetado como um motor hermeticamente vedado, um fluido de resfriamento dielétrico diferente do fluido de processo pode ser circulado através do estator do motor hermeticamente vedado 411 para resfriar o estator do motor 411.

[0073] De preferência, o motor elétrico 41 é configurado como um motor de ímã permanente ou como um motor de indução. Para suprir o motor elétrico 41 com energia, um penetrador de energia (não mostrado) é provido no alojamento compartilhado 2 para receber um cabo de energia (não mostrado) que alimenta o motor elétrico 41 com energia.

[0074] O motor elétrico 41 pode ser designado para operar com um inversor de frequência variável (VFD), no qual a velocidade do motor, ou seja, a frequência da rotação pode ser ajustada variando-se a frequência e/ou a tensão suprida para o motor elétrico 41. No entanto, também é possível que o motor elétrico 41 seja configurado de uma forma diferente, por exemplo, como um acionador de velocidade única ou frequência única.

[0075] A figura 3 mostra uma primeira modalidade de uma acopla-gem hidrodinâmica 8 que é configurada como um conversor de torque 8, para acoplar de forma hidrodinâmica o eixo de acionamento 42 ao eixo da bomba 5 de tal modo que o eixo da bomba 5 possa girar mais rápido que o eixo de acionamento 42, por exemplo, em um fator de 1,3. Desse modo, quando o eixo de acionamento 42 girar, por exemplo, em 6000 rpm, o eixo da bomba 5 irá girar em 7800 rpm.

[0076] O conversor de torque 8 compreende um invólucro 81 para receber um fluido de transmissão, uma bomba roda d’água 82 conectada de um modo à prova de torque ao eixo de acionamento 42 da unidade de acionamento 4, uma turbina de roda d’água 83 conectada de um modo à prova de torque ao eixo da bomba 5 da unidade de bomba 3 e um estator 84 para guiar o fluido de transmissão a partir da turbina de roda d’água 83 de volta para a bomba roda d’água 82 de um modo que é conhecido na técnica.

[0077] O estator 84 está conectado ao invólucro 81, que é configurado como um invólucro à prova de líquido 81 no qual o fluido de transmissão é contido. Durante a operação, o eixo de acionamento 42 gira a bomba roda d’água 82 que atua sobre e o fluido de transmissão e o acelera, transformando assim energia mecânica em energia de fluxo. O fluido de transmissão transfere a energia para a turbina de roda d’água 83 que transforma a energia de fluxo novamente em energia mecânica e aciona o eixo da bomba 5. O fluido de transmissão é então recirculado para a bomba roda d’água 82 ao ser guiado e desviado pelo estator 84.

[0078] Na modalidade mostrada na figura 3, o conversor de torque 8 compreende uma pluralidade de palhetas de orientação ajustáveis 85 com as quais o fluxo do fluido de transmissão pode ser mudado. A posição das palhetas de orientação 85 pode ser mudada e mantida por meio de um dispositivo de ajuste 851. Com a rotação das palhetas de orientação 85, é possível mudar o fluxo incidente das palhetas de orientação 85 e, desse modo, o fluxo no fluido de transmissão no invólucro 81 é modificado. Desse modo, a relação do torque transmitido para o eixo da bomba 5 e do torque transmitido a partir do eixo de acionamento 42 é controlável.

[0079] É importante observar que as palhetas de orientação ajustáveis 85 não são necessárias para a invenção. Também é possível que o conversor de torque 8 não tenha nenhuma palheta de orientação ajustável 85, mas sim palhetas de orientação fixas. Por exemplo, o conversor de torque pode ser incorporado apenas com a bomba roda d’água 82, a turbina de roda d’água 83 e o estator 84 com palhetas de orientação imóveis, ou seja, sem nenhuma palheta de orientação ajustável.

[0080] A provisão do conversor de torque 8 para acoplar o eixo de acionamento 42 com o eixo da bomba 5 em vez de, por exemplo, uma acoplagem mecânica do eixo de acionamento 42 e do eixo da bomba 5 possui a importante vantagem de que o eixo da bomba 5 pode ser girado em uma velocidade maior do que o eixo de acionamento. Isso aumenta a eficiência da bomba 1 porque o(s) impulsor(es) 31 gira (giram) mais rápido e/ou porque as perdas viscosas no motor elétrico enchido com líquido são consideravelmente reduzidas. Além disso, com a acoplagem hidrodinâmica, o eixo de acionamento 42 e o eixo da bomba 5 são desacoplados por torção, o que reduz, por exemplo, o impacto de cargas de choque por torção, tais como curto-circuito ou arranque, provenientes da unidade de acionamento 4.

[0081] Outra vantagem é que o conversor de torque 8 também pode ser usado para o controle de velocidade da bomba 1 ou para uma autorregulagem do processo de bombeamento. Isso é particularmente aplicável quando o conversor de torque 8 é projetado com palhetas de orientação ajustáveis 85, mas também quando o conversor de torque 8 possui apenas elementos de orientação fixos para o fluido de transmissão e nenhuma palheta de orientação ajustável. O uso do conversor de torque 8 para o controle de velocidade do eixo da bomba 5 possibilita a operação da bomba 1 sem um inversor de frequência variável (VFD) e com um motor elétrico 41 menos complexo e oneroso. De maneira alternativa, é possível utilizar um VFD com uma faixa consideravelmente mais restrita para a variação de frequência. Ambas as medidas, ou seja, configurar a bomba 1 sem um VFD ou configurar a bomba com um VFD que possui uma faixa de frequência mais restrita, reduzem os custos e a complexidade da bomba 1.

[0082] De acordo com a invenção, a acoplagem hidrodinâmica 8 é configurada para receber o fluido de processo como o fluido de transmissão. Desse modo, o fluido de processo, por exemplo, água ou água do mar, é usado não apenas para resfriar e lubrificar os rolamentos 43, 44, 45, 53, 54, 55 e o motor elétrico 41, mas também como o fluido de transmissão para a acoplagem hidrodinâmica 8.

