BR112019010360A2

BR112019010360A2 - atuador passivo para suprimir uma vibração de uma tubulação de coluna de uma bomba vertical, bomba vertical e método para a adaptação de uma bomba vertical

Info

Publication number: BR112019010360A2
Application number: BR112019010360A
Authority: BR
Inventors: Curren Eggertson Edward
Original assignee: Sulzer Management Ag
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-08-27
Also published as: ES2876164T3; EP3559461A1; CN110088468B; US20190277267A1; KR20190097017A; MX2019006541A; AU2017379229A1; RU2019117606A; CN110088468A; CA3042598A1; US10788023B2; EP3559461B1; WO2018114247A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um atuador passivo que é proposto para suprimir uma vibração de uma tubulação de coluna de uma bomba vertical, em que o atuador (10) é adaptado para ser montado entre a tubulação de coluna (3) da bomba vertical (1) e um recipiente (6) que circunda a tubulação de coluna (3), o dito atuador passivo (10) tendo um primeiro estado operacional para adicionar rigidez entre o recipiente e a tubulação de coluna (3) e um segundo estado operacional para pelo menos reduzir a dita rigidez, em que o atuador passivo (10) compreende uma pluralidade de elementos de atuador passivo (20), cada um dos quais é desenvolvido para alterar de maneira automática a partir do segundo estado operacional ao primeiro estado operacional quando a temperatura do elemento de atuador passivo (20) altera a partir uma segunda temperatura para uma primeira temperatura, a primeira temperatura sendo diferente da segunda temperatura, e para alterar de maneira automática a partir do primeiro estado operacional para o segundo estado operacional, quando a temperatura do elemento de atuador passivo (20) altera a partir da primeira temperatura para a segunda temperatura. além disso, uma bomba vertical é proposta compreendendo tal atuador passivo (10) bem como um método para a adaptação de uma bomba vertical.

Description

ATUADOR PASSIVO PARA SUPRIMIR UMA VIBRAÇÃO DE UMA TUBULAÇÃO DE COLUNA DE UMA BOMBA VERTICAL, BOMBA VERTICAL E MÉTODO PARA A ADAPTAÇÃO DE UMA BOMBA VERTICAL.

[0001] A presente invenção refere-se a um atuador passivo para suprimir uma vibração de uma tubulação de coluna de uma bomba vertical bem como a uma bomba vertical de acordo como preâmbulo da respectiva reivindicação de dispositivo independente. A invenção refere-se ainda a um método para a adaptação de uma bomba vertical. [0002] As bombas verticais têm sido usadas de maneira bemsucedida em uma pluralidade de aplicações por muito tempo. As bombas verticais para as aplicações específicas são, em geral, desenvolvidas e fabricadas de acordo com as especificações dos usuários ou são correspondidas em detalhes às exigências específicas. A bomba vertical é instalada para operar na direção vertical e compreende uma entrada de coluna para um fluido na extremidade inferior da bomba, uma saída de bomba para o fluido na extremidade superior da bomba e uma tubulação de coluna disposta entre a entrada de coluna e a saída de bomba. O fluido a ser bombeado entra na bomba no lado de sucção através da entrada de coluna e flui através da tubulação de coluna para a saída de bomba no lado de descarga. As bombas verticais podem ser desenvolvidas tanto como uma bomba de único estágio quanto de múltiplos estágios. Elas são tipicamente imersas no fluido a ser bombeado, de modo que pelo menos o sino de sucção ou de admissão na entrada de coluna com a junção do rotor de bomba é imerso no fluido, de modo que a bomba fica diretamente pronta para a operação.

[0003] Um campo típico para o uso de uma bomba vertical está nos sistemas de bombeamento em que a cabeça de sucção positiva

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2/43 líquida disponível (NPSHa, o subscrito ‘A’ significa disponível) é limitada, por exemplo, devido às restrições de sistema ou líquidos que operam próximo à sua pressão de vapor. Para tal aplicação, a bomba vertical ou compreende ou é disposta em um recipiente concêntrico que circunda a tubulação de coluna. O fluido a ser bombeado entra no recipiente essencialmente no nível da saída de bomba, de modo que a diferença na altura entre a entrada de coluna e a saída de bomba aumenta a pressão de sucção na entrada de coluna, com isso aumentando a NPSH disponível no propulsor. Essa é uma das razões pelas quais uma bomba vertical precisa ser desenvolvida com uma grande flexibilidade com relação ao comprimento da tubulação de coluna, de modo que a bomba pode ser correspondida às condições específicas e exigências de NPSH no lado de operação.

[0004] As aplicações típicas desse tipo compreendem o reforço de gás liquefeito de petróleo (GLP), reforço de fazenda de tanque e de gasoduto, transporte de gás natural liquefeito (GNL) ou eteno, uso em usinas de gás criogênico, uso em circuitos de troca de calor com o uso de evaporação e condensação de um fluido, ou outras aplicações na indústria de petróleo e gás, por exemplo, no processo de refinação.

[0005] Em adição a tais processos em que os fluidos criogênicos como LNG precisam ser bombeados, as bombas verticais também são usadas para conduzir fluidos muito quentes, por exemplo, na geração de energia com sistemas de energia solar, especialmente com sistemas de energia solar concentrada (CSP), onde a luz do sol aquece um fluido de transferência de calor (HTF). Hoje em dia, um dos fluidos de transferência de calor ou armazenamento de calor preferido é o sal fundido. O sal fundido que tem que ser bombeado pela bomba vertical tem, por exemplo, uma temperatura de até 350 Ό no lado frio do processo e até 600 Ό no lado quente do processo .

[0006] Uma configuração típica e bem conhecida de uma bomba

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3/43 vertical (vide, por exemplo, a figura 1) compreende uma unidade de bombeamento com uma entrada na base e pelo menos um propulsor localizado próximo à entrada (propulsor não mostrado na figura 1) para conduzir o fluido. A unidade de bombeamento é conectada por uma tubulação de coluna que se estende de maneira vertical para cima até uma unidade de descarga que tem uma saída para o fluido. No topo da unidade de descarga, uma unidade de acionamento é fornecida para acionar o propulsor. A unidade de acionamento é conectada de maneira operacional aos propulsores por meio de um eixo de linha que se estende através do comprimento da tubulação de coluna. Em geral, a bomba vertical é sustentada por uma base sendo disposta abaixo e na proximidade da saída de bomba, de modo que a unidade de bombeamento e aparte principal da tubulação de coluna ficam penduradas livremente sem suporte adicional.

[0007] Um dos problemas com as bombas verticais é a vibração da tubulação de coluna que pode ser causada, por exemplo, pelo desequilíbrio ou pelo desalinhamento de partes giratórias e exacerbados pelas frequências naturais estruturais da instalação da bomba. Antigamente, as bombas verticais foram principalmente desenvolvidas por critérios amplamente utilizados. Devido a uma falta de métodos analíticos confiáveis, muitas dessas bombas foram desenvolvidas com frequências naturais estruturai sem ou próximo à velocidade de execução da bomba ou múltiplas da mesma. Por exemplo, quando a bomba está sendo executada a 1800 rpm, isso corresponde a uma frequência de 30 Hertz. Se30 Hertz for próximo a uma frequência natural estrutural do sistema, a bomba está sendo executada a uma velocidade que corresponde a uma frequência natural estrutural do sistema de bomba, um fenômeno chamado ressonância, exacerbando assim as vibrações. Quando tal correspondência ocorre, uma carga considerável resulta,

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4/43 especialmente nos mancais, o que causa, por exemplo, uma falha prematura dos mancais ou do eixo de linha. Além disso, o desgaste acentuado ou outros efeitos negativos de degradação podem ocorrer. [0008] Hoje em dia, é o estado da técnica que as bombas verticais são submetidas a uma análise modal computacional ou simulações numéricas antes da fabricação para evitar os efeitos de ressonância mecânica que causam fortes vibrações especialmente da tubulação de coluna. No entanto, as modificações muito pequenas nas características de bomba que são, por exemplo, causadas por parâmetros que não são conhecidos com uma precisão suficiente, podem ter grandes efeitos imprevistos nas frequências naturais (eigenfrequências) da instalação da bomba que resulta nas vibrações de ressonância em frequências onde nenhuma foi prevista durante a análise. Como um exemplo, um dos parâmetros que é muitas vezes não é ou não suficientemente conhecido durante a análise é a rigidez da base que sustenta a bomba no local de operação. Esse parâmetro é muito difícil de quantificar. Outro exemplo é o projeto do assento ou do apoio para o motor que aciona a bomba. Às vezes, mesmo as frequências naturais do próprio motor não são conhecidas o suficiente. [0009] Assim, muitas vezes há uma necessidade de resolver problemas de vibração no local de operação da bomba vertical. Uma solução simples é fixar a coluna da bomba vertical ao recipiente nos locais adequados entre o lado de sucção e o lado de descarga a fim de enrijecer a tubulação de coluna e alterar as frequências naturais e evitar a ressonância. No entanto, para quase todas as aplicações, essa solução não pode ser usada, pois é uma exigência que a bomba vertical com a tubulação de coluna deve ser facilmente removível do recipiente, por exemplo, para realizar o serviço, manutenção ou trabalho de reparo. Portanto, a tubulação de coluna não pode ser fixa ao recipiente exceto na base que sustenta a bomba.

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5/43 [0010] Outra solução que tem sido usada com sucesso para resolver problemas de vibração em uma bomba vertical é fornecer absorvedores dinâmicos passivos (PDA) que são montados na unidade de acionamento, por exemplo, o motor, que aciona a bomba. Ainda outra solução conhecida é o ajuste da rigidez da base que sustenta a bomba. Por esta medida, as frequências naturais da instalação da bomba podem ser afastadas da velocidade de funcionamento da bomba. Este ajuste pode ser alcançado adicionando uma camada resiliente na fundação.

[0011] No entanto, ambas as soluções, os PDAs e as camadas resilientes, têm apenas uma faixa muito estreita de eficácia para suprimir ou amortecer a vibração da tubulação da coluna. Pequenas alterações na configuração da bomba ou na operação da bomba podem resultar em que os PDAs ou as camadas resilientes perdem completamente a capacidade de amortecer ou suprimir a vibração. Além disso, tais soluções são adequadas apenas para bombas que operam a uma velocidade fixa. Além disso, os PDAs são uma solução altamente projetada que exige um alto nível de conhecimento especializado para o projeto, a instalação e a manutenção, o que torna essa solução bastante cara. A camada resiliente é uma solução que geralmente pode não ser projetada facilmente antes da instalação, mas deve ser testada iterativamente em um procedimento de tentativa e erro.

