BR102020006361A2

BR102020006361A2 - Bomba centrífuga

Info

Publication number: BR102020006361A2
Application number: BR102020006361-8A
Authority: BR
Inventors: Thomas Felix; Matthew BOURNE; Simon Gassmann; Karel DE RAEVE
Original assignee: Sulzer Management Ag
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2020-12-01
Also published as: US20200340479A1; CN111828338A; EP3730796A1

Abstract

a presente invenção refere-se a uma bomba centrífuga para transportar um fluido de processo, que apresenta uma unidade de bomba (3), uma unidade de acionamento para acionar a unidade de bomba, uma entrada de bomba (21) para receber o fluido de processo e uma saída de bomba (22) para descarregar o fluido de processo, onde a unidade de bomba (3) compreende pelo menos um impulsor (31) para transportar o fluido de processo da entrada da bomba (21) para a saída da bomba (22), e um eixo de bomba (5), no qual é montado cada impulsor (31), onde a unidade de acionamento (4) compreende um eixo de acionamento (42) para acionar o eixo de bomba (5), e um motor elétrico (41) para girar o eixo de acionamento (42) em torno de uma direção axial (a), onde uma pluralidade de mancais (43, 44, 45, 53, 54, 55) é provida para sustentar o eixo de bomba (5) e o eixo de acionamento (42), onde um acoplamento hidrodinâmico (8) apresentando um invólucro (81) é provido para hidrodinamicamente acoplar o eixo de acionamento (42) ao eixo de bomba (5) por meio de um fluido de transmissão, e onde pelo menos um mancal da pluralidade de mancais (43, 44, 45, 53, 54, 55) é disposto no invólucro (81) do acoplamento hidrodinâmico (8).

Description

BOMBA CENTRÍFUGA

[0001] A presente invenção refere-se a uma bomba centrífuga para transportar um fluido de processo de acordo com o preâmbulo da reivindicação independente.

[0002] Bombas centrífugas apresentam pelo menos um impulsor rotativo para transportar um fluido de processo de uma entrada de bomba para uma saída de bomba. Pelo menos um impulsor pode ser configurado como um impulsor radial, axial, de fluxo misto ou hélico-axial. As bombas centrífugas são conhecidas em uma grande variedade de concretizações, tais como bombas de estágio único, bombas de múltiplos estágios, bombas de fase única ou bombas multifásicas, apenas para listar alguns exemplos. As bombas centrífugas são usadas em muitas indústrias diferentes, por exemplo, na indústria de águas limpas e residuais, na indústria de processamento químico ou na indústria de geração de energia. Outro exemplo importante é a indústria de processamento de petróleo e gás, onde bombas centrífugas são projetadas, por exemplo, como bombas multifásicas para transportar fluidos de hidrocarbonetos, por exemplo, para extrair o petróleo bruto do campo de petróleo ou para o transporte de petróleo/gás através de oleodutos ou dentro de refinarias. Outra aplicação de bombas centrífugas 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, em um reservatório de petróleo. Para tais aplicações, as ditas bombas são projetadas como bombas de injeção de água que suprem água do mar em alta pressão para um poço que conduz a uma região subterrânea de um reservatório de petróleo. Um valor típico para o aumento da pressão gerado por tal bomba de injeção de água é de 200-300 bar (20 - 30 MPa) ou mesmo mais. Para tais aplicações, também é conhecido configurar a bomba centrífuga como uma bomba lubrificada com fluido de processo, isto é, uma bomba que usa o fluido de processo como lubrificante e/ou refrigerante para os mancais que sustentam o eixo de rotação. Além disso, em uma bomba lubrificada com fluido de processo, o fluido de processo pode também ser usado para refrigerar o motor que aciona a rotação do eixo da bomba.

[0003] A injeção de água nos reservatórios de petróleo é um método bem conhecido para aumentar a recuperação de hidrocarbonetos de um campo de petróleo ou gás. A água injetada mantém ou aumenta a pressão no reservatório, impelindo assim o petróleo ou os hidrocarbonetos na direção do poço de produção ou para fora deste.

[0004] Em algumas aplicações, a água do mar em bruto é injetada no reservatório de petróleo. Contudo, em outras aplicações, a água do mar é preaquecida para impedir impactos negativos sobre o reservatório de petróleo, tal como acidificando o petróleo, por exemplo, por sulfeto de hidrogênio (H2S), ou bloqueando poros ou pequenas passagens no reservatório, por exemplo, por meio de sulfatos. Para atingir a qualidade desejada da água do mar, a água do mar é passada através de uma série de filtros ainda mais finos que proveem uma microfiltra-ção da água do mar. Além disso, processos biológicos ou eletroquími-cos podem ser usados para o pré-tratamento da água do mar. Em geral, a etapa final de filtração é uma nanofiltração, em particular, para remover os sulfatos da água do mar. A nanofiltração é um processo de filtração de membrana que requer o suprimento de água para a unidade de membrana com uma pressão tipicamente de 25-50 bar (2,5-5,0 MPa). Particularmente para a filtração por osmose reversa, a pressão requerida pode ser ainda maior. Após o processo de nanofiltração, a água do mar é suprida para bomba de injeção de água, pressurizada e injetada na região subterrânea, onde está localizado o reservatório de petróleo. Assim, o preaquecimento e a injeção da água do mar no reservatório de petróleo geralmente requerem duas bombas, isto é, uma bomba de alimentação de membrana para suprir a unidade de filtração por membrana com água do mar e uma bomba de injeção de água para suprir a água do mar filtrada para o poço para a introdução da água do mar no reservatório de petróleo.

[0005] Em vista de uma exploração eficiente de campos de petróleo e gás, hoje em dia, há uma maior demanda de bombas e, em particular, bombas de injeção de água que podem ser instaladas diretamente no fundo do mar, em particular, em uma profundidade de até 100 m, de até 500 m ou mesmo de até mais de 1.000 m abaixo da superfície da água. Desnecessário dizer que o design de tal bomba é um desafio, principalmente porque estas bombas devem operar em um ambiente submarino difícil por um longo período de tempo com o mínimo possível de trabalho de manutenção e de serviço. Isto requer medidas específicas para minimizar a quantidade de equipamento envolvido e para otimizar a confiabilidade da bomba. Em vista das bombas de injeção de água implantadas no fundo do mar e do pré-tratamento da água do mar, a bomba de alimentação de membrana poderia ser dispensada, se o sistema de injeção de água do mar fosse instalado em uma profundidade em que a pressão da água ambiente é suficiente para alimentar a unidade de filtração por membrana. Por exemplo, em 500 m abaixo da superfície da água, a pressão hidrostática da água do mar já é de cerca de 50 bar, o que poderia ser alta o suficiente para alimentar a unidade de filtração por membrana.

[0006] As bombas de injeção de água para aplicações submarinas têm que suprir um aumento de pressão bastante alto, o que poderia ser de 200 bar ou mesmo mais. Para bombas centrífugas, isto requer alta velocidade, mas uma variação de velocidade muito pequena. Para acionar tais bombas, é conhecido usar motores de indução com enchimento ou inundação de líquidos ou motores de ímã permanente. Devido ao enchimento de líquido, as perdas viscosas causadas pelo arrasto viscoso são consideravelmente altas e elas aumentam aproximadamente com o cubo da velocidade do motor. Certamente, estas perdas viscosas limitam a velocidade do motor em cerca de 6000 rpm. Para velocidades ainda mais altas, as perdas viscosas se tornam extremamente altas para permitir uma operação econômica e eficiente da bomba. Por isso, foi proposto, por exemplo, no documento WO 2016/189397, acoplar o motor e a unidade de bomba por meio de uma combinação de um acoplamento hidráulico em série com um acoplamento magnético. O acoplamento hidráulico pode aumentar a velocidade de operação da bomba em comparação com a velocidade do motor. Um motor elétrico cheio de líquido é conectado a um acoplamento hidráulico e a uma seção do driver de acoplamento magnético que são dispostos em um recipiente hermeticamente vedado. O recipiente é cheio de um fluido de refrigeração e de lubrificação que é circulado através do recipiente e uma bobina de esfriamento externamente disposta. Um seguidor de acoplamento magnético acionado pelo driver de acoplamento magnético aciona o(s) impulsor(es) de bomba. Com este design, o sistema hermeticamente separa o fluido de processo bombeado do fluido de refrigeração e de lubrificação. O sistema requer um fluido de refrigeração e de lubrificação específico bem como o acoplamento magnético para impedir a penetração do fluido de processo na unidade de acionamento.

[0007] É evidente que, para instalações submarinas no fundo do mar, a confiabilidade de uma bomba e a minimização do desgaste e degradação dentro da bomba são de extrema importância.

[0008] No documento WO 2018/077527, é descrita uma bomba centrífuga que é configurada como uma bomba de fluido de processo multifásica, e que é adequada como uma bomba submarina para instalação no fundo do mar. A bomba compreende uma unidade de bomba com um eixo de bomba e impulsores bem como uma unidade de acio-namento com um eixo de acionamento para acionar a rotação do eixo de bomba e impulsores. O eixo de acionamento é diretamente acoplado ao eixo de bomba por meio de um conversor de torque hidrodinâmico, isto é, sem um acoplamento magnético adicional.

[0009] A partir da técnica anterior, um objetivo da invenção é o de propor uma bomba centrífuga aperfeiçoada com uma unidade de bomba e uma unidade de acionamento, onde a unidade de acionamento é acoplada à unidade de bomba por meio de um acoplamento hidrodinâmico. A bomba deve ser adequada para ser configurada para aplicações submarinas e para implantação no fundo mar.

[0010] O assunto da invenção que satisfaz estes objetivos é caracterizado pelas características da reivindicação independente.

[0011] Desse modo, de acordo com a invenção, é proposta uma bomba centrífuga para transportar um fluido de processo, que apresenta uma unidade de bomba, uma unidade de acionamento para acionar a unidade de bomba, uma entrada de bomba para receber o fluido de processo, e uma saída de bomba para descarregar o fluido de processo, onde a unidade de bomba compreende pelo menos um impulsor para transportar o fluido de processo da entrada da bomba até a saída da bomba, e um eixo de bomba, no qual é montado cada impulsor, onde 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, onde uma pluralidade de mancais é provida para sustentar o eixo da bomba e o eixo de acionamento, onde um acoplamento hidrodinâmico apresentando um invólucro é provido para hidrodinamicamente acoplar o eixo de acionamento ao eixo de bomba por meio de um fluido de transmissão, e onde pelo menos um mancal da pluralidade de mancais é disposto no invólucro do acoplamento hidrodinâmico.

