Relatório Descritivo da Patente de Invenção para ; “BOMBA OU MOTOR DE CAVIDADE PROGRESSIVA É MÉTODO DE FIXAÇÃO DE UM MATERIAL DE ESTATOR MOLDADO DENTRO DE UM TUBO EXTERNO OU ALOJAMENTO DA BOMBA OU MOTOR".
Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a uma bomba ou motor de cavidade progressiva. Mais particularmente, essa invenção refere-se a técnicas aperfeiçoadas para a conexão mecânica do estator elastomé-rico com o tubo externo ou alojamento da bomba ou motor. Antecedentes da Invenção [002] Bombas e motores de cavidade progressiva têm sido utilizados por décadas em aplicações de bombas e motor hidráulico. A montagem típica consiste em um rotor rígido que lembra um parafuso possuindo múltiplas contas. O rotor coincide com um estator que possuí uma etapa cortada adicional no interior do estator. As diferenças nas etapas formam cavidades entre o rotor e o estator. Essas cavidades progridem continuamente de uma extremidade do estator para outro quando o rotor é girado. A operação da bomba é alcançada pela rotação mecânica do rotor, enquanto que a operação como um motor é alcançada forçando-se o fluido para dentro da cavidade de extremidade para girar o rotor. [003] Um estator é convencionalmente um material elastomérico ou plástico que é formado pela injeção de moldagem dentro do tubo ou alojamento externo em forma de manga. O material elastomérico ou plástico é convencionalmente unido com o tubo, típicamente com um adesivo para um estator polimérico, e por solda por um inserto de estator metálico. A união fornece uma vedação contra fluido entre o material do estator e o tubo ou alojamento externo. [004] O uso de insertos metálicos de estator é substancialmente limitado nas bombas e motores de cavidade progressiva. O uso de um adesivo para unir o material plástico ou elastomérico de um estator ao alojamento externo limita o uso do estator a uma temperatura operacional e a um ambiente químico exigidos pelo adesivo. Por consequência, o uso de bombas e motores de cavidade progressiva com um estator plástico ou elastomérico tem sido limitado. [005] As desvantagens da técnica anterior são superadas pela presente invenção e uma bomba ou motor de cavidade progressiva aperfeiçoados sâo descritos posterior mente.
Sumário da Invenção [006] A bomba ou mo or de cavidade progressiva da presente invenção fornece uma conexão mecânica do material do estator e do tubo ou alojamento externo, eliminando, assim, a necessidade de se ter um adesivo. Pela eliminação da necessidade de se utilizar um adesivo, os usos operacionais da bomba e motor de cavidade progressiva são substancialmente expandidos. [007] Em uma modalidade, uma bomba ou motor progressivo compreende um tubo externo em forma de manga, um estator dentro do tubo externo, e um rotor para girar dentro do estator. Um tubo interno ê espaçado radíalmente entre uma superfície externa do estator e a superfície interna do estator, como tubo interno incluindo uma pluralidade de aberturas, cada uma preenchida com um material de estator. Uma ou mais glândulas de vedação anular podem ser presas a uma superfície interna do tubo externo e uma superfície externa do tubo interno para posicionar o tubo externo em seu local desejado quando o material de estator ê instalado, e para vedar o estator ao tubo externo. [008] Em outra modalidade, a bomba ou motor de cavidade progressiva compreende um alojamento externo, um estator dentro do alojamento externo, e um rotor para girar dentro do estator. Pelo menos um sulco é fornecido em uma superfície externa do alojamento externo, com o diâmetro da superfície externa do sulco sendo inferior ao diâmetro da superfície externa do alojamento. A pluralidade de aberturas estão, cada uma, em comunicação com pelo menos um sulco e são, cada uma, preenchidas com material de estator. Em uma modalidade, o pelo menos um sulco compreende uma pluralidade de sulcos de extensão axiaL Em outra modalidade, o pelo menos um sulco compreende uma pluralidade de sulcos circunferenclais espaçados axialmente. Em outra modalidade adicional, o sulco compreende um sulco circunferencial ao longo de um comprimento substancial do alojamento externo, com as aberturas fornecidas em locais selecionados ao longo do sulco. [009] Em outra modalidade, uma bomba ou motor de cavidade progressiva compreende um alojamento externo, um estator moldado dentro do alojamento externo e um rotor para girar o estator. Uma pluralidade de glândulas de vedação anular é, cada uma, fixada no alojamento para vedação entre o alojamento e o material de estator. Cada glândula de vedação anular pode incluir uma virola de extensão axial, de