BR102021009059A2 - Bomba de fuso helicoidal - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a uma bomba de fuso helicoidal, abrangendo uma caixa (3) com uma perfuração de rolamento (14) constituída de pelo menos duas perfurações (15, 16) que se cortam mutuamente, nas quais se acha respectivamente alojado um fuso (4, 5), sendo que os fusos (4, 5) apresentam, por seções, perfis helicoidais (6, 7, 8, 9) que engrenam um no outro, e se deformam por flexão em uma direção de flexão definida (R) durante a operação por meio de uma pressão de flexão hidráulica, sendo que cada perfuração (15, 16) está executada em forma de furo longitudinal com um primeiro eixo de simetria mais longo (S1) e um segundo eixo de simetria mais curto (S2) que está disposto ortogonalmente ao outro, sendo que o primeiro eixo de simetria mais longo (S1) corre na direção de flexão (R).

Description

BOMBA DE FUSO HELICOIDAL

[0001] A presente invenção refere-se a uma bomba de fuso helicoidal, abrangendo uma caixa com uma perfuração de rolamento constituída de pelo menos duas perfurações que se cortam mutuamente, nas quais se acha respectivamente alojado um fuso, sendo que os fusos apresentam, por seções, perfis helicoidais que engrenam um no outro, e se deformam por flexão em uma direção de flexão definida durante a operação por meio de uma pressão de flexão hidráulica.

[0002] Bombas de fuso helicoidal desse tipo servem para o transporte dos mais diferentes agentes fluidos. Elas compreendem uma caixa com uma perfuração de rolamento, a qual é formada por pelo menos duas perfurações que se cortam mutuamente. Em cada uma dessas perfurações acha-se alojado um fuso, sendo que, usualmente, um fuso é um fuso de acionamento e o outro é um fuso móvel acionado pelo outro fuso. Eventualmente também são previstos dois fusos móveis, que estão dispostos em ambos os lados de um fuso de ataque central, sendo que nesse caso a perfuração de rolamento é constituída por três perfurações que se cortam mutuamente. Os fusos apresentam perfis helicoidais correspondentes, por meio dos quais eles engrenam um com o outro, sendo que por meio da intervenção da endentação são formados compartimentos ocos, os quais formam os compartimentos de transporte para o fluido a ser transportado. Desse modo é possível que o fluido fornecido em um lado seja transportado desse lado de sucção para o lado de pressão, onde o fluido será descarregado. A construção e a função de uma bomba de fuso helicoidal desse tipo são basicamente conhecidas.

[0003] Conforme descrito, a bomba de fuso helicoidal aspira o fluido a ser transportado no lado de sucção e o transporta sob compressão permanente para o lado de pressão. Disso resulta uma pressão diferencial correspondente entre o lado de sucção e o lado de pressão, a qual, dependendo do dimensionamento da bomba de fuso helicoidal, pode comportar desde poucos bars até bem mais do que 100 bar. Isso significa que, especialmente, quanto mais elevada for a pressão diferencial, uma pressão de flexão hidráulica correspondente será aplicada sobre os fusos, a qual se encontra sempre direcionada para uma direção definida. Dessa pressão de flexão hidráulica resulta uma deformação por flexão dos fusos em uma direção de flexão definida, ou seja, os fusos que usualmente estão apoiados em mancais deslizantes na região de suas duas extremidades de fuso experimentam uma flexão pequena, isto é, serão deformados. Já que os fusos estão dispostos nas respectivas perfurações da caixa, a qual pode se tratar de uma caixa individual ou de uma inserção que é inserida em uma caixa externa, e giram na respectiva perfuração, então a posição relativa dos fusos se altera em relação à parede de perfuração, isto é, o vão obtido em forma de segmento anelar aumenta um pouco em sua largura em um lado, em função da flexão, enquanto se torna um pouco mais estreito no outro lado, sendo que, naturalmente, essa mudança de largura, vista ao longo do comprimento do fuso, varia levemente devido à geometria de flexão. Para evitar que devido a essa deformação por flexão ocorra um deslocamento do fuso, respectivamente do perfil helicoidal, para a parede interna de perfuração, o que promoveria extremamente um desgaste, define-se o diâmetro de perfuração com uma medida excedente correspondente, de tal modo que, apesar de uma deformação por flexão, sempre ainda se obtenha idealmente uma distância correspondente também na faixa de flexão máxima. Além disso, é conhecido o procedimento de dispor o fuso fora de eixo na perfuração central, ou seja, dispô-lo com seu eixo de fuso de modo deslocado levemente para fora do centro contra a direção de flexão. Nesse caso, essa configuração é obtida de tal modo que na região da flexão máxima a distância do fuso em relação à parede de perfuração na direção de flexão e contra esta seja aproximadamente igual. Isso leva a que nessa região o vão é obtido com uma largura de vão aproximadamente constante entre o fuso e a parede interna de perfuração. A dimensão do vão que circunda todos os fusos, o qual apresenta a forma aproximada de um “8” no caso de uma perfuração de rolamento constituída por duas perfurações, entra no cálculo da quantidade transportada. Isso porque por esse vão ocorre um certo vazamento, isto é, uma certa quantidade de fluido que não é transportada. Quanto maior o vão, respectivamente a seção transversal de vão circundante, maior será essa fração de vazamento.

[0004] Consequentemente, a invenção se baseia no problema de disponibilizar uma bomba de fluido helicoidal aperfeiçoada em relação a isso.

