BR112019018927A2 - multistage pump - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a uma bomba de multiestágios capaz de ser usada como uma bomba de fornecimento de água para pressurizar água em alta pressão e alta temperatura e distribuir a água pressurizada a uma caldeira. a bomba de multiestágios inclui um eixo (1), vários estágios de impulsores (3a a 3j), fixos ao eixo (1), um invólucro (2) para acomodar os vários estágios de impulsores (3a a 3j), um mecanismo de equilíbrio (11) para cancelar uma força de empuxo aplicada aos vários estágios de impulsores (3a a 3j) de líquido, uma vedação mecânica (32) para vedar um vão entre o eixo (1) e o invólucro (2) e uma válvula de alívio de pressão (22) acoplada a qualquer de uma porta de sucção (2a) do invólucro (2), uma câmara de equilíbrio (16) do mecanismo de equilíbrio (11), um tubo de equilíbrio (18) do mecanismo de equilíbrio (11) e uma câmara de vedação (43) da vedação mecânica (32).the present invention relates to a multistage pump capable of being used as a water supply pump for pressurizing water at high pressure and high temperature and distributing pressurized water to a boiler. the multistage pump includes a shaft (1), several impeller stages (3a to 3j), attached to the shaft (1), a housing (2) to accommodate the various impeller stages (3a to 3j), a balancing mechanism (11) to cancel a buoyant force applied to the various stages of liquid impellers (3a to 3j), a mechanical seal (32) to seal a gap between the shaft (1) and the housing (2) and a relief valve pressure (22) coupled to any of a suction port (2a) of the housing (2), a balance chamber (16) of the balance mechanism (11), a balance tube (18) of the balance mechanism (11 ) and a sealing chamber (43) of the mechanical seal (32).
Description
BOMBA DE MULTIESTÁGIOSMULTI-STAGE PUMP
Campo técnico [001] A presente invenção refere-se a uma bomba de multiestágios para distribuir um líquido e mais particularmente a uma bomba de multiestágios capaz de ser usada como uma bomba de fornecimento de água para pressurizar água de alta pressão e alta temperatura e distribuir a água pressurizada a uma caldeira.Technical field [001] The present invention relates to a multistage pump to deliver a liquid and more particularly to a multistage pump capable of being used as a water supply pump to pressurize high pressure and high temperature water and deliver pressurized water to a boiler.
Técnica antecedente [002] Em um sistema de geração de energia usando uma turbina a vapor, água em alta pressão e alta temperatura é fornecida a uma caldeira usando uma bomba de fornecimento de água constituída por uma bomba de multiestágios e a caldeira aquece a água para gerar vapor. A figura 15 é uma vista esquemática mostrando o sistema de geração de energia usando a turbina a vapor. Água, como água industrial ou água pura, é fornecida a um tanque 200 e distribuída para um desaerador 205 por uma bomba 201. O desaerador 205 é um dispositivo para remover oxigênio dissolvido da água e é fornecido para evitar ferrugem de uma caldeira 211, tubos e similares dispostos à jusante do desaerador 205. A água é aquecida a uma temperatura alta de 140°C até 150°C no desaerador 205, e água de alta pressão e alta temperatura é produzida no desaerador 205.Background [002] In a power generation system using a steam turbine, water at high pressure and high temperature is supplied to a boiler using a water supply pump consisting of a multistage pump and the boiler heats the water to generate steam. Figure 15 is a schematic view showing the power generation system using the steam turbine. Water, such as industrial water or pure water, is supplied to a tank 200 and distributed to a deaerator 205 by a 201 pump. Deaerator 205 is a device for removing dissolved oxygen from water and is provided to prevent rust from a boiler 211, pipes and the like disposed downstream of deaerator 205. Water is heated to a high temperature of 140 ° C to 150 ° C in deaerator 205, and high pressure, high temperature water is produced in deaerator 205.
[003] O desaerador 205 é disposto em uma posição mais alta que uma bomba de fornecimento de água 208. O desaerador 205 e a bomba de fornecimento de água 208 são acopladas por um tubo de sucção 206. A água em alta pressão e alta temperatura no desaerador 205 é sugada para dentro da bomba de fornecimento de água 208 através do tubo de sucção 206 e é pressurizada pela bomba de fornecimento de água 208 e distribuída para a caldeira 211. A água em alta pressão e alta temperatura é adicionalmente aquecida a 200°C a 300°C pela caldeira 211, de modo que o vapor seja gerado.[003] Deaerator 205 is disposed in a higher position than a water supply pump 208. Deaerator 205 and water supply pump 208 are coupled by a suction pipe 206. Water at high pressure and high temperature in the deaerator 205 it is sucked into the water supply pump 208 through the suction pipe 206 and is pressurized by the water supply pump 208 and distributed to the boiler 211. The water at high pressure and high temperature is additionally heated to 200 ° C to 300 ° C by boiler 211, so that steam is generated.
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 104/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 104/144
2/21 vapor rotaciona uma turbina a vapor 212 e rotaciona um gerador elétrico 214 acoplado à turbina a vapor 212.2/21 steam rotates a steam turbine 212 and rotates an electric generator 214 coupled to steam turbine 212.
[004] Uma parte do vapor descarregado a partir da turbina a vapor 212 é distribuída para o desaerador 205, de modo que um interior do desaerador 205 seja mantido em alta pressão. O vapor restante é condensado por um condensador 215 para se tornar água. A água condensada é distribuída para o tanque 200 por uma bomba 216. Desse modo, quando a água circula no sistema de geração de energia, o vapor rotaciona a turbina a vapor 212, e o gerador elétrico 214 acoplado à turbina a vapor 212 gera eletricidade.[004] A portion of the steam discharged from the steam turbine 212 is distributed to the deaerator 205, so that an interior of the deaerator 205 is maintained at high pressure. The remaining steam is condensed by a condenser 215 to become water. Condensed water is distributed to tank 200 by a pump 216. Thus, when water circulates in the power generation system, steam rotates steam turbine 212, and electric generator 214 coupled to steam turbine 212 generates electricity .
Lista de citaçãoCitation List
Literatura de patentes [005] Documento de patente 1: publicação de patente em aberto japonesa no. 51-71502Patent literature [005] Patent document 1: Japanese open patent publication no. 51-71502
Documento de patente 2: publicação de patente em aberto japonesa no. 59-33799Patent document 2: Japanese open patent publication no. 59-33799
Sumário da invençãoSummary of the invention
Problema técnico [006] A água em alta pressão e alta temperatura está presente no estado líquido no desaerador 205. Para distribuir tal água em alta pressão e alta temperatura para a caldeira 211 sem ferver a mesma, uma bomba de multiestágios é usada para a bomba de fornecimento de água acima descrita 208. Entretanto, há um problema de que um anel de vedação de uma vedação mecânica usada na bomba de fornecimento de água 208 é quebrado durante operação da bomba de fornecimento de água 208 e a água vaza a partir da bomba de fornecimento de água 208.Technical problem [006] High-pressure, high-temperature water is present in a liquid state in the deaerator 205. To distribute such high-pressure, high-temperature water to the 211 boiler without boiling it, a multistage pump is used for the pump 208 above described water supply. However, there is a problem that a mechanical seal seal ring used on the water supply pump 208 is broken during operation of the water supply pump 208 and water leaks from the pump water supply 208.
[007] A presente invenção foi feita para resolver tal problema. É um objetivo da presente invenção fornecer uma bomba de multiestágios que possa[007] The present invention was made to solve such a problem. It is an objective of the present invention to provide a multistage pump that can
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 105/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 105/144
3/21 evitar dano a um anel de vedação de uma vedação mecânica.3/21 avoid damage to a mechanical seal seal ring.
Solução para o problema [008] O inventor realizou experimentos para descobrir uma causa do dano ao anel de vedação da vedação mecânica, e encontrou os seguintes motivos. A água no desaerador 205 mostrado na figura 15 é aquecida a uma temperatura alta para remover oxigênio dissolvido a partir da água. Além disso, a pressão no desaerador 205 é mantida alta para manter a água no estado líquido. O motivo para manter a água no estado líquido é permitir que a bomba de fornecimento de água 208 distribua a água para a caldeira 211. Em um exemplo, a água no desaerador 205 é aquecida a 145°C a 427 kPa.Solution to the problem [008] The inventor carried out experiments to discover a cause of damage to the mechanical seal sealing ring, and found the following reasons. The water in the deaerator 205 shown in figure 15 is heated to a high temperature to remove dissolved oxygen from the water. In addition, the pressure in the deaerator 205 is kept high to keep the water in a liquid state. The reason for keeping the water in a liquid state is to allow the water supply pump 208 to distribute the water to the boiler 211. In one example, the water in the deaerator 205 is heated to 145 ° C at 427 kPa.