forma que o material de estator preencha o espaço existente entre a virola e o alojamento e vede com o alojamento, A virola de cada glândula de vedação anular pode se estender axialmente na direção de uma parte central do alojamento, [0010] Uma característica da presente invenção é que o material de estator pode ser instalado no tubo externo ou alojamento por um processo de moldagem, [0011] Como uma característica adicional da invenção, cada uma das uma ou mais glândulas de vedação anular pode ser presa ao tubo externo e ao tubo interno por solda. [0012] Cada uma das glândulas de vedação anular inclui, preferivelmente, uma virola de extensão axial, de forma que o material de estator preencha o espaço existente entre a virola e o tubo externo ou o alojamento e vede entre a glândula de vedação anular e o tubo ex- terno ou alojamento, Um par de glândulas de vedação pode ser fornecido, cada uma sendo posicionada adjacente a uma extremidade do tubo interno ou nas extremidades dos um ou mais sulcos, com uma vírola de extensão axial, cada, se estendendo na direção de uma parte central do tubo externo ou alojamento, Uma ou mais glândulas de vedação anular intermediária também podem ser fornecidas entre o par de glândulas de vedação anular. [0013] Essas e outras características e vantagens da presente invenção se tornarão aparentes a partir da descrição detalhada a seguir, na quai é feita referência às figuras nos desenhos em anexo.
Descrição Detalhada dos Desenhos [0014] A figura 1 ê uma vista lateral de um tubo externo de uma bomba ou motor de cavidade progressiva e um tubo interno posicionado dentro do tubo externo; A figura 2 é uma vista em seção transversal dos componentes da bomba e motor similar aos ilustrados na figura 1, com um estator sendo moldado por injeção no tubo externo, e uma parte de um rotor para posicionamento no estator; A figura 3 é uma vista em seção transversal detalhada de uma glândula de vedação anular entre o tubo externo e o tubo interno; A figura 4 é uma vista lateral de um alojamento externo de uma bomba ou motor de cavidade progressiva com fendas de extensão axial alongadas; A figura 5 é uma vista em seção transversal dos componentes da bomba e motor ilustrados na figura 4, com um motor de injeção de estator dentro do alojamento; A figura 6 é uma vista lateral de um tubo externo alternativo de uma bomba ou motor de cavidade progressiva com uma pluralidade de sulcos circunferenciais espaçados axialmente no tubo externo; A figura 7 é uma vista em seção transversal dos componentes da bomba e motor como ilustrado na figura 6, com um estator moldado por injeção no alojamento externo; A figura 8 é uma vista lateral de um tubo externo de uma bomba ou motor de cavidade progressiva com uma fenda circunferencial alonga-da no tubo externo; A figura 9 é uma vista em seção transversal dos componentes da bomba e motor como ilustrado na figura 8, com um estator moldado por injeção no alojamento externo.
Descricão Detalhada das Modalidades Preferidas [0015] A figura 1 descreve uma bomba ou motor de cavidade progressiva 10 possuindo um tubo externo em forma de manga 12 e um tubo interno 14 espaçado radialmente dentro do tubo externo. O tubo interno 14 inclui uma pluralidade de aberturas 16, que podem compreender um padrão regular de fileiras e colunas como ilustrado na figura 1. Um par de glândulas de vedação anular 18 é preso à superfície externa do tubo interno e à superfície interna do tubo externo, e posiciona o tubo interno quando o material elastoméríco do estator é instalado. As glândulas de vedação anular podem ser fixadas em locais desejados ao longo do comprimento axial do tubo interno como necessário para fornecer um suporte estrutural adequado. Como explicado subsequentemente, as glândulas de vedação anular fornecem uma vedação contra fluido entre o estator e o tubo externo. Apesar de não ser ilustrado nas figuras, os versados na técnica apreciarão que o tubo externo 10 e o alojamento discutidos subsequentemente são convencionalmente rosqueados na superfície externa de suas extremidades para fixação a ferramentas tubulares ou outras ferramentas de utilização em poços convencionais. [0016] Com referência à Figura 2, o material do estator 20 é convencionalmente moldado dentro do tubo externo 12. O material de estator é, dessa forma, forçado radíalmente para fora pela pressão atra- vés das aberturas 22 no tubo interno, e também para dentro do espaço anular 24 entre o tubo interno e o tubo externo, O material de estator, dessa forma, preenche pelo menos substancialmente o espaço existente entre a superfície externa do tubo Mea superfície