[0012] Por conseguinte, é um objetivo da invenção propor um dispositivo para suprimir uma vibração de uma tubulação de coluna de uma bomba vertical de uma maneira tão eficaz que os efeitos de ressonância descritos possam ser evitados. O dispositivo deve ser facilmente instalável e facilmente adaptável à aplicação específica. Além disso, o dispositivo deve permitir uma remoção fácil da bomba vertical da caixa. Além disso, o dispositivo deve ser adequado para

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6/43 adaptar as bombas verticais existentes de maneira simples e econômica. Além disso, é um objetivo da invenção propor uma bomba vertical que permita a supressão de uma vibração de seu eixo de coluna de uma maneira simples e econômica. Além disso, é um objetivo da invenção propor um método de adaptação de uma bomba vertical existente, método esse que permite suprimir uma vibração do tubo da coluna.

[0013] O assunto da invenção que satisfaz esses objetivos é caracterizado pelas características das reivindicações independentes.

[0014] Assim, de acordo com a invenção, um atuador passivo é proposto para suprimir uma vibração de uma coluna de uma bomba vertical, em que o atuador é adaptado para ser montado entre a tubulação de coluna da bomba vertical e um recipiente que circunda a tubulação de coluna, o dito atuador passivo que tem um primeiro estado operacional para adicionar rigidez entre o recipiente e a tubulação de coluna e um segundo estado operacional para pelo menos reduzir a dita rigidez, em que o atuador passivo compreende uma pluralidade de elementos de atuador passivo, cada um dos quais é desenvolvido para alterar de maneira automática a partir do segundo estado operacional até o primeiro estado operacional quando a temperatura do elemento de atuador passivo altera a partir de uma segunda temperatura para uma primeira temperatura, a primeira temperatura sendo diferente da segunda temperatura, e para alterar de maneira automática a partir do primeiro estado operacional para o segundo estado operacional, quando a temperatura do elemento de atuador passivo altera a partir da primeira temperatura para a segunda temperatura.

[0015] Quando montado a uma bomba vertical, o atuador passivo é disposto entre a tubulação de coluna da bomba vertical e o recipiente que circunda a tubulação de coluna em um local entre a

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7/43 entrada de coluna e a saída de bomba. De preferência, o atuador passivo é fixo à tubulação de coluna. Quando a bomba vertical está em operação, o atuador passivo está no primeiro estado operacional e introduz uma rigidez entre o recipiente e a tubulação de coluna, possivelmente acompanhado por uma força de apoio. Nesse primeiro estado operacional, cada elemento de atuador passivo engata fortemente com o interior do recipiente formando assim uma conexão rígida entre o recipiente e a tubulação de coluna. Essa conexão rígida entre o recipiente e a tubulação de coluna resulta em uma força de apoio para suprimir uma vibração. A tubulação de coluna é presa pelos elementos de atuador passivo que estão no outro lado sustentado pelo recipiente.

[0016] A altura apropriada entre a entrada de coluna e a saída de bomba na qual o atuador passivo é posicionado é, de preferência, determinada dependendo da frequência natural específica ou do modo alvo que deve ser abordado. É preferível dispor o atuador passivo no ou próximo ao antinodo do modo alvo. Obviamente, uma pluralidade de atuadores pode ser adicionada em diferentes alturas ao longo do comprimento da tubulação de coluna a fim de adicionar mais rigidez e focar em múltiplos modos alvo.

[0017] No segundo estado operacional, a rigidez e a força de apoio são pelo menos consideravelmente reduzidas (em comparação ao primeiro estado operacional) ao liberar a ação de suporte ou fixação dos elementos de atuador passivo. Os elementos de atuador passivo não constituem mais uma conexão rígida entre o recipiente e a tubulação de coluna. Dependendo da modalidade específica, também é possível que os elementos de atuador passivo percam completamente o contato com o recipiente. Normalmente, o atuador passivo está no segundo estado operacional quando a bomba não está em operação, isto é, quando a bomba não está sendo executada.

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Uma vez que a rigidez adicional adicionada pelo atuador passivo está no primeiro estado operacional é liberada no segundo estado operacional, a bomba vertical pode ser facilmente removida a partir do recipiente, por exemplo, para realizar o trabalho de manutenção.

[0018] A transição dos elementos de atuador passivo a partir do primeiro para o segundo estado operacional e vice-versa é acionada pela temperatura, de preferência, a temperatura do fluido de processo. Em uma primeira temperatura, os elementos de atuador passivo estão no primeiro estado operacional, e em uma segunda temperatura que é diferente da primeira temperatura, os elementos de atuador passivo estão no segundo estado operacional. Mediante uma alteração a partir de uma primeira temperatura para a segunda temperatura, os elementos de atuador passivo alteram, automaticamente (de maneira passiva) a partir do primeiro para o segundo estado operacional. E, do mesmo modo, mediante uma alteração a partir da segunda temperatura para a primeira temperatura, os elementos de atuador passivo alteram automaticamente (de maneira passiva) a partir da segunda para o primeiro estado operacional.

[0019] Portanto, o atuador passivo é particularmente adequado para tais aplicações em que a bomba vertical conduz um fluido frio, como LNG ou um fluido quente, com o sal fundido. Quando a bomba vertical não está em operação, os elementos de atuador passivo dispostos entre a tubulação de coluna e o recipiente têm a segunda temperatura, por exemplo, temperatura ambiente. Em conformidade, o atuador passivo está no seu segundo estado operacional. Durante a operação da bomba vertical, o recipiente e a tubulação de coluna são preenchidos como fluido frio ou quente que deve ser bombeado, de modo que os elementos de atuador passivo estão em contato térmico com o fluido. Assim, o fluido a ser bombeado resfria ou aquece os elementos de atuador. Consequentemente, durante a operação da

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9/43 bomba, o atuador passivo automaticamente muda para o primeiro estado operacional e adiciona rigidez entre o recipiente e a tubulação de coluna que suprime a vibração. Quando a bomba é desligada, o atuador passivo não é mais resfriado ou aquecido pelo fluido e sua temperatura alcança a segunda temperatura onde o atuador passivo está no seu segundo estado operacional.

[0020] O atuador passivo de acordo com a invenção permite uma supressão muito eficiente de uma vibração da tubulação de coluna. Além disso, o atuador passivo é muito fácil de instalar e muito flexível com relação a essa aplicação, pois pode ser disposto em qualquer local adequado (altura) entre a tubulação de coluna e o recipiente e sua posição pode ser facilmente alterada. Em particular, o atuador passivo pode ser facilmente montado e sua posição pode ser facilmente alterada no local de operação onde a bomba é instalada e, portanto, o atuador passivo também é particularmente adequado para solucionar os problemas de bombas verticais já instaladas.

[0021] Também é possível dispor dois ou mais atuadores passivos na mesma tubulação de coluna, por exemplo, para suprimir vibrações que são causados por diferentes frequências naturais da instalação da bomba. Assim, é possível eliminar ou pelo menos aumentar todos os modos que estão dentro, perto ou na(s) velocidade(s) de operação da bomba vertical, acima da velocidade máxima de operação da bomba.

[0022] De preferência, todos os elementos de atuador passivo são fixos a um dispositivo de sustentação, que é configurado para ser montado ao redor da tubulação de coluna da bomba vertical. O dispositivo de sustentação pode ser desenvolvido como uma faixa em formato de anel, por exemplo, uma faixa de metal ou uma faixa de metal dividida em duas partes semicirculares, com uma articulação e um meio de fechamento, de modo que um dispositivo de sustentação com os elementos de atuador montado pode ser fixo à tubulação de

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10/43 coluna de maneira muito simples. Em alternativa, também é possível fixar o dispositivo de sustentação e/ou os elementos de atuador passivo ao recipiente. Por razões construtivas, é preferível, no entanto, fixar o dispositivo de sustentação e/ou os elementos de atuador passivo à tubulação de coluna.

[0023] De acordo com uma medição preferida, cada elemento de atuador passivo tem uma dimensão radial em uma direção radial, a direção radial que se estende perpendicular a uma direção axial no estado montado do atuador, a direção axial sendo definida pelo eixo rotacional da bomba vertical, e a dita dimensão radial é diferente no primeiro estado operacional e no segundo estado operacional. Em tais modalidades, a mudança de temperatura a partir da segunda para a primeira temperatura causa uma expansão do elemento de atuador passivo na direção radial. No primeiro estado operacional, o elemento de atuador passivo tem uma dimensão maior na direção radial e constitui uma conexão rígida entre o recipiente e a tubulação de coluna. A tubulação de coluna é presa pelos elementos de atuador passivo que se estendem entre a tubulação de coluna e o recipiente e engatam de maneira firme tanto à tubulação de coluna quanto ao recipiente. No segundo estado operacional, cada elemento de atuador passivo tem uma dimensão menor na direção radial, de modo que a rigidez adicionada na tubulação de coluna é pelo menos consideravelmente reduzida. Também é possível que um ou mais dos elementos de atuador passivo percam completamente o contato com o recipiente.

[0024] De acordo com uma primeira modalidade preferida, cada elemento de atuador passivo compreende uma câmara estanque sendo extensível na direção radial, em que a câmara é preenchida com um meio, de preferência, água ou uma mistura que contém água, em que o meio é líquido no segundo estado operacional e sólido no

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11/43 primeiro estado operacional. A primeira modalidade é particularmente adequada para aplicações de baixa temperatura, isto é, aplicações em que o fluido a ser bombeado é muito frio e tem uma temperatura consideravelmente abaixo de 0Ό. Essas aplicações compreendem, por exemplo, o bombeamento de fluidos criogênicos como LNG, que podem ter temperaturas na faixa de -160Ό, portanto, a primeira temperatura é consideravelmente abaixo de 0Ό e faz com que a água ou a mistura que contém água na câmara congele. Mediante o congelamento, o volume da água ou da mistura que contém água aumenta que, por sua vez, aumenta a dimensão radial do elemento de atuador passivo. A segunda temperatura, que é normalmente igual à temperatura ambiente, está acima de 0Ό. Quando o atuador passivo está no seu primeiro estado operacional, o meio na câmara está no estado sólido. O aumento da temperatura a partir da primeira temperatura para a segunda temperatura causada ao desligar a bomba vertical resulta em uma transição de fase do meio no estado líquido e, com isso, reduz a dimensão radial do elemento de atuador passivo.