[009] Como mostrado na figura 15, o desaerador 205 está situado mais alto que a bomba de fornecimento de água 208 por várias dezenas de metros. Uma pressão aplicada à água no tubo de sucção 206 é a soma da pressão no desaerador 205 e coluna hidráulica. Durante operação normal, a pressão aplicada à água no tubo de sucção 206 é mais alta que a pressão de vapor de água. Portanto, como mostrado na figura IA, a água no estado líquido no tubo de sucção 206 é sugada para dentro da bomba de fornecimento de água 208.[009] As shown in figure 15, the deaerator 205 is located higher than the water supply pump 208 by several tens of meters. A pressure applied to the water in the suction pipe 206 is the sum of the pressure in the deaerator 205 and hydraulic column. During normal operation, the pressure applied to the water in the suction pipe 206 is higher than the water vapor pressure. Therefore, as shown in figure IA, the liquid water in the suction pipe 206 is sucked into the water supply pump 208.
[0010] Entretanto, se uma taxa de fluxo do vapor injetado a partir da turbina a vapor 212 para dentro do desaerador 205 diminuir por algum motivo, a pressão no desaerador 205 diminui, e como resultado, a água no tubo de sucção 206 é provavelmente evaporada. Como mostrado na figura 1B, quando a pressão de vapor de água é mais alta que a soma da pressão no desaerador 205 e coluna hidráulica, cavitação ocorre e bolhas são geradas na água no tubo de sucção 206. À medida que a água flui para baixo no tubo de sucção 206, a coluna hidráulica aplicada à água no tubo de sucção 206 aumenta. Então, como mostrado na figura 1C, quando a soma da pressão no desaerador 205 e a coluna hidráulica é igual a ou mais alta que a pressão de vapor de água, as bolhas[0010] However, if a flow rate of the steam injected from the steam turbine 212 into the deaerator 205 decreases for some reason, the pressure in the deaerator 205 decreases, and as a result, the water in the suction pipe 206 is likely evaporated. As shown in figure 1B, when the water vapor pressure is higher than the sum of the pressure in the deaerator 205 and hydraulic column, cavitation occurs and bubbles are generated in the water in the suction pipe 206. As the water flows downward in the suction pipe 206, the hydraulic column applied to the water in the suction pipe 206 increases. Then, as shown in figure 1C, when the sum of the pressure in the deaerator 205 and the hydraulic column is equal to or higher than the water vapor pressure, the bubbles
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 106/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 106/144
4/21 rompem e uma onda de choque é gerada. Esse fenômeno é um denominado golpe de aríete. O golpe de aríete pode ocorrer no tubo de sucção 206 ou pode ocorrer na bomba de fornecimento de água 208.4/21 break and a shock wave is generated. This phenomenon is called a water hammer. Water hammer can occur in the suction pipe 206 or it can occur in the water supply pump 208.
[0011] A bomba de fornecimento de água 208, constituída por uma bomba de multiestágios, inclui um mecanismo de equilíbrio para cancelar uma força de empuxo aplicada a partir da água pressurizada a impulsores. A onda de choque que está sendo gerada quando as bolhas rompem se propaga em um tubo de equilíbrio (ver numeral de referência 208a na figura 15) que constitui uma parte do mecanismo de equilíbrio, e finalmente atinge a vedação mecânica. Portanto, o anel de vedação da vedação mecânica é quebrado pela onda de choque.[0011] The water supply pump 208, consisting of a multistage pump, includes a balancing mechanism to cancel a buoyant force applied from the pressurized water to impellers. The shock wave that is being generated when the bubbles burst propagates in an equilibrium tube (see reference numeral 208a in figure 15) that forms a part of the equilibrium mechanism, and finally reaches the mechanical seal. Therefore, the seal ring of the mechanical seal is broken by the shock wave.
[0012] Como descrito acima, o inventor descobriu através dos experimentos que a cavitação ocorre devido à queda de pressão no desaerador 205 e a onda de choque gerada quando as bolhas romperam pode causar o dano ao anel de vedação da vedação mecânica. A queda de pressão no desaerador 205 é principalmente causada por uma queda de pressão do vapor gerado pela caldeira 211. Portanto, estabilizar a operação da caldeira 211 é uma solução. Entretanto, várias causas da queda de pressão da caldeira 211, como fornecimento instável de combustível, e disparo da turbina a vapor 212. Portanto, é difícil manter a operação estável da caldeira 211.[0012] As described above, the inventor discovered through experiments that cavitation occurs due to pressure drop in the deaerator 205 and the shock wave generated when the bubbles burst can cause damage to the seal ring of the mechanical seal. The pressure drop in the deaerator 205 is mainly caused by a pressure drop in the steam generated by boiler 211. Therefore, stabilizing the operation of boiler 211 is a solution. However, several causes of boiler pressure drop 211, such as unstable fuel supply, and steam turbine 212 firing. Therefore, it is difficult to maintain stable operation of boiler 211.
[0013] Portanto, a presente invenção fornece a bomba de multiestágios seguinte que pode evitar danos a um anel de vedação da vedação mecânica. De acordo com um aspecto, é fornecida uma bomba de multiestágios compreendendo: um eixo; vários estágios de impulsores fixados ao eixo; um invólucro tendo uma porta de sucção e uma porta de descarga e acomodando os vários estágios de impulsores; um mecanismo de equilíbrio configurado para cancelar uma força de empuxo aplicada a partir do líquido aos vários estágios de impulsores; uma vedação mecânica configurada para vedar um vão entre o eixo[0013] Therefore, the present invention provides the next multistage pump that can prevent damage to a mechanical seal sealing ring. According to one aspect, a multistage pump is provided comprising: an axle; various impeller stages attached to the shaft; a housing having a suction port and a discharge port and accommodating the various stages of impellers; a balancing mechanism configured to cancel a buoyant force applied from the liquid to the various impeller stages; a mechanical seal configured to seal a gap between the shaft
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 107/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 107/144
5/21 e o invólucro; e uma válvula de alívio de pressão acoplada a um entre a porta de sucção do invólucro, uma câmara de equilíbrio do mecanismo de equilíbrio, um tubo de equilíbrio do mecanismo de equilíbrio e uma câmara de vedação da vedação mecânica.5/21 and the wrapper; and a pressure relief valve coupled to one between the suction port of the housing, a balance chamber for the balance mechanism, a balance tube for the balance mechanism and a mechanical seal seal chamber.
[0014] De acordo com um aspecto, é fornecida uma bomba de multiestágios compreendendo: um eixo; vários estágios de impulsores fixos ao eixo; um invólucro tendo uma porta de sucção e uma porta de descarga e acomodando os vários estágios de impulsores; um mecanismo de equilíbrio configurado para cancelar uma força de empuxo aplicada a partir do líquido aos vários estágios de impulsores; uma vedação mecânica configurada para vedar um vão entre o eixo e o invólucro; um tubo de sucção acoplado à porta de sucção; e uma válvula de alívio de pressão acoplada ao tubo de sucção.[0014] According to one aspect, a multistage pump is provided comprising: a shaft; several impeller stages fixed to the shaft; a housing having a suction port and a discharge port and accommodating the various stages of impellers; a balancing mechanism configured to cancel a buoyant force applied from the liquid to the various impeller stages; a mechanical seal configured to seal a gap between the shaft and the housing; a suction tube coupled to the suction port; and a pressure relief valve coupled to the suction tube.
[0015] Em uma modalidade, o tubo de equilíbrio do mecanismo de equilíbrio acopla a câmara de equilíbrio do mecanismo de equilíbrio a uma passagem de fluxo localizada entre um primeiro impulsor e um segundo impulsor dos vários estágios de impulsores.[0015] In one embodiment, the balance tube of the balance mechanism couples the balance chamber of the balance mechanism to a flow passage located between a first impeller and a second impeller of the various impeller stages.
[0016] Em uma modalidade, o tubo de equilíbrio do mecanismo de equilíbrio acopla a câmara de equilíbrio do mecanismo de equilíbrio a uma passagem de fluxo localizada entre um segundo impulsor e um terceiro impulsor dos vários estágios de impulsores.[0016] In one embodiment, the balance tube of the balance mechanism couples the balance chamber of the balance mechanism to a flow passage located between a second impeller and a third impeller of the various impeller stages.
