BR112013002364B1 - motor ou bomba do tipo parafuso - Google Patents

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Abstract

MOTOR OU BOMBA DO TIPO PARAFUSO Uma montagem de bomba compreendendo um estator e um rotor tendo palhetas de arranjos de rosca de lado oposto é descrita. Uma folga radial é localizada entre as palhetas de estator e as palhetas de rotor de tal modo que a rotação do rotor faz com que o estator e rotor cooperem para fornecer um sistema para mover fluido longitudinalmente entre os mesmos. A operação da bomba resulta em uma vedação de fluido sendo formada através da folga radial. O aparelho descrito pode ser também operado como uma montagem de motor quando um fluido é dirigido para mover longitudinalmente entre o estator e rotor. A presença da vedação de fluido resulta em não deterioração da bomba ou eficiência de motor, mesmo quando a folga radial é significativamente maior do que os valores de folga de trabalho normais. Além disso, a presença da folga radial torna a montagem de motor/bomba ideal para uso com fluidos de alta viscosidade e/ou multifásicos.

Description

A presente invenção refere-se ao campo de motores e bombas de fluido. Mais es-pecificamente, a presente invenção se refere a uma montagem de bomba, ou em operação inversa um motor, que encontra aplicação específica para uso com fluidos de viscosidade elevada e/ou multifásicos comumente encontrados no campo de exploração de hidrocarbo- neto.
Ao explorar hidrocarbonetos é freqüentemente exigido fornecer levantamento artificial a um fluido, por exemplo, ao extrair óleo de um leito de óleo pode ser exigido empregar o auxílio de uma bomba quando a pressão do depósito de óleo é insuficiente para levar o óleo até a superfície. Diversos desenhos de bombas são conhecidos na técnica e um sumário dos tipos mais comuns empregados é fornecido abaixo.
Bombas de Cavidade de Avanço (PCP) ou bombas de deslocamento positivo operam como conseqüência de câmaras de espaço vazio distintas, formadas entre um rotor e um estator, avançando ao longo da bomba à medida que o rotor é girado no estator. Os exemplos de tais bombas e suas aplicações podem ser encontrados nas patentes US números US 4.386.654 e US 5.097.902.
A capacidade volumétrica dessas bombas é uma função direta do volume de câmara de espaço vazio, multiplicada pela taxa na qual essas câmaras de espaço vazio avançam ao longo do comprimento da bomba. A hidráulica da bomba segue princípios similares que se aplicam a bombas do tipo pistão. Tipicamente, o estator de um PCP é fabricado de elas- tômeros que tornam os mesmos vulneráveis a calor, aromáticos em óleo bruto e também limitam a potência que pode ser aplicada (devido à geração de calor de refugo, etc.) PCPs são também menos adequados para operação com gases ou fluidos contendo sólidos. Entretanto, é sabido inverter a operação de um PCP de modo que possa operar como um motor.
Bombas centrífugas operam pela rotação de diversos impulsores em alta velocidade de modo a transmitir velocidade radial considerável (energia cinética) para um fluido. O fluido é reorientado de volta para o cubo ou eixo de rotação através de um difusor de tal modo que o difusor atue para converter a energia cinética causada pelos impulsores em energia potencial (pressão / altura) enquanto dirige o fluido de volta em direção ao eixo geométrico central e para dentro da entrada do próximo impulsor. Esse processo pode ser repetido em bombas centrífugas de multi-estágios. Os exemplos de tais bombas e suas aplicações podem ser encontrados nas patentes US nos. US 7.094.016 e US 5.573.063.
Devido ao desenho inerente do mecanismo centrífugo, uma bomba centrífuga bom-beará fluido na mesma direção independente da direção de rotação dos impulsores. Bombas centrífugas são vulneráveis a bloqueio de gás. Bloqueio de gás ocorre quando há uma elevada percentagem de gás livre nas palhetas que fazem com que o líquido e gás do fluido sendo bombeado separem com uma diminuição resultante na eficiência de transferência de energia. Quando gás suficiente acumulou, o gás da bomba bloqueia e evita movimento de fluido adicional. Bombas centrífugas são também vulneráveis a dando por erosão e sólido devido ao percurso tortuoso e súbita aceleração que é fundamental para o mecanismo hi-dráulico de bombeamento ‘centrífugo’.
Bombas compressoras ou axiais trabalham, em sua forma mais simples, como a hélice de um navio ou uma aeronave. Em desenhos mais sofisticados, são empregadas em um modo similar à ventoinha na extremidade frontal ou de indução de motores turbofan de aeronaves modernas. Genericamente, compreendem um rotor com uma ou mais palhetas helicoidais ou pás formadas em sua superfície externa que é alojado em um alojamento ci-líndrico tendo uma superfície interna substancialmente lisa. Como resultado desse desenho essas bombas são freqüentemente mencionadas como bombas de hélice única e exemplos de tais bombas e suas aplicações podem ser encontrados nas patentes US nos. US 5.375.976; US 5.163.827; US 5.026.265; US 4.997.352; US 4.365.932; US 2.106.600; e US 1.624.466; patentes UK nos. GB 2.239.675 e GB 804.289; e patente francesa no. FR 719.967. A operação de uma bomba compressor ou axial pode ser invertida de modo a permitir que a mesma opere como um motor.
Bombas compressoras ou axiais de hélice dual compartilham diversas características comuns com as bombas compressoras ou axiais descritas acima. A principal diferença nesses desenhos de bomba é que além do rotor ter uma ou mais palhetas helicoidais formadas em sua superfície externa o estator também compreende palhetas helicoidais complementares formadas em sua superfície interna. Os exemplos de tais bombas e suas aplicações podem ser encontrados nas patentes US nos. US 5.275.238 e US 551.853; publicação de patente alemã no. DE 2.311.461; e publicação PCT no. WO 99/27256.
A presença das palhetas helicoidais no estator introduz diversas diferenças opera-cionais quando comparado com bombas compressoras ou axiais. No primeiro caso, bombas axiais de hélice-dual apresentam um desempenho aperfeiçoado de bomba quando comparado com bombas axiais de hélice-dual. Como resultado do arranjo de hélice-dual folgas de trabalho maiores podem ser toleradas entre o rotor e o estator do que para bombas axiais de hélice-única de dimensões comparáveis. Bombas axiais de hélice dual também fornecem uma ordem de desempenho e eficiência mais elevada acima dos 60% máximos de sua faixa operacional teórica, onde os 60% máximos são definidos como os 60% máximos da faixa de taxa de fluxo em qualquer velocidade operacional específica.
Os fluidos comumente exigidos serem artificialmente elevados durante exploração de hidrocarboneto são freqüentemente de natureza multifásica de ou de viscosidade elevada. Um fluido multifásico é um que compreende uma mistura de pelo menos uma fase de gás ou uma fase de líquido ou uma ampla faixa de dois ou mais dos seguintes constituintes: (a) Uma fase gasosa; (b) Uma fase líquida; (c) Uma fase altamente viscosa; (d) Uma fase de vapor; (e) Sólidos retidos, por exemplo, areia, incrustação, ou depósitos orgânicos (po-tencialmente até 60%).