[0025] A câmara pode ser delimitada por uma parede flexível desenvolvida para permitir uma expansão da câmara com relação à direção radial.

[0026] Para realizar a flexibilidade da parede, é preferido quando a parede flexível é pelo menos parcialmente produzida a partir de um polímero.

[0027] De acordo com outro projeto preferido da primeira modalidade, a câmara é delimitada por um compartimento e por uma parede móvel, a parede sendo móvel em relação ao compartimento na direção radial. Mediante a expansão do meio na câmara, a parede é movida na direção radial aumentando assim a dimensão radial do elemento de atuador passivo.

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12/43 [0028] Particularmente preferido é que a parede móvel seja desenvolvida como um pistão sendo orientado pelo compartimento.

[0029] De acordo com uma segunda modalidade preferida, a alteração induzida de temperatura da extensão radial do elemento de atuador passivo é realizada sem o uso de um líquido. Na segunda modalidade, cada elemento de atuador passivo compreende um expansor metálico, que é desenvolvido e disposto de modo que a dimensão radial do elemento de atuador passivo é diferente no primeiro estado operacional e no segundo estado operacional. O expansor metálico é submetido a uma deformação reversível devido a uma alteração de temperatura. Esse expansor metálico pode ser realizado por meio de um elemento bimetálico, por exemplo, por uma tira ou placa bimetálica, ou por meio de uma liga com memória de formato (SMA) que tem sua temperatura de transição de fase a partir da fase de alta até baixa temperatura em uma temperatura entre a primeira e a segunda temperatura.

[0030] De acordo com uma terceira modalidade preferida, cada elemento de atuador passivo tem uma dimensão radial em uma direção radial, a direção radial que se estende perpendicular até uma direção axial no estado montado do atuador, a direção axial sendo definida pelo eixo rotacional da bomba vertical, em que o elemento de atuador passivo tem uma alta rigidez com relação à direção radial no primeiro estado operacional, a alta rigidez que evita uma compressão do elemento de atuador passivo com relação à direção radial, e em que o elemento de atuador passivo tem uma baixa rigidez com relação à direção radial no segundo estado operacional, a baixa rigidez que permite uma compressão elástica do elemento de atuador passivo com relação à direção radial.

[0031] Na terceira modalidade, a alteração de temperatura entre a primeira e a segunda temperatura causa uma alteração na rigidez do

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13/43 elemento de atuador passivo. No segundo estado operacional, o elemento de atuador passivo é bastante macio com relação à direção radial, isto é, pode ser facilmente comprimido na direção radial apenas ao aplicar uma pequena força. Essa propriedade possibilita que a bomba vertical possa ser facilmente removida do recipiente quando o atuador passivo está no seu segundo estado operacional. No seu primeiro estado operacional, o elemento de atuador passivo é consideravelmente mais rígido com relação à direção radial e não pode mais ser comprimido na direção radial por essas forças pequenas, como no segundo estado operacional. No primeiro estado operacional cada elemento de atuador passivo constitui uma conexão rígida entre a tubulação de coluna e o recipiente. Assim, a tubulação de coluna é restringida de modo radial pelo(s) atuador(s) passivo(s). [0032] Os termos alta rigidez com relação ao primeiro estado operacional e baixa rigidez com relação ao segundo estado operacional devem significar que a rigidez do elemento de atuador passivo com relação à direção radial é notavelmente diferente nesses estados de operação. Enquanto o elemento de atuador passivo é macio, isto é, pode ser facilmente comprimido, com relação à direção radial no segundo estado operacional, de modo que a bomba vertical é facilmente removível do recipiente, o elemento de atuador passivo é rígido, isto é, essencialmente não compressível, com relação à direção radial no primeiro estado operacional, de modo que o elemento de atuador passivo adiciona rigidez entre a tubulação de coluna e o recipiente para suprimir vibrações da tubulação de coluna ou alterando as frequências naturais, respectivamente. Os valores concretos absolutos da rigidez nos primeiro e segundo estados operacionais não são importantes.

[0033] De preferência, a terceira modalidade é desenvolvida de modo que cada elemento de atuador passivo compreende um

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14/43 compartimento e uma parede móvel, a parede sendo móvel em relação ao compartimento na direção radial, em que o compartimento e a parede são produzidos a partir de diferentes materiais, que têm diferentes coeficientes de expansão térmica, de modo que o compartimento prende a parede no primeiro estado operacional, e de modo que a parede é móvel em relação ao compartimento no segundo estado operacional. Quando o compartimento se prende ao redor da parede no primeiro estado operacional, ele articula um movimento relativo entre a parede e o compartimento na direção radial. No segundo estado operacional, o dito aperto é liberado, de modo que a parede é facilmente móvel na direção radial em relação ao compartimento.

[0034] Dependendo de se o fluido a ser bombeado estiver muito quente ou muito frio, ou o compartimento ou a parede móvel são produzidos a partir de um material que tem um coeficiente muito baixo ou até mesmo insignificante de expansão térmica (por exemplo, uma liga Invar) e o outro do compartimento e a parede é produzida a partir de um material que tem um coeficiente consideravelmente maior de expansão térmica, por exemplo, um aço austenítico. A diferença no coeficiente de expansão térmica é desejada ser, por exemplo, pelo menos uma ordem de magnitude.

[0035] É uma medição preferida quando o compartimento é desenvolvido como um cilindro, e a parede móvel é desenvolvida como um pistão sendo orientado pelo compartimento, em que a parede é, de preferência, carregada por mola com relação à direção radial. Devido à diferença na expansão térmica do compartimento cilíndrico e do pistão, o pistão é facilmente móvel com relação ao compartimento na segunda temperatura, em que, de outro modo, o compartimento prende o pistão na primeira temperatura. O carregamento por mola da parede móvel ou do pistão,

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15/43 respectivamente, é preferido de modo que a parede/o pistão sempre engate com o recipiente.

[0036] Para todas as modalidades, prefere-se que o atuador passivo tenha três ou quatro elementos de atuador passivo. De preferência, os elementos de atuador passivo são distribuídos de maneira equidistante ao redor da circunferência externa da tubulação de coluna.

[0037] Além disso, de acordo coma invenção, uma bomba vertical para conduzir um fluido é proposta, que tem entrada de coluna para o fluido em uma extremidade inferior, uma saída de bomba para o fluido em uma extremidade superior e uma tubulação de coluna disposta entre a entrada de coluna e a saída de bomba, em que a bomba vertical é desenvolvida para ser recebida em um recipiente que circunda a tubulação de coluna, e em que pelo menos um atuador passivo é fornecido sendo desenvolvido de acordo com a invenção.

[0038] Como já explicado em conjunto com o atuador passivo, uma bomba vertical sendo fornecida com um atuador passivo de acordo com a invenção torna possível suprimir facilmente as frequências naturais estruturais críticas da bomba ao alterar essas frequências críticas para valores mais altos.

[0039] Além disso, de acordo com a invenção um método para a adaptação de uma bomba vertical é proposto, a bomba que tem uma entrada de coluna for um fluido em uma extremidade inferior, uma saída de bomba para o fluido em uma extremidade superior e uma tubulação de coluna disposta entre a entrada de coluna e a saída de bomba, em que a bomba vertical é desenvolvida para ser recebida em um recipiente que circunda a tubulação de coluna, a dita método que compreende as etapas de:

[0040] - fornecer um atuador passivo para suprimir uma vibração da tubulação de coluna da bomba vertical, o dito atuador passivo

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16/43 sendo desenvolvido de acordo com a invenção, [0041] - selecionar pelo menos um local na tubulação de coluna;

[0042] - montar o atuador passivo no local selecionado.

[0043] O atuador passivo de acordo com a invenção é particularmente adequado para encaixar as bombas verticais já existentes. Se houver uma questão de ressonância em uma bomba vertical específica, por exemplo, pois uma frequência natural estrutural da instalação da bomba é igual ou muito próximo da velocidade de execução da bomba, o método de acordo com a invenção fornece uma solução eficiente, muito simples e barata para suprimiras vibrações causadas pela dita frequência natural. Assim, não há necessidade de um novo projeto completo da bomba. A questão de ressonância pode ser solucionada ao fornecer pelo menos um atuador passivo à tubulação de coluna da bomba.

[0044] Obviamente, também é possível que o método para encaixar uma bomba vertical compreende a etapa de fornecer uma pluralidade de atuadores passivos ao longo da tubulação de coluna.

[0045] As medidas e modalidades vantajosas da invenção se tornarão evidentes a partir das reivindicações anexas.

[0046] A invenção será explicada em mais detalhes a seguir com referência aos desenhos. São mostrados em uma representação esquemática:

[0047] a figura 1 é uma representação esquemática de uma modalidade de uma bomba vertical de acordo com a invenção;

[0048] a figura 2 mostra um formato de modo de vibração mecânica de uma tubulação de coluna de bomba vertical, que também pode ser aproximada como vibração operacional devido a uma excitação de uma frequência natural;

[0049] a figura 3 é uma vista plana de uma modalidade de um atuador passivo de acordo com a invenção, juntamente com uma vista

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17/43 em corte transversal ampliada de uma primeira modalidade de um elemento de atuador passivo de acordo com a invenção;

[0050] a figura 4 é uma vista em corte transversal de uma variação de uma primeira modalidade do elemento de atuador passivo mostrado na figura 3;

[0051] a figura 5 é uma vista em corte transversal de uma segunda variação da primeira modalidade do elemento de atuador passivo mostrado na figura 3;

[0052] a figura 6 é uma vista superior da variação mostrada na figura 5;

[0053] a figura 7 é uma vista em corte transversal da terceira variação da primeira modalidade do elemento de atuador passivo mostrada na figura 3;

[0054] a figura8 é uma vista em corte transversal de uma segunda modalidade de um elemento de atuador passivo de acordo com a invenção;e [0055] a figura 9 é uma vista em corte transversal de uma terceira modalidade de um elemento de atuador passivo de acordo com a invenção.

[0056] A figura 1 mostra uma representação esquemática de uma modalidade de uma bomba vertical de acordo com a invenção que é desenvolvida em sua totalidade com o número de referência 1. A estrutura básica da bomba vertical 1 como tal é conhecida da técnica anterior. No entanto, a descrição geral dada com referência à figura 1 também é válida para uma modalidade de uma bomba vertical 1 de acordo com a invenção.