[0017] Em uma modalidade, a bomba de multiestágios inclui ainda uma válvula de retenção fixada ao tubo de equilíbrio do mecanismo de equilíbrio, em que a válvula de retenção é configurada para permitir que líquido flua somente da câmara de equilíbrio para um lado de sucção da bomba de multiestágios.[0017] In one embodiment, the multistage pump also includes a check valve attached to the balance tube of the balance mechanism, where the check valve is configured to allow liquid to flow only from the balance chamber to one suction side of the multistage pump.
[0018] Em uma modalidade, a bomba de multiestágios pode ser acionada para gradualmente aumentar uma velocidade rotacional do eixo por um inversor em um tempo de partida da bomba de multiestágios.[0018] In one mode, the multistage pump can be activated to gradually increase a rotational speed of the shaft by an inverter in a multistage pump start time.
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 108/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 108/144
6/21 [0019] Em uma modalidade, a bomba de multiestágios é uma bomba para bombear líquido para passar através de uma membrana de osmose inversa fornecida em um lado de descarga da bomba de multiestágios.6/21 [0019] In one embodiment, the multistage pump is a pump for pumping liquid to pass through a reverse osmosis membrane provided on a discharge side of the multistage pump.
[0020] Em uma modalidade, a bomba de multiestágios inclui ainda um sensor de detecção de operação acoplado a uma abertura de descarga da válvula de alívio de pressão, o sensor de detecção de operação sendo configurado para detectar que a válvula de alívio de pressão operou.[0020] In one embodiment, the multistage pump also includes an operation detection sensor coupled to a pressure relief valve discharge opening, the operation detection sensor being configured to detect that the pressure relief valve has operated .
[0021] Em uma modalidade, um dispositivo para prevenção de golpe de aríete configurado para absorver uma onda de choque é fornecido ao invés da válvula de alívio de pressão.[0021] In one embodiment, a water hammer prevention device configured to absorb a shock wave is provided instead of the pressure relief valve.
[0022] Em uma modalidade, o dispositivo para prevenção de golpe de aríete compreende uma junta flexível incluindo: um tubo interno flexível no qual uma passagem de fluido é formada; um tubo externo flexível que circunda o tubo interno; e uma camada de ar formada entre o tubo interno e o tubo externo.[0022] In one embodiment, the water hammer prevention device comprises a flexible joint including: a flexible inner tube in which a fluid passage is formed; a flexible outer tube that surrounds the inner tube; and an air layer formed between the inner tube and the outer tube.
[0023] Em uma modalidade, o dispositivo para prevenção golpe de aríete compreende um tanque de armazenamento incluindo um recipiente no qual um dispositivo de amortecimento configurado para absorver a onda de choque é disposto.[0023] In one embodiment, the water hammer prevention device comprises a storage tank including a container in which a damping device configured to absorb the shock wave is disposed.
Efeitos vantajosos da invenção [0024] De acordo com a presente invenção, a pressão do líquido elevada pela onda de choque é liberada pela válvula de alívio de pressão. Portanto, a onda de choque não atinge a vedação mecânica, e como resultado, o dano ao anel de vedação da vedação mecânica pode ser evitado.Advantageous effects of the invention [0024] In accordance with the present invention, the pressure of the liquid raised by the shock wave is released by the pressure relief valve. Therefore, the shock wave does not reach the mechanical seal, and as a result, damage to the seal ring of the mechanical seal can be avoided.
Breve descrição de desenhos [0025] A figura IA é uma vista esquemática mostrando um modo no qual água flui em um estado líquido;Brief description of drawings [0025] Figure IA is a schematic view showing a way in which water flows in a liquid state;
a figura 1B é uma vista esquemática mostrando um modo no qual cavitaçãoFigure 1B is a schematic view showing a mode in which cavitation
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 109/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 109/144
7/21 ocorre devido a uma queda de pressão;7/21 occurs due to a pressure drop;
a figura 1C é uma vista esquemática mostrando um modo no qual bolhas rompem e um golpe de aríete ocorre;Figure 1C is a schematic view showing a way in which bubbles burst and a water hammer occurs;
a figura 2 é uma vista mostrando uma modalidade de uma bomba de multiestágios;figure 2 is a view showing an embodiment of a multistage pump;
a figura 3 é uma vista em seção transversal ampliada mostrando o mecanismo de equilíbrio mostrado na figura 2;figure 3 is an enlarged cross-sectional view showing the balance mechanism shown in figure 2;
a figura 4 é uma vista em seção transversal ampliada mostrando uma vedação mecânica em um lado de descarga;figure 4 is an enlarged cross-sectional view showing a mechanical seal on one discharge side;
a figura 5 é uma vista lateral de uma bomba de multiestágios incluindo uma válvula de alívio de pressão;figure 5 is a side view of a multistage pump including a pressure relief valve;
a figura 6 é uma vista posterior da bomba de multiestágios mostrada na figura 5;figure 6 is a rear view of the multistage pump shown in figure 5;
a figura 7 é uma vista mostrando uma modalidade de uma bomba de multiestágios incluindo uma válvula de alívio de pressão acoplada a uma porta de sucção de um invólucro;figure 7 is a view showing an embodiment of a multistage pump including a pressure relief valve coupled to a suction port of an enclosure;
a figura 8 é uma vista mostrando uma modalidade de uma bomba de multiestágios incluindo uma válvula de alívio de pressão acoplada a um tubo de equilíbrio;figure 8 is a view showing an embodiment of a multistage pump including a pressure relief valve coupled to a balance tube;
a figura 9 é uma vista mostrando uma modalidade de uma bomba de multiestágios incluindo uma válvula de alívio de pressão acoplada a uma câmara de vedação de uma vedação mecânica;figure 9 is a view showing an embodiment of a multistage pump including a pressure relief valve coupled to a mechanical seal sealing chamber;
a figura 10 é uma vista mostrando uma modalidade de uma bomba de multiestágios incluindo uma válvula de alívio de pressão acoplada a um tubo de sucção;figure 10 is a view showing an embodiment of a multistage pump including a pressure relief valve coupled to a suction tube;
a figura 11 é uma vista mostrando uma modalidade na qual uma válvula de retenção é fixada ao tubo de equilíbrio da modalidade mostrada na figura 2;figure 11 is a view showing an embodiment in which a check valve is attached to the balance tube of the embodiment shown in figure 2;
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 110/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 110/144
8/21 a figura 12 é uma vista mostrando uma modalidade na qual um motor elétrico é acoplado à bomba de multiestágios mostrada na figura 11;8/21 figure 12 is a view showing a modality in which an electric motor is coupled to the multistage pump shown in figure 11;
a figura 13 é uma vista mostrando uma modalidade dotada de um sensor de detecção de operação para detectar que a válvula de alívio de pressão da modalidade mostrada na figura 2 operou;figure 13 is a view showing a mode with an operation detection sensor to detect that the pressure relief valve of the mode shown in figure 2 has operated;
a figura 14 é uma vista mostrando uma modalidade na qual um dispositivo para prevenção de golpe de aríete é fornecido ao invés da válvula de alívio de pressão; e a figura 15 é uma vista esquemática mostrando um sistema de geração de energia usando uma turbina a vapor.figure 14 is a view showing an embodiment in which a water hammer prevention device is provided instead of the pressure relief valve; and figure 15 is a schematic view showing a power generation system using a steam turbine.