[0012] Desse modo, pelo menos um mancal do eixo de bomba ou eixo de acionamento é integrado no acoplamento hidrodinâmico. Com a integração de pelo menos um dos mancais para suportar o eixo de acionamento e o eixo de bomba no invólucro do acoplamento hidrodinâmico, a bomba é consideravelmente mais compacta porque a distância na direção axial entre a unidade de bomba e a unidade de acionamento é reduzida.

[0013] Preferivelmente, o acoplamento hidrodinâmico compreende uma roda da bomba conectada ao eixo de acionamento, e uma roda da turbina conectada ao eixo da bomba, e um estator disposto entre a roda da bomba e a roda da turbina para guiar o fluido de transmissão. Assim o acoplamento hidrodinâmico pode ser projetado como um conversor de torque hidrodinâmico. Isto permite que o eixo da bomba possa girar com uma velocidade mais alta (conforme medida em rotações por minuto (rmp)) do que o eixo de acionamento. Desse modo, é possível acionar o eixo de bomba com uma velocidade mais alta, 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. Além disso, uma vez que o conversor de torque pode ser usado para o controle de velocidade da bomba ou para uma autorregula-ção da velocidade de rotação do impulsor da bomba, também é possível substituir um inversor de frequência variável (VFD) por um acionamento de custo menor, por exemplo, um acionamento elétrico de velocidade única, ou usar um VFD que apresente uma faixa mais estreita para a variação da frequência de rotação do eixo de acionamento. Ambas as medidas constituem uma vantagem considerável a partir da perspectiva econômica.

[0014] De acordo com uma concretização preferida, a pluralidade de mancais compreende um primeiro mancal de bomba radial para sustentar o eixo da bomba, onde o primeiro mancal de bomba radial é disposto entre a unidade de bomba e a extremidade de acionamento do eixo da bomba, e onde o primeiro mancal de bomba radial é disposto no invólucro do acoplamento hidrodinâmico. Com a integração do primeiro mancal de bomba radial no acoplamento hidrodinâmico, a protuberância do eixo da bomba é consideravelmente reduzida, porque o centro gravidade do acoplamento entre o eixo da bomba e o eixo de acionamento está muito mais próximo do primeiro mancal de bomba radial. Esta medida aumenta a estabilidade do eixo da bomba durante a rotação e reduz a suscetibilidade ao desequilíbrio induzido pela rotação de massas suspensas.

[0015] Pela mesma razão, é preferido que a pluralidade de mancais compreenda um primeiro mancal de acionamento radial para sustentar o eixo de acionamento, onde o primeiro mancal de acionamento radial é disposto entre a unidade de bomba e o motor elétrico, e onde o primeiro mancal de acionamento radial é disposto no invólucro do acoplamento hidrodinâmico. Com a integração do primeiro mancal de acionamento radial no acoplamento hidrodinâmico, a protuberância do eixo de acionamento é consideravelmente reduzida, porque o centro de gravidade do acoplamento entre o eixo de acionamento e o eixo da bomba está muito mais próximo do primeiro mancal de acionamento radial. Esta medida aumenta a estabilidade do eixo de acionamento durante a rotação e reduz suscetibilidade ao desequilíbrio induzido pela rotação da massa suspensa.

[0016] Mais preferivelmente, tanto o primeiro mancal de bomba radial quanto o primeiro mancal de acionamento radial são dispostos no invólucro do acoplamento hidrodinâmico. Além da protuberância reduzida tanto do eixo de acionamento quanto do eixo da bomba, este design é muito compacto e reduz toda a dimensão da bomba.

[0017] De acordo com uma concretização preferida, a bomba centrífuga é configurada como uma bomba lubrificada com fluido de processo, e apresentando um alojamento comum, onde a unidade de bomba e a unidade de acionamento são dispostas no alojamento comum, e onde a pluralidade de mancais é configurada 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 mancais adicionalmente reduz a complexidade da bomba.

[0018] Além disso, é preferido que o acoplamento hidrodinâmico seja configurado para receber o fluido de processo como o fluido de transmissão. Com o uso do fluido de processo como o fluido de transmissão para o acoplamento hidrodinâmico do eixo de acionamento ao eixo da bomba, não é mais necessário dispor o acoplamento hidrodinâmico dentro de um recipiente que seja hermeticamente vedado com relação ao fluido de processo. Não há nenhuma necessidade de um fluido de transmissão específico. É apenas o fluido de processo que é usado para hidrodinamicamente acoplar a unidade de acionamento à unidade de bomba. Além disso, não há qualquer necessidade de acoplamento magnético adicional. Há apenas um acoplamento entre o motor elétrico e a unidade de bomba, o que consideravelmente reduz as perdas de transmissão. Assim, a complexidade da bomba é consideravelmente reduzida e a confiabilidade aumentada.

[0019] De acordo com uma concretização particularmente preferida, a bomba é projetada como uma bomba desprovida de selo sem uma vedação mecânica. Uma vedação mecânica é geralmente usada para a vedação do eixo de rotação de uma bomba e irá impedir o vazamento do fluido de processo ao longo do eixo da bomba. Tipicamente, uma vedação mecânica compreende um estator e um rotor. O rotor é conectado em uma maneira à prova de torque com o eixo da bomba e o estator é fixado com relação ao alojamento de bomba de tal modo que o estator fique preso contra a rotação. Durante a rotação do eixo, o rotor está em contato deslizante com o estator, realizando, desse modo, a ação de vedação. Embora tais vedações mecânicas sejam amplamente difundidas dentro da tecnologia de bombas centrífugas, elas são um tanto problemáticas para aplicações submarinas porque elas são muito complicadas e geralmente requerem um equipamento adicional, o que é frequentemente considerado como uma desvantagem para aplicações submarinas. Por isso, é preferido que a bomba de acordo com a invenção seja projetada como uma bomba desprovida de selo, isto é, uma bomba que não apresenta nenhuma vedação mecânica. Em muitas aplicações, isto requer que a unidade de bomba e a unidade de acionamento sejam inundadas com o fluido de processo. A vantagem da bomba desprovida de selo é o design mais simples da bomba. Além disso, o próprio fluido de processo pode ser usado para refrigerar e lubrificar componentes da bomba, por exemplo, as unidades de mancal do eixo da bomba e a unidade de acionamento da bomba. Preferivelmente, a bomba desprovida de selo é configurada e operada sem um sistema de fluido de barreira, isto é, durante a operação, não há nenhum fluido de barreira requerido ou provido.

[0020] Preferivelmente, a bomba compreende uma linha de equilíbrio configurada para a recirculação de fluido de processo de um lado de alta pressão para um lado de baixa pressão da bomba. Com a provisão da linha de equilíbrio para recircular uma quantidade do fluido de processo do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão, é possível guiar o fluido de processo para todos os mancais para refrigerar e lubrificar os mancais.

[0021] Além disso, é preferido que o motor elétrico seja configurado para ser passado através do fluido de processo e refrigerado pelo mesmo, de modo que o motor elétrico seja também refrigerado pelo fluido de processo.

[0022] De acordo com um design preferido, a linha de equilíbrio é disposta e configurada para receber o fluido de processo descarregado da unidade de acionamento. Desse modo, o fluido de processo, que é recirculado do lado de alta pressão, atravessa todos os mancais que são dispostos no lado de alta pressão, opcionalmente através do acoplamento hidrodinâmico, através do motor elétrico e então entra na linha de equilíbrio para ser recirculado para o lado de baixa pressão. Este design permite apenas que a pressão gerada pela unidade de bomba seja usada para circular o fluido de processo através da bomba para refrigerar e lubrificar, em particular, a pluralidade de mancais bem como a unidade de acionamento.

[0023] De acordo com outro design preferido, a bomba apresenta um loop de refrigeração externo para refrigerar e lubrificar a unidade de acionamento e a pluralidade de mancais, o loop de refrigeração externo compreendendo um trocador de calor para refrigerar o fluido de processo, onde o trocador de calor é disposto fora do alojamento comum e configurado para receber fluido de processo do alojamento comum e para recircular o fluido de processo para o alojamento comum.

[0024] Para mover o fluido de processo através do loop de refrigeração externo, pode ser provido um impulsor de circulação ou uma pluralidade de impulsores de circulação. O impulsor de circulação para o circuito de refrigeração externo é preferivelmente girado pela unidade de acionamento e pode ser disposto no topo 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 mancal. O trocador de calor pode ser configurado como uma bobina que circunda o alojamento comum da bomba.

[0025] De acordo com ainda outro design preferido, a unidade de bomba compreende um propulsor intermediário conectada a um loop de refrigeração, onde o propulsor intermediário é configurado para suprir o fluido de processo para o loop de refrigeração com uma pressão que é maior do que a pressão do fluido de processo na entrada da bomba, e onde o loop de refrigeração é configurado para suprir fluido de processo em pelo menos um mancal da pluralidade de mancais e/ou para a unidade de acionamento. Desse modo, a pressão para circular o fluido de processo, por exemplo, através da pluralidade de mancais, é tomada da própria unidade de bomba por meio do propulsor intermediário.

[0026] Também é possível que uma parte do fluido de processo, que é usado como o fluido de transmissão no acoplamento hidrodinâmico, seja extraído, por exemplo, do invólucro do acoplamento hidrodinâmico e suprido para o loop de refrigeração.

[0027] Preferivelmente, a bomba compreende pelo menos um tambor de equilíbrio ou bucha central ou bucha de estrangulamento fixamente conectada ao eixo da bomba e definindo um lado dianteiro voltado para a unidade de bomba e um lado traseiro, e adicionalmente compreende uma passagem de alívio, que é provida entre o dito tambor de equilíbrio e uma parte estacionária configurada para ser estacionária com relação ao alojamento comum, onde a passagem de alívio se estende em direção axial ao longo do tambor de equilíbrio do lado dianteiro para o lado traseiro. Pelo menos um tambor de equilíbrio ou bucha central ou bucha de estrangulamento equilibra pelo menos parcialmente o empuxo axial que é gerado pelo(s) impulsor(es) durante a operação da bomba.

[0028] De acordo com um design preferido, o tambor de equilíbrio é disposto entre a unidade de bomba e o acoplamento hidrodinâmico e preferivelmente no lado de alta pressão de modo que o lado dianteiro fique exposto à pressão alta ou a uma pressão que é aproximadamente igual à alta pressão. Uma vez que o lado dianteiro fica exposto essencialmente à alta pressão, há uma queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio resultando em uma força que neutraliza o empuxo axial gerado pelo(s) impulsor(es) durante a operação da bomba.