[0057] A figura 1 mostra a bomba vertical 1 na sua posição operacional usual, isto é, em uma orientação vertical. A partir daqui, os termos relativos com relação à localização, como acima ou abaixo ou superior ou inferior, referem-se a essa posição operacional

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18/43 mostrada na figura 1.

[0058] A bomba vertical 1 (figura 1) tem uma extremidade inferior 11, uma extremidade superior 12 e uma tubulação de coluna 3 disposta entre a extremidade inferior 11 e a extremidade superior 12. A bomba vertical 1 compreende uma unidade de bombeamento 2 localizada na extremidade inferior 11 da bomba 1. A unidade de bombeamento 2 é dotada de um sino de sucção 18 que tem uma entrada de coluna 14 para um fluido a ser bombeado e com pelo menos um propulsor 19 (vide a figura 2, não mostrado na figura 1), mas com frequência uma pluralidade de propulsores 19 para conduzir o fluido a partir da entrada de colunai 4 para uma saída 31 na extremidade superior 12 da bomba. Os propulsores 19 são montados em série em um eixo de bomba (não mostrado) de maneira à prova de torque. O eixo de bomba para girar o(s) propulsor(s) 19 é, às vezes, também referido como eixo de linha.

[0059] A partir da extremidade superior 12 da unidade de bombeamento 2, a tubular tubulação de coluna 3 se estende de maneira vertical para cima para conectar a unidade de bombeamento 2 a uma unidade de mancai 4 para sustentar o eixo de bomba que se estende de maneira vertical dentro da tubulação de coluna 3. A tubulação de coluna 3 está em comunicação fluida com um tubo de descarga 32 disposto na extremidade superior 12 e que conecta a tubulação de coluna 3 com a saída de bomba 31 para descarregar o fluido bombeado. A tubulação de coluna 3 se estende em uma direção axial A que é definida pelo eixo rotacional da bomba 1 ao redor do qual o(s) propulsor(s) 19 está(ão) girando durante a operação. A direção axial A coincide com a direção vertical, isto é, com a direção de gravidade, quando a bomba 1 está na sua posição operacional usual. A direção perpendicular à direção axial A é referida como a direção radial.

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19/43 [0060] No topo da unidade de mancai 4, uma unidade de acionamento 5 é disposta para acionar o(s) propulsor(es) 19 da bomba 1. A unidade de acionamento 5 pode ser, por exemplo, um motor elétrico ou qualquer outro acionador. A unidade de acionamento 5 é conectada de maneira operacional ao propulsor 19 por meio do eixo de bomba ou do eixo de linha que se estende no centro da tubulação de coluna 3 e de modo coaxial entre eles. O eixo de bomba é sustentado pela unidade de mancai 4 e uma pluralidade de mancais de eixo dispostos dentro da tubulação de coluna 3 em diferentes alturas para guiar o eixo de bomba ao longo de todo o seu comprimento axial.

[0061] A bomba vertical 1 é disposta em um recipiente 6 que circunda a tubulação de coluna 3. O recipiente 6 é de formato essencialmente cilíndrico e se estende na direção axial A para receber a tubulação de coluna 3 e a unidade de bombeamento 2 da bomba vertical 1. Nessa extremidade superior, o recipiente 6 é sustentado por uma base 7 e pode ser fixo à base 7 por meio de porcas ou parafusos (não mostrado) ou qualquer outro meio adequado.

[0062] A bomba vertical compreende ainda uma estrutura de suporte 8 disposta abaixo da unidade de mancai 4 e que sustenta toda a bomba vertical 1. Como mostrado na figura 1, a estrutura de suporte 8 pode repousar no recipiente 6 ou pode ser montada no recipiente 6. Em alternativa ou além disso, a estrutura de suporte 8 também pode ser diretamente conectada a ou sustentada pela base 7. A tubulação de coluna 3 e a unidade de bomba 2 estão, em geral, suspensas de forma livre, isto é, sem suporte adicional, no recipiente 6.

[0063] Aproximadamente na mesma altura com relação à direção axial A onde o tubo de descarga 32 é disposto, um tubo de entrada 9 é fornecido, através do qual o fluido a ser bombeado pode entrar no recipiente 6 como indicado pela seta sem o número de referência no

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20/43 lado direito da figura 1. Durante a operação da bomba 1, o recipiente 6 é completamente preenchido com o fluido a ser bombeado. O fluido entra no recipiente 6 através do tubo de entrada 9, é aspirado através da entrada de coluna 14 da bomba 1 pela ação do(s) propulsor(es) de rotação 19 e descarregado através do tubo de descarga 32 como indicado pela seta sem o número de referência no lado esquerdo da figura 1.

[0064] A diferença na altura (com relação à direção axial A) entre a entrada de coluna 14 da bomba 1 é disposta e a extremidade superior 1 2, onde o tubo de entrada 9 para o fluido é disposto, aumenta a pressão de sucção na entrada de coluna 14 da bomba 1, assim, também aumentando a cabeça de sucção positiva líquida disponível (NPSH).

[0065] De acordo coma invenção um atuador passivo 10 é fornecido entre a tubulação de coluna 3 e o recipiente 6 para suprimir uma vibração da tubulação de coluna 3.

[0066] A título de exemplo, a figura 2 mostra um modo de vibração da tubulação de coluna 3 que é devido a uma excitação uma frequência natural específica. Se a velocidade rotacional da unidade de acionamento 5 corresponde a uma frequência que é igual ou próximo a essa frequência natural estrutural do sistema, o modo correspondente é excitado, resultando em vibrações mais fortes. Uma vez que a tubulação de coluna 3 é essencialmente apenas sustentada pela base 7, mas, de outro modo, pendurada livremente no recipiente 6, a tubulação de coluna 3 e a unidade de bomba 2 fixa a ela podem passar por tais oscilações como mostrado na figura 2. Esses efeitos ressonantes podem ter impactos prejudiciais na bomba 1. Em particular, um uma falha prematura dos mancais, como os mancais de eixo, pode ser causada pela ressonância.

[0067] Na figura 2, os locais indicados com os números de

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21/43 referência 33, 34, 35 representam o local da tubulação de coluna 3 quando a bomba 1 não está em operação e quando não há vibração, enquanto os locais indicados com os números de referência 33’, 34’, 35’ representam a tubulação de coluna 3 em um modo de vibração quando a frequência natural estrutural (eigenfrequency) correspondente do sistema vibratório é excitado, por exemplo, pela frequência rotacional da unidade de acionamento 5.

[0068] A fim de resolver essas vibrações ressonantes, a presente invenção propõe o atuador passivo 10 para suprimir tais vibrações ou, em outras palavras, para alterar a frequência natural estrutural do sistema vibratório a tais altas frequências que são distantes, por exemplo, da frequência rotacional da unidade de acionamento 5.

[0069] De preferência, o atuador passivo 10 é localizado em ou próximo a uma altura entre a entrada de coluna 14 e a saída de bomba 31 onde o antinode do modo de vibração a ser suprimido está localizado. Não é necessário dizer que mais de um atuador passivo 10 pode ser disposto entre a tubulação de coluna 3 e o recipiente 6, em que os atuadores passivos 10 estão localizados em diferentes alturas. Para suprimir o modo de vibração ilustrado na figura 2, por exemplo, um primeiro atuador passivo 10 pode ser localizado em uma altura indicada pelo nível 36 e um segundo atuador passivo 10 pode ser localizado em uma altura indicada pelo nível 37 na figura 2. Obviamente, também é possível localizar atuadores passivos individuais 10 em tais alturas, eles suprimem os modos de vibração que pertencem a diferentes frequências naturais estruturais do sistema vibratório. Por exemplo, o nível 37 pode ser um bom local para o atuador passivo 10 uma vez que está próximo aos antinodos para os três primeiros modos de coluna lateral.

[0070] A figura 3 mostra uma vista plana de uma modalidade de um atuador passivo 10 de acordo com a invenção. O projeto básico do

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22/43 atuador passivo 10 é tal que o atuador passivo tem dois estados operacionais diferentes, ou seja, um primeiro estado operacional para adicionar rigidez entre o recipiente 6 e a tubulação de coluna 3 e um segundo estado operacional, no qual a dita rigidez adicionada é pelo menos consideravelmente reduzida ou até mesmo reduzida a zero. No primeiro estado operacional, o atuador passivo 10 constitui uma conexão rígida entre o recipiente 6 em um lado e a tubulação de coluna 3 no outro lado. Assim, no primeiro estado operacional, o atuador passivo 10 prende a tubulação de coluna 3 entre ela, suprimindo ou pelo menos amortecendo a vibração da tubulação de coluna 3. No segundo estado operacional, essa ação de aperto é liberada pelo menos até o ponto em que a bomba 1, com a tubulação de coluna 3, pode ser removida do recipiente 6.

[0071] O atuador passivo 10 compreende uma pluralidade, aqui, quatro elementos de atuador passivo 20, cada um dos quais é desenvolvido para alterar de maneira automática a partir do segundo estado operacional ao primeiro estado operacional quando a temperatura do elemento de atuador passivo 20 altera a partir de uma segunda temperatura para uma primeira temperatura, a primeira e a segunda temperatura sendo diferentes. Além disso, cada elemento de atuador passivo 20 altera automaticamente a partir do primeiro estado operacional para o segundo estado operacional quando a temperatura do elemento de atuador passivo 20 altera a partir da primeira temperatura para a segunda temperatura.

[0072] A figura 3 mostra ainda uma vista em corte transversal ampliada de um dos elementos de atuador passivo 20 que é desenvolvido de acordo com uma primeira modalidade do elemento de atuador passivo 20.

[0073] Como mostrado na figura 3, os quatro elementos de atuador passivo 20 são fixos a um dispositivo de sustentação 15, que é

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23/43 configurado para ser montado ao redor da tubulação de coluna 3. O dispositivo de sustentação 15 é desenvolvido como uma faixa essencialmente em formato de anel, em que o diâmetro interno da faixa em formato de anel é tal que o dispositivo de sustentação 15 se encaixa de forma próxima ao redor da tubulação de coluna 3. O dispositivo de sustentação 15 compreende uma articulação 16 e um meio de fechamento 17, por exemplo, um fecho ou um flange, ou uma conexão em parafuso, de modo que o dispositivo de sustentação 15 pode ser facilmente montado a ou removido da tubulação de coluna 3. Devido à articulação 16, o dispositivo de sustentação15 pode ser aberto e disposto ao redor da tubulação de coluna 3. Em seguida, o meio de fechamento 17 é fechado, através do qual o dispositivo de sustentação 15 é fixo de maneira firme à tubulação de coluna 3. Para remover o dispositivo de sustentação 15 da tubulação de coluna 3, o meio de fechamento 17 é aberto, e devido à articulação 16, o dispositivo de sustentação 15 pode ser facilmente removido.