[0083] O invólucro 81 do conversor de torque 8 compreende um lado de admissão 86 para o suprimento de fluido de processo para o invólucro 81 do conversor de torque 8 e um lado de descarga 87 para a drenagem de fluido de processo. Como uma alternativa ou suplemento, o conversor de torque 8 pode ser configurado para que o fluido de processo possa entrar e sair do invólucro 81, por exemplo, como um fluxo de vazamento, ao longo do eixo da bomba 5 e/ou do eixo de acionamento 42. Durante a operação da bomba 1, todo o alojamento compartilhado 2 da bomba 1 é inundado com o fluido de processo, para que o fluido de processo possa entrar e sair do invólucro 81 do conversor de torque 8 pelo lado de admissão 86 e pelo lado de descarga 87 e/ou como um vazamento ao longo do eixo da bomba 5 e do eixo de acionamento 42.

[0084] Em outras modalidades, o invólucro 81 não possui nenhum lado de admissão 86 e nenhum lado de descarga 87, para que o fluido de processo possa entrar e sair do invólucro 81 apenas como um vazamento ao longo do eixo da bomba 5 e/ou do eixo de acionamento 42.

[0085] Dependendo da pressão no alojamento compartilhado 2 à qual o exterior do invólucro 81 do conversor de torque 8 é exposto, o conversor de torque 8 pode gerar uma força de acionamento adicional para recircular o fluido de processo a partir do lado de pressão alta pa-ra o lado de pressão baixa da bomba 1 através da linha de equilíbrio 9.

[0086] Durante a operação, a bomba 1 é resfriada e lubrificada pelo fluido de processo, por exemplo, água do mar. Na primeira modalidade mostrada na figura 1, um circuito de resfriamento externo 10 é provido para aumentar o resfriamento da bomba 1. O circuito de resfriamento externo 10 também é operado com o fluido de processo, por exemplo, água do mar, como um transportador de calor. De acordo com essa modalidade, o circuito de resfriamento externo 10 compreende pelo menos um impulsor de circulação 11 para circular o fluido de processo através do circuito de resfriamento externo 10. O impulsor de circulação 11 é de um tipo diferente dos impulsores 31 da unidade de bomba 3.

[0087] Visto que o fluido de processo constitui o transportador de calor, o circuito de resfriamento externo 10 pode ser projetado como um circuito aberto, o qual recebe o fluido de processo a partir da unidade de bomba 3 e distribui o fluido de processo por locais diferentes da bomba 1. O impulsor de circulação 11 é acionado pelo motor elétrico 41 e, de preferência, pelo eixo de acionamento 42. Conforme mostrado na figura 1, o impulsor de circulação 11 pode ser disposto, por exemplo, em cima do motor elétrico 41, mas outro local também é possível. Por exemplo, o(s) impulsor(es) de circulação 11 também pode (podem) ser disposto (dispostos) em um ou mais dos seguintes locais: na extremidade de não acionamento do eixo de acionamento 42, na extremidade de acionamento do eixo de acionamento 42, na extremidade de acionamento 51 do eixo da bomba 5, acima do tambor de equilíbrio 7, acima da primeira porta 91 na linha de equilíbrio 9, na extremidade de não acionamento 52 do eixo da bomba 5, abaixo do segundo rolamento de bomba radial 54.

[0088] O circuito de resfriamento externo 10 também compreende um trocador de calor 12 para resfriar o fluido de processo no circuito de resfriamento externo 10. O trocador de calor 12 está localizado fora do invólucro compartilhado 2. De preferência, o trocador de calor 12 é projetado como uma bobina ou uma espiral que circunda o invólucro compartilhado 2. Em uma aplicação submarina, a água do mar em torno da bomba 1 extrai o calor do trocador de calor em forma de bobina 12 localizado no exterior do alojamento compartilhado 2 e com isso resfria o líquido de processo no circuito de resfriamento externo 10. O fluxo do fluido de processo no circuito de resfriamento externo 10 é indicado na figura 1 pelas setas tracejadas. O trocador de calor 12 está em comunicação fluida com uma saída 13 para receber o fluido de processo a partir da unidade de acionamento 4, conforme indicado pela seta C1. Mais precisamente, a saída 13 é provida no alojamento compartilhado 2 em um local acima da unidade de acionamento 4 e acima do rolamento de acionamento axial 45, para que o trocador de calor 12 receba o fluido de processo que passou através da unidade de acionamento 4 e dos rolamentos de acionamento 43, 44, 45 e com isso resfrie a unidade de acionamento 4 e os rolamentos de acionamento 43, 44, 45. No trocador de calor 12, o ambiente extrai o calor do fluido de processo e resfria o fluido de processo. Depois de ter passado através do trocador de calor 12, o fluido de processo resfriado é provido para vários locais da bomba para resfriar e lubrificar seus componentes. Para cada local, é provida uma respectiva entrada 14, 15, 16 de fluido de processo no alojamento compartilhado 2. A jusante do trocador de calor 12, uma primeira parte do fluido de processo resfriado, conforme indicado pela seta C2, é introduzida através da entrada 14 diretamente dentro da unidade de acionamento 4 para resfriar e lubrificar os rolamentos de acionamento 43, 44, 45, bem como para resfriar o motor elétrico 41. Uma segunda parte do fluido de processo resfriado, conforme indicado pela seta C3, é introduzida através da entrada 15 diretamente dentro da unidade de rolamento de bomba axial 55 para resfriar e lubrificar o rolamento de bomba axial 55 e o primeiro rolamento de bomba radial 53 e, de maneira opcional, para passar através do conversor de torque 8. Uma terceira parte do fluido de processo resfriado, conforme indicado pela seta C4, é introduzida através da entrada 16 diretamente dentro do segundo rolamento de bomba radial 54 para resfriar e lubrificar o segundo rolamento de bomba radial 54. O fluido de processo que passa através do motor elétrico 41 para resfriar o motor elétrico é conduzido através da lacuna anular 413 conforme indicado pelas setas tracejadas C5 na figura 2. Caso o estator do motor 411 tenha que ser inundado com o fluido de processo para resfriar, por exemplo, quando o motor elétrico 41 é configurado como um motor enrolado com cabo, o fluido de processo também é conduzido através do estator do motor 411 conforme indicado pelas setas tracejadas C6 na figura 2.