[0029] Também é possível prover o tambor de equilíbrio no lado de baixa pressão de modo que o lado dianteiro fique exposto à baixa pressão que prevalece na entrada da bomba.

[0030] Naturalmente, 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 uma bucha central ou uma bucha de estrangulamento (também referida como luva de estrangulamento). Em particular, é possível prover dois tambores de equilíbrio no eixo de bomba, cada qual delimitando uma respectiva passagem de alívio entre o respectivo tambor de equilíbrio e uma parte estacionária. Preferivelmente, os dois tambores de equilíbrio são dispostos em ambos os lados da unidade de bomba, isto é, no lado de alta pressão e no lado de baixa pressão, de tal modo que a unidade de bomba fique interposta entre os dois tambores de equilíbrio. A provisão de dois ou mesmo mais tambores de equilíbrio ou outros dispositivos de equilíbrio pode ser vantajosa com relação à dinâmica do motor, que pode ser consideravelmente aperfeiçoada. O rotor compreende todas as partes rotativas da unidade de bomba, isto é, o eixo de bomba, todos os impulsores e o(s) tambor (es) de equilíbrio fixados no eixo da bomba. Em particular, a dinâmica aperfeiçoada do rotor resulta de uma maior estabilidade do rotor. Cada tambor de equilíbrio contribui para a estabilidade do rotor e intensifica a estabilidade do rotor. Uma maior estabilidade do rotor pode resultar em um risco de desgaste consideravelmente reduzido, em particular, nas unidades de mancal que sustentam o eixo da bomba. Além disso, a dinâmica aperfeiçoada do rotor também intensifica a confiabilidade e reduz a suscetibilidade à falha.

[0031] De acordo com um design preferido, a bomba é configurada como uma bomba vertical com o eixo da bomba se estendendo na direção da gravidade, e onde a unidade de acionamento é disposta no topo da unidade de bomba.

[0032] De acordo com uma aplicação preferida, a bomba é configurada para instalação no fundo do mar. A bomba pode ser instalada em uma profundidade de até 100 m, de até 500 m ou mesmo de até mais de 1.000 m abaixo da superfície da água.

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

[0034] Medidas vantajosas adicionais e concretizações da invenção ficarão evidentes a partir das reivindicações dependentes.

[0035] A invenção será explicada em maiores detalhes adiante com referência às concretizações da invenção e com referência aos desenhos, que são mostrados em uma representação esquemática.

[0036] A Figura 1 é uma vista em seção transversal esquemática de uma primeira concretização de uma bomba centrífuga de acordo com a invenção,

[0037] Figura 2 é uma representação esquemática de uma concretização da unidade de acionamento com os mancais de acionamento e um acoplamento hidrodinâmico,

[0038] Figura 3 é uma vista em seção transversal de uma concretização do acoplamento hidrodinâmico,

[0039] Figura 4 é uma vista em seção transversal esquemática da primeira concretização com outra concretização de um loop de refrigeração,

[0040] e a Figura 5 é uma vista em seção transversal esquemática de uma segunda concretização da bomba centrífuga de acordo com a invenção.

[0041] A Figura 1 mostra uma vista em seção transversal esquemática de uma primeira concretização de uma bomba centrífuga de acordo com a invenção, que é indicada em sua totalidade com o numeral de referência 1. Por meio de exemplo, a bomba 1 é projetada como uma bomba lubrificada com fluido de processo para transportar um fluido de processo e apresenta um alojamento comum 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 comum 2. O alojamento comum 2 é projetado como um alojamento de pressão, que pode suportar a pressão gerada pela bomba 1 bem como a pressão exercida sobre a bomba 1 pelo ambiente. O alojamento comum 2 pode compreender diversas partes de alojamento, por exemplo, um alojamento de bomba e um alojamento de acionamento, que são conectados entre si para formar o alojamento comum 2 que circunda a unidade de bomba 3 e a unidade de acionamento 4. O alojamento comum 2 é configurado como um alojamento de pressão hermeticamente vedado que impede qualquer vazamento para o ambiente externo.

[0042] Na seguinte descrição, é feita referência por meio de exemplo à aplicação importante em que a bomba centrífuga é configurada como uma bomba lubrificada com fluido de processo 1, que é projetada e adaptada para ser usada como uma bomba de injeção de água submarina 1 na indústria de petróleo e gás, em particular, para injetar água em um reservatório de petróleo e/ou gás subterrâneo para aumentar a recuperação de hidrocarbonetos da região subterrânea. Com a injeção da água no reservatório, os hidrocarbonetos são forçados a fluírem para o poço de produção e para fora deste. Consequentemente, o fluido de processo que é transportado pela bomba 1 é água e especialmente água do mar. A bomba lubrificada com fluido de processo 1 é, em particular, configurada para instalação no fundo do mar, isto é para uso abaixo da superfície da água, em particular, até uma profundidade de 100 m, de até 500 m ou mesmo de até mais de 100 m abaixo da superfície da água do mar.

[0043] É evidente que a invenção não é limitada a este exemplo específico, mas refere-se, no geral, a bombas centrífugas. A invenção pode ser usada para muitas aplicações diferentes, por exemplo, para tais aplicações onde a bomba 1 é instalada em localizações que são de difícil acesso. Por meio de exemplo, a bomba 1 de acordo com a invenção é projetada como uma bomba de injeção de água. Mesmo que preferido, a bomba 1 não é necessariamente configurada para implantação no fundo do mar ou para aplicações submarinas, mas pode também ser configurada para aplicações para o lado do topo, por exemplo, para uma instalação em terra ou em uma plataforma de petróleo, em particular, em uma plataforma não tripulada. Além disso, a bomba 1 de acordo com a invenção pode ser também usada para aplicações fora da indústria de petróleo e gás.

[0044] O termo "bomba lubrificada com fluido de processo" refere-se a bombas em que o fluido de processo que é transportado pela bomba 1 é usado para a lubrificação e o esfriamento dos componentes da bomba, por exemplo, unidades de mancal. Uma bomba lubrificada com fluido de processo 1 não requer um fluido de barreira específico diferente do fluido de processo para impedir o vazamento do fluido de processo, por exemplo, para a 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 seguinte descrição, é feita referência por meio de exemplo à aplicação importante que o fluido de processo é água, em particular, água do mar. O termo "água do mar" compreende água do mar em bruto, água do mar purificada, água do mar pré-tratada, água do mar filtrada, em particular, água do mar microfiltrada e água do mar nanofiltrada. Naturalmente, a bomba 1 de acordo com a invenção pode ser também configurada para transportar outros fluidos de processo do que água ou água do mar.

[0045] É evidente que a invenção é limitada a bombas lubrificadas com fluido de processo, mas refere-se, no geral, a bombas centrífugas.

[0046] O alojamento comum 2 da bomba 1 compreende uma entrada de 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 com uma maior pressão 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) para dispensar o fluido de processo pressurizado em um poço, no qual o fluido de processo é injetado. A pressão do fluido de processo na saída da bomba 22 é referida como 'alta pressão', ao passo que a pressão do fluido de processo na entrada da bomba 21 é referida como 'baixa pressão'. Um valor típico para a diferença entre a alta pressão e a baixa pressão é, por exemplo, de 100 a 200 bar (10 - 20 MPa).

[0047] A unidade de bomba 3 adicionalmente compreende um eixo de bomba 5 que se estende de uma extremidade de acionamento 51 para uma extremidade de não acionamento 52 do eixo de bomba 5. O eixo de bomba 5 é configurado para girar em torno de uma direção axial A, que é definida pelo eixo longitudinal do eixo de bomba 5.

[0048] A unidade de bomba 3 adicionalmente compreende pelo menos um impulsor 31 fixamente montado no eixo da bomba 5 e configurado para aumentar a pressão do fluido de processo da baixa pressão para a alta pressão. Preferivelmente, a unidade de bomba 3 compreende uma pluralidade de impulsores 31 montados em série no eixo de bomba 5 em uma maneira à prova de torque. A Figura 1 mostra um exemplo onde a unidade de bomba 3 compreende dez impulsores 31 dispostos em série no eixo da bomba 5.

[0049] Em outras concretizações, a unidade de bomba pode compreender um primeiro conjunto de impulsores e um segundo conjunto de impulsores que são dispostos em uma disposição costas com cos-tas.

[0050] A unidade de acionamento 4, que será explicada em maiores detalhes adiante, é configurada para exercer um torque sobre a extremidade de acionamento 51 do eixo da bomba 5 para acionar a rotação do eixo da bomba 5 e os impulsores 31 em torno da direção axial A.

[0051] A bomba lubrificada com fluido de processo 1 é configurada como uma bomba vertical 1, indicando que, durante a operação, o eixo da bomba 5 se estende na direção vertical, que é a direção da gravidade. Desse modo, a direção axial A coincide com a direção vertical.

[0052] Uma direção perpendicular à direção axial é referida como direção radial. O termo 'axial' ou 'axialmente' é usado com o significado comum 'em direção axial' ou 'com relação à direção axial'. De maneira análoga, o termo 'radial' ou 'radialmente' é usado com o significado comum de 'na direção radial' ou 'com relação à direção radial'. Adiante, termos relativos referentes à localização, tais como "acima" ou "abaixo" ou "superior", "inferior" ou "topo" ou "fundo", referem-se à posição de operação usual da bomba 1. As Figuras 1, 4 e 5 mostram diferentes concretizações e variantes da bomba 1 em sua respectiva posição usual.

[0053] Com relação a esta orientação usual durante a operação e conforme mostrado na Figura 1, a unidade de acionamento 4 é localizada acima da unidade de bomba 3. Entretanto, em outras concretizações, a unidade de bomba 3 pode ser localizada no topo da unidade de acionamento 4. Em outras concretizações, a bomba 1 pode ser configurada como uma bomba horizontal, isto é, para uma disposição horizontal com o eixo da bomba 5 que se estende horizontalmente durante a operação da bomba.

[0054] A entrada da bomba 21 é disposta na extremidade inferior da unidade de bomba 3, e a saída da bomba 22 é localizada na extre-midade superior da unidade de bomba 3.

[0055] Em outras concretizações, a entrada da bomba 21 pode ser disposta na extremidade superior da unidade de bomba 3, e a saída da bomba 22 pode ser localizada na extremidade inferior da bomba 1.