[0005] Para a solução desse problema, em uma bomba de fuso helicoidal do tipo mencionado ao início é previsto, de acordo com a invenção, que cada perfuração seja projetada em forma de furo longitudinal com um primeiro eixo de simetria mais longo e com um segundo eixo de simetria mais curto disposto ortogonalmente ao primeiro, sendo que o primeiro eixo de simetria mais longo corre na direção de flexão.

[0006] Nesse sentido, a bomba de fuso helicoidal de acordo com a invenção não apresenta nenhuma perfuração central, ou seja, circular, como é usual até hoje no estado da técnica, mas sim perfurações em forma de furo longitudinal, ou seja, perfurações que não possuem nenhum raio inequívoco, mas sim que são definidas por meio de dois eixos de simetria diferentes, dispostos ortogonalmente um em relação ao outro. A perfuração em forma de furo longitudinal apresenta um primeiro eixo de simetria mais longo, bem como um segundo eixo de simetria mais curto disposto ortogonalmente ao primeiro. O eixo de simetria mais longo corre na direção de flexão e o eixo de simetria mais curto corre ortogonalmente em relação ao primeiro. Essa configuração tem a vantagem de que, por um lado, é possível uma flexão contínua sem dificuldades, pois, depois que ocorra a flexão ao longo do eixo de simetria mais longo, obtém-se um espaço suficiente dentro da perfuração, o qual garante que o fuso, respectivamente o seu perfil helicoidal, não corra contra a parede interna de perfuração. No entanto, na direção ortogonal a isso, onde não ocorre nenhuma deformação, devido ao formato de furo longitudinal, é possível reduzir a distância entre as superfícies de parede opostas da perfuração, de tal modo que, no conjunto, vista na direção do segundo eixo de simetria, resulte uma largura vão menor do que na direção do primeiro eixo de simetria. Portanto, devido a essa geometria de perfuração em forma de furo longitudinal, toda a área de seção transversal de vão pode ser reduzida consideravelmente, pois, devido à execução em forma de furo longitudinal com eixos de simetria mais longo e mais curto, não resulta nenhum vão arredondado circundando o respectivo fuso, apresentando uma largura constante em torno da circunferência, mas sim um vão com uma largura de vão variável em torno da circunferência. Dependendo de quão próximas as regiões opostas de parede interna de perfuração no eixo de simetria mais curto se desloquem para o fuso, resultará uma redução correspondentemente forte da largura de vão, que se expressará também em uma redução correspondentemente grande de toda a seção transversal de vão.

[0007] Através da redução dessa seção transversal de vão também resulta obrigatoriamente uma redução considerável do volume de vazamento ao longo da faixa de intervalo de pressão residual, sendo que testes descreveram que uma redução de até 25% ou mais é possível sem dificuldades.

[0008] Com isso, a bomba de fuso helicoidal de acordo com a invenção, respectivamente a geometria de perfuração prevista de acordo com a invenção possibilita, por um lado, uma operação da bomba sem problemas e com pouco desgaste, pois uma deformação por flexão do fuso, resultante da pressão de flexão hidráulica, é possível sem problemas e sempre se obtém uma distância suficiente em relação às paredes de perfuração adjacentes na direção do eixo de simetria mais longo, bem como, ao mesmo tempo, devido ao diâmetro reduzido de vão na direção do eixo de simetria mais curto se obtém uma redução considerável da toda a seção transversal de vão e, consequentemente, do volume de vazamento. Disso resulta, por um lado, uma distribuição extremamente pobre em desgaste, embora, por outro lado, também uma operação de transporte nitidamente mais eficiente em comparação com a geometria de perfuração circular atual.

[0009] Para possibilitar que também no presente documento, na direção do primeiro eixo de simetria mais longo a distância do fuso, respectivamente do perfil de fuso, na direção do primeiro eixo de simetria mais longo também seja aproximadamente igual para ambos os lados, é conveniente que os fusos, respectivamente os seus eixos de fuso, no estado sem carga, sejam dispostos de modo deslocado em relação ao centro do primeiro eixo de simetria, ou seja, também no presente documento sejam posicionados de modo quase excêntrico. Nesse caso, conforme exposto, o local da mesma distância se refere, por último, à região da maior flexão de fuso, sendo que essa região se situa, usualmente, na região central de fuso.

[0010] Nesse caso, a disposição é convenientemente tal que os fusos estejam posicionados de modo que, no caso de uma pressão diferencial definida entre um lado de sucção e um lado de pressão da bomba ou dentro de um intervalo definido de pressão diferencial, a largura do vão entre os perfis helicoidais e a parede interna de perfuração na direção do primeiro eixo de simetria seja maior do que a largura do vão na direção do segundo eixo de simetria. Isso significa que a disposição dos fusos é definida de tal modo que no caso de flexão a distância do perfil helicoidal em relação à parede interna de perfuração na direção do primeiro eixo de simetria para as duas direções axiais seja sempre maior do que a distância, respectivamente a largura de vão, no segundo eixo de simetria ortogonal. Nesse sentido, na direção do segundo eixo de simetria, quando em operação, o vão é sempre mais estreito do que na direção do primeiro eixo de simetria. Com isso se torna possível, basicamente, ajustar condições simétricas na direção dos dois eixos de simetria nessa região de flexão.