[0074] De preferência, os elementos de atuador passivo 20 são dispostos de maneira equidistante no dispositivo de sustentação 15, de modo que os elementos de atuador passivo 20 são localizados de maneira equidistante ao redor da circunferência da tubulação de coluna 3 quando o dispositivo de sustentação 15 é montado na tubulação de coluna 3, de modo que o atuador passivo 10 restringe a tubulação de coluna 3 de maneira igual nas direções radiais.

[0075] De acordo com um modo para desenvolver os elementos de atuador passivo 20, a dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20 altera quando o elemento de atuador passivo 20 altera a partir do primeiro estado operacional para o segundo estado operacional e vice-versa. A dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20 é a sua extensão na direção radial. A direção radial é perpendicular à direção axial A no estado montado do atuador passivo

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10. A dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20 é diferente no primeiro estado operacional e no segundo estado operacional. Em tais modalidades, a alteração de temperatura a partir da segunda para a primeira temperatura causa uma expansão do elemento de atuador passivo 20 com relação à direção radial. No primeiro estado operacional, o elemento de atuador passivo 20 tem uma dimensão maior na direção radial e constitui uma conexão rígida entre o recipiente 6 e a tubulação de coluna 3. No segundo estado operacional, o elemento de atuador passivo 20 tem uma dimensão menor na direção radial de modo que a rigidez adicionada na tubulação de coluna 3 é pelo menos consideravelmente reduzida. Também é possível que um ou mais dos elementos de atuador passivo 20 perca ou perca completamente o contato com o recipiente 6 no segundo estado operacional.

[0076] Como mostrado na vista em corte transversal ampliada da figura 3, o elemento de atuador passivo 20 compreende uma câmara hermética 21 que pode se estender na direção radial. A câmara 21 é delimitada por um compartimento metálico rígido 23 que é, por exemplo, produzido a partir de um aço e por uma parede móvel 22 que é móvel com relação ao compartimento 23 na direção radial como indicado pela seta dupla na vista ampliada na figura 3. A câmara 21 é completamente preenchida com água ou com uma mistura que contém água, por exemplo, água e glicol. A água do meio ou a mistura que contém água é líquida na segunda temperatura e sólida na primeira temperatura. Ou seja, o meio é escolhido de modo que a sua transição de fase a partir do estado líquido para o estado sólido ocorre em uma temperatura que está entre a primeira temperatura e a segunda temperatura. Uma vez que a água ou uma mistura que contém água se expande mediante o congelamento e o compartimento 23 é rígido, a parede móvel 22 é movida na direção radial quando o meio na

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25/43 câmara 21 congela, aumentando assim a dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20.

[0077] Assim, na primeira modalidade do elemento de atuador passivo 20, a expansão da água durante a sua transição de fase a partir do estado líquido para o estado sólido é usada para aumentar a dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20 quando a temperatura muda a partir da segunda temperatura para a primeira temperatura. E inversamente, quando a temperatura altera a partir da primeira para a segunda temperatura, a água ou a mistura que contém água na câmara 21 se funde e a dimensão radial do elemento de atuador passivo 20 diminui.

[0078] A temperatura mais preferida do elemento de atuador passivo é alterada pelo fluido no recipiente 6 que é bombeado pela bomba vertical 1. A primeira modalidade do elemento de atuador passivo 20 é, portanto, particularmente adequada para aplicações de baixa temperatura, na quais o fluido a ser bombeado está em uma temperatura bem abaixo de zero grau Celsius, por exemplo, para bombear LNG ou outros compostos voláteis líquidos. A segunda temperatura corresponde essencialmente à temperatura ambiente no local de operação onde a bomba vertical 1 é instalada, por exemplo, 20Ό. Quando a bomba 1 não está em operação, o reci piente 6 não é preenchido com o fluido frio, o que significa que o elemento de atuador passivo 20 tem a segunda temperatura e está no seu segundo estado operacional, isto é, no estado contraído com a dimensão radial R menor. Nesse estado, o atuador passivo 10 pode ser facilmente instalado e localizado ao redor da tubulação de coluna 3 e a bomba 1 pode ser facilmente inserida no recipiente 6. Quando a bomba 1 começa a operar, o fluido frio de processo preenche o recipiente 6 e resfria os elementos de atuador passivo 20 a uma primeira temperatura. O líquido na câmara 21 congela, o gelo expande e ali o

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26/43 elemento de atuador passivo 20 muda para o seu primeiro estado operacional. No caso de água, a alteração volumétrica mediante o congelamento é de aproximadamente 10%, mas isso pode ser convertido de maneira mecânica para uma expansão linear maior. O elemento de atuador passivo 20, em seguida, engata com o recipiente 6 e constitui uma conexão rígida entre o recipiente 6 e a tubulação de coluna 3. Em sua totalidade, os elementos de atuador passivo 20 fornecem um aperto rígido na tubulação de coluna 3 e, assim, suprimem as vibrações da tubulação de coluna 3.

[0079] Quando a bomba vertical 1 é interrompida e o fluido frio de processo é removido, os elementos de atuador passivo 20 irão aquecer em direção à temperatura ambiente e, com isso, alterara partir do primeiro estado operacional para o segundo estado operacional. O meio na câmara 21 se funde e é facilmente possível remover a bomba 1 a partir do recipiente 6.

[0080] Como é mostrado na figura 3, todos os elementos de atuador passivo 20 são dispostos de modo que a parede móvel 22 fica voltada para o recipiente 6. O fundo do compartimento 23 em oposição à parede móvel 22 é fixo ao dispositivo de sustentação 15, por exemplo, mediante soldagem ou por qualquer outro meio adequado.

[0081] Além disso, pode ser vantajoso fornecer a parede móvel 22 com um ou mais elementos de rolamento 24 que ficam em contato com o recipiente 6 pelo menos quando o elemento de atuador passivo 20 está no seu primeiro estado operacional. Os elementos de rolamento 24 permitem um movimento na direção axial A que pode ocorrer pela expansão térmica axial da tubulação de coluna 3. Também é possível desenvolver o elemento de atuador passivo 20 de modo que ele fica em contato com o recipiente 6 tanto no primeiro quanto no segundo estado operacional.

[0082] Para a maior parte das aplicações, é suficiente fornecer no

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27/43 máximo dois atuadores passivos 10, cada que tem três ou quatro elementos de atuador passivo 20. Os dois atuadores passivos 10 são localizados em diferentes alturas da tubulação de coluna 3. Por essa medida, todas as frequências naturais estruturais podem ser aumentadas em tal ponto que elas são consideravelmente maiores que as frequências de excitação que ocorrem na faixa de velocidade operacional da bomba vertical 1.

[0083] A figura 4 mostra uma vista em corte transversal de uma primeira variação da primeira modalidade do elemento de atuador passivo 20 que usa a expansão de água mediante o congelamento para alterar entre o primeiro e o segundo estado operacional do elemento de atuador passivo 20.

[0084] De acordo com essa primeira variação, a parede móvel 22 é substituída com uma parede totalmente flexível 22’ que delimita a câmara 21 e desenvolvida para permitir uma expansão da câmara 21 com relação à direção radial. A câmara 21 com a água ou a mistura que contém água é produzida a partir de um material flexível ou elástico, por exemplo, um polímero. O polímero pode ser, por exemplo, uma borracha de nitrila, como aquela que é disponível sob a marca registrada Buna-N. A câmara 21 é, por exemplo, desenvolvida como um diafragma ou um balão que contêm água ou a mistura que contém água com o meio.

[0085] O elemento de atuador passivo 20 compreende ainda uma parte de base rígida 25 que é produzida, por exemplo, a partir de um aço tipo metal. A câmara flexível 21 é fixa à parte de base 25, por exemplo, por cola ou um adesivo adequado, como a parte de base 25 sustenta a câmara 21 em um lado. O lado oposto da câmara 21 constitui a parede flexível 22’, que fica oposta a partir da parte de base 25 e que fica oposto ao recipiente 6 no estado montado. A parte de base 25 pode ser montada no dispositivo de sustentação 15 ou

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28/43 diretamente para a tubulação de coluna 3, por exemplo, por soldagem ou a parafusamento.

[0086] Quando o elemento de atuador passivo 20 está no seu segundo estado operacional na segunda temperatura, o meio na câmara 21 está na sua fase líquida. Esse estado é indicado pela linha sólida na figura 4. Quando a temperatura do elemento de atuador passivo 20 muda para o primeiro estado operacional, no qual o elemento de atuador passivo 20 tem a primeira temperatura inferior, o meio na câmara flexível 21 congela e aumenta seu volume, aumentando assim a dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20 e movendo a parede flexível 22’ em direção ao recipiente 6 a fim de engatar de maneira firme a parede do recipiente 6. Esse movimento da parede flexível 22’ é indicado pela seta sem o número de referência na figura 4. A linha pontilhada na figura 4 indica a localização da parede flexível 22’ quando o elemento de atuador passivo 20 está no seu primeiro estado operacional, no qual constitui uma conexão rígida entre a tubulação de coluna 3 e o recipiente 6. Se a temperatura do elemento de atuador passivo 20 alterar a partir da primeira para a segunda temperatura, o meio na câmara 21 se funde, resultando assim na liberação de força de aperto entre a tubulação de coluna 3 e o recipiente 6. No segundo estado operacional do elemento de atuador passivo 20, a bomba vertical 1 com a tubulação de coluna 3 pode ser facilmente removida do recipiente 6.

[0087] A figura 5 mostra uma vista em corte transversal de uma segunda variação da primeira modalidade do elemento de atuador passivo 20 que usa a expansão de água mediante o congelamento para alterar entre o primeiro e o segundo estado operacional do elemento de atuador passivo 20. Além disso, a figura 6 mostra uma vista superior na segunda variante, como visto a partir do recipiente 6.

[0088] Similar à primeira modalidade mostrada na figura 3, a

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29/43 segunda variante compreende um compartimento rígido 23 que é produzido, por exemplo, a partir de um metal como um aço. O compartimento 23 tem um formato, em geral, cilíndrico, com o lado superior, de acordo com a representação na figura 5, sendo aberta. O lado superior é fechado pela parede flexível 22’ que é conectada ao compartimento 23 de maneira hermética. Assim, a câmara 21, que contém a água ou a mistura que contém água com o meio, é delimitada e fechada pelo compartimento cilíndrico 23 e pela parede flexível 22’. No estado montado, a parede flexível 22’ fica oposta ao recipiente 6.