[0056] A bomba 1 compreende uma pluralidade de mancais. Um primeiro mancal de bomba radial 53, um segundo mancal de bomba radial 54 e um mancal de bomba axial 55 são providos para sustentar o eixo da bomba 5. O primeiro mancal de bomba radial 53, que é o mancal superior, é disposto 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 mancal de bomba radial 54, que é o mancal inferior, é 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 mancal de bomba axial 55 é disposto entre a unidade de bomba 3 e o primeiro mancal de bomba radial 53. Os mancais de bomba 53, 54, 55 são configurados para sustentar o eixo da bomba 5 tanto na direção axial quanto na direção radial. O mancal de bomba radial 53 e 54 sustenta o eixo de bomba 5 com relação à direção radial, e o mancal axial 55 sustenta o eixo de bomba 5 com relação à direção axial A. O primeiro mancal de bomba radial 53 e o mancal de bomba axial 55 são dispostos de tal modo que o primeiro mancal de bomba radial 53 fique mais perto da unidade de acionamento 4 e o mancal de bomba axial 55 fique voltado para a unidade de bomba 3. Naturalmente, também é possível trocar a posição do primeiro mancal de bomba radial 53 e do mancal de bomba axial 55, isto é, dispor o primeiro mancal de bomba radial 53 entre o mancal de bomba axial 55 e a unidade de bomba 3, de modo que o mancal de bomba axial 55 fique mais perto da unidade de acionamento 4.

[0057] Um mancal radial, tal como o primeiro ou o segundo mancal de bomba radial 53 ou 54 é também referido como "mancal de deslize" e um mancal axial, tal como o mancal de bomba axial 55, é também referido como um "mancal de empuxo". O primeiro mancal de bomba radial 53 e o mancal de bomba axial 55 podem ser configurados como mancais separados, mas também é possível que o primeiro mancal de bomba radial 53 e o mancal de bomba axial 55 sejam configurados como um único mancal radial e axial combinado que sustenta o eixo da bomba 5 tanto na direção radial quanto na direção axial.

[0058] O segundo mancal de bomba radial 54 sustenta o eixo de bomba 5 na direção radial. Na concretização mostrada na Figura 1, não há nenhum mancal de bomba axial provido na extremidade de não acionamento 52 do eixo de bomba 5. Naturalmente, em outras concretizações, também é possível que um mancal de bomba axial para o eixo de bomba 5 seja provido na extremidade de não acionamento 52. Nas concretizações, onde um mancal de bomba axial é provido na extremidade de não acionamento 52, um segundo mancal de bomba axial pode ser provido na extremidade de acionamento 51 ou a extremidade de acionamento 51 pode ser configurada sem um mancal de bomba axial.

[0059] Preferivelmente, os mancais de bomba radiais 53 e 54 bem como o mancal de bomba axial 55 são configurados como mancais hidrodinâmicos, e ainda mais preferidos como mancais basculantes 53, 54 e 55, respectivamente. Especificamente preferido, pelo menos o primeiro mancal de bomba radial 53 e o segundo mancal de bomba radial 54 são, cada qual, configurados como um mancal basculante radial. Natualmente, também é possível que o primeiro mancal de bomba radial 53 e o segundo mancal de bomba radial 54 sejam configurados, cada qual, como um mancal hidrodinâmico fixo de múltiplos lóbulos.

[0060] Preferivelmente, a bomba 1 compreende pelo menos um dispositivo de equilíbrio para pelo menos parcialmente equilibrar o em-puxo axial que é gerado pelos impulsores 31 durante a operação da bomba 1. O dispositivo de equilíbrio pode compreender um tambor de equilíbrio 7 ou uma bucha central 7 ou uma bucha de estrangulamento 7 (também referida como luva de estrangulamento). A primeira concretização da bomba 1 compreende um tambor de equilíbrio 7 para pelo menos parcialmente equilibrar o empuxo axial que é gerado pelos impulsores 31. O tambor de equilíbrio 7 é fixamente conectado ao eixo de bomba 5 em uma maneira à prova de torque. O tambor de equilíbrio 7 é disposto acima da extremidade superior da unidade de bomba 3, isto é, entre a unidade de bomba 3 e a extremidade de acionamento 51 do eixo de bomba 5, mais precisamente entre a extremidade superior da unidade de bomba 3 e o mancal de bomba axial 55. O tambor de equilíbrio 7 define um lado dianteiro 71 e um lado traseiro 72. O lado dianteiro 71 é o lado voltado para a unidade de bomba 3 e os impulsores 31. O lado traseiro é o lado voltado para o mancal de bomba axial 55 e a unidade de acionamento 4. O tambor de equilíbrio 7 é circundado por uma parte estacionária 26, de modo 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 configurada para ser estacionária com relação ao alojamento comum 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 do lado dianteiro 71 para o lado traseiro 72. O lado dianteiro 71 está em comunicação de fluido com a saída de bomba 22, de modo que a superfície axial do tambor de equilíbrio 7 voltada para o lado dianteiro 71 fique exposta essencialmente à alta pressão que prevalece na saída da bomba 22 durante a operação da bomba 1. Naturalmente, devido a perdas de pressão menores causadas pela comunicação de fluido entre a saída de bomba 22 e o tambor de equilíbrio 7, a pressão que prevalece na superfície axial do tambor de equilíbrio 1 voltado para o lado dianteiro 71 pode ser um tanto menor do que a alta pressão. Contudo, a queda de pressão consideravelmente maior acontece sobre o tambor de equilíbrio 7. No lado traseiro 72, uma pressão intermediária prevalece durante a operação da bomba 1. A pressão intermediária tem um valor entre a baixa pressão na entrada da bomba 21 e a alta pressão na saída da bomba 22. Na concretização mostrada na Figura 1, a pressão intermediária é um tanto maior do que a baixa pressão devido à queda de pressão sobre a linha de equilíbrio 9.

[0061] Uma vez que o lado dianteiro 71 fica exposto essencialmente à alta pressão na saída de bomba 22, há uma queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio 7 resultando em uma força que é direcionada para cima na direção axial A e neutralizando com isso o empuxo axial direcionado para baixo gerado pelos impulsores 31 durante a operação da bomba 1.

[0062] Em outras concretizações (não mostradas), um tambor de equilíbrio adicional é disposto abaixo da extremidade inferior da unidade de bomba 3, isto é, 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 mancal de bomba radial 54. Em ainda outras concretizações, um tambor de equilíbrio é provido apenas na extremidade inferior da bomba 1, entre a unidade de bomba 3 e o segundo mancal de bomba radial 54 na extremidade de não acionamento 52 do eixo de bomba 5 e nenhum tambor de equilíbrio é provido acima da unidade de bomba 3 perto da extremidade de acionamento do eixo de bomba 5. Também é possível dispor um dispositivo de equilíbrio entre dois impulsores adjacentes 31, por exemplo, entre um primeiro conjunto de impulsores e um segundo conjunto de impulsores. O primeiro conjunto de impulsores e o segundo conjunto de impulsores podem ser configurados em uma dis-posição de costas contra costas.

[0063] Na concretização mostrada na Figura 1, uma linha de equilíbrio 9 é provida para recircular o fluido de processo do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão. Em particular, a linha de equilíbrio 9 conecta o lado traseiro 72 com o lado de baixa pressão da bomba 1, onde a baixa pressão, isto é, a pressão na entrada da bomba 21 prevalece. Desse modo, uma parte do fluido de processo pressurizado passa do lado de alta pressão através da passagem de alívio 73 para o lado braseiro 72, entra na linha de equilíbrio 9 e é recirculada para o lado de baixa pressão da bomba 1. A linha de equilíbrio 9 constitui uma conexão de fluxo entre o lado traseiro 72 e o lado de baixa pressão na entrada da bomba 21. A linha de equilíbrio 9 pode ser disposta - conforme mostrado na Figura 1 - fora do alojamento comum 2. Em outras concretizações, a linha de equilíbrio 9 pode ser projetada como linha interna que se estende por completo dentro do alojamento comum 2.

[0064] A linha de equilíbrio 9 se estende de um primeiro acesso 91 no lado traseiro 72 para um segundo acesso 92, que está em comunicação de fluido com o lado de baixa pressão da bomba, por exemplo, com a entrada da bomba 21. Conforme indicado na Figura 1, o segundo acesso 92 pode ser disposto entre o segundo mancal de bomba radial 54 e o primeiro dos impulsores 31. O primeiro e o segundo acessos 91, 92 são dispostos no alojamento comum 2. Desse modo, durante a operação da bomba 1, o fluido de processo pode fluir do lado braseiro 72 através da linha de equilíbrio para o lado de baixa pressão da bomba 1. Por isso, a pressão que prevalece no lado traseiro 72, isto é, a pressão intermediária, é essencialmente igual - independente de uma queda de pressão menor causada pela linha de equilíbrio 9 - como a baixa pressão que prevalece na entrada de bomba 21.

[0065] A bomba lubrificada com fluido de processo 1 é projetada como uma bomba desprovida de selo. Uma bomba desprovida de selo 1 é uma bomba que não tem nenhuma vedação para a vedação do eixo de bomba rotativa 5. Uma vedação mecânica é uma vedação para um eixo de rotação que compreende um rotor fixado ao eixo e que gira com o eixo bem como um estator estacionário fixado com relação ao alojamento. Durante a operação, o rotor e o estator são deslizados mutuamente - geralmente com um líquido entre eles - para prover uma ação de vedação para impedir que o fluido de processo escape do ambiente ou entre no acionamento da bomba. A bomba desprovida de selo 1 mostrada na Figura 1 não tem nenhuma vedação mecânica. O fluido de processo pode deliberadamente entrar na unidade de acionamento 4 e é usado para refrigerar e lubrificar componentes da bomba 1, tais como os mancais de bomba 53, 54 e 55.

[0066] A Figura 2 mostra uma representação esquemática de uma concretização da unidade de acionamento 4 com mancais de acionamento 43, 44 e 45 em maiores detalhes. A unidade de acionamento 4 compreende um motor elétrico 41 e um eixo de acionamento 42 se estendendo na direção axial A. Para sustentar o eixo de acionamento 42, um primeiro mancal de acionamento radial 43, um segundo mancal de acionamento radial 44 e um mancal de acionamento axial 45 são providos, onde o segundo mancal de acionamento radial 44 e o mancal de acionamento axial 45 são dispostos acima do motor elétrico 41 com relação à direção axial A, e o primeiro mancal de acionamento radial 43 é disposto abaixo do motor elétrico 41. O motor elétrico 41, que é disposto entre o primeiro e o segundo mancais de acionamento radiais 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 um acoplamento hidrodinâmico 8 para transferir um torque para o eixo da bomba 5. Preferivelmente, o acoplamento hidrodinâmico 8 é configurado como um conversor de torque 8 para hidrodinamicamente acoplar o eixo de acionamento 42 ao eixo de bomba 5 de tal modo que o eixo de bomba 5 possa girar em uma velocidade mais alta (rotações por minuto (rpm)) do que o eixo de acionamento 42.