Descrição de modalidades [0026] As modalidades de acordo com a presente invenção serão descritas com referência aos desenhos.Description of modalities [0026] The modalities according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027] Afigura 2 é uma vista mostrando uma modalidade de uma bomba de multiestágios. A bomba de multiestágios dessa modalidade é adequada para uso como a bomba de fornecimento de água 208 do sistema de geração de energia mostrado na figura 15. Como mostrado na figura 2, a bomba de multiestágios inclui um eixo 1, vários estágios de impulsores 3a a 3j fixos ao eixo 1, um invólucro 2 acomodando os vários estágios de impulsores 3a a 3j, e vários estágios de palhetas de guia 5 dispostos em lados de descarga dos vários estágios de impulsores 3a a 3j, respectivamente. Nessa modalidade, cada dos impulsores 3a a 3j é um impulsor centrífugo do tipo de sucção única. Os impulsores 3a a 3j são dispostos no eixo 1 de modo a estarem voltados na mesma direção. Nas explicações a seguir, os impulsores 3a a 3j podem ser coletivamente mencionados simplesmente como impulsores 3. Nessa modalidade, dez impulsores 3 são dispostos, embora o número de impulsores 3 não seja limitado a essa modalidade.[0027] Figure 2 is a view showing a multistage pump mode. The multistage pump of this modality is suitable for use as the water supply pump 208 of the power generation system shown in figure 15. As shown in figure 2, the multistage pump includes an axis 1, several stages of impellers 3a to 3j attached to the axis 1, a housing 2 accommodating the various stages of impellers 3a to 3j, and various stages of guide vanes 5 arranged on discharge sides of the various stages of impellers 3a to 3j, respectively. In this embodiment, each of the impellers 3a to 3j is a centrifugal impeller of the single suction type. The impellers 3a to 3j are arranged on axis 1 so that they are facing in the same direction. In the following explanations, impellers 3a to 3j can be collectively referred to simply as impellers 3. In this embodiment, ten impellers 3 are arranged, although the number of impellers 3 is not limited to that modality.
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 111/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 111/144
9/21 [0028] O invólucro 2 tem um invólucro de sucção 2A tendo uma porta de sucção 2a, uma pluralidade de invólucros intermediários 2B acomodando os vários estágios de impulsores 3a a 3i, respectivamente e um invólucro de descarga 2C tendo uma porta de descarga 2c e acomodando o impulsor de estágio final 3j. Os invólucros intermediários 2B são dispostos entre o invólucro de sucção 2A e o invólucro de descarga 2C. O invólucro de sucção 2A, os invólucros intermediários 2B e o invólucro de descarga 2C são fixados entre si por um parafuso atravessante 51 e porcas 52. O eixo 1 estende através do invólucro de sucção 2A, os invólucros intermediários 2B e o invólucro de descarga 2C.9/21 [0028] Housing 2 has a suction housing 2A having a suction port 2a, a plurality of intermediate housing 2B accommodating the various stages of impellers 3a to 3i, respectively and a discharge housing 2C having a discharge port 2c and accommodating the final stage impeller 3j. The intermediate shells 2B are arranged between the suction sheath 2A and the discharge sheath 2C. The suction housing 2A, the intermediate housing 2B and the discharge housing 2C are secured together by a through bolt 51 and nuts 52. The axis 1 extends through the suction housing 2A, the intermediate housing 2B and the discharge housing 2C .
[0029] O eixo 1 é sustentado de modo rotativo por mancais 8, 9. Uma extremidade do eixo 1 é acoplada a um dispositivo de acionamento (não mostrado) como um motor elétrico, de modo que o eixo 1 e os impulsores 3 sejam rotacionados juntos pelo dispositivo de acionamento. Quando os impulsores 3 rotacionam, um fluxo líquido através da porta de sucção 2a para dentro do impulsor 3a, e energia de velocidade é dada ao líquido pela rotação do impulsor 3a. o líquido com uma velocidade mais alta é descarregado do impulsor 3a, flui ao longo da palheta de guia 5, e flui para dentro do impulsor de estágio seguinte 3b. Quando o líquido flui ao longo da palheta de guia 5, a energia de velocidade do líquido é convertida em pressão, de modo que o líquido é pressurizado. Desse modo, o líquido é pressurizado sequencialmente pelos vários estágios de impulsores 3 e os vários estágios de palhetas de guia 5 e é finalmente descarregado através da porta de descarga 2c.[0029] Axis 1 is rotatably supported by bearings 8, 9. One end of axis 1 is coupled to a drive device (not shown) such as an electric motor, so that axis 1 and impellers 3 are rotated together by the drive device. When the impellers 3 rotate, a liquid flow through the suction port 2a into the impeller 3a, and velocity energy is given to the liquid by rotating the impeller 3a. the higher speed liquid is discharged from the impeller 3a, flows along the guide vane 5, and flows into the next stage impeller 3b. When the liquid flows along the guide vane 5, the velocity energy of the liquid is converted into pressure, so that the liquid is pressurized. In this way, the liquid is pressurized sequentially through the various stages of impellers 3 and the various stages of guide vanes 5 and is finally discharged through the discharge port 2c.
[0030] Uma força de empuxo é exercida em cada dos impulsores 3 em direção ao lado de sucção pelo líquido pressurizado. Desse modo, a bomba de multiestágio inclui um mecanismo de equilíbrio 11 capaz de cancelar tal força de empuxo. Além disso, a bomba de multiestágio inclui vedações mecânicas 31, 32[0030] A buoyant force is exerted on each of the impellers 3 towards the suction side by the pressurized liquid. Thus, the multistage pump includes a balancing mechanism 11 capable of canceling such a buoyant force. In addition, the multistage pump includes mechanical seals 31, 32
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 112/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 112/144
10/21 como dispositivos de vedação de eixo cada para vedar um vão entre o invólucro 2 e o eixo 1. As vedações mecânicas 31, 32 são fornecidas no lado de sucção e no lado de descarga do invólucro 2, respectivamente. A vedação mecânica 32 no lado de descarga está localizada em um lado de sucção oposto do mecanismo de equilíbrio 11.10/21 as shaft sealing devices each for sealing a gap between housing 2 and shaft 1. Mechanical seals 31, 32 are provided on the suction and discharge side of housing 2, respectively. The mechanical seal 32 on the discharge side is located on an opposite suction side of the balancing mechanism 11.
[0031] Uma caixa de empanque 33 é acoplada ao invólucro de sucção 2A, e uma caixa de empanque 34 é acoplada ao invólucro de descarga 2C. As vedações mecânicas 31, 32 são dispostas na caixa de empanque 33 e caixa de empanque 34, respectivamente.[0031] A stuffing box 33 is coupled to the suction housing 2A, and a stuffing box 34 is coupled to the discharge housing 2C. The mechanical seals 31, 32 are arranged in stuffing box 33 and stuffing box 34, respectively.
[0032] A figura 3 é uma vista em seção transversal ampliada mostrando o mecanismo de equilíbrio 11 mostrado na figura 2. O mecanismo de equilíbrio 11 inclui uma folha de equilíbrio 12 fixada ao invólucro de descarga 2C, um disco de equilíbrio 15 fixo ao eixo 1, uma câmara de equilíbrio 16 circundando a folha de equilíbrio 12 e o disco de equilíbrio 15 e um tubo de equilíbrio 18 que fornece uma comunicação de fluido entre a câmara de equilíbrio 16 e o lado de sucção da bomba de multiestágios.[0032] Figure 3 is an enlarged cross-sectional view showing the balancing mechanism 11 shown in figure 2. The balancing mechanism 11 includes a balancing sheet 12 attached to the discharge housing 2C, a balancing disk 15 attached to the axis 1, a balance chamber 16 surrounding the balance sheet 12 and the balance disc 15 and a balance tube 18 that provides fluid communication between the balance chamber 16 and the suction side of the multistage pump.
[0033] A folha de equilíbrio 12, o disco de equilíbrio 15, e a câmara de equilíbrio 16 estão localizados no invólucro de descarga 2C. A folha de equilíbrio 12 é estacionária, enquanto o disco de equilíbrio 15 é rotacionável juntamente com o eixo 1. Uma superfície interna do disco de equilíbrio 15 está voltada para uma superfície externa da folha de equilíbrio 12 de modo que um vão axial mínimo δ existe entre a superfície interna do disco de equilíbrio 15 e a superfície externa da folha de equilíbrio 12. A superfície interna do disco de equilíbrio 15 e a superfície externa da folha de equilíbrio 12 têm porções rebaixadas, respectivamente, que estão voltadas entre si. Essas porções rebaixadas definem uma câmara de pressão intermediária 20 localizada entre o disco de equilíbrio 15 e a folha de equilíbrio 12.[0033] The balance sheet 12, the balance disc 15, and the balance chamber 16 are located in the discharge housing 2C. The balance sheet 12 is stationary, while the balance disc 15 is rotatable along the axis 1. An internal surface of the balance disc 15 faces an outer surface of the balance sheet 12 so that a minimum axial span δ exists. between the inner surface of the balance disc 15 and the outer surface of the balance sheet 12. The inner surface of the balance disc 15 and the outer surface of the balance sheet 12 have recessed portions, respectively, which are facing each other. These recessed portions define an intermediate pressure chamber 20 located between the balance disc 15 and the balance sheet 12.