A fase gasosa pode ser uma mistura de gás hidrocarboneto e contaminantes não hidrocarboneto como nitrogênio e dióxido de carbono.
A fase líquida pode ser uma mistura de óleo bruto normal e água, a água pode ser água produzida ou água introduzida no poço por outros motivos.
A fase altamente viscosa pode ser óleo bruto pesado ou óleo bruto extra pesado ou emulsão ou quaisquer desses com uma proporção elevada de sólidos retidos de tal modo que o material altamente viscoso apresente viscosidade de plástico considerável e/ou resistência de gel muito elevada.
Na prática, bombas roto-dinâmicas atuais, incluindo bombas de poço de óleo de fundo de poço, genericamente compreendem uma sucessão de vários estágios de compressão, tipicamente cinco a quinze estágios (porém podem ser muito mais) cada compreendendo um desenho de bomba como delineado acima. Entretanto, quando empregado para bombear fluidos multifásicos ou de viscosidade elevada verifica-se que essas bombas são incapazes de operar ou falham após apenas períodos de operação curtos. Isso é particularmente verdade quando o fluido multifásico apresenta um teor sólido elevado ou as partículas sólidas contidas são grandes.
Além disso, se o fluido multifásico compreender uma fase de vapor então isso acrescenta uma dificuldade adicional para bombas de fundo de poço convencionais. Por exemplo, e como descrito acima, os elastômeros de PCPs convencionais não sobrevivem a tal temperatura operacional elevada. Além disso, as bombas da técnica anterior podem se tornar freqüentemente danificadas por choque pela propensão das bolhas de vapor cederem. Desse modo, nenhuma das bombas roto-dinâmicas conhecidas têm a capacidade de comprimir e bombear misturas multifásicas altamente variáveis em um modo viável ou eficaz; são ineficazes, ineficientes ou danificados pelas condições do fluido.
É reconhecido na presente invenção que uma vantagem considerável deve ser obtida na provisão de uma bomba capaz de bombear um fluido de viscosidade elevada e/ou multifásico.
É adicionalmente reconhecido que uma vantagem considerável deve ser obtida na provisão de um motor capaz de ser acionado por um fluido de viscosidade elevada e/ou mul- tifásico.
Portanto, é um objetivo de um aspecto da presente invenção evitar ou pelo menos diminuir as desvantagens acima das bombas e motores conhecidos na técnica para bombear fluidos de viscosidade elevada e/ou multifásicos.
Sumário da invenção
De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é fornecida uma monta-gem de bomba compreendendo um estator e um rotor, cada sendo dotado de uma ou mais palhetas tendo uma rosca de mão oposta em relação à rosca de uma ou mais palhetas na outra e disposto de tal modo que uma folga radial seja localizada entre uma ou mais palhetas de estator e uma ou mais palhetas de rotor, o estator e rotor cooperando para fornecer, na rotação do rotor, um sistema para mover fluido longitudinalmente entre os mesmos, em que uma vedação de fluido é formada através da folga radial.
De acordo com um segundo aspecto da presente invenção é fornecida uma monta-gem de motor compreendendo um estator e um rotor, cada sendo dotado de uma ou mais palhetas tendo uma rosca de mão oposta em relação à rosca de uma ou mais palhetas na outra e disposta de tal modo que uma folga radial seja localizada entre uma ou mais palhetas de estator e uma ou mais palhetas de rotor, o estator e rotor cooperando para fornecer, em fluido movendo longitudinalmente entre os mesmos, rotação relativa do rotor e estator, em que uma vedação de fluido é formada através da folga radial.
Uma folga radial maior do que, ou igual a, 0,254 mm pode ser fornecida entre uma ou mais palhetas de estator e uma ou mais palhetas de rotor. Preferivelmente, uma folga radial maior do que, ou igual a, 1,28 mm é fornecida entre uma ou mais palhetas de estator e uma ou mais palhetas de rotor.
A presença da vedação de fluido resulta em nenhuma deterioração da eficiência do motor ou bomba mesmo quando a folga radial é significativamente maior do que 0,254 mm. Além disso, a presença da folga radial torna a montagem de motor/bomba ideal para uso com fluidos de viscosidade elevada e/ou multifásicos. Sedimento e resíduo contido em um fluido não ficarão emperrados entre o rotor e estator porém surpreendentemente a presença da folga não reduz significativamente a eficiência do dispositivo.
A folga radial pode estar na faixa de 1,28 mm a 5 mm. Tais modalidades são prefe-ridas ao comprimir um gás com uma fração de líquido não menor do que 5% de líquido na entrada da bomba. A folga radial pode estar na faixa de 5 mm a 10 mm. Tais modalidades são preferidas ao comprimir e bombear gás com uma fase líquida, um fluido altamente viscoso, um teor de sólidos elevado ou partículas grandes, por exemplo, até 10 mm em diâmetro.
O tamanho da folga radial pode ser configurado para aumentar ou diminuir ao longo do comprimento da montagem.
Preferivelmente, as palhetas de rotor são dispostas em uma superfície externa do rotor de modo a formar um ou mais canais de rotor. Em um modo similar, as palhetas de estator são dispostas em uma superfície interna do estator de modo a formar um ou mais canais de estator.
Preferivelmente, uma razão do volume para área em seção transversal dos canais de rotor é igual a, ou maior do que 200 mm.
Preferivelmente, uma razão do volume para área em seção transversal dos canais de estator é igual a, ou maior do que 200 mm.
Uma hélice formada pelas palhetas de rotor pode ter um ângulo de inclinação médio (α) que é maior do que 60° porém menor do que 90°. Entretanto, é preferível que o ângulo de inclinação médio (α) esteja na faixa de 70° a 76°. Em uma modalidade preferida o ângulo de inclinação médio (α) é 73°.
Uma hélice formada pelas palhetas de estator pode ter um ângulo de inclinação médio (β) que é maior do que 60° porém menor do que 90°. Entretanto, é preferível que o ângulo de inclinação médio (β) esteja na faixa de 70° a 76°. Em uma modalidade preferida o ângulo de inclinação médio (β) é 73°.
Mais preferivelmente, uma altura de uma ou mais palhetas de rotor é maior do que uma altura de uma ou mais palhetas de estator. Uma razão da altura de palheta de rotor para altura de Palheta de estator pode estar na faixa de 1,1 a 20. Preferivelmente, a razão da altura de Palheta de rotor para a altura de Palheta de estator está na faixa de 3,5 a 4,5. Em uma modalidade preferida, a razão da altura de Palheta de rotor para a altura de Palheta de estator é 4,2.