[0089] Nessa variante, a parede flexível 22’ é desenvolvida como uma parede parcialmente flexível 22’, ou seja, uma parede híbrida que consiste, parcialmente, em um metal, por exemplo, um aço, e parcialmente, em um material flexível ou elástico, por exemplo, um polímero. O polímero pode ser, por exemplo, uma borracha de nitrila, como aquela que é disponível sob a marca registrada Buna-N.

[0090] Como pode ser visto melhor na figura 6, a parede flexível 22’ compreende uma peça de metal central em formato de disco e rígida 221 sendo disposta de maneira concêntrica com relação ao compartimento cilíndrico 23 e uma peça flexível em formato de anel222 que circunda a peça de metal 221 e que conecta a peça de metal 221 ao compartimento 23 de maneira hermética. A peça flexível em formato de anel 222 fornece a flexibilidade da parede 22’ de modo que a dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20 pode aumentar quando o elemento de atuador passivo 20 altera a partir do segundo para o primeiro estado operacional e diminuir quando o elemento de atuador passivo 20 altera a partir do primeiro para o segundo estado operacional.

[0091] Na figura 5, a linha sólida representa a parede flexível 22’ quando o elemento de atuador passivo está no seu segundo estado

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30/43 operacional, isto é, a água ou a mistura que contém água na câmara 21 está líquida. A seta sem o número de referência indica o movimento da parede flexível 22’ mediante o congelamento do líquido na câmara 21 e alinha pontilhada indica a localização da parede flexível 22’ quando o elemento de atuador passivo 20 está no seu primeiro estado operacional.

[0092] O projeto híbrido da parede flexível 22’ permite um ajuste muito simples e preciso da diferença na dimensão radial do elemento de atuador passivo 20 no primeiro e no segundo estado operacional.

[0093] Como já explicado em conjunto com a figura 3, a peça de metal 221 pode ser dotada de elementos de rolete 24 (não mostrado na figura 5) para permitir um movimento relativo entre o elemento de atuador passivo 20 e o recipiente 6 na direção axial A.

[0094] A figura 7 mostra uma vista em corte transversal de uma terceira variação da primeira modalidade do elemento de atuador passivo 20 que usa a expansão de água mediante o congelamento para alterar entre o primeiro e o segundo estado operacional do elemento de atuador passivo 20.

[0095] De acordo coma terceira variante, a parede móvel 22 é desenvolvida como um pistão que é orientado pelo compartimento cilíndrico 23 do elemento de atuador passivo 20, isto é, a câmara 21 que contém a água ou a mistura que contém água como um meio é delimitada pelo compartimento cilíndrico 23 e pelo pistão 22. Mediante o congelamento do líquido na câmara 21, o pistão 22 se estende em direção ao recipiente 6 como indicado pela seta sem o número de referência na figura 7, de modo que um elemento de atuador passivo 20 constitui uma conexão rígida entre a tubulação de coluna 3 e o recipiente quando o elemento de atuador passivo 20 está no primeiro estado operacional.

[0096] Na figura 7, a linha sólida representa o pistão 22 quando o

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31/43 elemento de atuador passivo está no seu segundo estado operacional, isto é, a água ou a mistura que contém água na câmara 21 está líquida e a linha pontilhada indica a localização do pistão quando o elemento de atuador passivo 20 está no seu primeiro estado operacional. A fim de vedar a câmara 21 de maneira hermética, um ou mais elementos de vedação 26, por exemplo, anéis em O, podem ser fornecidos entre o pistão 22 e a parte do compartimento 23 que orienta o pistão 22.

[0097] A figura 8 mostra uma vista em corte transversal de uma segunda modalidade do elemento de atuador passivo 20. Na descrição a seguir, apenas as diferenças para a primeira modalidade são explicadas. As explicações com relação à primeira modalidade também são válidas analogamente da mesma forma para a segunda modalidade mostrada na figura 8. A segunda modalidade do elemento de atuador passivo 20 não requer um líquido de congelamento para alterar a dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20 quando muda entre o seu primeiro e segundo estado operacional.

[0098] De acordo com a segunda modalidade cada elemento de atuador passivo 20 compreende um expansor metálico 27 para alterar a dimensão radial R do elemento de atuador passivo quando muda entre o primeiro e o segundo estado operacional. Ao invés de uma alteração de volume de um líquido mediante o congelamento, na segunda modalidade, a expansão térmica de metais ou uma transição de fase induzida por temperatura de um material metálico é usada para alterar a dimensão radial R do elemento de atuador passivo.

[0099] Como pode ser visto na figura 8, o elemento de atuador passivo 20 compreende um compartimento rígido 23 que é produzido, por exemplo, a partir de um metal como um aço. O compartimento 23 tem um formato, em geral, cilíndrico com o lado superior, de acordo com a representação na figura 8, sendo aberto, em que esse lado superior é oposto ao recipiente 6 no estado montado do atuador

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32/43 passivo 10. O lado superior do compartimento 23 é fechado pelo expansor metálico 27 que é desenvolvido como uma placa bimetálica plana em formato de disco sendo conectada de maneira firme à parede cilíndrica do compartimento 23, por exemplo, por soldagem ou qualquer outro meio adequado.

[00100] Como é conhecido para membros bimetálicos, o expansor metálico 27 compreende duas camadas metálicas diferentes 271 e 272 que são produzidas a partir de dois materiais metálicos que têm diferentes coeficientes de expansão térmica. Por exemplo, uma das camadas 271, 272 pode ser produzida a partir de cobre e a outra de aço. No entanto, há muitos diferentes pareamentos de material que são conhecidos na técnica para formar uma placa bimetálica. A primeira camada 271 e a segunda camada 272 são unidas de maneira firme uma à outra por toda a sua superfície. Mediante uma alteração na temperatura, as duas camadas 271 e 272, respectivamente, se estendem ou se contraem a uma diferente extensão, o que resulta em uma flexão do expansor metálico 27 e, com isso, uma alteração da dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20.

[00101] De preferência, o expansor metálico 27 é desenvolvido de maneira que ele é plano, isto é, não dobrado, quando o elemento de atuador passivo 20 está na segunda temperatura e no seu segundo estado operacional.

[00102] Com relação à segunda modalidade, é preferido quando a alteração de temperatura é alcançada por meio do fluido que é bombeado pela bomba vertical 1. Quando a bomba 1 não está em operação e o recipiente 6 não é preenchido com o fluido a ser bombeado, cada elemento de atuador passivo 20 adota a temperatura no recipiente 6, que deve ser próxima à temperatura ambiente. Essa temperatura ambiente constitui a segunda temperatura. Quando a bomba vertical 1 está em operação e o recipiente 6 é preenchido com

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33/43 o fluido a ser bombeado cada elemento de atuador passivo 20 adota diferentes temperaturas, determinadas pela temperatura do fluido a ser bombeado. Essa temperatura constitui a primeira temperatura. Assim, em aplicações de baixa temperatura, por exemplo, ao bombear LNG, a primeira temperatura é consideravelmente inferior que a segunda temperatura e em aplicações de alta temperatura, por exemplo, ao bombear sal fundido, a primeira temperatura é consideravelmente maior do que a segunda temperatura.

[00103] A segunda modalidade mostrada na figura 8 é particularmente adequada tanto para as aplicações de alta temperatura quanto de baixa temperatura. Para as aplicações de alta temperatura, a segunda camada 272, isto é, aquela inferior de acordo com a representação na figura 8, é produzida a partir do material que tem o coeficiente inferior de expansão térmica. Assim, se a temperatura do elemento de atuador passivo 20 mudar a partir da segunda temperatura (bomba 1 que não opera) para a primeira temperatura consideravelmente maior, o expansor metálico 27 forma uma cúpula como indicada pela seta sem o número de referência e a linha pontilhada na figura 8. Assim, a dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20 é maior no primeiro estado operacional na primeira temperatura do que no segundo estado operacional na segunda temperatura. Consequentemente, cada elemento de atuador passivo 20 constitui uma conexão rígida entre o recipiente 6 e a tubulação de coluna 3 resultando na ação de aperto desejada para amortecer ou suprimir uma vibração da tubulação de coluna 3.

[00104] Quando basicamente o mesmo projeto é usado para aplicações de baixa temperatura, isto é, a primeira temperatura é consideravelmente inferior do que a segunda temperatura, a segunda camada 272 é produzida a partir do material que tem o maior coeficiente de expansão térmica. Como um resultado, o expansor

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34/43 metálico 27 forma uma cúpula, como indicado pela seta sem o número de referência e a linha pontilhada na figura 8 durante uma alteração a partir da segunda para a primeira temperatura. Assim, a dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20 é maior no primeiro estado operacional na primeira temperatura do que no segundo estado operacional na segunda temperatura.

[00105] É desnecessário dizer que o projeto do expansor metálico 27, também outras geometrias ou disposições dos elementos bimetálicos, são possíveis. Na segunda modalidade, a câmara delimitada pelo compartimento 23 e pelo expansor metálico 27 não precisa ser à prova d’água. Além disso, o compartimento 23 não precisa ser mais do que apenas um suporte no perímetro do expansor metálico em formato de disco 27, ou suportes em ponta em ambos os lados de uma tira, se o expansor metálico 27 for desenvolvido como uma tira.

[00106] De preferência, o expansor metálico27 compreende no seu centro um pino de contato 28 que se projeta na direção radial para engatar o recipiente 6 quando o elemento de atuador passivo está no seu primeiro estado operacional. O pino de contato 28 pode ser produzido a partir de um metal ou um polímero. Além disso, o pino de contato 28 também pode ser desenvolvido como um elemento de rolamento similar aos elementos de rolamento 24 mostrados na figura 3 para permitir um movimento relativo entre o elemento de atuador passivo 20 e o recipiente 6 com relação à direção axial A. Além disso, também é possível ter elementos de rolamento 24 (figura 3) adicionais no expansor metálico 27 para ficar em contato com o recipiente 6 quando o elemento de atuador passivo está no seu primeiro estado operacional.