[0011] Conforme descrito, cada perfuração está projetada como perfuração em forma de furo longitudinal com dois eixos de simetria de comprimentos diferentes e dispostos ortogonalmente um em relação ao outro. Uma perfuração desse tipo pode ser formada, por exemplo, por meio de uma ferramenta de fresar, que possibilita incorporar não apenas uma perfuração cilíndrica, senão que também prolongá-la minimamente na direção do primeiro eixo de simetria para gerar uma forma de furo longitudinal. Além disso, há a possibilidade alternativa de prolongar a perfuração através de polimento de uma perfuração cilíndrica para gerar uma forma de furo longitudinal. Portanto, em primeiro lugar incorporase uma perfuração cilíndrica simples, que, então, será polida de modo definido para a formação do eixo de simetria mais longo. Outra possibilidade alternativa de configuração de uma perfuração prevê, contrariamente, que cada perfuração seja formada por duas perfurações individuais separadas que se cortam mutuamente, cujos eixos de perfuração se encontram deslocados um em relação ao outro na direção de flexão. Consequentemente, cada perfuração é constituída por duas perfurações individuais que se cortam mutuamente. Elas se encontram deslocadas minimamente uma em relação à outra na direção de flexão, isto é, seus eixos de perfuração estão distanciados minimamente na direção de flexão, mais precisamente pela distância da flexão máxima esperada, que pode se situar na faixa de 0,1 – 0,3 mm. A configuração da perfuração através de duas perfurações individuais separadas tem a vantagem, por um lado, de que a perfuração como tal pode ser facilmente incorporada, pois a configuração das perfurações requer apenas um movimento linear simples da furadeira. Além disso, pode-se usar uma furadeira que apresente um diâmetro menor do que uma furadeira que seja usada para a produção de uma perfuração centralizada circular, tal como é usual no estado da técnica até hoje, (isso também se aplica igualmente ao uso de uma fresa; também ela pode ser escolhida com um diâmetro menor). Isso porque basta assegurar que o diâmetro das duas perfurações individuais seja suficientemente grande; que o fuso, visto na direção do segundo eixo de simetria, esteja ainda suficientemente distante da parede de perfuração, mesmo que seja por um vão nitidamente mais estreito, depois que houver espaço suficiente para a absorção da flexão na direção do primeiro eixo de simetria. Na configuração de duas perfurações individuais que se cortam mutuamente, na região de corte, ou seja, na direção do segundo eixo de simetria, permanece um segmento mínimo, respectivamente um ressalto de apoio mínimo, em função da geometria, que se estende para dentro da perfuração apenas em poucos micrometros devido ao deslocamento apenas mínimo dos eixos de perfuração. Isso, de fato, estreita o vão marginalmente, embora sua altura seja tão pequena que em nenhum caso ela tem efeito desvantajoso sobre o movimento do fuso na e contra a direção de flexão, sendo que especialmente na direção do segundo eixo de simetria não ocorre nenhuma deformação do fuso.

[0012] As duas perfurações individuais se estendem, convenientemente, por todo o comprimento da caixa, simplificando assim a configuração dela. Conforme descrito, no caso da caixa pode se tratar de uma caixa completa, respectivamente de um bloco de caixa central, que é fechado tão simplesmente por meio de duas tampas. Alternativamente, no caso da caixa também se pode tratar de uma inserção que seja inserida em uma caixa externa correspondente.

[0013] Alternativamente à configuração em que as duas perfurações individuais de cada perfuração se estendem por todo o comprimento de caixa, também pode ser possível, segundo uma variante de acordo com a invenção, que cada perfuração seja constituída por duas seções de perfuração que se conectam uma à outra axialmente, sendo que os eixos centrais de cada seção de perfuração estão posicionados um contra o outro. Nessa configuração da invenção, portanto, cada perfuração é formada por duas seções de perfuração separadas, sendo que cada seção de perfuração também é formada por duas perfurações individuais separadas, tal como descrito precedentemente. Naturalmente, as seções de perfuração continuam uma na outra, embora não estejam em disposição axial, respectivamente não estejam alinhadas axialmente uma com a outra, mas sim estão dispostas em ângulo uma em relação à outra marginalmente. O posicionamento é escolhido de tal modo que através disso a geometria de flexão do fuso seja reproduzida aproximadamente. Isso significa que cada seção de perfuração, que começa em um lado de caixa e que corre para o centro de caixa, corre de modo minimamente inclinado, de tal modo que, olhando-se em corte transversal, resulta quase uma forma de V mínima, sendo que o vértice do V aponta na direção de flexão. Portanto, essa geometria de perfuração capta a geometria de flexão de fuso, de tal modo que a geometria de perfuração se adapte de modo ainda melhor às condições reais e especialmente o vão, resultante da forma de furo longitudinal e adaptado à flexão, fique adaptado de modo ainda melhor à flexão de fuso, olhando-se na direção axial.

[0014] De preferência, no caso da bomba de fuso helicoidal se trata de uma bomba de fluxo duplo, isto é, cada fuso helicoidal apresenta dois perfis helicoidais axialmente adjacentes e ascendentes de modo diametralmente oposto, que são previstos, de preferência, aproximadamente na região do centro longitudinal dos respectivos fusos helicoidais, respectivamente aproximadamente simetricamente ao eixo longitudinal. No caso dessa forma de bomba de fluxo duplo são previstos perfis helicoidais correspondentes, que correm em direções opostas, os quais se estendem a partir da região do centro de fuso na direção das extremidades de fuso, onde está apoiado o fuso. Alternativamente, no entanto, também pode se tratar de uma bomba de um fluxo, na qual cada fuso apresenta apenas um perfil helicoidal ascendente em uma direção.