[0067] Os mancais de acionamento 43, 44 e 45 são configurados para sustentar o eixo de acionamento 42 tanto na direção radial quanto na direção axial A. O primeiro e o segundo mancais de acionamento radiais 43, 44 sustentam o eixo de acionamento 42 com relação à direção radial, e o mancal de acionamento axial 45 sustenta o eixo de acionamento 42 com relação à direção axial A. O segundo mancal de acionamento radial 44 e o mancal de acionamento axial 45 são dispostos de tal modo que o segundo mancal de acionamento radial 44 fique disposto entre o mancal axial 45 e o motor elétrico 41.

[0068] Naturalmente, também é possível trocar a posição do segundo mancal de acionamento radial 44 e do mancal de acionamento axial 45.

[0069] O segundo mancal de acionamento radial 44 e o mancal de acionamento axial 45 podem ser configurados como mancais separados, mas também é possível que o segundo mancal de acionamento radial 44 e o mancal de acionamento axial 45 sejam configurados como um único mancal radial e axial combinado que sustenta o eixo de acionamento 42 tanto na direção radial quanto na direção axial A.

[0070] O primeiro mancal de acionamento radial 43 é disposto abaixo do motor elétrico 41 e sustenta o eixo de acionamento 42 na direção radial. Na concretização mostrada na Figura 2, não há nenhum mancal axial disposto abaixo do motor elétrico 41. Naturalmente, também é possível que um mancal de acionamento axial para o eixo de acionamento 42 seja - alternativa ou adicionalmente - disposto abaixo do motor elétrico 41, isto é, entre o motor elétrico 41 e o acoplamento hidrodinâmico 8.

[0071] O motor elétrico 41 da unidade de acionamento 4 compreende um rotor disposto internamente 412, que é conectado ao eixo de acionamento 42 em uma maneira à prova de torque, bem como um estator de motor disposto externamente 411 que circunda o rotor 412 com uma lacuna anular 413 entre o rotor 412 e o estator de motor 411. O rotor 412 pode constituir uma parte do eixo de acionamento 42 ou é uma parte separada, que é rotativamente conectada fixamente ao eixo de acionamento 42, de modo que a rotação do rotor 412 acione o eixo de acionamento 42. O motor elétrico 41 pode ser configurado como um motor enrolado em cabo. Em um motor enrolado em cabo, os fios individuais do estator do motor 411, que formam as bobinas para gerar o(s) campo(s) eletromagnético(s), são, cada qual, isolados, de modo que o estator de motor 411 possa ser inundado mesmo com um fluido eletricamente condutor, por exemplo, água do mar em bruto. O motor enrolado em cabo não requer um fluido dielétrico para refrigerar o estator de motor 411.

[0072] Alternativamente, o motor elétrico 41 pode ser configurado como um motor encamisado. Quando o acionamento elétrico 41 for configurado como um motor encamisado, a lacuna anular 413 será radialmente delimitada externamente por uma camisa (não mostrada) que veda o estator do motor 411 hermeticamente com relação ao rotor 412 e à gap 413. Desse modo, qualquer fluido de processo que flui através da gap 413 não pode entrar no estator do motor 411. Quando o motor elétrico 41 for projetado como um motor encamisado, um fluido refrigerante dielétrico diferente do fluido de processo poderá ser circulado através do estator do motor 411 para refrigerar o estator de motor 411.

[0073] Preferivelmente, 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 mostra-do) é provido no alojamento comum 2 para receber um cabo de força (não mostrado) que supre o motor elétrico 41 com energia.

[0074] O motor elétrico 41 pode ser projetado para operar com um inversor de frequência variável (VFD), no qual a velocidade do motor, isto é, a frequência da rotação, é ajustável com a variação da frequência e/ou a tensão suprida para o motor elétrico 41. Contudo, também é possível que o motor elétrico 41 seja configurado de forma diferente, por exemplo, como um acionamento de velocidade única ou frequência única.

[0075] A Figura 3 mostra uma primeira concretização do acoplamento hidrodinâmico 8 que é configurado como um conversor de torque 8, para hidrodinamicamente acoplar o eixo de acionamento 42 ao eixo de bomba 5 de tal maneira que o eixo da bomba 5 possa girar mais rápido do que o eixo de acionamento 42, por exemplo, por um fator de 1.3. Desse modo, quando o eixo de acionamento 42 girar, por exemplo, em 6000 rpm, o eixo de bomba 5 irá girar em 7800 rpm.

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

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

[0078] Na concretização mostrada na Figura 3, o conversor de torque 8 compreende uma pluralidade de palhetas de guia fixas 85, isto é, a posição de palhetas de guia 85 não pode ser alterada, mas as palhetas de guia 85 são fixadas com relação ao invólucro 81 e não podem ser movidas com relação ao invólucro 81.

[0079] Naturalmente, em outras concretizações, também é possível configurar o conversor de torque com palhetas de guia, que são móveis com relação ao invólucro 81, isto é, as palhetas de guia são configuradas como palhetas de guia ajustáveis com as quais o fluxo do fluido de transmissão pode ser alterado. A posição das palhetas de guia ajustáveis pode ser alterada por meio de um dispositivo de ajuste. Com o pivotamento das palhetas de guia, o fluxo incidente das palhetas de guia pode ser alterado, por meio do que o fluxo do fluido de transmissão no invólucro é modificado. Assim, a relação do torque transmitido para o eixo de bomba e o torque transmitido do eixo de acionamento é controlável.

[0080] A provisão do conversor de torque 8 para acoplar o eixo de acionamento 42 com o eixo de bomba 5 no lugar de, por exemplo, um acoplamento mecânico do eixo de acionamento 4 e do eixo da bomba 5 apresenta a vantagem importante de que o eixo da bomba 5 pode ser girado em uma velocidade mais alta do que o eixo de acionamento. Isto aumenta a eficiência da bomba 1, porque o(s) impulsor(es) 31 está(ão) girando mais rápido e/ou porque as perdas viscosas no motor elétrico cheio de líquido 41 são consideravelmente reduzidas. Além disso, com o acoplamento hidrodinâmico, o eixo de acionamento 42 e o eixo da bomba 5 são desacoplados por torção, reduzindo, por exemplo, o impacto das cargas de choque de torção da unidade de aciona-mento 4, como curto-circuito ou partida.

[0081] É uma vantagem adicional que o conversor de torque 8 possa também ser usado para o controle de velocidade da bomba 1 ou para uma autorregulação do processo de bombeamento. Isto será aplicável, em particular, quando o conversor de torque for projetado com palhetas de guia ajustáveis, mas também aplicáveis quando o conversor de torque 8 tiver apenas palhetas de guia fixas 85 (conforme mostrado na Figura 3) para o fluido de transmissão e nenhuma palheta de guia ajustável. O uso do conversor de torque 8 para o controle de velocidade do eixo de bomba 5 permite operar a bomba 1 sem um in-versor de frequência variável (VFD), mas com um motor elétrico menos complexo e de custo mais baixo 41. Alternativamente, é possível usar um VFD com uma faixa consideravelmente mais estreita para a variação da frequência. Ambas as medidas, a configuração da bomba 1 sem um VFD ou a configuração da com um VFD apresentando uma faixa de frequência mais estreita, reduzem os custos e a complexidade da bomba 1.

[0082] De acordo com a invenção, pelo menos um mancal de uma pluralidade de mancais 43, 44, 45, 53, 54, 55 é disposto no invólucro 81 do acoplamento hidrodinâmico 8. Na concretização mostrada nas Figuras 3 e 2, o primeiro mancal de bomba radial 53 e o primeiro mancal de acionamento radial 43 são ambos dispostos no invólucro 81 do trocador de calor 8. Desse modo, o primeiro mancal de bomba radial 53 e o primeiro mancal de acionamento radial 43 são integrados no conversor de torque 8, mais precisamente no invólucro 81, o que impede que o fluido de transmissão escape.

[0083] A configuração do conversor de torque 81 com o primeiro mancal de bomba radial integrado 53 e com o primeiro mancal de acionamento radial integrado 43 tem a vantagem de que a protuberância tanto do eixo de bomba 5 quanto do eixo de acionamento 42 seja con-sideravelmente reduzida, porque o primeiro mancal de bomba radial 53 é localizado mais perto da extremidade de acionamento 51 do eixo de acionamento 5 e o primeiro mancal de acionamento radial 43 é localizado mais perto da extremidade de acionamento do eixo de acionamento 42.

[0084] Conforme pode ser melhor visto na Figura 3, o primeiro mancal de bomba radial 53 é disposto no invólucro 81 e entre o invólucro 81 e a roda da turbina 83, de modo que o primeiro mancal de bomba radial 53 circunde a roda da turbina 83. Naturalmente, em outra configuração, o primeiro mancal de bomba radial 53 pode ser também disposto no invólucro 81 de tal forma que o mancal 53 circunde o eixo da bomba 5. O primeiro mancal 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 mancal de acionamento radial 43 circunde o eixo de acionamento 42. Naturalmente, em outra configuração, o primeiro mancal de acionamento radial 43 pode ser também disposto no invólucro 81 de tal modo que o primeiro mancal de acionamento radial 43 circunde a roda da bomba 82.

[0085] Embora seja preferido que tanto o primeiro mancal de bomba radial 53 quanto o primeiro mancal de acionamento radial 43 sejam dispostos no invólucro 81, em outras concretizações, apenas o primeiro mancal de acionamento radial 43 ou apenas o primeiro mancal de bomba radial 53 é disposto no invólucro 81, de modo que apenas um mancal 43 ou 53 seja integrado no conversor de torque 8.

[0086] Em ainda outras concretizações, também é possível que pelo menos o mancal de bomba axial ou o mancal de acionamento axial seja disposto no invólucro 81 do conversor de torque 8. Algumas configurações exemplificativas são listadas aqui:

[0087] apenas o mancal de acionamento axial 45 é disposto no invólucro 81 do conversor de torque 8;

[0088] apenas o mancal de acionamento axial 45 e o primeiro mancal de acionamento radial 43 são dispostos no invólucro 81 do conversor de torque 8;

[0089] apenas o mancal de bomba axial 55 é disposto no invólucro 81 do conversor de torque 8;

[0090] apenas o mancal de bomba axial 55 e o primeiro mancal de bomba radial 53 são dispostos no invólucro 81 do conversor de torque 8;

[0091] apenas o mancal de bomba axial 55, o primeiro mancal de bomba radial 53 e o primeiro mancal de acionamento radial 43 são dispostos no invólucro 81 do conversor de torque 8;

[0092] o mancal de bomba axial 55, o mancal de acionamento axial 45, o primeiro mancal de bomba radial 53 e o primeiro mancal de acionamento radial 43 são dispostos no invólucro 81 do conversor de torque 8.