Uma razão do diâmetro externo de rotor para de inclinação de rotor pode estar na faixa de 0,5 a 1,5. Em uma modalidade preferida a razão do diâmetro externo de rotor para de inclinação de rotor é 1,0.
Uma razão do diâmetro interno de estator para o de inclinação de estator pode estar na faixa de 0,5 a infinito (inclinação de estator = 0). Em uma modalidade preferida a razão do diâmetro interno de estator para de inclinação de estator é 1,0. Uma ou mais lingüetas anti-rotação podem ser localizadas em cada extremidade do estator. A montagem de motor/bomba pode compreender ainda um alojamento cilíndrico no qual o rotor e estator são localizados.
Opcionalmente, o rotor é conectado a um motor por meio de um eixo central de tal modo que a operação do motor induz rotação relativa entre o rotor e o estator.
A montagem de motor/bomba compreende preferivelmente um primeiro mancal que define uma entrada para o dispositivo. Preferivelmente, a montagem de motor/bomba com-preende ainda um segundo mancal, longitudinalmente espaçado do primeiro mancal, que define uma saída para o dispositivo.
Mais preferivelmente, uma espessura de Palheta de estator é maior do que uma espessura de Palheta de rotor. Verifica-se que tal arranjo aumenta significativamente o tempo de vida operacional da montagem de motor/bomba.
O rotor pode ser revestido com um revestimento resistente à erosão, resistente à corrosão e/ou resistente a arrasto. O estator também pode ser revestido com um revestimento resistente à erosão, resistente à corrosão e/ou resistente a arrasto.
De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção é fornecida uma bomba de multiestágios em que a bomba de multiestágios compreende duas ou mais montagens de bomba de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção.
Uma ou mais montagens de bomba podem ser usadas em lados opostos de uma abertura central. Fluido pode ser portanto, puxado para dentro através da abertura central e bombeado para saídas localizadas em extremidades opostas do dispositivo.
O diâmetro das duas ou mais montagens de bomba pode diferir ao longo do com-primento da bomba de multiestágios. Isso provê um meio para compensar os efeitos de re-dução de volume devido ao colapso de uma fase gasosa à medida que a pressão no fluido é aumentada.
De acordo com um quarto aspecto da presente invenção é fornecido um motor de multiestágios em que o motor de multiestágios compreende duas ou mais montagens de motor de acordo com o segundo aspecto da presente invenção.
Uma ou mais montagens de motor podem ser usadas em lados opostos de uma abertura central. Fluido pode ser portanto puxado para dentro através da entrada central de modo a acionar braços separados da montagem de motor.
De acordo com um quinto aspecto da presente invenção é fornecida uma montagem de motor ou bomba compreendendo um estator e um rotor, cada sendo dotado de uma ou mais palhetas tendo uma rosca de mão oposta com relação à rosca de uma ou mais palhetas na outra, o estator e rotor cooperando para fornecer, na rotação do rotor, um sistema para mover fluido longitudinalmente entre os mesmos, em que uma espessura de uma ou mais palhetas de estator é maior do que uma espessura de uma ou mais palhetas de rotor.
Verifica-se que tal arranjo entre a espessura de uma ou mais palhetas de estator e espessura de uma ou mais palhetas de rotor aumenta significativamente o tempo de vida operacional da montagem de motor ou bomba.
Opcionalmente, uma folga radial maior do que, ou igual a, 0,254 mm é fornecida entre uma ou mais palhetas de estator e uma ou mais palhetas de rotor. Uma folga radial maior do que, ou igual a, 1,28 mm pode ser fornecida entre uma ou mais palhetas de estator e uma ou mais palhetas de rotor.
As modalidades do quinto aspecto da invenção podem compreender aspectos pre-feridos ou opcionais dos primeiro a quarto aspectos da invenção ou vice versa.
De acordo com um sexto aspecto da presente invenção é fornecida uma montagem de motor ou bomba compreendendo um estator e um rotor, cada sendo dotado de uma ou mais palhetas tendo uma rosca de mão oposta com relação à rosca de uma ou mais palhetas na outra, o estator e rotor cooperando para fornecer, na rotação do rotor, um sistema para mover fluido longitudinalmente entre os mesmos, em que uma altura de uma ou mais palhetas de rotor é maior do que uma altura de uma ou mais palhetas de estator.
Verifica-se que tal arranjo entre as alturas de uma ou mais palhetas de rotor e alturas de uma ou mais palhetas de estator reduz a dependência de viscosidade do desempenho da bomba.
A razão da altura de palheta de rotor para a altura de palheta de estator pode ser maior ou igual a 1,1. Opcionalmente a razão da altura de palheta de rotor para a altura de palheta de estator é maior ou igual a 1,6. Opcionalmente, a razão da altura de palheta de rotor para a altura de palheta de estator é maior ou igual a 3,5.
Opcionalmente, uma folga radial maior do que, ou igual a, 0,254 mm é fornecida entre uma ou mais palhetas de estator e uma ou mais palhetas de rotor. Uma folga radial maior do que, ou igual a, 1,28 mm pode ser fornecida entre uma ou mais palhetas de estator e uma ou mais palhetas de rotor.
As modalidades do sexto aspecto da invenção podem compreender aspectos prefe-ridos ou opcionais dos primeiro a quinto aspectos da invenção ou vice versa.
De acordo com um sétimo aspecto da presente invenção é fornecido um método de bombear um fluido de viscosidade elevada ou multifásico, o método compreendendo as etapas de: - selecionar uma folga radial entre um estator e um rotor de uma montagem de bomba dependendo da composição do fluido a ser bombeado; - selecionar uma velocidade operacional para a montagem de bomba que seja sufi-ciente para fornecer uma vedação de fluido através da folga radial.
A folga radial selecionada pode ser maior ou igual a 0,254 mm. Preferivelmente a folga radial é maior ou igual a 1,28 mm. Opcionalmente, a folga radial está compreendida na faixa de 1,28 mm a 5 mm. Alternativamente, a folga radial está na faixa de 5 mm a 10 mm.
A velocidade operacional selecionada pode estar na faixa de 500 rpm a 20.000 rpm. Preferivelmente, a velocidade operacional está na faixa de 500 rpm a 4.800 rpm.
As modalidades do sétimo aspecto da invenção podem compreender aspectos pre-feridos ou opcionais dos primeiro a sexto aspectos da invenção ou vice versa.
De acordo com um oitavo aspecto da presente invenção é fornecida uma montagem de bomba compreendendo um estator que é dotado de uma ou mais palhetas de estator, um rotor tendo um eixo de diâmetro uniforme que é dotado de uma ou mais palhetas de rotor, as palhetas de rotor e as palhetas de estator tendo uma rosca de mão oposta de tal modo que o estator e rotor cooperam para fornecer, na rotação do rotor, um sistema para
mover o fluido longitudinalmente entre os mesmos, em que uma altura de uma ou mais pa-lhetas de rotor é maior do que uma altura de uma ou mais palhetas de estator.