[0015] A bomba de fuso helicoidal propriamente é uma pura bomba de líquido. No entanto, alternativamente também se pode tratar de uma bomba multifásica, que, portanto, além de um líquido puro também pode transportar uma mistura de líquido e gás.

[0016] Além da bomba de fuso helicoidal propriamente, a invenção também se refere a uma caixa para uma bomba de fuso helicoidal do tipo descrito. A caixa apresenta uma perfuração de rolamento, constituída por pelo menos duas perfurações que se cortam mutuamente para a recepção de cada fuso, sendo que os fusos apresentam, por seções, perfis helicoidais que engrenam um no outro e se deformam por flexão em uma direção de flexão definida durante a operação da bomba de fuso helicoidal por meio de uma pressão de flexão hidráulica. Essa caixa, que pode se tratar de própria caixa de bomba ou de uma inserção em uma caixa externa, se caracteriza, de acordo com a invenção, pelo fato de que cada perfuração está projetada em forma de furo longitudinal com um primeiro eixo de simetria mais longo e um segundo eixo de simetria mais curto disposto ortogonalmente em relação ao primeiro, sendo que o primeiro eixo de simetria mais longo corre na direção de flexão.

[0017] Nesse caso, de preferência, cada perfuração é formada por duas perfurações individuais separadas que se cortam mutuamente, cujos eixos de perfuração estão deslocados um em relação ao outro na direção de flexão. Alternativamente, a perfuração em forma de furo longitudinal também pode ser projetada como uma perfuração fresada, isto é, a fresa é conduzida correspondentemente para o prolongamento da perfuração mediante a formação do eixo de simetria mais longo. Outra alternativa prevê que a perfuração em forma de furo longitudinal seja polida a partir de uma perfuração cilíndrica, isto é, que através de polimento seja removido material de modo direcionado localmente, para configurar o eixo de simetria mais longo.

[0018] Cada uma das duas perfurações individuais pode se estender por todo o comprimento da caixa, isto é, toda a perfuração é constituída por essas duas perfurações individuais que correm axialmente. Alternativamente a isso é concebível que cada perfuração seja constituída por duas seções de perfuração que se conectem uma a outra axialmente, sendo que os eixos centrais de cada seção de perfuração e, consequentemente, os eixos centrais das perfurações individuais de uma seção de perfuração ficam posicionados um contra o outro em relação aos da outra seção de perfuração. No presente documento, portanto, cada seção de perfuração é formada por duas perfurações individuais separadas, sendo que seus eixos de perfuração ficam posicionados minimamente um em relação ao outro, ou seja, assumem um ângulo diferente de 180º entre si e não se alinham um com o outro. Isso possibilita inclinar toda a geometria de perfuração seguindo minimamente a linha de flexão.

[0019] Além disso, a invenção também se refere a um processo para a produção de uma caixa para uma bomba de fuso helicoidal do tipo descrito precedentemente, abrangendo uma perfuração de rolamento formada por pelo menos duas perfurações que cortam mutuamente. Esse processo se caracteriza pelo fato de que para a configuração de cada perfuração, pelo menos duas perfurações individuais separadas que se cortam mutuamente, cujos eixos de perfuração estão deslocados um em relação ao outro, são perfuradas em um corpo de caixa. As duas perfurações individuais, respectivamente os seus eixos de perfuração, estão deslocadas uma em relação à outra em uma direção de flexão definida previamente.

[0020] Além disso, pode ser previsto que as perfurações individuais se estendam por todo o comprimento do corpo de caixa. Alternativamente, cada perfuração também pode ser constituída por duas seções de perfuração que se conectam axialmente uma à outra, sendo que os eixos centrais de cada seção de perfuração são posicionados um contra o outro, sendo que para a configuração das seções de perfuração, nos dois lados mutuamente opostos do corpo de caixa são perfuradas respectivamente duas perfurações individuais separadas. As seções de perfuração, respectivamente as perfurações individuais, se encontram no centro de caixa, onde está a região da flexão máxima de fuso.

[0021] Outras vantagens e detalhes da presente invenção são obtidas a partir dos exemplos de execução descritos a seguir, bem como com base nos desenhos. Nestes mostra-se:

[0022] Figura 1: uma vista em perspectiva de uma bomba de fuso helicoidal de acordo com a invenção, no estado parcialmente cortado;

[0023] Figura 2: a caixa interna recortada, junto com dois fusos da bomba de fuso helicoidal da figura 1;

[0024] Figura 3: uma vista lateral frontal da caixa da figura 2, mediante a exposição da perfuração de rolamento;

[0025] Figura 4: uma exposição de princípio para a configuração das duas perfurações que formam a perfuração de rolamento, respectivamente constituídas por duas perfurações individuais que se cortam mutuamente;

[0026] Figura 5: uma exposição de princípio de uma perfuração em forma de furo longitudinal, junto com fuso aí fora de eixo no estado sem carga;

[0027] Figura 6: a disposição a partir da figura 5 com fuso sob carga;

[0028] Figura 7: uma exposição de princípio de uma perfuração centralizada, com fuso disposto fora de eixo segundo o estado da técnica;

[0029] Figura 8: a disposição a partir da figura 7, com fuso sob carga, e

[0030] Figura 9: uma exposição de princípio de uma bomba de fuso helicoidal, respectivamente de uma caixa, com duas seções de perfuração posicionadas sob um ângulo um em relação ao outro.