[0093] Particularmente preferido, o acoplamento hidrodinâmico é configurado para receber o fluido de processo como o fluido de transmissão. Desse modo, o fluido de processo, por exemplo, água ou água do mar, não é apenas usado para refrigerar e lubrificar os mancais 43, 44, 45, 53, 54, 55 e o motor elétrico 41, mas também como o fluido de transmissão para o acoplamento hidrodinâmico 8.

[0094] O invólucro 81 do conversor de torque 8 compreende uma admissão 86 para suprir o fluido de processo para o invólucro 81 do conversor de torque 8 e uma descarga 87 para o dreno do fluido de processo. Como alternativa ou como um suplemento, o conversor de torque 8 pode ser configurado de tal modo 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 comum 2 da bomba 1 é inundado com o fluido de processo, de modo que o fluido de processo possa entrar e sair do invólucro 81 do conversor de torque 8 através da admissão 86 e da descarga 87 e/ou como um vazamento ao longo do eixo de bomba 5 e do eixo de acionamento 42.

[0095] Uma vez que o conversor de torque 8 é imerso no fluido de processo durante a operação da bomba 1, o fluido de processo pode vazar entre o primeiro mancal de bomba radial 53 e a roda da turbina 83 ou o eixo de bomba 5, respectivamente, para dentro e para fora do conversor de torque 8. Além disso, o fluido de processo pode vazar entre o primeiro mancal de acionamento radial 43 e o eixo de acionamento 42 ou a roda da bomba 82, respectivamente, para dentro e para fora do conversor de torque 8.

[0096] Em outras concretizações, o invólucro 81 não apresenta nenhuma admissão 86 e nenhuma descarga 87, de modo 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.

[0097] Dependendo da pressão no alojamento comum 8 ao qual o exterior do invólucro 81 do conversor de torque 8 fica exposto, o conversor de torque 8 pode gerar uma força de acionamento adicional para recircular o fluido de processo do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão da bomba 1 através da linha de equilíbrio 9.

[0098] Durante a operação, a bomba 1 é refrigerada e lubrificada por meio do fluido de processo, por exemplo, água do mar. Na primeira concretização, mostrada na Figura 1, um loop de refrigeração externo 10 é provido para intensificar a refrigeração da bomba 1. O loop de refrigeração externo 10 também é operado com o fluido de processo, por exemplo, água do mar, como portador de calor. De acordo com esta concretização, o loop de esfriamento externo 10 compreende pelo menos um impulsor de circulação 11 para circular o fluido de processo através do loop de esfriamento externo 10. O impulsor de circulação 11 é uma característica diferente do que os impulsores 31 da unidade de bomba 3.

[0099] Uma vez que o fluido de processo constitui o portador de calor, o loop de esfriamento externo 10 pode ser projetado como um circuito aberto, que recebe fluido de processo da unidade de bomba 3, e que dispensa o fluido de processo para diferentes localizações da bomba 1. O impulsor de circulação 11 é acionado pelo motor elétrico 41 e preferivelmente pelo eixo de acionamento 42. Conforme mostrado na Figura 1, o impulsor de circulação 11 pode ser disposto, por exemplo, no topo do motor elétrico 41, embora outras localizações sejam também possíveis. Por exemplo, o(s) impulsor(es) de circulação 11 pode(m) também ser disposto(s) em uma ou mais das seguintes localizações: a extremidade de não acionamento do eixo de acionamento 42, a extremidade de acionamento do eixo de acionamento 42, a extremidade de acionamento 51 do eixo da bomba 5, acima do tambor de equilíbrio 7, acima do primeiro acesso 91 para a linha de equilíbrio 9, na extremidade de não acionamento 52 do eixo de bomba 5, abaixo do segundo mancal de bomba radial 54.

[00100] O loop de esfriamento externo 10 adicionalmente compreende um trocador de calor 12 para refrigerar o fluido de processo no loop de esfriamento externo 10. O trocador de calor 12 é localizado fora do invólucro comum 2. Preferivelmente, o trocador de calor 12 é projetado como uma bobina ou uma espiral que circunda o invólucro comum 2. Em uma aplicação submarina, a água do mar em torno da bomba 1 extrai calor do trocador de calor em forma de bobina 12 no exterior do alojamento comum 2 refrigerando com isso o líquido de processo no loop de esfriamento externo 10. O fluxo de fluido de processo no loop de refrigeração externo 10 é indicado na Figura 1 com as setas tracejadas. O trocador de calor 12 está em comunicação de fluido com uma saída 13 para receber o fluido de processo da unidade de acionamento 4, conforme indicado pela seta C1. Mais precisamente, a saída 13 é provida no alojamento comum 2 em uma localização acima da unidade de acionamento 4 e acima do mancal de acionamento axial 45, de modo que o trocador de calor 12 receba o fluido de processo que passou através da unidade de acionamento 4 e dos mancais de acionamento 43, 44, 45 e com isso resfriou a unidade de acionamento 4 e os mancais de acionamento 43, 44, 45. No trocador de calor 12, o ambiente extrai calor do fluido de processo e refrigera o fluido de processo. Depois de ter passado através do trocador de calor 12, o fluido de processo refrigerado é provido para diversas localizações da bomba para refrigerar e lubrificar os componentes. Para cada localização, uma respectiva entrada 14, 15, 16 para o fluido de processo é provida no alojamento comum 2. A jusante do trocador de calor 12, uma primeira parte do fluido de processo refrigerado, conforme indicado pela seta C2, é introduzida através da entrada 14 diretamente na unidade de acionamento 4 para refrigerar e lubrificar os mancais de acionamento 44, 45 bem como para refrigerar o motor elétrico 41. Uma segunda parte do fluido de processo refrigerado, conforme indicado pela seta C3, é introduzida através da entrada 15 diretamente na unidade de mancal de bomba axial 55 para refrigerar e lubrificar o mancal de bomba axial 55 e opcionalmente para passar através do conversor de torque 8 bem como através do primeiro mancal de bomba radial 53 e do primeiro mancal de acionamento radial 43, que são ambos dispostos dentro do conversor de torque 8. Uma terceira parte do fluido de processo refrigerado, conforme indicado pela seta C4, é introduzida através da entrada 16 diretamente no segundo mancal de bomba radial 54 para refrigerar e lubrificar o segundo mancal de bomba radial 54. O fluido de processo que passa através do motor elétrico 41 para refrigerar o motor elétrico é direcionado através da lacuna anular 413, conforme indicado pelas setas tracejadas C5 na Figura 2. No caso de o estator de motor 411 ser inundado com o fluido de processo para refrigeração, por exemplo, quando o motor elétrico 41 for configurado como um motor enrolado em cabo, o fluido de processo também será direcionado através do estator de motor 411, conforme indicado pelas setas tracejadas C6 na Figura 2.

[00101] A Figura 4 mostra um design diferente para um loop de refrigeração 10' em uma vista em seção transversal similar à Figura 1. Este design não requer o 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 este design do loop de refrigeração 10', a unidade de bomba 3 compreende um propulsor intermediário 310 conectado ao loop de refrigeração 10' para suprir o fluido de processo para o loop de refrigeração 10', conforme indicado pela seta tracejada C7 na Figura 4. O propulsor intermediário 310 é configurado para suprir o fluido de processo para o loop de refrigeração 10' em uma pressão que é maior do que a baixa pressão na entrada de baixa pressão 21.

[00102] O loop de refrigeração 10' compreende uma primeira ramificação 101 que provê uma comunicação de fluido entre o propulsor intermediário 310 e uma entrada 17, através da qual o fluido de processo pode entrar no mancal de acionamento axial 45 para refrigerar e lubrificar, conforme indicado pelas setas tracejadas C71 na Figura 4. O fluido de processo que passou através do mancal de acionamento axial 45 é guiado através do segundo mancal de acionamento radial 44, da unidade de acionamento 4, do conversor de torque 8 contendo o primeiro mancal de acionamento radial 43 e o primeiro mancal de bomba radial 53, e então através do mancal de bomba axial 55 para refrigerar e lubrificar estes componentes, conforme indicado pelas setas tracejadas C73 na Figura 4. O fluido de processo que passou através do mancal de bomba axial 55 se funde com o fluido de processo que passou ao longo do tambor de equilíbrio 7 e entra na linha de equilíbrio 9.

[00103] Opcionalmente, a primeira ramificação 101 do loop de refrigeração 10' pode compreender um primeiro restritor de fluxo 103, por exemplo, um estrangulamento ou um orifício, provido na primeira ramificação 101 para regular o fluxo do fluido de processo que flui através da entrada 17.

[00104] O loop de refrigeração 10' adicionalmente compreende uma segunda ramificação 102 que provê uma primeira comunicação de fluido entre o propulsor intermediário 310 e uma entrada 18, através da qual o fluido de processo pode entrar no segundo mancal de bomba radial 54 para refrigerar e lubrificar o segundo mancal de bomba radial 54, conforme indicado pelas setas tracejadas C72 na Figura 4. Quando o fluido de processo tiver passado através do segundo mancal de bomba radial 54, ele se fundirá com o fluido de processo no lado de baixa pressão na entrada de bomba 21.

[00105] Opcionalmente, a segunda ramificação 102 pode compreender um segundo restritor de fluxo 104, por exemplo, um estrangulamento ou um orifício, provido na segunda ramificação 102 para regular o fluxo de fluido de processo que passa através do segundo mancal de bomba radial 54.

[00106] O propulsor intermediário 310 pode ser disposto para receber o fluido de processo de um dos impulsores 31. Desse modo, de acordo com o design mostrado na Figura 4, a força de acionamento para circular o fluido de processo através do loop de refrigeração 10' é gerada por um ou mais dos impulsores 3 da unidade de bomba 3. Preferivelmente, o propulsor intermediário 310 é configurado de modo que a pressão do fluido de processo nas primeira e segunda ramificações 101 e 102 seja pelo menos tão grande quanto a pressão do fluido de processo na linha de equilíbrio 9. Ainda mais preferivelmente, a pres-são do fluido de processo nas primeira e segunda ramificações 101 e 102 do loop de refrigeração 10' é pelo menos alguns bars mais alta, por exemplo, 10-30 bar mais alta do que a pressão na linha de equilíbrio 9.

[00107] As primeira e segunda ramificações 101 e 102 do loop de refrigeração podem ser projetadas como linhas internas que se estendem por completo dentro do invólucro comum 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 comum 2. Deve-se notar que o loop de refrigeração 10' pode também compreender um trocador de calor em uma maneira análoga, conforme explicada para o trocador de calor 12 mostrado na Figura 1.