interna do tubo 12. Finalmente, o material de estator é forçado para dentro do espaço anular entre cada glândula de vedação anular e o tubo externo, O material de estator injetado pode ser um material termoplástico, plástico ou metálico que é injetado sob alta pressão dentro do tubo externo 12, O tubo interno 14 possui, dessa forma, uma integridade estrutural suficiente para suportar a alta pressão envolvida na injeção do material de estator dentro do tubo 12. A figura 2 também apresenta uma seção curta de um rotor 90 para posicionamento dentro do estator, [0017] Com referência á figura 3, cada uma das uma ou mais glândulas de vedação anular 18 pode incluir uma virola de extensão axial 26 espaçada radialmente a partir do tubo externo 12 e se estendendo axialmente a partir do corpo anular 28, de forma que o material de estator preencha o espaço anular existente entre a virola e o tubo externo e veda entre a glândula de vedação anular e o tubo externo, Um par de glândulas de vedação anular pode ser fornecido adjacente às extremidades do tubo interno, e cada virola de extensão axial se estende na direção de uma parte central do tubo externo 12. Glândulas de vedação anular adicionais podem ser espaçadas entre o par de glândulas de vedação anular para fornecer suporte adicional, como ilustrado na figura 2. A figura 3 ilustra uma solda 30 entre o tubo externo e a glândula de vedação anular, e outra solda 32 entre a glândula de vedação anular e a extremidade do tubo interno. [0018] Em uma modalidade preferida da glândula de vedação anular, a virola de extensão axial 26 fornece uma seção de extremidade 34 que é radialmente mais espessa do que uma seção central 33, for- mando, assim, um recesso anular radialmente para fora da seção central 33 para receber o material de estator Cada anel de vedação fornece uma vedação de baixa pressão do estator elastomérico 20 com a manga externa 12. Se o material moldado encolher devido à cura, a mudança de temperatura ou exposição química, então uma vedação de fluido é criada com as faces radialmente externas 42 e 44. Se o molde expandir, uma vedação de fluido è formada com as faces radialmente internas 46, 48, 50 e 52. A vedação com alta pressão é realizada pela compressão com pressão de fluido interna do material moldado contra as faces internas. Se estiver sob baixa pressão ou alta pressão, uma vedação justa contra a passagem de fluido confiável é formada entre o estator e o tubo externo 12. [0019] O tubo interno 14 fornece um suporte mecânico substancial para o material do estator 20 durante o uso da bomba ou motor 10. Mais particularmente, o formato gerai do material de estator é deseja-velmente mantido pela conexão mecânica entre o tubo interno 14 e o material de estator, que flui através das aberturas e para dentro do espaço anular 24 entre o tubo interno Meo tubo externo 12. Uma parte radialmente externa do material de estator é, dessa forma, mecanicamente conectada ou travada ao tubo interno, e o material de estator perto das extremidades do tubo interno é efetivamente vedado no tubo externo 12 pelas glândulas de vedação anular 18. [0020] Em uma modalidade, a superfície externa radial do tubo interno pode ser espaçada de 0,50 cm. a 0,80 cm. da superfície externa do tubo externo, fornecendo assim um espaço substancial 24 para receber o material de estator que flui através das aberturas 22 no tubo interno. As aberturas vazadas 16, como ilustrado na figura 1, podem ser espaçadas em fileiras de extensão axial e colunas espaçadas cir-cunferencialmente. [0021] Em outro desenho, um alojamento externo de uma bomba ou motor de cavidade progressiva é fornecido com um ou mais sulcos em uma superfície externa do alojamento externo» com o sulco ou sulcos possuindo um raio de superfície externa inferior ao raio de superfície de alojamento externo, [0022] Na figura 4» uma pluralidade de sulcos de extensão axial 52 possui» cada um» a pluralidade de aberturas vazadas 54» de forma que os sulcos estejam, cada um, em comunicação por fluido com uma pluralidade de aberturas, O corte dos sulcos no alojamento externo 50 permite» assim» que o material de estator flua através das aberturas 54, e preencha o espaço radialmente externo do alojamento de espessura reduzida formado pelos sulcos. Cada um dos sulcos pode ter um eixo geométrico de sulco geralmente paralelo ao eixo geométrico do alojamento, ou os sulcos podem se estender axialmente e espiralar em tomo do alojamento. A figura 5 ilustra um par de glândulas de vedação anular fornecidas em cada extremidade do alojamento 50. As glândulas de vedação anular são integrais com o alojamento 50» mas» do