[0089] A figura 4 mostra um modelo diferente de um circuito de resfriamento 10’ em uma vista transversal similar à figura 1. Esse modelo não precisa do impulsor de circulação 11, mas também pode compreender um impulsor de circulação. Na configuração mostrada na figura 4, nenhum impulsor de circulação é provido. De acordo com esse modelo de circuito de resfriamento 10’, a unidade de bomba 3 compreende um ponto de partida intermediário 310 conectado ao circuito de resfriamento 10’ para suprir fluido de processo para o circuito de resfriamento 10’ conforme indicado pela seta tracejada C7 na figura 4. O ponto de partida intermediário 310 é configurado para suprir fluido de processo para o circuito de resfriamento 10’ em uma pressão maior que a pressão baixa na entrada de pressão baixa 21.

[0090] O circuito de resfriamento 10’ compreende uma primeira ramificação 101 que provê uma comunicação fluida entre o ponto de partida intermediário 310 e uma entrada 17, através da qual o fluido de processo pode entrar no rolamento de acionamento axial 45 para res-friar e lubrificar, conforme indicado pelas setas tracejadas C71 na figura 4. O fluido de processo que atravessou o rolamento de acionamento axial 45 é guiado através do segundo rolamento de acionamento radial 44, da unidade de acionamento 4, do primeiro rolamento de acionamento radial 43, do conversor de torque 8, do primeiro rolamento de bomba radial 53 e do rolamento de bomba axial 55 para resfriar e lubrificar esses componentes conforme indicado pelas setas tracejadas C73 na figura 4. O fluido de processo que atravessou o rolamento de bomba axial 55 mistura-se com o fluido de processo que passou pelo tambor de equilíbrio 7 e entra na linha de equilíbrio 9.

[0091] De maneira opcional, a primeira ramificação 101 do circuito de resfriamento 10’ pode compreender um primeiro limitador de fluxo 103, por exemplo, um regulador de fluxo ou um orifício, provido na primeira ramificação 101 para regular o fluxo de fluido de processo que escoa pela entrada 17.

[0092] O circuito de resfriamento 10’ também compreende uma segunda ramificação 102 que provê uma comunicação fluida entre o ponto de partida intermediário 310 e uma entrada 18, através da qual o fluido de processo pode entrar no segundo rolamento de bomba radial 54 para resfriar e lubrificar o segundo rolamento de bomba radial 54 conforme indicado pelas setas tracejadas C72 na figura 4. Depois que o fluido de processo passa através do segundo rolamento de bomba radial 54, ele mistura-se com o fluido de processo no lado de pressão baixa na entrada da bomba 21.

[0093] De maneira opcional, a segunda ramificação 102 pode compreender um segundo limitador de fluxo 104, por exemplo, um regulador de fluxo ou um orifício, provido na segunda ramificação 102 para regular o fluxo de fluido de processo que está passando através do segundo rolamento de bomba radial 54.

[0094] O ponto de partida intermediário 310 pode ser disposto pa-ra receber o fluido de processo a partir de um dos impulsores 31. Desse modo, de acordo com o modelo mostrado na figura 4, a força de acionamento para circular o fluido de processo através do circuito de resfriamento 10’ é gerada por um ou mais impulsores 31 da unidade de bomba 3. De preferência, o ponto de partida intermediário 310 é configurado para que a pressão do fluido de processo nas primeira e segunda ramificações 101 e 102 seja pelo menos tão alta quanta a pressão do fluido de processo na linha de equilíbrio 9. De maneira ainda mais preferida, a pressão do fluido de processo nas primeira e segunda ramificações 101 e 102 no circuito de resfriamento 10’ é pelo menos um pouco mais alta, por exemplo, 10-30 bar (1 - 3 MPa) mais alta do que a pressão na linha de equilíbrio 9.

[0095] As primeira e segunda ramificações 101 e 102 no circuito de resfriamento podem ser projetadas como linhas internas que se estendem completamente por dentro do invólucro compartilhado 2. Também é possível - conforme mostrado na figura 4 - que as primeira e segunda ramificações 101 e 102 sejam configuradas como linhas externas dispostas fora do alojamento compartilhado 2. É válido observar que o circuito de resfriamento 10’ também pode compreender um trocador de calor análogo ao trocador de calor 12 mostrado na figura 1.

[0096] A operação da primeira modalidade da bomba 1 de acordo com a invenção será descrita agora com referência às figuras de 1 a 3. O fluido de processo que entra na bomba 1 através da entrada da bomba 21 com a pressão baixa é pressurizado pela ação dos impulsores rotativos 31 e sai da bomba 1 através da saída de bomba 22 com a pressão alta, conforme indicado na figura 1 e na figura 4 pelas setas de linhas largas e sólidas sem numeral de referência. O lado frontal 71 abaixo do tambor de equilíbrio 7 está em comunicação fluida com a saída da bomba 22. Portanto, uma parte do fluido de processo pressurizado passa da passagem de alívio 73 para o lado traseiro 72 confor-me indicado pelas setas B1 na figura 1. No lado traseiro 72, a pressão intermediária que prevalece é menor que a pressão alta devido à queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio 7. Desse modo, é gerada uma força que atua sobre o eixo da bomba 5. Essa força é direcionada para cima em uma direção axial A e com isso equilibra parcialmente o empuxo axial que é gerado pelos impulsores 31 e que é direcionado para baixo em uma direção axial A. No lado traseiro 72, uma parte do fluido de processo entra na linha de equilíbrio 9 através da primeira porta 91 e outra parte entra na bomba rolamento axial 55 e mistura-se com o fluido de processo no circuito de resfriamento externo 10, o qual entra no alojamento compartilhado 2 através da entrada 15.