[00108] A operação da primeira concretização da bomba 1 de acordo com a invenção será descrita agora com referência com às Figuras de 1 a 3. O fluido de processo que entra na bomba 1 através da entrada de bomba 21 com a baixa pressão é pressurizado pela ação dos impulsores rotativos 31, e sai da bomba 1 através da saída de bomba 22 com a alta pressão, conforme indicado nas Figuras 1 e 4 pelas grandes setas de linha contínua sem numeral de referência. O lado dianteiro 71 abaixo do tambor de equilíbrio 7 está em comunicação de fluido com a saída de bomba 22. Por isso, uma parte do fluido de processo pressurizado passa através da passagem de alívio 73 para o lado traseiro 72, conforme indicado pelas setas B1 na Figura 1. No lado traseiro 72, a pressão intermediária prevalece, a qual é menor do que a alta pressão devido à queda de temperatura sobre o tambor de equilíbrio 7. Desse modo, é gerada uma força que atua sobre o eixo de bomba 5. A força é direcionada para cima na direção axial A equilibrando com isso parcialmente o empuxo axial que é gerado pelos impulsores 31 e que é direcionada para baixo na direção axial A. No lado traseiro 72, uma parte do fluido de processo entra na linha de equilíbrio 9 através do primeiro acesso 91, e outra parte entra no mancal axial da bomba 55 e se funde com o fluido de processo do loop de refrigeração externo 10, que entra no alojamento comum 2 através da entrada 15.

[00109] O fluido de processo que flui através da linha de equilíbrio 9 é recirculado para o lado de baixa pressão da bomba 1 e se funde com o fluido de processo que foi introduzido do loop de refrigeração externo 10 através da entrada 16 no segundo mancal de bomba radial 54.

[00110] A linha de equilíbrio 9 causa uma pequena queda de pressão de modo que a pressão intermediária no lado traseiro 72 seja um tanto maior do que a baixa pressão na entrada da bomba 21.

[00111] O tambor de equilíbrio 7 compensa pelo menos parcialmente o empuxo axial no eixo de bomba 5 que é gerado pelos impulsores rotativos 31. Mesmo que o tambor de equilíbrio 7 não equilibre por completo o dito empuxo axial, a carga que tem que ser transportada pelo mancal de bomba axial 55 é consideravelmente reduzida.

[00112] Em outras concretizações, um tambor de equilíbrio adicional é provido na extremidade de não acionamento 52 do eixo de bomba 5. Isto poderia adicionalmente aumentar a estabilidade de todo o dispositivo de rotor que compreende o eixo de bomba 5, os impulsores 31 e dois tambores de equilíbrio. Por meio dos dois tambores de equilíbrio, vibrações rotodinâmicas da parte inferior do eixo de bomba 5, isto é, a parte do eixo de bomba 5 adjacente à extremidade de não acionamento 52 é ainda mais confiavelmente impedida ou pelo menos adicionalmente reduzida.

[00113] Apenas por meio de exemplo e para um melhor entendimento, as seguintes pressões diferentes podem prevalecer na da bomba 1: Quando, como um exemplo, a bomba 1 for implantada no fundo do mar em uma profundidade de 250 m abaixo da superfície da água, a baixa pressão que prevalece na entrada de bomba 21 será, por exemplo, de 25 bar. A bomba 1 pode ser configurada para aumentar a pressão em 175 bar. Desse modo, a alta pressão na saída de alta pressão 22 é de 200 bar. Ao negligenciar outras perdas de pressão menores, tais como as perdas de pressão na linha de equilíbrio 9, a queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio 7 será aproximadamente de 175 bar. Consequentemente, a pressão intermediária que prevalece no lado traseiro 72 é aproximadamente a baixa pressão, isto é, 25 bar.

[00114] A refrigeração e a lubrificação da bomba 1 pelo fluido de processo são conseguidas tanto pelo fluxo através da linha de equilíbrio 9, que é acionada pela ação dos impulsores 31, conforme indicado pelas setas em linhas contínuas na Figura 1, quanto pelo fluxo através do loop de refrigeração externo 10 indicado pelas setas em linhas tracejadas. Ambos estes fluxos contribuem para refrigerar e lubrificar os mancais de bomba 53, 54 e 55, os mancais de acionamento 43, 44 e 45, bem como o motor elétrico 41 com o fluido de processo.

[00115] A Figura 5 mostra uma vista em seção transversal esquemática de uma segunda concretização de uma bomba centrífuga 1 de acordo com a invenção. A bomba centrífuga 1 é configurada como uma bomba lubrificada com fluido de processo 1.

[00116] Na seguinte descrição da segunda concretização da bomba centrífuga 1 apenas as diferenças para a primeira concretização são explicadas em maiores detalhes. As explanações com relação à primeira concretização são também válidas da mesma maneira ou analogamente da mesma maneira para a segunda concretização. Os mesmos numerais de referência indicam as mesmas características que foram explicadas com referência à primeira concretização ou características funcionalmente equivalentes. Em particular, a unidade de acionamento explicada com referência à Figura 2 bem como o conver-sor de torque explicado com referência à Figura 3 podem ser também usados para a segunda concretização.

[00117] Em comparação com a primeira concretização, a diferença principal é a de que a segunda concretização da bomba 1 não compreende um loop de refrigeração externo 10. Os mancais de bomba 53, 54, 55, bem como a unidade de acionamento 4 que compreende o motor elétrico 41 bem como os mancais de acionamento 43, 44, 45 bem como o conversor de torque 8 são apenas refrigerados e lubrificados pelo fluxo do fluido de processo, que é acionado pela ação dos impulsores 31 da unidade de bomba 3. Contudo, conforme já mencionado dependendo da respectiva pressão local no alojamento comum 2, o conversor de torque 8 pode gerar uma força de acionamento adicional para recircular o fluido de processo do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão da bomba 1 através da linha de equilíbrio 9.

[00118] O primeiro acesso 91, ao qual é conectada a linha de equilíbrio 9 para receber o fluido de processo, é disposto acima do mancal de acionamento axial 45. O fluido de processo que passa ao longo do tambor de equilíbrio 7 através da passagem de alívio 73 flui através do mancal de bomba axial 55, através do conversor de torque 8 contendo o primeiro mancal de bomba radial 53 e o primeiro mancal de acionamento radial 43, através da unidade de acionamento 4, através do segundo mancal de acionamento radial 44, e através do mancal de acionamento axial 45. Acima do mancal de acionamento axial 45, o primeiro acesso 91 é localizado formando a entrada na 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 da unidade de acionamento 4 e que passou através do segundo mancal de acionamento radial 44 e do mancal de acionamento axial 45. A canalização do fluido de processo através dos mancais 55, 53, 43, 44, 45, do conversor de torque 8 e da unidade de acionamento 4 resulta em uma queda de pressão entre o lado raseiro 72 e o acesso 91. A queda de pressão pode ser de alguns bars, por exemplo, cerca de 10 bar. Desse modo, no primeiro acesso 91 prevalece uma pressão, que é um tanto menor do que pressão intermediária que prevalece no lado traseiro 72 entre o tambor de equilíbrio 7 e o mancal de bomba axial 55.

[00119] O segundo acesso 92, ao qual é conectada a linha de equilíbrio 9, é disposto abaixo do segundo mancal 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 do segundo acesso 92 é guiado para passar através do segundo mancal de bomba radial 54 antes de o fluido de processo recir-culado alcançar o lado de baixa pressão adjacente à entrada de bomba 21. Uma vez que o fluido de processo é direcionado do segundo acesso 92 através do segundo mancal de bomba radial 54, a pressão que prevalece no segundo acesso 92 é um tanto maior do que a baixa pressão, porque há uma queda de pressão adicional sobre o segundo mancal de bomba radial 54, por exemplo, uma queda de pressão de aproximadamente quatro bar. Ao negligenciar a queda de pressão sobre a linha de equilíbrio 9, a pressão no segundo acesso 92 é a mesma no primeiro acesso 91.

[00120] Opcionalmente, podem ser providas uma ou mais linhas de derivação configuradas para limitar o fluxo do fluido de processo através de diferentes mancais 53, 54, 55, 43, 44, 45. Na Figura 5, é mostrada uma linha de derivação 93, que é configurada para desviar do mancal de bomba axial 55, o conversor de torque 8, a unidade de acionamento 4, o segundo mancal de acionamento radial 44 e o mancal de acionamento axial 45. Um primeiro estrangulamento 931 é provido na primeira linha de derivação 93 para regular o fluxo de fluido de processo que passa através de todos os componentes que são dispostos acima do tambor de equilíbrio 7. O primeiro estrangulamento 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, 8, 53, 43, 4, 44 45 dispostos acima do tambor de equilíbrio 7, e então via o primeiro acesso 901 para a linha de equilíbrio 9, e uma segunda parte do fluido de processo que sai da primeira passagem de alívio 73 desvia dos ditos componentes 55, 8, 53, 43, 4, 44, 45 e diretamente entra na linha de equilíbrio 9. Na Figura 5, a primeira linha de derivação 93 é mostrada como uma linha externa. A entrada da primeira linha de derivação 93 é localizada no alojamento comum 2 em uma localização entre o primeiro tambor de equilíbrio 7 e o mancal de bomba axial 55 (referente à direção axial A). A partir da dita entrada, a primeira linha de derivação 93 se estende na direção da linha de equilíbrio 9 e se abre para fora na linha de equilíbrio 9. Entretanto, também é possível e para muitas aplicações até mesmo preferido que a primeira linha de derivação 93 seja configurada como uma linha interna, que é completamente localizada dentro do alojamento comum 2. Para esta finalidade, a primeira linha de derivação 93 pode ser configurada para constituir uma comunicação de fluxo direta entre o lado traseiro 72 e o primeiro acesso 91, ou o volume acima do mancal de acionamento axial 45, respectivamente. A configuração da primeira linha de derivação 93 como uma linha interna tem a vantagem de o número de aberturas necessárias no alojamento comum 2 poder ser reduzido.