[0031] A figura 1 mostra, na forma de uma vista em perspectiva parcialmente recortada, uma bomba de fuso helicoidal 1 de fluxo duplo de acordo com a invenção, abrangendo uma caixa externa 2 com uma caixa interna 3 projetada como inserção, na qual, como se observa na figura 2, estão dispostos dois fusos 4, 5, os quais servem para a sucção, transporte e descarga de um fluido ou de uma mistura de gás e líquido. Para tanto, pelo lado da caixa é prevista uma entrada, tal como mostrado pela seta P1, através da qual se aspira o fluido. Através de uma saída, não mostrada detalhadamente, disposta em 90 graus no exemplo mostrado, tal como mostrado pela seta P2, descarrega-se o fluido sob pressão.

[0032] Os dois fusos 4, 5 apresentam, respectivamente, dois perfis helicoidais 6, 7, respectivamente 8, 9, sendo que os respectivos pares de perfil helicoidal 6, 7 e 8, 9 apresentam passos que correm em direções opostas. Isso significa que se trata de uma bomba de fuso helicoidal de fluxo duplo 1. Nesse caso, de modo em si conhecido, os perfis helicoidais 6 e 8 engrenam um no outro, assim como os perfis helicoidais 7 e 9.

[0033] Os dois fusos helicoidais 4,5 estão sustentados e apoiados giratoriamente na região de suas respectivas extremidades por meio de elementos de mancal correspondentes 10, 11, respectivamente 12, 13, sendo que no caso dos elementos de mancal 10 – 13 geralmente se trata de mancais deslizantes.

[0034] Os dois fusos 4, 5 estão alojados em uma perfuração de rolamento 14, que apresenta a forma de um “8 deitado” e é mostrada na figura 3 como exposição de princípio. A figura 3 mostra uma vista frontal da caixa 3 com olhar sobre a perfuração de rolamento 13, que se estende axialmente em linha reta através da caixa 3.

[0035] A perfuração de rolamento 14 é constituída por duas perfurações separadas 15, 16, que se cortam mutuamente, de tal modo que resultam dois ressaltos de apoio centrais 17. Em cada perfuração 15, 16 acha-se alojado um fuso 4, 5 que gira nela, sendo que um fuso é o fuso de acionamento acoplado com um motor de acionamento, enquanto o outro fuso é o fuso de rolamento. No exemplo mostrado, por exemplo, o fuso 5 é o fuso de acionamento, enquanto o fuso 4 é o fuso de rolamento seguinte. Os fusos 4, 5 estão alojados na perfuração de rolamento 14, respectivamente nas perfurações 15, 16, com distância em relação à parede interna de perfuração adjacente, de tal modo que eles podem girar sem entrar em contato. Consequentemente, forma-se um vão que circunda os dois fusos 4, 5, o qual também apresenta a forma de um “8 deitado”.

[0036] De acordo com a invenção, cada uma das perfurações 15, 16 está projetada em forma de furo longitudinal, isto é, cada perfuração 15, 16 não é nenhuma perfuração circular, mas sim apresenta um eixo de simetria mais longo e outro mais curto. Naturalmente, as duas perfurações 15, 16 se cortam mutuamente, embora, não obstante, a cada perfuração deve ser atribuída uma geometria de furo longitudinal específica e definida.

[0037] A figura 4 mostra uma exposição de princípio relacionada a isso. São mostradas as duas perfurações 15, 16. Cada perfuração 16, 16 é constituída por duas perfurações individuais 18, 19 que se cortam mutuamente no caso da perfuração 15, bem como 20, 21 no caso da perfuração 16. Os dois pares de perfuração individual 18, 19, respectivamente 20, 21, apresentam eixos de perfuração ou eixos centrais correspondentes Z1 e Z2, que no presente documento, no entanto, estão distanciados um do outro em uma direção de flexão R. Essa direção de flexão R é a direção na qual se deforma por flexão o respectivo fuso 4, 5, devido à pressão de flexão hidráulica obtida na caixa 3, resultante da diferença de pressão entre o lado de sucção e o lado de pressão. Essa flexão é, de fato, mínima, embora dada, resultante do apoio, quase pelo lado da extremidade, dos fusos 4, 5 por meio dos elementos de mancal 10 -13. Essa deformação por flexão definida que ocorre na direção de flexão R leva, então, a que os perfis helicoidais 6, 7, 8, 9 modifiquem minimamente a sua posição em relação à parede interna de perfuração, comparada com o estado sem carga, de tal modo que, como ainda será abordado a seguir, o vão correspondente que circunda o respectivo fundo 4, 5, respectivamente o perfil helicoidal 6 – 9 correspondente, varie em sua largura.

[0038] Na figura 4, as respectivas perfurações individuais 18, 19, respectivamente 20, 21, estão distanciadas uma da outra com seus eixos centrais Z1 de modo nitidamente ampliado em torno da medida da distância a, apenas por motivos de clareza. Na realidade, a medida de distância a comporta apenas 0,1 – 0,3 mm, por exemplo, ou seja, mínima, ainda que seja mensurável.