As modalidades do oitavo aspecto da invenção podem compreender aspectos pre-feridos ou opcionais do primeiro a sétimo aspectos da invenção ou vice versa.
Breve descrição dos desenhos
Aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes após leitura da seguinte descrição detalhada e mediante referência aos desenhos a seguir, nos quais: A figura 1 apresenta uma vista detalhada de uma montagem de estator e rotor de uma montagem de bomba de acordo com uma modalidade da presente invenção; A figura 2 apresenta uma vista montada da montagem de estator e rotor da figura 1; A figura 3 apresenta uma vista montada em seção transversal de uma montagem de bomba de acordo com uma modalidade da presente invenção; A figura 4 apresenta uma vista detalhada em seção transversal da montagem de bomba da figura 3; A figura 5 apresenta: (a) Uma vista detalhada de um mancal para a montagem de bomba da figura 3; e (b) Uma vista detalhada de um mancal alternativo para a montagem de bomba da figura 3; A figura 6 apresenta detalhe adicional da região da montagem de bomba marcada A na figura 3; A figura 7 apresenta: (a) Uma vista superior do rotor; (b) Uma vista lateral do rotor; (c) Uma vista em seção transversal da montagem de rotor e estator montada mostrando os percursos de fluxo de fluido durante operação da montagem de bomba; e (d) Uma vista em seção transversal do estator; A figura 8 apresenta quatro curvas de desempenho ilustrando a taxa de bomba ou capacidade versus diferencial de pressão através da bomba da figura 3 operando a 2.000 rpm, 3.000 rpm, 4.000 rpm e 4.800 rpm; A figura 9 apresenta três gráficos de desempenho ilustrando a taxa de bomba ou capacidade versus diferencial de pressão através da bomba da figura 3 para: (a) Uma altura de palheta de rotor / altura de palheta de estator igual a 1,1; (b) Uma altura de palheta de rotor / altura de palheta de estator igual a 1,6; (c) Uma altura de palheta de rotor / altura de palheta de estator igual a 4,2. A figura 10 apresenta uma vista montada em seção transversal de uma montagem de bomba de multiestágios de acordo com uma modalidade da presente invenção; A figura 11 apresenta uma vista montada em seção transversal de uma montagem de bomba de multiestágios alternativa de acordo com uma modalidade da presente invenção; e A figura 12 apresenta uma vista montada em seção transversal de uma montagem de bomba de multiestágios alternativa adicional de acordo com uma modalidade da presente invenção.
Descrição detalhada
Uma montagem de motor ou bomba 1 de acordo com uma modalidade da presente invenção será descrita agora com referência às figuras 1 a 6.
Em particular, as figuras 1 e 2 apresentam vistas esquemáticas detalhada e montada, respectivamente, de uma montagem de rotor e estator 2 da montagem de bomba 1. A montagem de rotor e estator 2 pode ser vista como compreendendo um rotor 3 que é cir-cundado por um estator anular 4 que é disposto para ser coaxial com, e estender em torno do rotor 3. O rotor 3 é externamente rosqueado em um sentido do lado direito pela provisão de três palhetas de rotor 5 localizadas em sua superfície externa. O estator 4 é correspondentemente internamente rosqueado em um sentido do lado esquerdo através da provisão de três palhetas de estator 6 localizadas em sua superfície interna. As palhetas de rotor 5 e as palhetas de estator 6 são rosqueadas de modo que apresentam passo igual e têm alturas radiais de tal modo que se aproximam mutuamente suficientemente estreitamente de modo a fornecer canais de rotor 7 e canais de estator 8 nos quais um fluido pode ser retido para movimento longitudinal após rotação do rotor 3. Na modalidade atualmente descrita os canais do rotor 7 são todos do mesmo comprimento e área em seção transversal. Similarmente, os canais de estator 8 são todos do mesmo comprimento e área em seção transversal.
Três lingüetas anti-rotação 9 são localizadas em cada extremidade do estator 4. As lingüetas anti-rotação 9 fornecem um meio para evitar rotação de qualquer componente do invólucro externo 15 de um mancal 14 e a montagem de rotor e estator 2, ou um mancal inteiro 14 e uma pilha de montagem de rotor e estator, devido a torque de reação operacional.
Será reconhecido por aqueles versados na técnica que em modalidades alternativas o número de palhetas de rotor 5 e/ou palhetas de estator 6 incorporadas na montagem de rotor e estator 2 pode variar, isto é, um número alternativo de partidas pode ser fornecido no rotor 3 e/ou estator 4. Em uma modalidade alternativa adicional as roscas das palhetas de rotor 5 e das palhetas de estator 6 podem ser invertidas, isto é, o rotor 3 pode ser externamente rosqueado em um sentido esquerdo enquanto o estator 4 é internamente rosquea- do em um sentido direito. Além disso, é o movimento relativo entre o rotor 3 e estator 4 que é importante para a operação da montagem de bomba 1. Desse modo, em uma modalidade alternativa a montagem de bomba 1 pode permitir que o estator 4 gire em torno de um rotor fixo 3.
Detalhe adicional da montagem de bomba 1 é apresentado nas figuras 3 a 6. Em particular, a figura 3 apresenta uma vista montada em seção transversal da montagem de bomba 1 enquanto a figura 4 apresenta uma vista detalhada de modo a destacar os compo-nentes individuais da montagem de bomba 1. Além da montagem de rotor e estator anteri-ormente descrita 2, a montagem de bomba 1 pode ser vista como compreendendo ainda um alojamento cilíndrico 10 no qual os componentes restantes são localizados. O rotor 3 é co-nectado a um motor (não mostrado) por meio de um eixo central 11 de tal modo que a ope-ração do motor induz rotação relativa entre o rotor 3 e o estator 4.
Uma entrada 12 e uma saída 13 da montagem de bomba 1 são definidas pela loca-lização de dois mancais 14 separados ao longo do eixo geométrico longitudinal do dispositivo. Os mancais 14 auxiliam a fixar a montagem de rotor e estator 2 no alojamento cilíndrico 10 enquanto reduz os efeitos de vibração mecânica no mesmo durante operação normal. A entrada 12 e saída 13 são obviamente determinadas pela orientação na qual a montagem de bomba 1 é operada, isto é, com referência à figura 3, o fluxo de fluido é substancialmente ao longo do eixo geométrico-z positivo porém pode ser invertido dependendo de se a rotação do rotor 3 é no sentido horário ou anti-horário.