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 113/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 113/144
11/21 [0034] O disco de equilíbrio 15 tem uma primeira porção cilíndrica 15a circundando o eixo 1 e a folha de equilíbrio 12 tem uma segunda porção cilíndrica 12a circundando a primeira porção cilíndrica 15a. Um vão radial mínimo ε existe entre uma superfície circunferencial externa da primeira porção cilíndrica 15a e uma superfície circunferencial interna da segunda porção cilíndrica 12a. O vão ε está em comunicação de fluido com a câmara de pressão intermediária 20. A primeira porção cilíndrica 15a e a segunda porção cilíndrica 12a estão situadas entre o impulsor de estágio final 3j e a câmara de pressão intermediária 20. Uma extremidade do tubo de equilíbrio 18 é acoplado à câmara de equilíbrio 16 e a outra extremidade do tubo de equilíbrio 18 é acoplada a uma passagem de fluxo localizada entre o impulsor de primeiro estágio 3a e o impulsor de segundo estágio 3b (ver a figura 2). Uma pressão na câmara de equilíbrio 16 é uma pressão correspondendo à soma de uma pressão do líquido existindo entre o impulsor de primeiro estágio 3a e o impulsor de segundo estágio 3b e uma perda de pressão no tubo de equilíbrio 18. Em uma modalidade, uma extremidade do tubo de equilíbrio 18 é acoplada à câmara de equilíbrio 16, e a outra extremidade do tubo de equilíbrio 18 pode ser acoplada a uma passagem de fluxo entre o impulsor de segundo estágio 3b e o impulsor de terceiro estágio 3c.11/21 [0034] The balance disk 15 has a first cylindrical portion 15a surrounding the axis 1 and the balance sheet 12 has a second cylindrical portion 12a surrounding the first cylindrical portion 15a. A minimum radial span ε exists between an outer circumferential surface of the first cylindrical portion 15a and an inner circumferential surface of the second cylindrical portion 12a. The span ε is in fluid communication with the intermediate pressure chamber 20. The first cylindrical portion 15a and the second cylindrical portion 12a are located between the final stage impeller 3j and the intermediate pressure chamber 20. One end of the balance tube 18 is coupled to the balance chamber 16 and the other end of the balance tube 18 is coupled to a flow passage located between the first stage impeller 3a and the second stage impeller 3b (see figure 2). A pressure in the balance chamber 16 is a pressure corresponding to the sum of a liquid pressure existing between the first stage impeller 3a and the second stage impeller 3b and a loss of pressure in the balance tube 18. In one embodiment, one end the balance tube 18 is coupled to the balance chamber 16, and the other end of the balance tube 18 can be coupled to a flow passage between the second stage impeller 3b and the third stage impeller 3c.
[0035] A operação do mecanismo de equilíbrio 11 é como a seguir. Uma parte do líquido descarregado a partir do impulsor de estágio final 3j flui no lado posterior do impulsor 3j e atinge o vão ε. Além disso, o líquido flui através do vão ε para encher a câmara de pressão intermediária 20 e flui para fora através do vão δ para dentro da câmara de equilíbrio 16. O líquido na câmara de equilíbrio 16 flui através do tubo de equilíbrio 18 e é retornado à passagem de fluxo localizada entre o impulsor de primeiro estágio 3a e o impulsor de segundo estágio 3b (ou a passagem de fluxo entre o impulsor de segundo estágio 3b e[0035] The operation of the balancing mechanism 11 is as follows. A portion of the liquid discharged from the final stage impeller 3j flows at the rear of impeller 3j and reaches the span ε. In addition, liquid flows through the gap ε to fill the intermediate pressure chamber 20 and flows out through the gap δ into the balance chamber 16. The liquid in the balance chamber 16 flows through the balance tube 18 and is returned to the flow passage located between the first stage impeller 3a and the second stage impeller 3b (or the flow passage between the second stage impeller 3b and
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 114/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 114/144
12/21 impulsor de terceiro estágio 3c).12/21 third stage impeller 3c).
[0036] Quando a força de empuxo aplicada nos impulsores 3 em direção ao lado de sucção aumenta, o disco de equilíbrio 15 move para o lado de sucção juntamente com os impulsores 3 e o eixo 1. Como resultado, o vão δ diminui. Quando o vão δ diminui, uma quantidade do líquido vazando a partir da câmara de pressão intermediária 20 para a câmara de equilíbrio 16 diminui, de modo que a pressão na câmara de pressão intermediária 20 aumenta. Como resultado, uma força de equilíbrio que o líquido na câmara de pressão intermediária 20 empurra o disco de equilíbrio 15 para o lado de sucção oposto aumenta, e o disco de equilíbrio 15 move para o lado de sucção oposto juntamente com os impulsores 3 e o eixo 1. Desse modo, como a força de empuxo aplicada aos impulsores 3 e a força de equilíbrio aplicada ao disco de equilíbrio 15 são equilibradas, a força de empuxo é cancelada pela força de equilíbrio.[0036] When the buoyant force applied to the impellers 3 towards the suction side increases, the balance disk 15 moves to the suction side together with the impellers 3 and the axis 1. As a result, the span δ decreases. When the gap δ decreases, an amount of the liquid leaking from the intermediate pressure chamber 20 to the balance chamber 16 decreases, so that the pressure in the intermediate pressure chamber 20 increases. As a result, a balancing force that the liquid in the intermediate pressure chamber 20 pushes the balance disc 15 to the opposite suction side, and the balance disc 15 moves to the opposite suction side together with the impellers 3 and the axis 1. Thus, as the buoyant force applied to the impellers 3 and the balancing force applied to the balance disk 15 are balanced, the buoyant force is canceled by the balancing force.
[0037] Uma válvula de alívio de pressão 22 é acoplada à câmara de equilíbrio 16 através de um tubo de comunicação 21. Essa válvula de alívio de pressão 22 é configurada para abrir para descarregar o líquido na câmara de equilíbrio 16 quando a pressão na câmara de equilíbrio 16 é mais alta que um valor definido, efechar quando a pressão na câmara de equilíbrio 16 é mais baixa que o valor definido. Tal válvula de alívio de pressão 22, também mencionada como uma válvula de segurança, é comercialmente disponível.[0037] A pressure relief valve 22 is coupled to the balance chamber 16 via a communication tube 21. That pressure relief valve 22 is configured to open to discharge the liquid into the balance chamber 16 when the pressure in the chamber equilibrium temperature 16 is higher than a defined value, to close when the pressure in the equilibrium chamber 16 is lower than the defined value. Such a pressure relief valve 22, also referred to as a safety valve, is commercially available.
[0038] Como descrito acima, quando o golpe de aríete ocorre à montante da bomba de multiestágios ou na bomba de multiestágios, a onda de choque propaga o líquido no tubo de equilíbrio 18 para atingir a câmara de equilíbrio 16, desse modo elevando a pressão do líquido na câmara de equilíbrio 16. Nesse momento, a válvula de alívio de pressão 22 é aberta, e o líquido é descarregado para fora da câmara de equilíbrio 16 através da válvula de alívio de pressão 22. Desse modo, a válvula de alívio de pressão 22 comunicando com a câmara de[0038] As described above, when the water hammer occurs upstream of the multistage pump or multistage pump, the shock wave propagates the liquid in the balance tube 18 to reach the balance chamber 16, thereby increasing the pressure of the liquid in the balance chamber 16. At that time, the pressure relief valve 22 is opened, and the liquid is discharged out of the balance chamber 16 through the pressure relief valve 22. In this way, the pressure relief valve pressure 22 communicating with the
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 115/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 115/144
13/21 equilíbrio 16 pode evitar o aumento de pressão na câmara de equilíbrio 16 quando o golpe de aríete ocorre. Como um resultado, a válvula de alívio de pressão 22 pode evitar o dano à vedação mecânica 32 descrita abaixo.13/21 balance 16 can prevent pressure build-up in the balance chamber 16 when water hammer occurs. As a result, the pressure relief valve 22 can prevent damage to the mechanical seal 32 described below.