[0039] Esse deslocamento das perfurações individuais 18, 19 na direção de flexão R leva, então, a que a perfuração 15, 15 resultante tenha uma geometria em forma de furo longitudinal, ou seja, não mais uma forma de perfuração circular, respectivamente uma forma de parede interna circular, mas sim uma forma de perfuração ligeiramente estendida longitudinalmente. Portanto, cada perfuração individual 15, 16 apresenta um primeiro eixo de simetria S1 mais longo, que se estende na direção de flexão R, bem como um segundo eixo de simetria S2 mais curto, que está disposto ortogonalmente em relação ao primeiro. Para a perfuração 15 são mostrados os eixos de simetria S1, S2; a geometria da perfuração 16 é idêntica. A diferença de comprimento entre os eixos de simetria S1 e S2 correspondente, em última instância, à medida de distância a entre os dois eixos centrais Z1, Z2, ou seja, ela também comporta cerca de 0,1 – 0,3 mm.

[0040] Conforme descrito, na figura 4 se trata de uma simples exposição de princípio com respectivas perfurações individuais 18, 19, respectivamente 20, 21, que estão exageradamente distantes uma da outra. Disso resulta na figura 4 um ressalto de apoio, respectivamente no lado direito da perfuração 15, respectivamente no lado esquerdo da perfuração 16. No entanto, na realidade ele só está nítido marginalmente no deslocamento axial a mínimo dado; ele tem uma altura de poucos micrometros e, consequentemente, não impede o movimento de fuso, respectivamente a deformação por flexão do fuso, e não tem nenhuma influência sobre o funcionamento da bomba.

[0041] O funcionamento dessa configuração das perfurações 15, 16 em forma de furo longitudinal, em comparação com uma perfuração meramente central que é usual no estado da técnica atual, se tornará claro com base nas figuras 5 e 6 em comparação com as figuras 7 e 8. A figura 5 mostra, na forma de uma exposição de princípio, uma perfuração 15 em forma de furo longitudinal, que no presente documento é mostrada fechada para fins de descrição e exposição (naturalmente, a descrição que se segue expondo o princípio básico também se aplica na mesma medida à segunda perfuração 16 em forma de furo longitudinal, a qual junto com a perfuração 15 se complementa para formar a perfuração de rolamento 14 em forma de 8. Além disso, como exposição de princípio mostra-se o fuso 4, respectivamente a circunferência externa do perfil helicoidal 6. Como mostra a figura 5, no exemplo apresentado, entre a parede interna 22 da perfuração 15 em forma de furo longitudinal e a circunferência externa 23 do perfil helicoidal 6 forma-se um espaço de vão 24 que circula em forma de anel, no qual, durante o funcionamento para o transporte, o fluido se acumula (na perfuração de rolamento, o vão a ser alocado à respectiva perfuração 15, 16 tem apenas a forma de segmento anelar, sendo que os segmentos anelares se completam para assumir a forma de “8”). Além disso, mostra-se o primeiro eixo de simetria mais longo S1, bem como o segundo eixo de simetria mais curto S2. Também se mostra o diâmetro D do fuso 4, bem como o eixo longitudinal, respectivamente o eixo central ZS dele. Este está visivelmente distanciado em uma medida de distância b em relação ao centro longitudinal, respectivamente ao eixo central Z, da perfuração 15 e, de fato, contra a direção de flexão R. Isso significa que, visto na figura 5, ele se encontra um pouco deslocado para cima a partir do centro da perfuração 15. Por fim, a medida de distância b corresponde à medida de distância a, pela qual estão deslocadas as duas perfurações individuais 18, 19, por meio das quais é formada a perfuração 15.

[0042] Quando em operação, se uma pressão de flexão hidráulica atuar na direção da direção de flexão R sobre o fuso 4, então este flexionará ligeiramente. A figura 6 mostra essa situação operacional, sendo que aí é mostrada a região de flexão máxima de fuso. Visivelmente, o eixo central ZS do fuso 4 e o eixo central Z da perfuração 15 coincidem, como exemplo. Portanto, o fuso 4 flexiona na perfuração 15 um pouco para baixo. Isso faz com que a largura B1 do vão que no presente documento é anelar ou do espaço de vão 24, olhando-se na direção do primeiro eixo de simetria mais longo S1 e, consequentemente, na direção de flexão R, seja aproximadamente igual, comparando-se com o estado sem carga. No entanto, olhando-se na direção do segundo eixo de simetria mais curto S2, a largura B2 do espaço de vão 24 é nitidamente mais estreita. A largura de espaço de vão se modifica, portanto, em torno da circunferência, respectivamente aperta-se o laço desde o ponto axial superior e inferior sobre o primeiro eixo de simetria S1 até os pontos axiais laterais sobre o segundo eixo de simetria S2, o que também ocorre no caso de uma perfuração de rolamento. Isso resulta da circunstância de que as duas perfurações individuais apresentam, respectivamente, um diâmetro de perfuração d1, respectivamente d2, que é um pouco menor do que o diâmetro que seria apresentado por uma simples perfuração central. Uma tal perfuração centralizada 25, como seria prevista no estado da técnica, está assinalada na figura 6 em tracejado. Visivelmente, o diâmetro de uma perfuração central desse tipo corresponderia ao comprimento do primeiro eixo de simetria mais longo S1. Olhando-se na direção do segundo eixo de simetria mais curto S2, a comparação na figura 6 mostra claramente que a largura B2 do espaço de vão 24 é nitidamente menor em comparação com a situação no caso de uma perfuração centralizada 25. Como mostra ainda a figura 6 claramente, disso resulta que toda a superfície de seção transversal do espaço de vão 24 na configuração de uma perfuração 15 em forma de furo longitudinal é claramente menor em comparação com a superfície de seção transversal na configuração de uma perfuração centralizada 25, que também leva a que um eventual volume de vazamento possa ser claramente reduzido e, consequentemente, o volume transportado, assim como a eficiência da bomba de fuso helicoidal possam ser melhorados.