Os mancais 14 são empregados para acomodar tanto cargas radiais do eixo central 11 como cargas de empuxo devido a fluidos de compressão ou bombeamento (em qualquer direção). Detalhe adicional dos mancais 14 pode ser visto nas vistas detalhadas da figura 5. Cada mancal 14 compreende um invólucro externo 15 que provê um encaixe de interferência com o diâmetro interno do alojamento cilíndrico 10. Localizado no invólucro externo 15 está um cubo de mancal 16 que compreende três palhetas de suporte estacionárias 17 montadas em um cubo de suporte central 18. As palhetas de suporte estacionárias 17 podem ser verticalmente orientadas como mostrado na figura 5(b). Alternativamente, as palhetas de suporte estacionárias 17 podem ser inclinadas, como mostrado na figura 5(a) para alinhar com a direção e ângulo de fluxo de fluido na entrada 12 e saída 13 de modo a minimizar os efeitos de turbulência nesses pontos. As palhetas de suporte estacionárias 17 podem ser inclinadas na faixa 10° - 89° para a direção do fluido que avança. Preferivelmente, as palhetas de suporte estacionárias 17 são inclinadas na faixa entre 65° e 85° para a direção de avanço de fluido. Uma bucha estacionária 19 e uma bucha giratória 20 são então localizadas entre o diâmetro interno do cubo de suporte central 18 e o eixo de acionamento central 11 da montagem de bomba 1.
Da figura 4 pode ser visto que o diâmetro interno das palhetas de estator 6 é indicado pelo numeral de referência 21 enquanto o diâmetro externo das palhetas de rotor 5 é indicado pelo numeral de referência 22. A figura 6 apresenta detalhe adicional da área marcada ‘A’ na figura 3 e é apresentado para fornecer clareza de entendimento de diversos outros parâmetros físicos da montagem de bomba 1. Em particular, a espessura e a altura das palhetas de rotor são indicadas pelos numerais de referência 23 e 24, respectivamente, en-quanto a espessura e altura das palhetas de estator são indicadas pelos numerais de referência 25 e 26, respectivamente. Como se tornará evidente a partir da seguinte discussão, a folga radial, indicada pelo numeral de referência 27, entre as palhetas de rotor 5 e palhetas de estator 6 executa uma função importante no desempenho das modalidades da montagem de bomba 1.
É prática normal na técnica projetar a folga radial 27 de modo a fornecer uma folga de trabalho entre o rotor 3 e o estator 4. Portanto, a folga radial 27 será tipicamente da ordem de 0,254 mm. Na modalidade atualmente descrita o rotor 3 e o estator 4 são projetados de tal modo que haja uma folga radial 27 maior do que a folga de trabalho normal, por exemplo, a folga radial 27 pode ser da ordem de 1,28 mm. Seria previsto que a introdução de tal folga radial 27 veria uma deterioração correspondente na eficiência e desempenho da bomba da montagem da bomba 1. De modo surpreendente, nenhuma queda significativa na eficiência de bomba é encontrada com tal tamanho de folga radial 27. Realmente, folgas radiais 27 de até 10 mm foram incorporadas na montagem de bomba 1 sem nenhuma deterioração significativa na eficiência da bomba sendo observada.
Como explicação, as figuras 7(a) e (b) apresentam uma vista superior e uma vista lateral do rotor 3, respectivamente. A figura 7(c) apresenta uma vista em seção transversal esquemática da montagem de rotor e estator 2 mostrando os percursos de fluxo de fluido 28 que se acredita estarem ocorrendo durante a operação da montagem da bomba 1. A figura 7(d) apresenta uma vista em seção transversal do estator 4. O percurso de fluxo de fluido 28 segue genericamente o percurso dos canais de rotor 7 e avança ao longo do eixo geométrico longitudinal da montagem (isto é, no eixo geométrico-z positivo). À medida que o fluido espirala em torno do percurso helicoidal uma força radial é produzida que atua sobre o fluxo de fluido fazendo com que um componente de fluxo de fluido tangencial 29 seja introduzido (isto é, fluxo no plano x-y). Acredita-se que esse fluxo radial e tangencial 29 do fluido sendo bombeado pela montagem de bomba atue eficazmente como uma vedação através da folga radial 27. Como resultado a montagem de bomba 1 é capaz de manter eficiência e desempenho de bomba embora uma folga radial não insignificante 27 esteja presente. Esse mecanismo foi confirmado pela análise dos padrões de desgaste estabelecidos durante testes de resistência e erosão realizados na montagem de bomba 1 e por testar com geometrias diferentes de palheta de estator e rotor.
A presença da folga radial 27 também é significativa em permitir que a montagem de bomba 1 seja usada com fluidos multifásicos. Sedimento e resíduo contidos em um fluido serão bombeados através da montagem 1 juntamente com o fluido quando há rotação relativa entre o rotor 3 e o estator 4. Entretanto, quando a rotação relativa é parada o sedimento e resíduo tendem a congregar nas superfícies 30 e 31 do rotor 3 e estator 4, respectivamen- te. Na ausência da folga radial 27 o sedimento e resíduo rapidamente se tornam alojados entre o rotor 3 e o estator 4 desse modo evitando rotação relativa adicional entre esses componentes quando a montagem de bomba 1 é reativada. A presença da folga radial 27, entretanto, reduz significativamente a ocorrência do rotor 3 e estator 4 emperrando desse modo tornando a montagem de bomba 1 particularmente bem adequada para uso com um fluido multifásico. Além disso, uma vez que a folga radial 27 pode ser aumentada para 10 mm e acima fluidos multifásicos contendo partículas de resíduo significativamente maiores podem ser agora bombeadas sem nenhuma deterioração significativa na eficiência da bomba.
O rotor 3 e o estator 4 podem ser formados de materiais não elastoméricos desse modo reduzindo a vulnerabilidade da montagem da bomba a calor e aromáticos em óleo bruto bem como removendo quaisquer limitações sobre a potência que pode ser aplicada. Por exemplo, o rotor 3 e o estator 4 podem ser feitos de metal, plástico ou um material cerâmico.
Na prática as dimensões da folga radial 27 são escolhidas dependendo do fluido a ser bombeado. Por exemplo, a folga é escolhida para ser da ordem de 1,28 mm ao comprimir gás seco que não comprime nenhuma fração de líquido. A folga radial 27 pode ser aumentada até 5 mm ao comprimir um gás com uma fração de líquido não menor do que 5% de líquido na entrada de bomba 12. Alternativamente, a folga radial 27 pode ser aumentada até 10 mm ao comprimir e bombear gás com uma fase líquida, um fluido altamente viscoso, um teor de sólidos elevado ou partículas grandes, por exemplo, até 10 mm em diâmetro. A folga radial 27 é preferivelmente feita maior do que o diâmetro máximo de quaisquer partículas ou fragmentos de material sólido (por exemplo, cascalhos) que se espera passar através da montagem de bomba 1.
Independente do tamanho da folga radial 27, isto é, mesmo quando é escolhido para fornecer apenas uma folga de trabalho, verifica-se que o desempenho da montagem de bomba 1 também é afetado por diversos outros parâmetros físicos dos componentes descritos acima, por exemplo, a área em seção transversal e comprimento dos canais de rotor 7 e canais de estator 6; o passo e ângulo de hélice das palhetas de rotor 5 e palhetas de estator 6; e o comprimento geral da montagem de rotor e estator 2.