[00107] Como uma alternativa à placa ou disco bimetálico, também é possível desenvolver o expansor metálico 27 com uma liga com

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35/43 memória de formato (SMA) que tem sua transição de fase estrutural a partir da fase de alta temperatura para a fase de baixa temperatura em uma temperatura que está localizada entre a primeira e a segunda temperatura. Uma vez que a transição de fase induzida por temperatura e reversível de SMA resulta em uma deformação de SMA, a SMA pode ser usada para alterar a dimensão radial R do elemento de atuador passivo 20 mediante uma alteração a partir da primeira para a segunda temperatura e vice-versa.

[00108] A figura 9 mostra uma vista em corte transversal de uma terceira modalidade do elemento de atuador passivo 20. Na descrição a seguir, apenas as diferenças para a primeira e para a segunda modalidade são explicadas. As explicações com relação à primeira e à segunda modalidade também são válidas analogamente da mesma forma para a terceira modalidade mostrada na figura 9.

[00109] De acordo com a terceira modalidade cada atuador passivo 20 tem uma rigidez diferente com relação à direção radial no primeiro e o segundo estado operacional, respectivamente. Cada elemento de atuador passivo 20 tem uma alta rigidez com relação a direção radial no primeiro estado operacional, a alta rigidez que evita uma compressão do elemento de atuador passivo 20 com relação à direção radial, e cada elemento de atuador passivo 20 tem uma baixa rigidez com relação à direção radial no segundo estado operacional, a baixa rigidez que permite uma compressão elástica do elemento de atuador passivo 20 com relação à direção radial.

[00110] A elemento de atuador passivo 20 compreende um compartimento 23 e uma parede móvel que é, de preferência, desenvolvida como um pistão 29 sendo orientado pelo compartimento 23, de modo que o pistão 29 é móvel em relação ao compartimento 23 na direção radial. O compartimento 23 é desenvolvido como um cilindro para orientar o pistão 29. O compartimento 23 e o pistão29 são

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36/43 produzidos a partir de diferentes materiais, que têm diferentes coeficientes de expansão térmica, de modo que o compartimento 23 se fixa ao redor do pistão 29 no primeiro estado operacional, e que o pistão 29 é móvel em relação ao compartimento 23 no segundo estado operacional.

[00111] A título de exemplo, a referência é feita a uma aplicação de baixa temperatura da bomba vertical 1, em que a segunda temperatura (a bomba 1 não está em operação, o recipiente 6 não é preenchido com o fluido a ser bombeado) é maior que a primeira temperatura (a bomba 1 está em operação, o recipiente 6 é preenchido com o fluido a ser bombeado). Para esse caso, o pistão 29 é produzido a partir de um material que tem um coeficiente muito baixo ou até mesmo insignificante de expansão térmica e o compartimento 23 é produzido a partir de um material que tem um coeficiente de expansão térmica consideravelmente maior. Os dois coeficientes de expansão térmica podem, por exemplo, se diferenciar pelo menos em uma ordem de magnitude. Um exemplo de um material que tem um coeficiente e expansão térmica muito baixo é aquele das ligas de níquel e ferro, que está comercialmente disponível sob a marca registrada Invar. Como um exemplo para um material que tem um coeficiente de expansão térmica consideravelmente maior é o aço austenítico, que tem um coeficiente de expansão térmica que é cerca de 20 vezes maior que aquele da Invar.

[00112] Assim, o pistão 29 é, por exemplo, produzido a partir de Invar e o compartimento 23 é produzido a partir de aço austenítico.

[00113] O pistão 29 e o compartimento 23 são desenvolvidos e dimensionados de modo que o pistão 29 é facilmente móvel em relação ao compartimento 23 na direção radial quando o elemento de atuador passivo 20 está na segunda temperatura.

[00114] Além disso, o pistão 29 é carregado por mola com relação à

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37/43 direção radial por duas ou mais molas macias 30 disposta entre o pistão 29 e o fundo do compartimento cilíndrico 23. Quando o elemento de atuador passivo 20 está na segunda temperatura, ele é facilmente compressível com relação à direção radial ao impulsionar o pistão 29 para dentro do compartimento 23 contra a força de mola das molas macias 30. A mola 30 deve exercer uma força grande o suficiente para estender o pistão 29 de modo a engatar a parede do recipiente, e deve ficar engatada todas as vezes, em ambos estados operacionais, embora com diferente rigidez. Isso corresponde ao segundo estado operacional do elemento de atuador passivo 20. Assim, nesse segundo estado operacional, a tubulação de coluna 3 com o atuador passivo 10 montado pode ser facilmente inserida ou removida do recipiente 6, uma vez que os elementos de atuador passivo 20 são facilmente compressíveis contra a carga leve das molas 30. Durante a inserção (ou remoção) da tubulação de coluna 3 no (ou do) recipiente 6, o pistão 29 segue a superfície do recipiente 6 sem desviar da tubulação de coluna 3. Também é possível fornecer o lado superior do pistão 29 em oposição ao recipiente 6 com os elementos de rolamento 24 de maneira análoga àquela explicada, como é visto em conjunto com a figura 3.

[00115] Quando a bomba vertical 1 começa a operar, a temperatura de cada elemento de atuador passivo 20 muda a partir da segunda temperatura até a primeira temperatura. Devido a esse coeficiente de expansão térmica mais elevado, o compartimento cilíndrico 23 se contrai a um maior grau do que o pistão 29. Em uma determinado projeto, a temperatura entre a segunda e a primeira temperatura, o compartimento 23 prende o pistão 29, por exemplo, por um encaixe de interferência. Como um resultado, o pistão 29 é travado na sua posição atual com relação ao compartimento 29 e não é mais móvel na direção radial, o que significa que o elemento de atuador passivo

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38/43 tem agora uma rigidez consideravelmente maior com relação à direção radial que evita uma compressão do elemento de atuador passivo 20, com forças radiais na direção radial sendo transmitida através do compartimento23 ao invés das molas macias 30.

[00116] A contração mais forte do compartimento cilíndrico 23 é indicada na figura 9 pelas duas setas sem o número de referência.

[00117] No projeto desejado, a temperatura (através da qual o aperto ocorre) localizada entre a primeira e a segunda temperatura pode ser ajustada, por exemplo, pelas dimensões do pistão 29 e do compartimento 23 e pela sua expansão térmica. Ao passar a temperatura de projeto, e caindo ainda mais até a primeira temperatura, a força que o compartimento 23 exerce no pistão 29 aumenta. Além disso, todo o sistema do recipiente 6, a tubulação de coluna 3 e o atuador passivo 10, têm coeficientes de expansão térmica não zero, se contraem de maneira radial. Apenas os pistões 29 não se contraem ou pelo menos a uma extensão consideravelmente inferior. Isso corresponde a uma expansão relativa dos pistões 29 com relação ao restante do sistema que aumenta tanto a força de aperto que atua entre a tubulação de coluna 3 e a parede de recipiente, quanto a força de aperto entre o compartimento 23 e o pistão 29.

[00118] Na primeira temperatura, cada elemento de atuador passivo 20 está no seu primeiro estado operacional e constitui uma conexão muito rígida entre o recipiente 6 e a tubulação de coluna 3 que resulta na força de aberto desejada para suprimir uma vibração da tubulação de coluna 3.

[00119] Além disso, a terceira modalidade do elemento de atuador passivo 20 pode ser desenvolvida para aplicações de alta temperatura, em que a segunda temperatura é consideravelmente inferior à primeira temperatura. Para tais aplicações de alta temperatura, o pistão 29 é produzido a partir do material que tem o coeficiente de expansão

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39/43 térmica maior, por exemplo, aço austenítico, enquanto o compartimento 23 é produzido a partir do material que tem o coeficiente de expansão térmica inferior, por exemplo, Invar. Ao aquecer o elemento de atuador passivo 20 a partir da segunda para a primeira temperatura, o pistão 29 se expande para um diâmetro maior do que do orifício correspondente no compartimento 23, de modo que o pistão 29 é preso no compartimento 23 ao passar uma temperatura de projeto entre a segunda e a primeira temperatura e fixo na sua posição radial.

[00120] Agora, com referência a todas as modalidades e variantes descritas do atuador passivo 10 ou do elemento de atuador passivo 20, respectivamente, também é possível fixar de maneira direta os elementos individuais de atuador passivo 20 em um local adequado à tubulação de coluna 3, por exemplo, mediante soldagem. Assim, não é necessário que o atuador passivo 10 compreenda um dispositivo de sustentação 15 comum ao qual os elementos de atuador passivo 20 são fixos.

[00121] Também é possível fixar o atuador passivo 10 ou os elementos de atuador passivo 20, respectivamente, ao recipiente 6. No caso, cada elemento de atuador passivo 20 é disposto de modo que a parede móvel 22, ou o pistão 22, ou a parede flexível 22’, ou o pistão 29, ou o expansor metálico 27, respectivamente, ficam opostos à tubulação de coluna 3.

[00122] Para a maior parte das aplicações, é preferido que o atuador passivo 10 tenha três ou quatro elementos de atuador passivo 20 que são todos dispostos na mesma altura entre a extremidade inferior 11 e a extremidade superior 12 da bomba e distribuídos de maneira equidistante ao longo da circunferência da tubulação de coluna 3 na dita altura.

[00123] Além disso, para a maior parte das aplicações, é suficiente

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40/43 fornecer no máximo dois atuadores passivos 10 em diferentes alturas da tubulação de coluna 3 a fim de alterar todas as frequências naturais estruturais do sistema vibratório para frequências maiores que as frequências nas quais a bomba vertical 1 é operada.

[00124] Embora seja preferido que a alteração entre a segunda e a primeira temperatura seja alcançada pelo fluido de processo a ser bombeado, também é possível fornecer meios de aquecimento ou resfriamento para alterar a temperatura dos elementos de atuador passivo 20 entre a segunda e a primeira temperatura.

[00125] Em muitas aplicações, não é necessário ou até mesmo não é desejado que a tubulação de coluna 3 da bomba vertical 1 seja centralizada com relação ao recipiente 6 no estado montado, isto é, a distância na direção radial entre a tubulação de coluna 3 e o recipiente 6 varies ao longo da circunferência da tubulação de coluna 3 e/ou ao longo da altura da tubulação de coluna 3 na direção axial A. Em tais aplicações, não é desejado que o atuador passivo 10 exerça uma força de centralização na tubulação de coluna 3, pois tais forças de centralização adicionais resultariam em cargas adicionais atuando nas partes da bomba 1, por exemplo, nos mancais.

[00126] Uma medida possível a ser considerada para a excentricidade da tubulação de coluna 3 com relação ao recipiente 6 é desenvolver os elementos individuais de atuador passivo 20 de um atuador passivo 10 com diferentes dimensões radiais R adaptadas para a distância disponível entre a tubulação de coluna 3 e o recipiente 6 no local específico na tubulação de coluna 3 em que o respectivo elemento de atuador passivo 20 é disposto.