[00121] Opcionalmente, pode ser provida uma segunda linha de derivação 94 que é configurada para desviar do segundo mancal de bomba radial 54 na extremidade de não acionamento 52 do eixo da bomba 5. Um segundo estrangulamento 941 é provido na segunda linha de derivação 94 para regular o fluxo do fluido de processo que passa através do segundo mancal de bomba radial 54. O segundo estrangulamento 941 pode ser configurado, por exemplo, como um orifí-cio. Desse modo, uma primeira parte do fluido de processo que flui através da linha de equilíbrio 9 flui através do segundo mancal de bomba radial 54 para o lado de baixa pressão, e uma segunda parte do fluido de processo que flui através da linha de equilíbrio 9 desvia do segundo mancal de bomba radial 54 e diretamente entra no lado de baixa pressão. Na Figura 5, a segunda linha de derivação 94 é mostrada como uma linha externa que conecta a linha de equilíbrio 9 com o lado de baixa pressão adjacente à entrada da bomba 21. A entrada para a segunda linha de derivação 94 é localizada na linha de equilíbrio 9. A partir daí, a segunda linha de derivação 94 se estende na direção do alojamento comum 2 e é conectada a uma abertura no alojamento comum, cuja abertura é disposta em uma localização, onde essencialmente a baixa pressão prevalece. Entretanto, também é possível e para muitas aplicações até mesmo preferido que a segunda linha de derivação 94 seja configurada como uma linha interna, que é completamente localizada dentro do alojamento comum 2. Para esta finalidade, a segunda linha de derivação 94 pode ser configurada para constituir uma comunicação de fluxo direta entre o segundo acesso 92 ou o volume abaixo do segundo mancal de bomba radial 54, respectivamente, e o lado de baixa pressão ou a entrada de bomba 21, onde a dita comunicação de fluxo desvia do segundo mancal de bomba radial 54. A configuração da segunda linha de derivação 94 como uma linha interna tem a vantagem de que o número de aberturas requerido no alojamento comum 2 possa ser reduzido.

[00122] Revertendo para o exemplo numérico que foi fornecido com referência à primeira concretização da bomba, as seguintes pressões diferentes podem prevalecer na segunda concretização da bomba 1: Quando, como um exemplo, a bomba 1 for implantada no fundo do mar em uma profundidade de 250 m abaixo da superfície da água, a baixa pressão que prevalece na entrada da bomba 21 será, por exem-plo, de 25 bar. A bomba 1 pode ser configurada para aumentar a pressão em 175 bar. Desse modo, a alta pressão na saída de alta pressão 22 é de 200 bar. Levando-se em consideração que há também uma queda de pressão entre o lado traseiro 72 e o primeiro acesso 91 bem como sobre o segundo mancal de bomba radial 54, a queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio 7 é menor do que o aumento de pressão gerado pela bomba 1, isto é, a diferença entre a alta pressão e a baixa pressão. Por exemplo, a queda de pressão sobre o tambor de equilíbrio 7 pode ser de 160 bar, a queda de pressão sobre os mancais 55, 53, 43, 44, 45, o conversor de torque 8 e a unidade de acionamento 4 pode ser de 10 bar e a queda de pressão sobre o segundo mancal de bomba radial 54 pode ser de 5 bar. Consequentemente, a pressão intermediária que prevalece no lado traseiro 72 é de cerca de 40 bar. A pressão no primeiro acesso 91, no segundo acesso 92 e dentro da linha de equilíbrio 9 é de aproximadamente 30 bar (negligenciando a queda de pressão sobre a linha de equilíbrio 9).

[00123] Em outras configurações, a unidade de bomba 3 pode compreender uma primeira seção de bomba que apresenta um primeiro conjunto de impulsores 31 e uma segunda seção de bomba que apresenta um segundo conjunto de impulsores 31.

[00124] A primeira seção de bomba que compreende o primeiro conjunto de impulsores 31 e a segunda seção de bomba que compreende o segundo conjunto de impulsores 31 podem ser dispostas em uma disposição em linha ou em uma disposição costas contra costas.

[00125] Em uma disposição em linha, o primeiro conjunto de impulsores 31 e o segundo conjunto de impulsores 31 são configurados de tal modo que o empuxo axial gerado pela ação da rotação do primeiro conjunto de impulsores 31 seja direcionado na mesma direção que o empuxo axial gerado pela ação do segundo conjunto rotativo de impulsores 31. Desse modo, o fluido de processo, que é gerado pelo se-gundo conjunto de impulsores 31, é direcionado na mesma direção que o fluxo de fluido de processo, que é gerado pelo primeiro conjunto de impulsores 31. Em tal disposição, o alojamento comum 2 pode ser provido com uma entrada adicional e com uma saída adicional, de tal modo que a primeira seção de bomba e a segunda seção de bomba possam ser usadas como duas bombas.

[00126] Em uma disposição de costas contra costas, o primeiro conjunto de impulsores 31 e o segundo conjunto de impulsores 31 são configurados de tal modo que o empuxo axial gerado pela ação do primeiro conjunto rotativo de impulsores 31 seja direcionado na direção oposta como o empuxo axial gerado pela ação do segundo conjunto de impulsores 31. Desse modo, o fluxo de fluido de processo, que é gerado pelo segundo conjunto de impulsores 31, é direcionado na direção oposta como o fluxo de fluido de processo, que é gerado pelo primeiro conjunto de impulsores 31. Em tal disposição, o alojamento comum 2 pode ser provido com uma entrada adicional e com uma saída adicional, de tal modo que o primeiro conjunto de impulsores 31 e o segundo conjunto de impulsores 31 possam ser usados como uma primeira seção de bomba e uma segunda seção de bomba. A primeira seção de bomba e a segunda seção de bomba podem ser usadas como duas bombas.

[00127] Para muitas aplicações, a disposição de costas contra costas é preferida porque o empuxo axial que atua sobre o eixo da bomba 5, que é gerado pelo primeiro conjunto de impulsores 31, neutraliza o empuxo axial, que é gerado pelo segundo conjunto de impulsores 31. Desse modo, os ditos dois empuxos axiais são mutuamente compensados pelo menos parcialmente.

Claims

Bomba centrífuga para transportar um fluido de processo, que apresenta uma unidade de bomba (3), uma unidade de acionamento para acionar a unidade de bomba, uma entrada de bomba (21) para receber o fluido de processo e uma saída de bomba (22) para descarregar o fluido de processo,
em que a unidade de bomba (3) compreende pelo menos um impulsor (31) para transportar o fluido de processo da entrada da bomba (21) para a saída da bomba (22), e um eixo de bomba (5), no 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),
em que uma pluralidade de mancais (43, 44, 45, 53, 54, 55) é provida para sustentar o eixo da bomba (5) e o eixo de acionamento (42), e
em que um acoplamento hidrodinâmico (8) apresentando um invólucro (81) é provido para hidrodinamicamente acoplar o eixo de acionamento (42) ao eixo da bomba (5) por meio de um fluido de transmissão,
caracterizada pelo fato de pelo menos um mancal da pluralidade de mancais (43, 44, 45, 53, 54, 55) ser disposto no invólucro (81) do acoplamento hidrodinâmico (8).
Bomba, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o acoplamento hidrodinâmico (8) compreender uma roda da bomba (82) conectada ao eixo de acionamento (42), uma roda da turbina (83) conectada ao eixo da bomba (5), e m estator (84) disposto entre a roda da bomba (82) e a roda da turbina (83) para guiar o fluido de transmissão.
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de a pluralidade de mancais compreender um primeiro mancal de bomba radial (53) para sustentar o eixo de bomba (5), de o primeiro mancal de bomba radial (53) ser disposto entre a unidade de bomba (3) e uma extremidade de acionamento (51) do eixo da bomba (5), e de o primeiro mancal de bomba radial (53) ser disposto no invólucro (81) do acoplamento hidrodinâmico (8).
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de a pluralidade de mancais compreender um primeiro mancal de acionamento radial (43) para sustentar o eixo de acionamento (42), de o primeiro mancal de acionamento radial (43) ser disposto entre a unidade de bomba (3) e o motor elétrico (41), e de o primeiro mancal de acionamento radial (43) ser disposto no invólucro (81) do acoplamento hidrodinâmico (8).
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, configurada como uma bomba lubrificada com fluido de processo, e apresentando um alojamento comum (2), caracterizada pelo fato de a unidade de bomba (3) e a unidade de acionamento (4) serem dispostas no alojamento comum (2), e de a pluralidade de mancais (43, 44, 45, 53, 54, 55) ser configurada para receber o fluido de processo como lubrificante e refrigerante.
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de o acoplamento hidrodinâmico (8) ser configurado para receber o fluido de processo como o fluido de transmissão.
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de ser projetada como uma bomba desprovida de selo (1) sem um selo mecânico.
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de compreender uma linha de equilíbrio (9) configurada para a recirculação do fluido de processo de um lado de alta pressão para um lado de baixa pressão da bomba (1).
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de o motor elétrico (41) ser configurado para ser passado através do fluido de processo e refrigerado pelo mesmo.
Bomba, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de a linha de equilíbrio (9) ser disposta e configurada para receber fluido de processo descarregado da unidade de acionamento (4).
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5-10, que apresenta um loop de refrigeração externo (10) para refrigerar e lubrificar a unidade de acionamento (4) e a pluralidade de mancais (43, 44, 45, 53, 54, 55), o loop de refrigeração externo (10) compreendendo um trocador de calor (12) para refrigerar o fluido de processo, onde o trocador de calor (12) é disposto fora do alojamento comum (2) configurado para receber o fluido de processo do alojamento comum (2) e para recircular o fluido de processo para o alojamento comum (2).
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de a unidade de bomba (3) compreender um propulsor intermediário (310) conectado a um loop de refrigeração (10'), de o propulsor intermediário (310) ser configurado para suprir o fluido de processo para o loop de refrigeração (10') com uma pressão que é maior do que a pressão do fluido de processo na entrada de bomba (21), e de o loop de refrigeração (10') ser configurado para suprir o fluido de processo para pelo menos um mancal da pluralidade de mancais (43, 44, 45, 53, 54, 55) e/ou a unidade de acionamento (4).
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um tambor de equilíbrio ou bucha central ou bucha de estrangulamento (7) fixamente conectado ao eixo de acionamento (5) e definindo um lado dianteiro (71) voltado para a unidade de bomba (3) e um lado traseiro (72), e de adicionalmente compreender uma passagem de alívio (73), que é provida entre o dito tambor de equilíbrio (7) e uma parte estacionária (26) configurada para ser estacionária com relação ao alojamento comum (2), onde a passagem de alívio (73) se estende na direção axial (A) ao longo do tambor de equilíbrio (7) do lado dianteiro (71) para o lado traseiro (72).
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de ser configurada como uma bomba vertical com o eixo da bomba (5) se estendendo na direção de gravidade, e de a unidade de acionamento (4) ser disposta no topo da unidade de bomba (3).
Bomba, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de ser configurada para instalação no fundo do mar e preferivelmente configurada como uma bomba de injeção de água para injetar água do mar em uma região subterrânea.