O comprimento e áreas em seção transversal dos canais 7 e 8 pode variar depen-dendo da aplicação pretendida da montagem de bomba 1. Preferivelmente, entretanto, a razão do volume para área em seção transversal dos canais 7 e 8 é igual a, ou maior do que, 200 mm.
A hélice formada pelas palhetas de rotor 5 pode ter um ângulo de inclinação médio (α) que atende a seguinte desigualdade: 60° < α 90° (1)
Entretanto, é preferível que o ângulo de inclinação médio (α) esteja na faixa de 70° a 76°. Em uma modalidade preferida o ângulo de inclinação médio é 73°.
Em um modo similar, a hélice formada pelas palhetas de estator 6 pode ter um ângulo de inclinação médio (β) que atenda a seguinte desigualdade: 60° < β < 90° (2)
Novamente é preferível que o ângulo de inclinação médio (β) esteja na faixa de 70° a 76°. Em uma modalidade preferida o ângulo de inclinação médio (β) é 73°.
A razão da altura de palheta de rotor 24 para altura de palheta de estator 24 pode estar na faixa de 1,1 a 20. Em uma modalidade preferida a razão da altura de palheta de rotor 24 para altura de palheta de estator 26 é 4,2.
A razão do diâmetro externo de rotor 22 para de inclinação de rotor (isto é, a distância avançada ao longo do eixo geométrico longitudinal quando o rotor 3 gira através de 360°) pode estar na faixa de 0,5 a 1,5. Em uma modalidade preferida a razão do diâmetro externo de rotor 22 para o de inclinação de rotor é 1,0.
A razão do diâmetro interno de estator 21 para o de inclinação de estator (isto é, a distância avançada ao longo do estator 4 quando o rotor 3 gira através de 360°) pode estar na faixa de 0,5 a infinito, isto é, o ângulo de inclinação médio (β) do estator tende em direção a 90°. Em uma modalidade preferida, a razão do diâmetro interno de estator 21 para de inclinação de estator é 1,0. A figura 8 apresenta quatro curvas de desempenho ilustrando a taxa de bomba (ou capacidade) versus diferencial de pressão (ou altura) através da bomba da figura 3 em quatro velocidades operacionais diferentes, a saber 2.000 rpm 32; 3.000 rpm 33; 4.000 rpm 34; e 4.800 rpm 35 para uma bomba de acordo com uma das modalidades preferidas da invenção (como detalhado acima). A taxa de bomba pode ser vista como sendo linearmente proporcional ao diferencial de pressão através da bomba para todas as velocidades da bomba. Como resultado a montagem de bomba 1 permite bombeamento eficaz através de uma faixa muito maior de velocidades do que para bombeamento centrífugo (Bombas submersíveis elétricas convencionais, ESPs) ou PCPs convencionais. A montagem de bomba 1 foi extensamente testada sobre a faixa de velocidade de 500 rpm - 4.800 rpm com uma ampla variedade de fluidos. Em resumo verifica-se que a montagem de bomba 1 é robusta e eficaz em 500 rpm (onde a operação naquela velocidade é ótima para condições de fluido) e eficaz em até 20.000 rpm onde a operação é ótima para fluidos multifásicos de fração de vapor elevada. A operação em velocidades operacionais mais elevadas também é benéfica onde a folga radial 27 é significativa ou bem grande e a diferença de densidade entre a fase líquida e fase gasosa é bem pequena. Nessas circunstâncias as velocidades rotacionais mais elevadas fornecem a vedação assegurada de fluido através da folga radial 27.
Na prática, a folga radial 27 entre o rotor 3 e o estator 4 será selecionada depen- dendo da composição do fluido de viscosidade elevada ou multifásico que necessita ser bombeado. A montagem de bomba 1 é então operada em uma velocidade que é otimizada para as condições de fluido e que é suficiente para fornecer a vedação de fluido através da folga radial 27.
Diversos aspectos também podem ser incluídos na montagem de bomba 1 de modo a aumentar seu tempo de vida operacional e melhorar adicionalmente seu desempenho. Quando a montagem de bomba 1 da figura 3 é empregada para bombear um fluido tendo um teor elevado de areia substancialmente ao longo do eixo geométrico-z, as superfícies de desgaste de bomba que se verifica serem mais afetadas são as faces de palheta voltadas para frente do estator 36, isto é, aquelas faces perpendiculares ao eixo geométrico longitudinal e voltado para a direção de avanço do fluido. As faces de palheta voltadas para frente do rotor, correspondente, 37 não são afetadas até o mesmo ponto. Desse modo, verificou- se ser benéfico para a operação da montagem de bomba 1 que a espessura de palheta de estator 25 seja maior do que a espessura de palheta de rotor 23. Com tal arranjo o tempo de vida operacional da montagem de bomba 1 é aumentado uma vez que a suscetibilidade maior das palhetas de estator 6 do que as palhetas de rotor 5 aos efeitos de erosão é diretamente compensada.
Verificou-se também ser benéfico para a operação da montagem de bomba 1 que revestimentos resistentes a erosão, resistentes a corrosão e/ou resistentes a arrasto sejam empregados nas superfícies do rotor 3 e estator 5. Esses incluirão revestimentos de difusão de incrustação molecular no material de substrato (por exemplo, boretação, nitretação, etc.) e revestimentos que são aplicados à superfície do material de rotor e/ou estator. Com relação à montagem de bomba 1 da figura 3, aperfeiçoamento específico ao tempo de vida operacional e desempenho é encontrado quando tais revestimentos são aplicados às superfícies 30 e 31 do rotor 3 e estator 4, respectivamente.
Com o arranjo acima as taxas de erosão da montagem de bomba 1 aumentam aproximadamente linearmente com velocidade de rotação (isto é, não com velocidade rota- cional elevada à potência 3 como evidenciado por bombas da técnica anterior, por exemplo, ESPs). Portanto, velocidades de rotação aumentadas podem ser empregadas ao bombear fluidos erosivos com a montagem de bomba 1 quando comparado com aquelas bombas conhecidas na técnica.
A variação na razão da altura de palheta de rotor 24 para altura de palheta de estator 26 também fornece resultados de certo modo inesperados e surpreendentes. Genericamente, espera-se que o desempenho de uma bomba diminua à medida que a viscosidade do fluido que é empregado para bombear aumenta. Esse é particularmente o caso para bombas centrífugas, incluindo ESPs e realmente tais desenhos de bomba cessam de trabalhar totalmente em viscosidades em torno de 2.000 cP e maiores. Resultados interessantes foram entretanto obtidos para montagens de bomba 1 onde a altura de palheta de rotor 24 é feita maior do que a altura de palheta de estator 26. A figura 9 apresenta gráficos que mostram as curvas de desempenho para a mon-tagem de bomba 1 quando empregadas para bombear água e um fluido tendo uma viscosidade de 5.000 cp. Em particular, a figura 9(a) apresenta resultados onde a razão da altura de palheta de rotor 24 para a altura de palheta de estator 26 é igual a 1,1 enquanto na figura 9(b) esse valor é igual a 1,6. Embora os gráficos da figura 9(a) e 9(b) mostrem uma queda em desempenho de bomba essa perda de desempenho é significativamente mais lenta do que obtida com um ESP.