[0097] O fluido de processo que flui através da linha de equilíbrio 9 é recirculado para o lado de pressão baixa da bomba 1 e mistura-se com o fluido de processo que foi introduzido a partir do circuito de resfriamento externo 10 através da entrada 16 e por dentro do segundo rolamento de bomba radial 54.

[0098] A linha de equilíbrio 9 causa uma pequena queda de pressão para que a pressão intermediária no lado traseiro 72 seja um pouco maior que a pressão baixa na entrada da bomba 21.

[0099] O tambor de equilíbrio 7 compensa pelo menos parcialmente o empuxo axial sobre o eixo da bomba 5 que é gerado pelos impulsores rotativos 31. Mesmo se o tambor de equilíbrio 7 não equilibrar completamente o dito empuxo axial, a carga que tem que ser suportada pelo rolamento de bomba axial 55 é consideravelmente reduzida.

[00100] Em outras modalidades, um outro tambor de equilíbrio é provido na extremidade de não acionamento 52 do eixo da bomba 5, o que também pode aumentar a estabilidade de todo o rotor dispositivo que compreende o eixo da bomba 5, os impulsores 31 e os dois tambores de equilíbrio. Por meio dos dois tambores de equilíbrio, a vibração rotodinâmica da parte inferior do eixo da bomba 5, ou seja, da par-te do eixo da bomba 5 adjacente à extremidade de não acionamento 52 é prevenida de forma ainda mais confiável ou pelo menos adicionalmente reduzida.

[00101] Apenas a título de exemplo e para uma melhor compreensão das diferentes pressões a seguir que podem prevalecer na bomba 1: Quando, de modo exemplar, a bomba 1 é instalada no leito do mar em uma profundidade de 250 m abaixo da superfície da água, a pressão baixa que prevalece na entrada da bomba 21 é de, por exemplo, 25 bar (2,5 MPa). A bomba 1 pode ser configurada para aumentar a pressão em 175 bar. Desse modo, a pressão alta na saída de a pressão alta 22 é 200 bar (20 MPa). Ignorando-se outras perdas de pressão pequenas, tais como as perdas de pressão na linha de equilíbrio 9, a queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio 7 é mais ou menos de 175 bar (17,5 MPa). Consequentemente, a pressão intermediária que prevalece no lado traseiro 72 é aproximadamente a pressão baixa, ou seja, 25 bar (2,5 MPa).

[00102] O resfriamento e a lubrificação da bomba 1 por meio do fluido de processo são obtidos tanto pelo fluxo através da linha de equilíbrio 9, o qual é causado pela ação dos impulsores 31 e indicado pelas setas em linhas sólidas na figura 1, e pelo fluxo através do circuito de resfriamento externo 10 indicado pelas setas em linhas tracejadas. Esses dois fluxos contribuem para resfriar e lubrificar os rolamentos da bomba 53, 54 e 55, os rolamentos de acionamento 43, 44 e 45, bem como o motor elétrico 41 com o fluido de processo.

[00103] A figura 5 mostra uma vista transversal esquemática de uma segunda modalidade de uma bomba lubrificada com fluido de processo 1 de acordo com a invenção.

[00104] Na descrição a seguir sobre a segunda modalidade da bomba lubrificada com fluido de processo 1, apenas as diferenças existentes em relação à primeira modalidade serão explicadas em mais detalhes. As explanações referentes à primeira modalidade também são válidas e idênticas ou análogas à segunda modalidade. Os mesmos numerais de referência designam características iguais ou funcionalmente equivalentes que foram explicadas com referência à primeira modalidade. Em particular, a unidade de acionamento explicada com referência à figura 2, bem como o conversor de torque explicado com referência à figura 3 também podem ser usados para a segunda modalidade.

[00105] Em comparação com a primeira modalidade, a principal diferença existente é que a segunda modalidade da bomba 1 não compreende um circuito de resfriamento externo 10. Os rolamentos da bomba 53, 54, 55, bem como a unidade de acionamento 4 que compreende o motor elétrico 41, os rolamentos de acionamento 43, 44, 45 e o conversor de torque 8 são resfriados e lubrificados apenas pelo fluxo de fluido de processo, o qual é causado pela ação dos impulsores 31 da unidade de bomba 3. No entanto, como já foi dito, dependendo da respectiva pressão local no alojamento compartilhado 2, o conversor de torque 8 pode gerar uma força de acionamento adicional para recircular o fluido de processo a partir do lado de pressão alta para o lado de pressão baixa da bomba 1 através da linha de equilíbrio 9.

[00106] A primeira porta 91, à qual a linha de equilíbrio 9 é conectada para receber o fluido de processo, é disposta acima do rolamento de acionamento axial 45. O fluido de processo que passa pelo tambor de equilíbrio 7 através da passagem de alívio 73 flui através do rolamento de bomba axial 55, através do primeiro rolamento de bomba radial 53, através do conversor de torque 8, através do primeiro rolamento de acionamento radial 43, através da unidade de acionamento 4, através do segundo rolamento de acionamento radial 44 e através do rolamento de acionamento axial 45. A primeira porta 91 está localizada acima do rolamento de acionamento axial 45, onde forma a en-trada para a linha de equilíbrio 9 conforme indicado pela seta B2 na figura 5. Desse modo, a linha de equilíbrio 9 recebe o fluido de processo que é descarregado a partir da unidade de acionamento 4 e que passou através do segundo rolamento de acionamento radial 44 e do rolamento de acionamento axial 45. A canalização do fluido de processo através dos rolamentos 55, 53, 43, 44, 45, do conversor de torque 8 e a unidade de acionamento 4 resulta em uma queda de pressão entre o lado traseiro 72 e a porta 91. A queda de pressão pode ser por exemplo, de cerca de 10 bar (1 MPa). Desse modo, na primeira porta 91 prevalece uma pressão que é um pouco menor que do que a pressão intermediária que prevalece na parte traseira 72 entre o tambor de equilíbrio 7 e o primeiro rolamento de bomba radial 53.