[00127] Isso tenta fornecer elementos de atuador passivo 20 com diferentes dimensões radiais que também podem ser aplicadas em aplicações em que a tubulação de coluna tubular 3 e/ou o recipiente 6 se desviam de uma seção transversal circular perpendicular à direção

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41/43 axial A. Se a tubulação de coluna 3 tiver, por exemplo, uma seção transversal elíptica perpendicular à direção axial A, é possível posicionar os elementos de atuador passivo 20 com uma dimensão radial menor R nos locais em que a tubulação de coluna 3 fica mais próxima a um recipiente 6 e posicionar os elementos de atuador passivo 20 com uma dimensão radial maior R naqueles locais em que a tubulação de coluna 3 está mais distante do recipiente 6.

[00128] Outra medida vantajosa para compensar os desvios da tubulação de coluna 3 a partir de uma seção transversal circular é fornecer elementos resilientes ou compatíveis entre o dispositivo de sustentação 15 e a tubulação de coluna 3 ou entre os elementos de atuador passivo 20 e a tubulação de coluna 3, por exemplo, uma ou mais arruelas Bellville.

[00129] O atuador passivo 10 de acordo com a invenção é especial mente adequado para o encaixe de bombas verticais 1.

[00130] De acordo com a invenção, o método para a adaptação de uma bomba vertical 1 que tem uma entrada de coluna 14 para um fluido em uma extremidade inferior 11, uma saída de bomba 31 para o fluido em uma extremidade superior 12 e uma tubulação de coluna 3 disposta entre a entrada de coluna 14 e a saída de bomba 31, em que a bomba vertical 1 é desenvolvida para ser recebida em um recipiente 6 que circunda a tubulação de coluna 3, compreende as etapas de: [00131] - fornecer um atuador passivo 10 para suprimir uma vibração da tubulação de coluna 3 da bomba vertical 1, o dito atuador passivo sendo desenvolvido de acordo com a invenção;

[00132] - selecionar pelo menos um local na tubulação de coluna 3;

[00133] - montar o atuador passivo 10 no local selecionado.

[00134] Além disso, ao encaixar as bombas verticais 1 existentes, é preferido que cada atuador passivo 10 compreenda uma pluralidade de elementos de atuador passivo 20 e os três ou quatro elementos de

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42/43 atuador passivo 20 mais preferidos. Além disso, é preferido que a dimensão radial R de cada elemento de atuador passivo 20 seja adaptada à distância na direção radial entre a tubulação de coluna 3 e o recipiente 6. Assim, o método fornece uma solução muito simples, segura e eficiente para resolver os problemas de ressonância ou vibração em bombas verticais. Em particular, ao desenvolver os elementos de atuador passivo 20 de acordo com a terceira modalidade que inclui as molas 30, os elementos de atuador passivo 20 se autoajustam para a distância disponível entre a tubulação de coluna 3 e o recipiente 6 no seu respectivo local.

[00135] A fim de selecionar o local ou locais adequados entre a tubulação de coluna 3 e o recipiente 6 para montar o(s) atuador(s) passivo(s) 10 ou os elementos de atuador passivo 20, respectivamente, é possível usar um método analítico e, de preferência, análise modal de computação a fim de visualizar os modos de vibração da tubulação de coluna 3. A determinação dos locais específicos também pode ter como base outros métodos, por exemplo, simulações ou outros métodos analíticos que são assim conhecidos aos versados na técnica. Além disso, é possível usar os dados empíricos, de testes, dados históricos de bombas verticais ou o conhecimento para a dita determinação.

[00136] O método de acordo com a invenção é adequado tanto para resolver os problemas de ressonância quanto de vibração nas bombas já instaladas e em operação 1 e para evitar os problemas de ressonância ou vibração em bombas recém-fabricadas 1. Especial mente em vista da adaptação de bombas verticais existentes 1, é vantajoso que não haja necessidade de um reprojeto completo da bomba vertical 1 para superar as questões de ressonância. A invenção fornece uma solução com um projeto muito simples e eficaz. Esse método é muito flexível e pode ser aplicado a todas as bombas

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43/43 verticais 1 que têm uma tubulação de coluna 3 e sendo disposta em um recipiente 6. A instalação dos atuadores passivos 10 é muito rápida e fácil.

[00137] Além disso, a instalação do atuador passivo 10 pode ser realizada no local em que a bomba vertical 1 está operando. Uma vez que o método proposto compreende uma solução muito simples, não é necessário desmontar toda a bomba vertical ou desmontar a tubulação de coluna 3 da bomba vertical 1. Isso reduz drasticamente os custos e o tempo necessário para resolver os problemas de ressonância existentes nas bombas verticais.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Atuador passivo para suprimir uma vibração de uma tubulação de coluna de uma bomba vertical, em que o atuador (10) é adaptado para ser montado entre a tubulação de coluna (3) da bomba vertical (1) e um recipiente (6) que circunda a tubulação de coluna (3), o dito atuador passivo (10) tendo um primeiro estado operacional para adicionar rigidez entre o recipiente e a tubulação de coluna (3) e um segundo estado operacional para pelo menos reduzir adita rigidez, caracterizado pelo fato de que o atuador passivo (10) compreende uma pluralidade de elementos de atuador passivo (20), cada um dos quais é desenvolvido para alterar de maneira automática a partir do segundo estado operacional para o primeiro estado operacional quando a temperatura do elemento de atuador passivo (20) altera a partir de uma segunda temperatura para uma primeira temperatura, a primeira temperatura sendo diferente da segunda temperatura, e para alterar de maneira automática a partir do primeiro estado operacional para o segundo estado operacional, quando a temperatura do elemento de atuador passivo (20) altera a partir da primeira temperatura para a segunda temperatura.
2. Atuador passivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que todos os elementos de atuador passivo (20) são fixos a um dispositivo de sustentação (15), que é configurado para ser montado ao redor da tubulação de coluna (3) da bomba vertical (1).
3. Atuador passivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que cada elemento de atuador passivo (20) tem uma dimensão radial (R) em uma direção radial, a direção radial se estendendo perpendicular a uma direção axial (A) no estado montado do atuador (10), a direção axial (A) sendo definida pelo eixo rotacional da bomba vertical (1), e

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2/4 em que a dita dimensão radial (R) é diferente no primeiro estado operacional e no segundo estado operacional.
4. Atuador passivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada elemento de atuador passivo (20) compreende uma câmara estanque (21) sendo extensível na direção radial, em que a câmara (23) é preenchida com um meio, de preferência, água ou uma mistura que contém água, e em que o meio é líquido no segundo estado operacional e sólido no primeiro estado operacional.
5. Atuador passivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a câmara (21) é delimitada por uma parede flexível (22’) desenvolvida para permitir uma expansão da câmara (21) com relação à direção radial.
6. Atuador passivo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a parede flexível (22’) é pelo menos parcialmente produzida a partir de um polímero.
7. Atuador passivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a câmara (21) é delimitada por um compartimento (23) e por uma parede móvel (22), a parede (22) sendo móvel em relação ao compartimento (23) na direção radial.
8. Atuador passivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a parede móvel (22) é desenvolvida como um pistão (22) sendo orientado pelo compartimento (23).
9. Atuador passivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada elemento de atuador passivo (20) compreende um expansor metálico (27), que é desenvolvido e disposto de modo que a dimensão radial (R) do elemento de atuador passivo (20) é diferente no primeiro estado operacional e no segundo estado operacional.
10. Atuador passivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,

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3/4 caracterizado pelo fato de que cada elemento de atuador passivo (20) tem uma dimensão radial (R) em uma direção radial, a direção radial se estendendo perpendicular a uma direção axial (A) no estado montado do atuador (10), a direção axial (A) sendo definida pelo eixo rotacional da bomba vertical (1), em que o elemento de atuador passivo (20) tem uma alta rigidez com relação à direção radial no primeiro estado operacional, a alta rigidez evitando uma compressão do elemento de atuador passivo (20) com relação à direção radial, e em que o elemento de atuador passivo (20) tem uma baixa rigidez com relação à direção radial no segundo estado operacional, a baixa rigidez permitindo uma compressão elástica do elemento de atuador passivo (20) com relação à direção radial.
11. Atuador passivo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que cada elemento de atuador passivo (20) compreende um compartimento (23) e uma parede móvel (29), a parede (29) sendo móvel em relação ao compartimento (23) na direção radial, em que o compartimento (23) e a parede (29) são produzidos a partir de diferentes materiais, que têm diferentes coeficientes de expansão térmica, de modo que o compartimento (23) prende a parede (29) no primeiro estado operacional, e que a parede (29) é móvel em relação ao compartimento (23) no segundo estado operacional.
12. Atuador passivo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o compartimento (23) é desenvolvido como um cilindro, e a parede móvel (29) é desenvolvida como um pistão (29) sendo orientado pelo compartimento (23), e em que a parede (29) é, de preferência, carregada por mola com relação à direção radial.
13. Atuador passivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que tem três ou

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4/4 quatro elementos de atuador passivo (20).
14. Bomba vertical para conduzir um fluido que tem uma entrada de coluna (14) para o fluido em uma extremidade inferior (11), uma saída de bomba (31) para o fluido em uma extremidade superior (12) e uma tubulação de coluna (3) disposta entre a entrada de coluna (14) e a saída de bomba (31), em que a bomba vertical é desenvolvida para ser recebida em um recipiente (6) que circunda a tubulação de coluna (3), caracterizada pelo fato de que tem pelo menos um atuador passivo (10) sendo desenvolvido, como definido nas reivindicações precedentes.
15. Método para a adaptação de uma bomba vertical que tem uma entrada de coluna (14) para um fluido em uma extremidade inferior (11), uma saída de bomba (31) para o fluido em uma extremidade superior (12) e uma tubulação de coluna (3) disposta entre a entrada de coluna (14) e a saída de bomba (31), em que a bomba vertical (1) é desenvolvida para ser recebida em um recipiente (6) que circunda a tubulação de coluna (3), o dito método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

- fornecer um atuador passivo (10) para suprimir uma vibração da tubulação de coluna (3) da bomba vertical, o dito atuador passivo (10) sendo desenvolvido, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13;

- selecionar pelo menos um local na tubulação de coluna (3);

- montar o atuador passivo (10) no local selecionado.