Além disso, a figura 9(c) apresenta a curva de desempenho para uma razão de altura de palheta de rotor 24 para altura de palheta de estator 26 igual a 4,2. Surpreendentemente, o gradiente da curva de água e o fluido de viscosidade de 5.000 cp são iguais. Com tal arranjo o desempenho da montagem de bomba 1 é eficazmente independente da viscosidade do fluido sendo bombeado. Teste extenso confirmou que esse efeito é fornecido quando a razão de altura de palheta de rotor 24 para altura de palheta de estator 26 é 3,5 a 4,5 e prevê-se que esse efeito será mantido para valores de razão ainda maiores.
A montagem de bomba 1 foi também extensamente testada com fluidos que apre-sentam uma viscosidade dinâmica de 0.001 pa.s (1cP) a 6.5 pa.s (6.500 cP) para determinar parâmetros de desenho ótimos. Teste mais limitado com fluidos apresentando uma viscosidade dinâmica entre 10 pa.s (10.000 cP) e 20 pa.s (20.000 cP) também foi realizado para demonstrar a eficácia da montagem de bomba 1 nessas condições. É previsto que a monta-gem de bomba 1 seja eficaz até 200 pa.s (200.000 cP) onde a viscosidade dinâmica eficaz do fluido é o produto combinado tanto de líquido viscoso como uma proporção elevada de sólidos retidos (que aumenta significativamente a viscosidade eficaz).
A montagem de bomba 1 foi também testada e provou ser eficaz em um ambiente de líquido altamente viscoso com uma proporção elevada de gás livre. Esse é um resultado surpreendente devido à folga radial significativa 27 presente e novamente é explicado pela presença de uma vedação de fluido através da folga radial 27.
O NPSH (Altura de sucção positiva líquida) da montagem de bomba 1 também é surpreendente. A montagem de bomba 1 foi testada com uma ampla gama de fluidos e pressões de admissão tanto acima como abaixo de pressão atmosférica sem efeitos adversos sobre o desempenho de bomba e confiabilidade de bomba. Essas condições de pressão de admissão muito baixas causam genericamente vibração severa e destrutiva ou quebra de elastômero de estator em ESPs e PCPs. A montagem de bomba 1 não sofre tais problemas. Essa característica específica provê a oportunidade de empregar a montagem de bomba 1 com uma combinação de tecnologias de bomba em certas aplicações de modo a aperfeiçoar taxas de produção de poço de hidrocarboneto gerais.
Diversos arranjos podem ser empregados na montagem de bomba 1 de modo a compensar pelos efeitos de redução de volume do fluido devido ao colapso de uma fase gasosa. Por exemplo, isso pode ser obtido por variar o diâmetro do eixo central 11 e cubo de rotor 3, ou o rotor 24, e altura de palheta de estator 26 sobre o comprimento da montagem 1 à medida que a pressão no fluido é aumentada.
A flexibilidade da montagem de bomba 1 é demonstrada pelo fato de que pode ser configurada de modo a comprimir e bombear um fluido multifásico tendo: (a) Uma fase de gás até 95%; (b) Uma fase líquida até 100%; (c) Uma fase altamente viscosa até 100% e preferivelmente 1.000 - 10.000 cP; (d) Uma fase de vapor até 95%; (e) Um teor de sólidos retidos (areia, incrustação, depósitos orgânicos) de 1% - 5% em peso e até 60% de sólidos; (f) Uma combinação de fase viscosa, sólidos e emulsão de água com viscosidade eficaz até 200.000 cP.
A modalidade na figura 10 mostra uma montagem de bomba de multiestágios 1b (e quando operada no inverso, um motor de multiestágios) de acordo com uma modalidade alternativa da invenção. Nessa modalidade a montagem de bomba de multiestágios 1b compreende um conjunto de montagens de rotor e estator 2 que são verticalmente espaçadas entre si por mancais intermediários compreendendo um mancal de cruzeta 38 através do qual o fluido pode passar e um mancal de empuxo 39. Fluido é bombeado através de um tubo externo 40 por rotação dos rotores 3. Alternativamente, se o conjunto deve ser utilizado como um motor, fluido pode ser acionado através do tubo 40 para acionar a rotação dos rotores 3 em relação aos estatores.
Será reconhecido que desenhos de motor ou bomba alternativos adicionais podem ser construídos que compreendem múltiplas montagens de rotor e estator 2. Por exemplo, um grupo de uma ou mais montagens de rotor e estator 2 pode ser usado em lados alternativos de uma abertura central. Uma modalidade de exemplo de uma bomba de multiestágios 1c é fornecida na figura 12. Pode ser visto que duas montagens de rotor e estator 2 são localizadas em lados opostos de uma abertura central 41. Uma abertura adicional 42 no alojamento provê um meio para comunicação de fluido entre a abertura central 41 e as montagens de rotor e estator 2. Fluido pode ser portanto puxado para dentro através da abertura central 41 e bombeado para saídas localizadas em extremidades opostas do dispositivo.
Alternativamente, uma bomba de multiestágios 1d pode ser fornecida onde as mon-tagens de rotor e estator 2 do conjunto podem compreender diâmetros variáveis, como mos-trado na figura 12. Nessa modalidade a bomba de multiestágios 1d atua para compensar os efeitos de redução de volume devido ao colapso de uma fase gasosa à medida que a pres- são no fluido é aumentada.
As modalidades acima descritas da invenção não são limitadas a uso no fundo do poço ou submarino, porém podem ser utilizadas em superfície ou no leito do mar como uma montagem de bomba ou motor ou localizada em um tubular de campo de óleo convencional. A montagem de rotores pode ser montada horizontalmente, verticalmente ou em qualquer configuração apropriada. Modalidades adicionais da invenção podem ser montadas na su-perfície ou terrestres e podem operar como montagens de motor e bomba.
A montagem de bomba pode ser usada em combinação com qualquer tipo de bomba ou compressor para aumentar o desempenho ou capacidade de operação daquela bomba ou compressor ou aumentar a taxa de produção de poço.
Em resumo, a montagem de bomba 1 oferece diversas vantagens significativas quando comparado com aquelas bombas conhecidas na técnica. Em particular, a montagem de bomba é eficaz, segura e projetada para resistir a todas essas aplicações e ambientes extremos associados a fluidos multifásicos e particularmente aqueles encontrados no campo de exploração de hidrocarboneto.