[0039] A figura 4 é uma vista em seção transversal ampliada mostrando a vedação mecânica 32 no lado de descarga. Como mostrado na figura 4, a vedação mecânica 32 tem um anel de vedação (um anel de lado fixo) 35 sustentado pela caixa de empanque 34, um anel de lado de rotação 36 rotacionável com o eixo 1, e uma mola 37 pressionando o anel de vedação 35 contra o anel de lado de rotação 36. O anel de lado de rotação 36 também é mencionado como um anel de acoplamento. Uma luva de eixo 40 é fixa em uma superfície circunferencial do eixo 1 e um suporte de anel 41 é fixo a uma superfície circunferencial externa da luva de eixo 40. O anel de lado de rotação 36 é fixo ao suporte de anel 41. O anel de lado de rotação 36 e o suporte de anel 41 são configurados para rotacionar juntamente com o eixo 1. O anel de lado de rotação 36 é colocado em contato deslizante com o anel de vedação 35 à medida que o eixo 1 rotaciona. Nessa modalidade, o anel de vedação 35 e o anel de lado de rotação 36 são feitos de carbeto de silício.[0039] Figure 4 is an enlarged cross-sectional view showing the mechanical seal 32 on the discharge side. As shown in figure 4, the mechanical seal 32 has a seal ring (a fixed side ring) 35 supported by stuffing box 34, a rotating side ring 36 rotatable with axis 1, and a spring 37 pressing the ring seal 35 against the rotation side ring 36. The rotation side ring 36 is also referred to as a coupling ring. An axle sleeve 40 is attached to a circumferential surface of the axis 1 and a ring support 41 is attached to an outer circumferential surface of the axis sleeve 40. The rotating side ring 36 is attached to the ring support 41. The ring rotation side 36 and ring support 41 are configured to rotate together with axis 1. The rotation side ring 36 is placed in sliding contact with seal ring 35 as axis 1 rotates. In this embodiment, the sealing ring 35 and the rotating side ring 36 are made of silicon carbide.
[0040] Uma câmara de vedação 43 é formada entre a luva de eixo 40 e a superfície interna da caixa de empanque 34. O anel de vedação 35 e o anel de lado de rotação 36 estão voltados para a câmara de vedação 43. Como mostrado por setas na figura 4, o líquido flui a partir da câmara de equilíbrio 16 (ver a figura 3) do mecanismo de equilíbrio 11 em direção à vedação mecânica 32 e flui para dentro da câmara de vedação 43. Uma vez que o anel de vedação 35 é pressionado contra o anel de lado de rotação 36 pela mola 37, somente uma folga muito mínima existe entre o anel de vedação 35 e o anel de lado de rotação 36. Portanto, o vazamento do líquido que atingiu a vedação mecânica 32 é substancialmente evitado pela vedação mecânica 32.[0040] A sealing chamber 43 is formed between the shaft sleeve 40 and the inner surface of the stuffing box 34. The sealing ring 35 and the rotating side ring 36 face the sealing chamber 43. As shown by arrows in figure 4, the liquid flows from the balance chamber 16 (see figure 3) of the balance mechanism 11 towards the mechanical seal 32 and flows into the seal chamber 43. Once the seal ring 35 is pressed against the rotation side ring 36 by the spring 37, only a very minimal gap exists between the seal ring 35 and the rotation side ring 36. Therefore, the leakage of the liquid that reached the mechanical seal 32 is substantially avoided by mechanical sealing 32.
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 116/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 116/144
14/21 [0041] As vedações mecânicas 31, 32 dessa modalidade são denominadas vedações mecânicas do tipo extremidade morta que não têm um tubo de injeção de água para resfriar as vedações mecânicas 31, 32.14/21 [0041] Mechanical seals 31, 32 of this modality are called dead end mechanical seals that do not have a water injection tube to cool mechanical seals 31, 32.
[0042] Afigura 5 é uma vista lateral da bomba de multiestágios incluindo a válvula de alívio de pressão 22 e a figura 6 é uma vista posterior da bomba de multiestágios mostrada na figura 5. Na figura 5, o tubo de equilíbrio 18 é esquematicamente mostrado. A válvula de alívio de pressão acima descrita 22 é acoplada ao invólucro de descarga 2C através do tubo de comunicação 21. Quando o golpe de aríete ocorre à montante da bomba de multiestágios ou na bomba de multiestágios, a onda de choque propaga o líquido no tubo de equilíbrio 18 para atingir o lado interno da câmara de equilíbrio 16 e eleva a pressão do líquido. Nesse momento, a pressão do líquido é liberada para fora da câmara de equilíbrio 16 através da válvula de alívio de pressão 22. Portanto, o dano à vedação mecânica 32 mostrada na figura 4, em particular, o dano ao anel de vedação 35 pode ser evitado.[0042] Figure 5 is a side view of the multistage pump including the pressure relief valve 22 and figure 6 is a rear view of the multistage pump shown in figure 5. In figure 5, the balance tube 18 is schematically shown . The pressure relief valve described above 22 is coupled to the discharge housing 2C through the communication tube 21. When the water hammer occurs upstream of the multistage pump or multistage pump, the shock wave propagates the liquid in the tube balance 18 to reach the inner side of the balance chamber 16 and increase the pressure of the liquid. At that time, the pressure of the liquid is released out of the balance chamber 16 through the pressure relief valve 22. Therefore, the damage to the mechanical seal 32 shown in figure 4, in particular, the damage to the seal ring 35 can be avoided.
[0043] A válvula de alívio de pressão 22 dessa modalidade pode evitar não somente a elevação de pressão causada pelo golpe de aríete, porém também a elevação de pressão devido a outras causas, e pode, portanto, evitar o dano à vedação mecânica 32.[0043] The pressure relief valve 22 of this modality can prevent not only the pressure increase caused by the water hammer, but also the pressure increase due to other causes, and can, therefore, prevent damage to the mechanical seal 32.
[0044] Na modalidade acima discutida, a válvula de alívio de pressão 22 é acoplada à câmara de equilíbrio 16, enquanto a válvula de alívio de pressão 22 pode ser acoplada a outro elemento que não é particularmente limitado desde que a válvula de alívio de pressão 22 seja localizada entre um local onde o golpe de aríete ocorreu e a vedação mecânica 32 no lado de descarga. Por exemplo, a válvula de alívio de pressão 22 pode ser acoplada à porta de sucção 2a do invólucro 2, o tubo de equilíbrio 18 do mecanismo de equilíbrio 11, a câmara de vedação 43 da vedação mecânica 32, ou o tubo de sucção 206 (ver a figura 15)[0044] In the above-discussed embodiment, the pressure relief valve 22 is coupled to the balance chamber 16, while the pressure relief valve 22 can be coupled to another element that is not particularly limited as long as the pressure relief valve 22 is located between a location where the water hammer occurred and the mechanical seal 32 on the discharge side. For example, the pressure relief valve 22 can be coupled to the suction port 2a of housing 2, the balance tube 18 of the balance mechanism 11, the seal chamber 43 of the mechanical seal 32, or the suction tube 206 ( see figure 15)
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 117/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 117/144
15/21 acoplado à porta de sucção 2a.15/21 coupled to the suction port 2a.
[0045] A figura 7 é uma vista mostrando uma modalidade da bomba de multiestágios incluindo a válvula de alívio de pressão 22 acoplada à porta de sucção 2a do invólucro 2, a figura 8 é uma vista mostrando uma modalidade da bomba de multiestágios incluindo a válvula de alívio de pressão 22 acoplada ao tubo de equilíbrio 18, a figura 9 é uma vista mostrando uma modalidade da bomba de multiestágios incluindo a válvula de alívio de pressão 22 acoplada à câmara de vedação 43 da vedação mecânica 32, e a figura 10 é uma vista mostrando uma modalidade da bomba de multiestágios incluindo a válvula de alívio de pressão 22 acoplada ao tubo de sucção 206. Na figura 10, o tubo de sucção 206 é esquematicamente mostrado. Na modalidade mostrada na figura 10, prefere-se que a válvula de alívio de pressão 22 seja acoplada ao tubo de sucção 206 em uma posição próxima à porta de sucção 2a.[0045] Figure 7 is a view showing a multistage pump modality including pressure relief valve 22 coupled to the suction port 2a of housing 2, figure 8 is a view showing a multistage pump modality including the valve pressure relief valve 22 coupled to the balance tube 18, figure 9 is a view showing a multistage pump embodiment including pressure relief valve 22 coupled to seal chamber 43 of mechanical seal 32, and figure 10 is a view showing a multistage pump modality including pressure relief valve 22 coupled to suction tube 206. In figure 10, suction tube 206 is schematically shown. In the embodiment shown in figure 10, it is preferred that the pressure relief valve 22 is coupled to the suction pipe 206 in a position close to the suction port 2a.