[0043] As figuras 7 e 8 mostram, para fins de comparação, a disposição do fuso 4 em uma perfuração centralizada 25, ou seja, em uma perfuração com um diâmetro constante, que corresponde ao comprimento do primeiro eixo de simetria S1. Também no presente documento, o eixo central ZS do fuso 4 encontra-se fora de eixo em relação ao eixo central Z da perfuração centralizada circular 25, ou seja, também no presente documento ocorre uma saída de eixo em relação à direção de flexão R.

[0044] Se, então, quando em operação, o fuso 4 for submetido a carga, ele se deformará por flexão ligeiramente, tal como mostrado na figura 8. Visivelmente, o fuso 4 se situa, então, quase centralizadamente na perfuração centralizada 25. Resulta um espaço de vão anelar 24 circundante, o qual apresenta aproximadamente a mesma largura B1 em torno de toda a circunferência, ou seja, a largura de vão tal como é dada na configuração de acordo com a invenção apenas no ponto axial superior e inferior. Visivelmente, a superfície de seção transversal obtida na figura 8 do espaço de vão anelar 24 é claramente maior do que a superfície do espaço de vão 24 segundo a figura 6.

[0045] A redução de acordo com a invenção da área do espaço de vão, respectivamente da distância da parede interna de perfuração em relação ao fuso, olhando-se no plano do segundo eixo de simetria mais curto S2, resulta da configuração em forma de furo longitudinal e da circunstância de que ela proporciona a possibilidade de produzir a respectiva perfuração a partir de duas perfurações individuais, cujo respectivo diâmetro individual d1, d2 é menor do que o diâmetro d de uma perfuração cilíndrica, que seria igualmente apropriada para absorver a deformação por flexão do fuso. Isso significa que d1, d2 < d.

[0046] Ainda que descrito acima que a respectiva perfuração 15, 16 é formada por duas perfurações individuais 18, 19, respectivamente 20, 21, que são incorporadas sucessivamente e que se cortam mutuamente, basicamente também existe a possibilidade de formar a respectiva perfuração 15, 16 por meio de uma fresa, a qual, por um lado, incorpora uma perfuração e, por outro lado, no entanto, também pode ser movida ligeiramente na direção de flexão, a fim de se produzir a geometria de furo longitudinal. Também esta apresenta um diâmetro que é menor do que o de uma furadeira que usualmente forma uma perfuração centralizada como no estado da técnica.

[0047] No exemplo de execução das figuras descritas acima, cada perfuração 15, 16 se estende linearmente através da caixa 3. Alternativamente a isso, no entanto, há a possibilidade de configurar a respectiva perfuração 15, 16 a partir de duas seções de perfuração que se conectam uma à outra, cujos eixos centrais estão posicionados ligeiramente um contra o outro, para, por meio dessa configuração das seções de perfuração quase em ângulo uma em relação à outra, absorver a forma da flexão de fuso resultante. Uma exposição básica de uma disposição desse tipo é mostrada na figura 9. Lá mostra-se, como exemplo, a caixa 3 e a perfuração 15. Esta é constituída por duas seções de perfuração 15a, 15b, sendo que cada seção de perfuração também é formada por duas perfurações individuais separadas 18a, 19a, respectivamente 18b, 19b, que se cortam mutuamente, tal como descrito precedentemente em relação à primeira alternativa da invenção. Isso significa que também no presente documento as perfurações individuais 18a, 19a, respectivamente 18b, 19b, estão deslocadas minimamente na ordem de grandeza da medida de distância a na direção de flexão. Visivelmente, as seções de perfuração 15a, 15b não estão alinhadas uma com a outra, mas sim estão posicionadas sob um ângulo α ≠ 180º uma em relação à outra, ou seja, estão inclinadas, respectivamente posicionadas, quase centralizadamente na direção de flexão R.

[0048] Além disso, a figura 9 mostra esquematicamente a trajetória do eixo central ZS do fuso 4, que devido à flexão do fuso obrigatoriamente também está ligeiramente arqueado. O posicionamento angulado das seções de perfuração 15a, 15b assume, então, aproximadamente essa trajetória de linha de flexão ou essa trajetória arqueada do eixo, de tal modo que, por último, a perfuração 15 quase angulada ou dobrada, que é obtida no conjunto, encontra-se melhor adaptada à geometria de fuso resultante do esforço de carga hidráulica.

[0049] Também no presente documento, naturalmente, a flexão e o posicionamento angulado são mostrados claramente de forma exagerada, apenas por razões de exposição. Na realidade, o ângulo α comporta apenas poucos minutos.

[0050] Ainda que os exemplos de execução descritos, especialmente as figuras 1 – 4, mostrem uma bomba de fuso helicoidal de duplo fluxo com dois fusos, também se pode tratar de uma bomba de fuso helicoidal de um fluxo, onde, portanto, em cada fuso só é previsto um perfil helicoidal. Além disso, podem ser previstos mais do que dois fusos, isto é, um fuso de trabalho central e dois fusos móveis paralelos. Basicamente, a configuração em forma de furo longitudinal de acordo com a invenção da respectiva perfuração de fuso pode ser usada em geral lá onde quando em operação, devido às condições de pressão hidráulica, ocorra uma flexão de fuso que deva ser compensada.