[00107] A segunda porta 92, à qual a linha de equilíbrio 9 está conectada, está disposta abaixo do segundo rolamento de bomba radial 54 na extremidade de não acionamento 52 do eixo da bomba 5. Desse modo, o fluido de processo que sai da linha de equilíbrio 9 e que passa através da segunda porta 92 é guiado para passar através do segundo rolamento de bomba radial 54 antes de o fluido de processo recircula-do chegar ao lado de pressão baixa adjacente à entrada da bomba 21. Visto que o fluido de processo é direcionado a partir da segunda porta 92 através do segundo rolamento de bomba radial 54, a pressão que prevalece na segunda porta 92 é um pouco maior que a pressão baixa, porque ocorre uma queda de pressão adicional sobre o segundo rolamento de bomba radial 54, por exemplo, uma queda de pressão de aproximadamente 4 bar (0,4 MPa). Ignorando-se a queda de pressão sobre a linha de equilíbrio 9, a pressão na segunda porta 92 é a mesma que a pressão na primeira porta 91.

[00108] De maneira opcional, podem ser provida uma ou mais linhas de desvio configuradas para limitar o fluxo de fluido de processo ao longo dos diferentes rolamentos 53, 54, 55, 43, 44, 45. Na figura 5, uma primeira linha de desvio 93 é mostrada, a qual é configurada para desviar o rolamento de bomba axial 55, o primeiro rolamento de bomba radial 53, o conversor de torque 8, o primeiro rolamento de acionamento radial 43, a unidade de acionamento 4, o segundo rolamento de acionamento radial 44 e o rolamento de acionamento axial 45. Um primeiro regulador de fluxo 931 é provido na primeira linha de desvio 93 para regular o fluxo de fluido de processo que está passando através de todos os componentes dispostos acima do tambor de equilíbrio 7. O primeiro regulador de fluxo 931 pode ser configurado, por exemplo, como um orifício. Desse modo, uma primeira parte do fluido de processo que sai da passagem de alívio 73 flui através de todos os componentes 55, 53, 8, 43, 4, 44, 45 dispostos acima do tambor de equilíbrio 7 e, em seguida, por meio da primeira porta 91 localizada dentro da linha de equilíbrio 9, e uma segunda parte do fluido de processo que sai da primeira passagem de alívio 73 desvia os ditos componentes 55, 53, 8, 43, 4, 44, 45 e entra diretamente na linha de equilíbrio 9. Na figura 5, a primeira linha de desvio 93 é mostrada como uma linha externa. A entrada para a primeira linha de desvio 93 está localizada no alojamento compartilhado 2 em uma região entre o primeiro tambor de equilíbrio 7 e o rolamento de bomba axial 55 (referente à direção axial A). A partir da dita entrada, a primeira linha de desvio 93 se estende em direção à linha de equilíbrio 9 e se abre dentro da linha de equilíbrio 9. No entanto, também é possível e para várias aplicações até mesmo preferível que a primeira linha de desvio 93 seja configurada como uma linha interna, que se encontra completamente localizada dentro do alojamento compartilhado 2. Para esse propósito, a primeira linha de desvio 93 pode ser configurada para estabelecer uma comunicação fluida direta entre o lado traseiro 72 e a primeira porta 91, ou o volume acima do rolamento de acionamento axial 45, respectivamente. A configuração da primeira linha de desvio 93 como uma linha interna possui a vantagem de que o número de aberturas necessárias no alojamento compartilhado 2 pode ser reduzido.

[00109] De maneira opcional, uma segunda linha de desvio 94 pode ser provida, a qual é configurada para desviar o segundo rolamento de bomba radial 54 na extremidade de não acionamento 52 do eixo da bomba 5. Um segundo regulador de fluxo 941 é provido na segunda linha de desvio 94 para regular o fluxo de fluido de processo que está passando através do segundo rolamento de bomba radial 54. O segundo regulador de fluxo 941 pode ser configurado, por exemplo, como um orifício. Desse modo, uma primeira parte do fluido de processo que flui através da linha de equilíbrio 9 flui através do segundo rolamento de bomba radial 54 para o lado de pressão baixa, e uma segunda parte do fluido de processo que flui através da linha de equilíbrio 9 desvia o segundo rolamento de bomba radial 54 e entra diretamente pelo lado de pressão baixa. Na figura 5, a segunda linha de desvio 94 é mostrada como uma linha externa que conecta a linha de equilíbrio 9 com o lado de pressão baixa adjacente à entrada da bomba 21. A entrada para a segunda linha de desvio 94 está localizada na linha de equilíbrio 9. A partir desse ponto, a segunda linha de desvio 94 se estende em direção ao alojamento compartilhado 2 e é conectada a uma abertura no alojamento compartilhado, abertura essa que se encontra em um local, onde essencialmente a pressão baixa prevalece. No entanto, também é possível e para várias aplicações até mesmo preferível, que a segunda linha de desvio 94 seja configurada como uma linha interna, completamente localizada dentro do alojamento compartilhado 2. Para esse propósito, a segunda linha de desvio 94 pode ser configurada para estabelecer uma comunicação fluida direta entre a segunda porta 92 ou o volume abaixo do segundo rolamento de bomba radial 54, respectivamente, e o lado de pressão baixa ou a entrada da bomba 21, em que a dita comunicação fluida desvia o se-gundo rolamento de bomba radial 54. A configuração da segunda linha de desvio 94 como uma linha interna possui a vantagem de que o número de aberturas necessárias no alojamento compartilhado 2 pode ser reduzido.