A montagem de bomba 1 pode fornecer desempenho de compressão similar àqueles de bombas multifásicas axiais de hélice única simples, porém apresenta: - eficiências mais elevadas de bomba; maiores níveis de tolerância de sólidos; - desgaste reduzido devido à presença de sólidos; - desempenho de bomba que é mantido mesmo na presença de folga radial grande; - uma tolerância extraordinária de pressão de admissão muito baixa; - uma faixa operacional útil maior de velocidades rotacionais; e - maior flexibilidade de desenho de modo a atender uma faixa mais ampla de condi-ções de trabalho.
Uma montagem de bomba compreendendo um estator e um rotor tendo palhetas de arranjos de rosca de lado oposto é descrita. Uma folga radial é localizada entre as palhetas de estator e as palhetas de rotor de tal modo que a rotação do rotor faz com que o estator e rotor cooperem para fornecer um sistema para mover fluido longitudinalmente entre os mesmos. A operação da bomba resulta em uma vedação de fluido sendo formada através da folga radial. O aparelho descrito também pode ser operado como uma montagem de motor quando um fluido é dirigido para mover longitudinalmente entre o estator e rotor. A presença da vedação de fluido resulta em nenhuma deterioração da bomba ou eficiência do motor, mesmo quando a folga radial é significativamente maior do que os valores de folga de trabalho normais. Além disso, a presença da folga radial torna a montagem de mo- tor/bomba ideal para uso com fluidos de alta viscosidade e/ou multifásicos.
A descrição acima da invenção foi apresentada para fins de ilustração e descrição e não pretende ser exaustiva ou limitar a invenção à forma precisa revelada. As modalidades descritas foram escolhidas e descritas para explicar melhor os princípios da invenção e sua aplicação prática para desse modo permitir que outros versados na técnica utilizem melhor a invenção em várias modalidades e com várias modificações como apropriadas para o uso específico considerado. Portanto, modificações ou aperfeiçoamentos adicionais podem ser 5. incorporados sem se afastar do escopo da invenção com definido pelas reivindicações apensas.

Claims (12)

1. Conjunto de bomba de hidrocarboneto axial de hélice dupla (1) para uso com fluidos de hidrocarboneto multifásicos e / ou de alta viscosidade, compreendendo: um rotor (3) compreendendo uma ou mais pás do rotor (5) tendo uma altura radial da palheta do rotor (24) ao longo de todo o comprimento do rotor (3); um estator (4) compreendendo uma ou mais palhetas do estator (6) com uma altura radial da paleta do estator (28) ao longo de todo o comprimento do estator (4); em que as uma ou mais palhetas do rotor (5) têm uma rosca com a mão oposta em relação à rosca de uma ou mais palhetas do estator (6), e o estator (4) e o rotor (3) cooperando para fornecer, na rotação do rotor (3), um sistema para mover o fluido longitudinalmente entre eles, caracterizado por uma folga radial (27) na faixa de 1,28 mm a 10 mm estar localizada entre uma ou mais palhetas do estator (6) e uma ou mais palhetas do rotor (5) ao longo de todo o comprimento do conjunto da bomba (1), e uma proporção da altura radial da paleta do rotor (24) para a altura radial da paleta do estator (28) está na faixa de 3,5 a 4,5 ao longo de todo o comprimento do conjunto da bomba (1).
2. Conjunto de bomba de hidrocarboneto axial de hélice dupla (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais pás do rotor (5) estão dispostas em uma superfície externa do rotor (3), de modo a formar um ou mais canais de rotores (7), e uma ou mais palhetas do estator (6) estarem dispostas em uma superfície interna do estator (4), de modo a formar um ou mais canais do estator (8).
3. Conjunto de bomba de hidrocarboneto axial de hélice dupla (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma relação entre o volume e a área de seção transversal dos canais do rotor (7) e / ou uma proporção entre o volume e a área de seção transversal dos canais do estator (8), é igual ou superior a 200 mm.
4. Conjunto de bomba de hidrocarboneto axial de hélice dupla (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma hélice formada por uma ou mais pás do rotor (5) tem um ângulo de ataque médio (α) maior que 60°, mas menos de 90°.
5. Conjunto de bomba de hidrocarboneto axial de hélice dupla (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma hélice formada pelas palhetas do estator (6) tem um ângulo de ataque médio (β) maior que 60°, mas menor de 90°.
6. Conjunto de bomba de hidrocarboneto axial de hélice dupla (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma razão entre o diâmetro externo do rotor e a inclinação do rotor está na faixa de 0,5 a 1,5.
7. Conjunto de bomba de hidrocarboneto axial de hélice dupla (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma proporção de um diâmetro interno do estator e a inclinação do estator está na faixa de 0,5 ao infinito.
8. Conjunto de bomba de hidrocarboneto axial de hélice dupla (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a espessura da palheta do estator (25) é maior que a espessura da palheta do rotor (23).
9. Conjunto de bomba de hidrocarboneto axial de hélice dupla (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o rotor (3) e/ou o estator (4) são revestidos com uma resistência à erosão, resistência à corrosão e/ou revestimento resistente ao arrasto.
10. Bomba de hidrocarboneto de vários estágios (1b, 1c, 1d) para uso com fluidos de hidrocarbonetos multifásicos e/ou de fase múltipla, caracterizada por a bomba de hidrocarboneto de vários estágios (1b, 1c, 1d) compreender dois ou mais conjuntos de bombas de hidrocarbonetos axiais de hélice dupla como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
11. Método de bombeamento de um fluido de hidrocarboneto multifásico ou de alta viscosidade por meio do conjunto de bomba de hidrocarboneto axial de hélice dupla, de acordo com a reivindicação 1, o método caracterizado por compreender as etapas de: fornecer uma bomba axial de hélice dupla (1) com um rotor (3) compreendendo uma ou mais pás do rotor (5) com uma altura radial da paleta do rotor (24) ao longo de todo o comprimento do rotor (3) e um estator (4) compreendendo uma ou mais palhetas do estator (6) com uma altura radial da paleta do estator (28) ao longo de todo o comprimento do estator (4), em que as uma ou mais palhetas do estator (6) têm uma rosca de mão oposta em relação à rosca de uma ou mais palhetas do rotor (5); selecionar uma folga radial (27) na faixa de 1,28 mm a 10 mm entre uma ou mais palhetas do estator (6) e uma ou mais palhetas do rotor (5) ao longo de todo o comprimento da bomba axial de hélice dupla (1) dependendo da composição do fluido a ser bombeado; e selecionar uma proporção de uma altura radial de uma ou mais palhetas do rotor para uma altura radial de uma ou mais palhetas do estator na faixa de 3,5 a 4,5 ao longo do comprimento da bomba axial de hélice dupla (1).
12. Método de bombeamento de um fluido de hidrocarboneto multifásico ou de alta viscosidade, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda selecionar uma velocidade de operação para a bomba axial de hélice dupla (1) na faixa de 500 rpm a 20.000 rpm para fornecer uma vedação de fluido através do espaço radial (27).
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