Claims (15)

1. Bomba de fuso helicoidal, abrangendo uma caixa (3) com uma perfuração de rolamento (14) constituída de pelo menos duas perfurações (15, 16) que se cortam mutuamente, nas quais se acha respectivamente alojado um fuso (4, 5), sendo que os fusos (4, 5) apresentam, por seções, perfis helicoidais (6, 7, 8, 9) que engrenam um no outro, e se deformam por flexão em uma direção de flexão definida (R) durante a operação por meio de uma pressão de flexão hidráulica, caracterizada pelo fato de que cada perfuração (15, 16) está executada em forma de furo longitudinal com um primeiro eixo de simetria mais longo (S1) e um segundo eixo de simetria mais curto (S2) que está disposto ortogonalmente ao outro, sendo que o primeiro eixo de simetria mais longo (S1) corre na direção de flexão (R).
2. Bomba de fuso helicoidal de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os fusos (4, 5), no estado sem carga, estão dispostos de modo deslocado em relação ao centro (Z) do primeiro eixo de simetria S (1).
3. Bomba de fuso helicoidal de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que os fusos (4, 5) estão posicionados de um modo tal que, no caso de uma pressão diferencial definida entre um lado de sucção e um lado de pressão da bomba ou dentro de um intervalo definido de pressão diferencial, a largura (B1) de um vão (24) entre os perfis helicoidais (6, 7, 8, 9) e a parede interna de perfuração (22) na direção do primeiro eixo de simetria (S1) é maior do que a largura (B2) do vão (24) na direção do segundo eixo de simetria (S2).
4. Bomba de fuso helicoidal de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que cada perfuração (15, 16) é formada por duas perfurações individuais (18, 19, 20, 21) separadas que se cortam mutuamente, cujos eixos de perfuração (Z1, Z2) estão deslocados um em relação ao outro na direção de flexão (R), ou é formada como uma perfuração fresada ou como uma perfuração polida a partir de uma perfuração cilíndrica.
5. Bomba de fuso helicoidal de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que as duas perfurações individuais (18, 19, 20, 21) se estendem por todo o comprimento da caixa (3).
6. Bomba de fuso helicoidal de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que cada perfuração (15, 16) é constituída por duas seções de perfuração (15a, 15b) que se conectam axialmente uma à outra, sendo que os eixos centrais de cada seção de perfuração (15a, 15b) estão posicionados um contra o outro.
7. Bomba de fuso helicoidal de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que cada fuso (4, 5) apresenta dois perfis helicoidais (6, 7, 8, 9) axialmente adjacentes e diametralmente opostos de modo ascendente, os quais são previstos na região do centro longitudinal dos respectivos fusos (4, 5).
8. Bomba de fuso helicoidal de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que ela é uma bomba de líquido ou uma bomba multifásica.
9. Caixa para uma bomba de fuso helicoidal (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, com uma perfuração de rolamento (14) constituída por pelo menos duas perfurações (15, 16) que se cortam mutuamente para a recepção de um respectivo fuso (4, 5), sendo que os fusos (4, 5) apresentam perfis helicoidais (6, 7, 8, 9) que engrenam um no outro por seções, e se deformam por flexão em uma direção de flexão definida (R) durante a operação da bomba de fuso helicoidal (1) por meio de uma pressão hidráulica, caracterizada pelo fato de que cada perfuração (15, 16) é executada em forma de furo longitudinal com um primeiro eixo de simetria mais longo (S1) e um segundo eixo de simetria mais curto (S2) disposto ortogonalmente ao outro, sendo que o primeiro eixo de simetria mais longo (S1) corre na direção de flexão (R).
10. Caixa de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que cada perfuração (15, 16) é formada por duas perfurações individuais separadas (18, 19, 20, 21) que se cortam mutuamente, cujos eixos de perfuração (Z1, Z2) estão deslocados um em relação ao outro na direção de flexão (R), ou é formada como uma perfuração fresada ou como uma perfuração polida a partir de uma perfuração cilíndrica.
11. Caixa de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizada pelo fato de que as duas perfurações individuais (18, 19, 20, 21) se estendem por todo o comprimento da caixa (3).
12. Caixa de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizada pelo fato de que cada perfuração (15, 16) é constituída por duas seções de perfuração (15a, 15b) que se conectam axialmente uma à outra, sendo que os eixos centrais de cada seção de perfuração (15a, 15b) estão posicionados um contra o outro.
13. Processo para a produção de uma caixa para uma bomba de fuso helicoidal de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, abrangendo uma perfuração de rolamento (14) formada por duas perfurações (15, 16) que se cortam mutuamente, caracterizado pelo fato de que para a configuração de cada perfuração (15, 16), pelo menos duas perfurações individuais separadas (18, 19, 20, 21) que se cortam mutuamente, cujos eixos de perfuração (Z1, Z2) estão deslocados um em relação ao outro, são perfuradas em um corpo de caixa ou cada perfuração com os dois eixos de simetria diferentes é fresada, ou cada perfuração é formada através de polimento de uma perfuração cilíndrica com os dois eixos de simetria diferentes.
14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as duas perfurações individuais (18, 19, 20, 21) se estendem por todo o comprimento do corpo de caixa.
15. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada perfuração é constituída por duas seções de perfuração (15a, 15b) que se conectam uma à outra axialmente, sendo que os eixos centrais de cada seção de perfuração (15a, 15b) estão posicionados um contra o outro, sendo que para a formação das seções de perfuração (15a, 15b) são perfuradas respectivamente duas perfurações individuais separadas (18a, 19a, 18b, 19b) nos dois lados do corpo de caixa opostos um ao outro.

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