[00110] Retornando para o exemplo numérico que foi provido com referência à primeira modalidade da bomba, as diferentes pressões a seguir podem prevalecer e na segunda modalidade da bomba 1: Quando, de modo exemplar, a bomba 1 é instalada no leito do mar em uma profundidade de 250 m abaixo da superfície da água, a pressão baixa que prevalece na entrada da bomba 21 é de, por exemplo, 25 bar (2,5 MPa). A bomba 1 pode ser configurada para aumentar a pressão em 175 bar (17,5 MPa). Desse modo, a pressão alta na saída de pressão alta 22 é de 200 bar (20 MPa). Levando-se em consideração que também ocorre uma queda de pressão entre o lado traseiro 72 e a primeira porta 91, bem como sobre o segundo rolamento de bomba radial 54, a queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio 7 é menor que o aumento de pressão gerado pela bomba 1, ou seja, a diferença entre a pressão alta e a pressão baixa. Por exemplo, a queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio 7 pode ser de 160 bar (16 MPa), a queda de pressão sobre os rolamentos 55, 53, 43, 44, 45, o conversor de torque 8 e a unidade de acionamento 4 pode ser de 10 bar (1 MPa) e a queda de pressão sobre o segundo rolamento de bomba radial 54 pode ser de 5 bar (0,5 MPa). Consequentemente, a pressão intermediária que prevalece no lado traseiro 72 é cerca de 40 bar (4 MPa). A pressão na primeira porta 91, na segunda porta 92 e dentro da linha de equilíbrio 9 é de aproximadamente 30 bar (3 MPa) (ignorando-se a queda de pressão sobre a linha de equilíbrio 9).

[00111] A figura 6 mostra uma vista transversal esquemática de uma terceira modalidade de uma bomba lubrificada com fluido de processo 1 de acordo com a invenção.

[00112] Na descrição a seguir sobre a terceira modalidade da bomba lubrificada com fluido de processo 1, apenas as diferenças em relação às primeira e segunda modalidades serão explicadas em mais detalhes. As explanações sobre a primeira modalidade e a segunda modalidade também são válidas e idênticas ou análogas à terceira modalidade. Os mesmos numerais de referência designam características iguais ou funcionalmente equivalentes que foram explicadas com referência às primeira e segunda modalidades. Em particular, a unidade de acionamento explicada com referência à figura 2 também pode ser usada para a terceira modalidade, e o circuito de resfriamento externo 10 (figura 1), bem como o circuito de resfriamento 10’ (figura 4) também podem ser usados para a terceira modalidade.

[00113] A terceira modalidade é similar à segunda modalidade (figura 5). Em comparação com a segunda modalidade, a principal diferença existente é que a terceira modalidade da bomba 1 compreende uma configuração de acoplagem hidrodinâmica 8 que possui pelo menos um dentre a pluralidade de rolamentos 53, 54, 55, 43, 44, 45 integrado à acoplagem hidrodinâmica 8, em particular, dentro do invólucro 81 da acoplagem hidrodinâmica 8. A figura 7 mostra uma vista transversal de uma segunda modalidade da acoplagem hidrodinâmica 8 com rolamentos 43 e 53 integrados.

[00114] A segunda modalidade da acoplagem hidrodinâmica 8 também é configurada como um conversor de torque 8 para acoplar de forma hidrodinâmica o eixo de acionamento 42 ao eixo da bomba 5 de tal modo que o eixo da bomba 5 possa girar mais rápido do que o eixo de acionamento 42.

[00115] O conversor de torque 8 compreende o invólucro 81 para receber o fluido de processo como o fluido de transmissão, a bomba roda d’água 82 conectada de um modo à prova de torque ao eixo de acionamento 42 da unidade de acionamento 4, a turbina de roda d’água 83 conectada de um modo à prova de torque ao eixo da bomba 5 da unidade de bomba 3 e o estator 84 para guiar o fluido de processo a partir da turbina de roda d’água 83 de volta para a bomba roda d’água 82.

[00116] O estator 84 está conectado ao invólucro 81, que é configurado como um invólucro à prova de líquido 81 no qual o fluido de processo é circulado. Na segunda modalidade mostrada na figura 7, o conversor de torque 8 compreende uma pluralidade de palhetas de orientação fixas 85’, ou seja, a posição das palhetas de orientação 85’ não pode ser mudada, pois as palhetas de orientação 85’ são estáticas em relação ao invólucro 81 e não podem ser movidas em relação ao invólucro 81.

[00117] Obviamente, também é possível configurar a segunda modalidade do conversor de torque com palhetas de orientação 85 móveis em relação ao invólucro 81.

[00118] Na modalidade mostrada nas figuras 6 e 7, tanto o primeiro rolamento de bomba radial 43 quanto o primeiro rolamento de acionamento radial 53 são dispostos no invólucro 81 do conversor de torque 8. Desse modo, o primeiro rolamento de bomba radial 53 e o primeiro rolamento de acionamento radial 43 são integrados ao conversor de torque 8, mais precisamente, ao invólucro 81, o que impede o fluido de transmissão, ou seja, o fluido de processo de escapar.

[00119] A configuração do conversor de torque 81 com o primeiro rolamento de bomba radial integrado 53 e com o primeiro rolamento de acionamento radial integrado 43 possui a vantagem de que a projeção tanto do eixo da bomba 5 quanto do eixo de acionamento 42 é consideravelmente reduzida, visto que o primeiro rolamento de bomba radial 53 está localizado mais próximo da extremidade de acionamento 51 do eixo da bomba 5 e o primeiro rolamento de acionamento radial 43 está localizado mais próximo da extremidade de acionamento do eixo de acionamento 42.