[0046] Em qualquer das modalidades mostradas nas figuras 7 até 10, a válvula de alívio de pressão 22 pode evitar não somente a elevação de pressão causada pelo golpe de aríete, mas também a elevação de pressão devido a outras causas, e pode, portanto, evitar o dano à vedação mecânica 32.[0046] In any of the modalities shown in figures 7 to 10, the pressure relief valve 22 can prevent not only the pressure increase caused by the water hammer, but also the pressure increase due to other causes, and can therefore , avoid damage to the mechanical seal 32.
[0047] Em cada das modalidades acima discutidas, uma válvula de retenção pode ser fixada ao tubo de equilíbrio 18. A figura 11 é uma vista mostrando uma modalidade na qual uma válvula de retenção 60 é fixada ao tubo de equilíbrio 18 da modalidade mostrada na figura 2. A válvula de retenção 60 é uma válvula que permite ao líquido fluir somente em uma direção a partir da câmara de equilíbrio 16 para um lado de sucção de líquido. Em outras palavras, a válvula de retenção 60 é uma válvula que somente permite que o líquido na câmara de equilíbrio 16 flua através do tubo de equilíbrio 18 para o lado de sucção da bomba de multiestágios.[0047] In each of the modalities discussed above, a non-return valve can be attached to the balance tube 18. Figure 11 is a view showing an embodiment in which a non-return valve 60 is attached to the balance tube 18 of the modality shown in figure 2. The check valve 60 is a valve that allows the liquid to flow only in one direction from the balance chamber 16 to a liquid suction side. In other words, the check valve 60 is a valve that only allows the liquid in the balance chamber 16 to flow through the balance tube 18 to the suction side of the multistage pump.
[0048] Uma perda de pressão da válvula de retenção 60 leva à elevação de[0048] A loss of pressure of the check valve 60 leads to the elevation of
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 118/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 118/144
16/21 pressão na câmara de equilíbrio 16. Essa elevação de pressão na câmara de equilíbrio 16 pode causar a diminuição no vão entre o disco de equilíbrio 15 e a folha de equilíbrio 12 e pode fazer com que ambos entrem em contato entre si. Portanto, a válvula de retenção 60 a ser selecionada é tal que não resista a pressão ou taxa de fluxo do líquido na câmara de equilíbrio 16 durante operação da bomba de multiestágios.16/21 pressure in the balance chamber 16. This increase in pressure in the balance chamber 16 can cause a decrease in the gap between the balance disk 15 and the balance sheet 12 and can cause both to come into contact with each other. Therefore, the check valve 60 to be selected is such that it does not withstand the pressure or flow rate of the liquid in the balance chamber 16 during operation of the multistage pump.
[0049] A bomba de multiestágios dessa modalidade pode realizar uma estrutura simples capaz de evitar o contato entre o disco de equilíbrio 15 e a folha de equilíbrio 12. Especificamente, quando líquido é fornecido ao interior da bomba de multiestágios por outra bomba ou similar enquanto a bomba de multiestágios é parada, a pressão no lado de sucção é reduzida por uma resistência de passagem dos vários estágios de impulsores 2 quando o líquido flui na bomba de multiestágios, e a pressão reduzida é aplicada à câmara de equilíbrio 16. Por outro lado, com relação ao fluxo do líquido através do tubo de equilíbrio 18, a válvula de retenção 60 evita que o líquido flua do lado de sucção da bomba de multiestágios através do tubo de equilíbrio 18 para a câmara de equilíbrio 16. Como resultado, somente a força de empuxo na direção do lado de sucção oposto é aplicada ao disco de equilíbrio 15, desse modo evitando o contato entre o disco de equilíbrio 15 e a folha de equilíbrio 12.[0049] The multistage pump of this modality can realize a simple structure capable of avoiding the contact between the balance disc 15 and the balance sheet 12. Specifically, when liquid is supplied to the interior of the multistage pump by another pump or similar while the multistage pump is stopped, the pressure on the suction side is reduced by a passage resistance of the various stages of impellers 2 when the liquid flows in the multistage pump, and the reduced pressure is applied to the balance chamber 16. On the other hand , with respect to the flow of liquid through the balance tube 18, the check valve 60 prevents the liquid from flowing from the suction side of the multistage pump through the balance tube 18 to the balance chamber 16. As a result, only the buoyant force in the direction of the opposite suction side is applied to the balance disc 15, thereby avoiding contact between the balance disc 15 and the balance sheet 12.
[0050] A válvula de retenção 60 mostrada na figura 11 pode ser aplicada não somente à modalidade mostrada na figura 2, mas também às modalidades mostradas na figura 7, figura 8, figura 9 e figura 10. Quando a válvula de retenção 60 é aplicada á modalidade mostrada na figura 8, a válvula de alívio de pressão 22 é disposta entre a câmara de equilíbrio 16 e a válvula de retenção 60.[0050] The check valve 60 shown in figure 11 can be applied not only to the mode shown in figure 2, but also to the modalities shown in figure 7, figure 8, figure 9 and figure 10. When the check valve 60 is applied In the embodiment shown in figure 8, the pressure relief valve 22 is disposed between the balance chamber 16 and the check valve 60.
[0051] A figura 12 é uma vista mostrando uma modalidade na qual um motor elétrico 55 é acoplado à bomba de multiestágios mostrada na figura 11. O eixo 1 da bomba de multiestágios é acoplada a um eixo de acionamento 55a[0051] Figure 12 is a view showing a modality in which an electric motor 55 is coupled to the multistage pump shown in figure 11. Axis 1 of the multistage pump is coupled to a drive shaft 55a
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 119/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 119/144
17/21 do motor elétrico 55 por um acoplamento 56. A bomba de multiestágios é acionada pelo motor elétrico 55. Um inversor 57 é eletricamente acoplado ao motor elétrico 55, e a energia elétrica é fornecida ao motor 55 através do inversor 57. O motor elétrico 55 é acionado em velocidade variável pelo inversor 57.17/21 of the electric motor 55 by a coupling 56. The multistage pump is driven by the electric motor 55. An inverter 57 is electrically coupled to the electric motor 55, and the electric power is supplied to the motor 55 through the inverter 57. The motor electric 55 is driven at variable speed by the inverter 57.
[0052] A bomba de multiestágios dessa modalidade pode ser acionada para aumentar gradualmente uma velocidade rotacional e gradualmente aumenta uma pressão de descarga com o uso do inversor 57 no momento de partida da bomba de multiestágios. Nesse caso, embora uma frequência de saída do inversor 57 seja baixa e a pressão na porta de descarga 2c seja baixa, a pressão na câmara de equilíbrio 16 é menor que a pressão no lado de sucção da bomba de multiestágios. Como resultado, a válvula de retenção 60 permanece fechada. Desse modo, um movimento do líquido através do tubo de equilíbrio 18 entre a câmara de equilíbrio 16 e o lado de sucção da bomba de multiestágios é limitado. Enquanto a válvula de retenção 60 está fechada, a força de empuxo na direção do lado de sucção não é aplicada ao disco de equilíbrio 15 e somente a força de empuxo na direção do lado contra sucção é aplicada ao disco de equilíbrio 15. Portanto, o contato entre o disco de equilíbrio 15 que está rotacionando e a folha de equilíbrio 12 que é estacionário pode ser evitado.[0052] The multistage pump of this modality can be activated to gradually increase a rotational speed and gradually increase a discharge pressure with the use of the inverter 57 at the moment of starting the multistage pump. In that case, although an output frequency of the inverter 57 is low and the pressure in the discharge port 2c is low, the pressure in the balance chamber 16 is less than the pressure on the suction side of the multistage pump. As a result, the check valve 60 remains closed. In this way, a movement of the liquid through the balance tube 18 between the balance chamber 16 and the suction side of the multistage pump is limited. While the check valve 60 is closed, the thrust force towards the suction side is not applied to the balance disk 15 and only the thrust force towards the counter suction side is applied to the balance disk 15. Therefore, the contact between the rotating balance disc 15 and the stationary balance sheet 12 can be avoided.