[00120] Como pode ser mais bem visto na figura 7, o primeiro rolamento de bomba radial 53 é disposto no invólucro 81 e entre o invólucro 81 e a turbina de roda d’água 83 de modo que o primeiro rolamento de bomba radial 53 circunde a turbina de roda d’água 83. Obviamente, em outra configuração, o primeiro rolamento de bomba radial 53 também pode ser disposto no invólucro 81 de modo que o rolamento 53 circunde o eixo da bomba 5. O primeiro rolamento de acionamento radial 43 é disposto no invólucro 81 e entre o invólucro 81 e o eixo de acionamento 42, de modo que o primeiro rolamento de acionamento radial 43 circunda o eixo de acionamento 42. Obviamente, em outra configuração, o primeiro rolamento de acionamento radial 43 também pode ser disposto no invólucro 81 de modo a circundar a bomba roda d’água 82.

[00121] Durante a operação, o conversor de torque 8 é imerso no fluido de processo que preenche totalmente o alojamento compartilhado 2 da bomba 1. O fluido de processo pode vazar entre o primeiro rolamento de bomba radial 53 e a turbina de roda d’água 83 ou o eixo da bomba 5, respectivamente, dentro e fora do conversor de torque 8. Além disso, o fluido de processo pode vazar entre o primeiro rolamento de acionamento radial 43 e o eixo de acionamento 42 ou a bomba roda d’água 82, respectivamente, dentro e fora do conversor de torque 8.

[00122] A segunda modalidade do conversor de torque 8 pode ser configurada com o lado de admissão 86 ou sem o lado de admissão 86.

[00123] A segunda modalidade do conversor de torque 8 pode ser configurada com o lado de descarga 87 ou sem o lado de descarga 87.

[00124] Embora seja preferível que tanto o primeiro rolamento de bomba radial 53 quanto o primeiro rolamento de acionamento radial 43 sejam dispostos no invólucro 81, em outras modalidades, apenas o primeiro rolamento de acionamento radial 43 ou apenas o primeiro rolamento de bomba radial 53 é disposto no invólucro 81, para que apenas um rolamento 43 ou 53 seja integrado ao conversor de torque 8.

[00125] Em outras modalidades, também é possível que pelo menos um dentre o rolamento de bomba axial 55 e o rolamento de acionamento axial 45 seja disposto no invólucro 81 do conversor de torque 8. Algumas configurações exemplares são como se seguem:

[00126] apenas o rolamento de acionamento axial 45 é disposto no invólucro 81 do conversor de torque 8;

[00127] apenas o rolamento de acionamento axial 45 e o primeiro rolamento de acionamento radial 43 são dispostos no invólucro 81 do conversor de torque 8;

[00128] apenas o rolamento de bomba axial 55 é disposto no invólucro 81 do conversor de torque 8;

[00129] apenas o rolamento de bomba axial 55 e o primeiro rolamento de bomba radial 53 são dispostos no invólucro 81 do conversor de torque 8;

[00130] apenas o rolamento de bomba axial 55, o primeiro rolamento de bomba radial 53 e o primeiro rolamento de acionamento radial 43 são dispostos no invólucro 81 do conversor de torque 8;

[00131] o rolamento de bomba axial 55, o rolamento de acionamento axial 45, o primeiro rolamento de bomba radial 53 e o primeiro rolamento de acionamento radial 43 são dispostos no invólucro 81 do conversor de torque 8.

[00132] Não é necessário dizer que a primeira modalidade da bomba lubrificada com fluido de processo 1 (figuras 1 e 4) também pode ser provida com a segunda modalidade da acoplagem hidrodinâmica 8, ou seja, com um conversor de torque que possui pelo menos um dos rolamentos 43, 45, 53, 55 dispostos dentro do invólucro 81 do conversor de torque. De preferência, o primeiro rolamento de bomba radial 53 e o primeiro rolamento de acionamento radial 43 são dispostos no invólucro 81 do conversor de torque 8.

[00133] Em outras configurações, a unidade de bomba 3 pode compreender uma primeira seção de bomba que possui uma primeira série de impulsores 31 e uma segunda seção de bomba que possui uma segunda série de impulsores 31.

[00134] A primeira seção de bomba compreendendo a primeira série de impulsores 31 e a segunda seção de bomba compreendendo a segunda série de impulsores 31 pode ser disposta em um arranjo em linha ou em um arranjo de traseira com traseira.

[00135] Em um arranjo em linha, a primeira série de impulsores 31 e a segunda série de impulsores 31 são configuradas para que o empuxo axial gerado pela ação da primeira série rotativa de impulsores 31 seja conduzido na mesma direção que o empuxo axial gerado pela ação da segunda série rotativa de impulsores 31. Desse modo, o fluxo de fluido de processo, que é gerado pela segunda série de impulsores 31, é conduzido na mesma direção que o fluxo de fluido de processo, que é gerado pela primeira série de impulsores 31. Em tal arranjo, o alojamento compartilhado 2 pode ser provido com uma entrada adicional e com uma saída adicional, para que a primeira seção de bomba e a segunda seção de bomba possam ser usadas como duas bombas.

[00136] Em um arranjo de traseira com traseira, a primeira série de impulsores 31 e a segunda série de impulsores 31 são configuradas para que o empuxo axial gerado pela ação de primeira série rotativa de impulsores 31 seja conduzido na direção oposta ao empuxo axial gerado pela ação da segunda série rotativa de impulsores 31. Desse modo, o fluxo de fluido de processo, que é gerado pela segunda série de impulsores 31, é conduzido na direção oposta ao fluxo de fluido de processo, que é gerado pela primeira série de impulsores 31.