[0053] Quando a bomba de multiestágios é operada em uma velocidade nominal e a pressão de descarga é estabilizada, a pressão no lado de descarga aumenta e a pressão na câmara de equilíbrio 16 se torna mais alta que a pressão no lado de sucção da bomba de multiestágios. Então, a válvula de retenção 60 é aberta, de modo que a comunicação de fluido entre a câmara de equilíbrio 16 e o lado de sucção da bomba de multiestágios é estabelecida pelo tubo de equilíbrio 18. Como resultado, a pressão na câmara de equilíbrio 16 e a pressão no lado de sucção da bomba de multiestágios se tornam substancialmente[0053] When the multistage pump is operated at a nominal speed and the discharge pressure is stabilized, the pressure on the discharge side increases and the pressure in the balance chamber 16 becomes higher than the pressure on the suction side of the pump multistage. Then, the check valve 60 is opened, so that fluid communication between the balance chamber 16 and the suction side of the multistage pump is established by the balance tube 18. As a result, the pressure in the balance chamber 16 and the pressure on the suction side of the multistage pump becomes substantially
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 120/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 120/144
18/21 iguais, e o eixo 1 pode ser equilibrado.18/21 equal, and axis 1 can be balanced.
[0054] A figura 13 é uma vista mostrando uma modalidade dotada de um sensor de detecção de operação 70 para detectar que a válvula de alívio de pressão 22 operou. O sensor de detecção de operação 70 é acoplado a uma abertura de descarga da válvula de alívio de pressão 22 e é configurado para detectar que a válvula de alívio de pressão 22 operou. Os exemplos de tal sensor de detecção de operação 70 incluem um sensor de pressão e um detector de vazamento de água. O sensor de detecção de operação 70 é configurado para emitir um sinal de detecção quando o sensor de detecção de operação 70 detecta que a válvula de alívio de pressão 22 operou. O sensor de detecção de operação 70 mostrado na figura 13 pode ser aplicado não somente à modalidade mostrada na figura 2, mas também às modalidades mostradas na figura 7, figura 8, figura 9, figura 10, figura 11 e figura 12.[0054] Figure 13 is a view showing a modality equipped with an operation detection sensor 70 to detect that the pressure relief valve 22 has operated. The operation detection sensor 70 is coupled to a discharge opening of the pressure relief valve 22 and is configured to detect that the pressure relief valve 22 has operated. Examples of such an operation detection sensor 70 include a pressure sensor and a water leak detector. The operation detection sensor 70 is configured to emit a detection signal when the operation detection sensor 70 detects that the pressure relief valve 22 has operated. The operation detection sensor 70 shown in figure 13 can be applied not only to the mode shown in figure 2, but also to the modes shown in figure 7, figure 8, figure 9, figure 10, figure 11 and figure 12.
[0055] Em cada das modalidades discutidas acima, um dispositivo de prevenção de golpe de aríete que pode absorver a onda de choque gerada quando o golpe de aríete ocorre pode ser fornecido ao invés da válvula de alívio de pressão 22. A figura 14 é uma vista mostrando uma modalidade na qual um dispositivo de prevenção de golpe de aríete 80 é fornecido ao invés da válvula de alívio de pressão 22. Em um exemplo mostrado na figura 14, o dispositivo de prevenção de golpe de aríete 80 é fornecido ao invés da válvula de alívio de pressão 22 mostrada na figura 2.[0055] In each of the modalities discussed above, a water hammer prevention device that can absorb the shock wave generated when the water hammer occurs can be provided instead of pressure relief valve 22. Figure 14 is a view showing a modality in which a water hammer prevention device 80 is provided instead of pressure relief valve 22. In an example shown in figure 14, water hammer prevention device 80 is provided instead of the valve pressure relief valve 22 shown in figure 2.
[0056] Os exemplos do dispositivo de prevenção de golpe de aríete 80 incluem uma junta flexível e um tanque de armazenamento. A junta flexível inclui um tubo interno flexível no qual uma passagem de fluido é formada, um tubo externo flexível circundando o tubo interno e uma camada de ar formada entre o tubo interno e o tubo externo. A onda de choque é absorvida pela camada de ar. O tanque de armazenamento inclui um recipiente no qual um[0056] Examples of water hammer prevention device 80 include a flexible gasket and a storage tank. The flexible joint includes a flexible inner tube in which a fluid passage is formed, a flexible outer tube surrounding the inner tube and an air layer formed between the inner tube and the outer tube. The shock wave is absorbed by the air layer. The storage tank includes a container in which a
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 121/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 121/144
19/21 dispositivo de amortecimento capaz de absorver a onda de choque é disposto. Tal junta flexível e tanque de armazenamento são comercialmente disponíveis. O dispositivo de prevenção de golpe de aríete 80 mostrado na figura 14 pode ser aplicado não somente à modalidade mostrada na figura 2, mas também às modalidades mostradas na figura 7, figura 8, figura 9, figura 10, figura 11 e figura 12.19/21 damping device capable of absorbing the shock wave is arranged. Such a flexible joint and storage tank are commercially available. The water hammer prevention device 80 shown in figure 14 can be applied not only to the modality shown in figure 2, but also to the modalities shown in figure 7, figure 8, figure 9, figure 10, figure 11 and figure 12.
[0057] Embora a bomba de multiestágios de cada modalidade discutida acima seja adequada para uso como a bomba de fornecimento de água 208 do sistema de geração de energia mostrado na figura 15, a presente invenção não é limitada a essa aplicação. Por exemplo, a bomba de multiestágios de cada modalidade discutida acima pode ser usada como uma bomba para bombear fluido (água do mar) para passar através de uma membrana de osmose inversa (RO) fornecida no lado de descarga da bomba de multiestágios em um sistema de dessalinização de água do mar.[0057] Although the multistage pump of each modality discussed above is suitable for use as the water supply pump 208 of the power generation system shown in figure 15, the present invention is not limited to that application. For example, the multistage pump of each modality discussed above can be used as a pump to pump fluid (sea water) through a reverse osmosis (RO) membrane provided on the discharge side of the multistage pump in a system. desalination of sea water.
[0058] A descrição anterior de modalidades é fornecida para permitir que uma pessoa versada na técnica faça e use a presente invenção. Além disso, várias modificações nessas modalidades serão prontamente evidentes para aqueles versados na técnica e os princípios genéricos e exemplos específicos definidos aqui podem ser aplicados a outras modalidades. Portanto, a presente invenção não pretende ser limitar às modalidades descritas aqui porém deve ser acordado o escopo mais amplo como definido pela limitação das reivindicações.[0058] The foregoing description of modalities is provided to allow a person skilled in the art to make and use the present invention. In addition, several modifications to these modalities will be readily apparent to those skilled in the art and the generic principles and specific examples defined here can be applied to other modalities. Therefore, the present invention is not intended to be limited to the modalities described herein but the broader scope as defined by the limitation of the claims should be agreed.
Aplicabilidade industrial [0059] A presente invenção é aplicável a uma bomba de multiestágios para distribuir um líquido, e mais particularmente a uma bomba de multiestágios capaz de ser usada como uma bomba de fornecimento de água para pressurizar água de alta pressão, alta temperatura e distribuir a água pressurizada a uma caldeira.Industrial applicability [0059] The present invention is applicable to a multistage pump to deliver a liquid, and more particularly to a multistage pump capable of being used as a water supply pump to pressurize high pressure, high temperature water and distribute pressurized water to a boiler.
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 122/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 122/144
20/2120/21
Lista de sinais de referência eixo invólucroList of housing axis reference signals
2A invólucro de sucção2A suction housing
2B invólucro intermediário2B intermediate housing
2C invólucro de descarga2C discharge housing
3, 3a a 3j impulsor palheta de guia3, 3a to 3j guide vane impeller
8, 9 rolamento mecanismo de equilíbrio folha de equilíbrio disco de equilíbrio câmara de equilíbrio tubo de equilíbrio câmara de pressão intermediária tubo de comunicação válvula de alívio de pressão8, 9 bearing balance mechanism balance sheet balance disk balance chamber balance tube intermediate pressure chamber communication tube pressure relief valve
31, 32 vedação mecânica31, 32 mechanical seal
33, 34 caixa de empanque anel de vedação (anel de lado fixo) anel de lado de rotação mola luva de eixo suporte de anel câmara de vedação parafuso atravessante porca33, 34 stuffing box sealing ring (fixed side ring) rotating side ring spring shaft sleeve ring support sealing chamber bolt through nut
Petição 870190090549, de 12/09/2019, pág. 123/144Petition 870190090549, of 12/09/2019, p. 123/144
21/21 válvula de retenção sensor de detecção de operação dispositivo de prevenção de golpe de aríete21/21 check valve operation detection sensor water hammer prevention device
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