[00137] Para várias aplicações, o arranjo de traseira com traseira é preferido porque o empuxo axial que atua sobre o eixo da bomba 5, que é gerado pela primeira série de impulsores 31 neutraliza o empuxo axial, que é gerado pela segunda série de impulsores 31. Desse modo, os ditos dois empuxos axiais compensam um ao outro pelo menos parcialmente.

Claims

Bomba lubrificada com fluido de processo para o transporte de um fluido de processo, que possui um alojamento compartilhado (2), uma unidade de bomba (3) disposta no alojamento compartilhado, e uma unidade de acionamento (4) disposta no alojamento compartilhado (2), em que o alojamento compartilhado (2) compreende uma entrada da bomba (21) e uma saída de bomba (22) para o fluido de processo, em que a unidade de bomba (3) compreende pelo menos um impulsor (31) para o transporte do fluido de processo a partir da entrada da bomba (21) para a saída de bomba (22) e um eixo de bomba (5), sobre o qual cada impulsor (31) é montado, em que a unidade de acionamento (4) compreende um eixo de acionamento (42) para acionar o eixo da bomba (5) e um motor elétrico (41) para girar o eixo de acionamento (42) em torno de uma direção axial (A), e em que uma acoplagem hidrodinâmica (8) é provida para acoplar de forma hidrodinâmica o eixo de acionamento (42) ao eixo da bomba (5) por meio de um fluido de transmissão, caracterizada pelo fato de que a acoplagem hidrodinâmica (8) é configurada para receber o fluido de processo como o fluido de transmissão.
Bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a acoplagem hidrodinâmica (8) compreende um invólucro (81) para receber o fluido de processo como o fluido de transmissão, uma bomba roda d’água (82) conectada ao eixo de acionamento (42), uma turbina de roda d’água (83) conectada ao eixo da bomba (5) e um estator (84) disposto entre a bomba roda d’água (82) e a turbina de roda d’água (83) para guiar o fluido de processo.
Bomba de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por compreender uma pluralidade de rolamentos (43, 44, 45, 53, 54, 55) para suportar o eixo da bomba (5) e o eixo de acionamento (42), em que os rolamentos (43, 44, 45, 53, 54, 55) são configurados para receber o fluido de processo como lubrificante e refrigerante.
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que é projetada como uma bomba sem vedação (1) sem uma vedação mecânica.
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por compreender uma linha de equilíbrio (9) configurada para a recirculação de fluido de processo a partir de um lado de pressão alta para um lado de pressão baixa da bomba (1).
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o motor elétrico (41) é configurado para ser atravessado e resfriado pelo fluido de processo.
Bomba de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a linha de equilíbrio (9) é disposta e configurada para receber o fluido de processo descarregado da unidade de acionamento (4).
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizada por possuir um circuito de resfriamento externo (10) para resfriar e lubrificar a unidade de acionamento (4) e uma pluralidade de rolamentos (43, 44, 45, 53, 54, 55), o circuito de resfriamento externo (10) compreendendo um trocador de calor (12) para resfriar o fluido de processo, em que o trocador de calor (12) é disposto fora do alojamento compartilhado (2) e configurado para receber o fluido de processo do alojamento compartilhado (2) e para recircular o fluido de processo para o alojamento compartilhado (2).
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizada pelo fato de que a unidade de bomba (3) compreende um ponto de partida intermediário (310) conectado a um circuito de resfriamento (10’), em que o ponto de partida intermediário (310) é configurado para suprir o fluido de processo para o circuito de resfriamento (10’) com uma pressão que é maior que a pressão do fluido de processo na entrada da bomba (21), e na qual o circuito de resfriamento (10’) é configurado para suprir fluido de processo para pelo menos um rolamento da pluralidade de rolamentos (43, 44, 45, 53, 54, 55) e/ou para a unidade de acionamento (4).
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por compreender pelo menos um tambor de equilíbrio ou uma bucha central ou uma bucha do regulador de fluxo (7) conectada de modo fixo ao eixo da bomba (5) e definindo um lado frontal (71) que faceia a unidade de bomba (3) e um lado traseiro (72), e que também compreende uma passagem de alívio (73), que é provida entre o dito tambor de equilíbrio (7) e uma parte estacionária (26) configurada para ser estática em relação ao alojamento compartilhado (2), em que a passagem de alívio (73) se estende em uma direção axial (A) pelo tambor de equilíbrio (7) do lado frontal (71) para o lado traseiro (72).
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 10, caracterizada pelo fato de que pelo menos um dentre a pluralidade de rolamentos (43, 44, 45, 53, 54, 55) é disposto no invólucro (81) da acoplagem hidrodinâmica (8).
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 11, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de rolamentos compreende um primeiro rolamento de bomba radial (53) para suportar o eixo da bomba (5), em que o primeiro rolamento de bomba radial (53) é disposto entre a unidade de bomba (3) e uma extremidade de acionamento (51) do eixo da bomba (5), e em que o primeiro rolamento de bomba radial (53) é disposto no invólucro (81) da acoplagem hidrodinâmica (8).
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 12, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de rolamen-tos compreende um primeiro rolamento de acionamento radial (43) para suportar o eixo de acionamento (42), em que o primeiro rolamento de acionamento radial (43) é disposto entre a unidade de bomba (3) e o motor elétrico (41), e em que o primeiro rolamento de acionamento radial (43) é disposto no invólucro (81) da acoplagem hidrodinâmica (8).
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que é configurada como uma bomba vertical com o eixo da bomba (5) que se estende na direção de gravidade, e em que a unidade de acionamento (4) é disposta em cima da unidade de bomba (3).
Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que é configurada para ser instalada sobre um leito do mar e, de preferência, configurada como uma bomba de injeção de água para injetar água do mar em uma região subterrânea.