contrário» servem a mesma função de garantir uma vedação confiável entre o material elastomérico 20 e o alojamento externo 50, O corpo anular é agora parte do alojamento externo 50, e as vírolas 56 das glândulas de vedação anular são, preferivelmente, direcionadas para uma parte central do alojamento 50. [0023] A figura 6 ilustra um alojamento externo 60 para uma bomba ou motor de cavidade progressiva, com uma pluralidade de sulcos circunferenciais 62 espaçados ao longo de um comprimento substancialmente axial do alojamento 60» e uma pluralidade de aberturas vazadas 64 fornecidas em cada um dos sulcos circunferenciais. A figura 7 ilustra o mesmo alojamento com um material de estator enchendo as aberturas 64 e formando os anéis externos do material de estator em torno do alojamento externo. As glândulas de vedação anular são fornecidas em cada extremidade do alojamento. Os sulcos circunferenci- ais podem ter, cada um, um eixo geométrico de sulco perpendicular ao eixo geométrico do alojamento, ou o sulco ou sulcos podem ser sulcos círcunferenciais com espirais descendo pelo comprimento do alojamento. [0024] A figura 8 ilustra outra modalidade do alojamento externo 70 com uma pluralidade de aberturas 72 dispostas em fileiras de extensão axíal e colunas de extensão circunferencial. Esse desenho incorpora dessa forma um sulco circunferencial contínuo e substancialmente alongado ao invés de uma pluralidade de sulcos cortados na superfície externa do alojamento 70. Na alternativa, um tubo com uma pluralidade de aberturas pode ser soldado ou de outra forma fixado a um par de elementos de extremidade de alojamento possuindo um diâmetro ligeiramente maior do que o do tubo, evitando, assim, o gasto com o corte do sulco no alojamento externo. [0025] A figura 9 ilustra o alojamento 70 preenchido com o material de estator, e também apresenta um par de glândulas de vedação anular adjacentes à extremidade do alojamento 70. O material de estator flui através das portas 72 e ocupa o espaço entre a superfície externa do sulco de raio reduzido e a superfície externa do alojamento externo, formando, assim, efetivamente, uma manga de material de estator 76 radialmente para fora das aberturas 72. [0026] Durante a moldagem por injeção do estator, uma manga do molde (não ilustrada) pode ser fornecida através do alojamento externo para as modalidades como ilustrado na figura 4 a 9 para conter o material de estator, de forrrié, que o material de estator não migre radialmente para fora a partir de uma superfície externa do alojamento durante o processo de moldagem. O material de estator pode, dessa forma, estar nivelado com a superfície externa do alojamento, mas também pode apresentar um recesso leve com relação à superfície externa do alojamento para proteger melhor o material de estator quando a bomba ou motor é colocada dentro de um furo. Nas modalidades preferidas, o material de estator pode ter um recesso com relação à superfície externa do alojamento como ilustrado nas figuras 5, 7 e 9, um espaçamento radial de aproximadamente 0,30 cm. ou um pouco mais para proteger o material de estator. Um material de tecido tramado ou metal tratado com plástico pode ser unido à superfície radialmente externa do material de estator para adicionar resistência e reduzir a deterioração do estator quando colocado no furo. Adícíonal-mente» várias ripas, anéis e outros membros podem ser utilizados para cobrir o material de estator exposto para proteger melhor o material de estator quando o mesmo é colocado no furo. [0027] Deve-se destacar que as aberturas descritas aqui podem ter, cada uma, uma seção transversal circular como ilustrado, mas podem ter outras seções transversais, incluindo aberturas ovais, com fendas ou retangulares. Mais particularmente, um formato oval ou com fenda permite a orientação de aberturas com forças direcionais sendo impressas ao material moldado. As aberturas também não precisam ter uma seção transversal uniforme ao longo de seu comprimento radial, e ao invés disso podem ser afuniladas ou de outra forma configuradas para realizar a finalidade apresentada aqui. [0028] Para cada uma d ?s modalidades ilustradas nas figuras 5, 7 e 9, a combinação do sulco ou sulcos de raio reduzido na superfície externa do alojamento e as aberturas em comunicação por fluido com os sulcos fornecem o suporte mecânico desejado para o material de estator, enquanto o material é vedado nas extremidades do alojamento pelas glândulas de vedação anular, O material de estator flui, dessa forma, através e radialmente para fora das aberturas, e quando é curado fornece uma união mecânica substancial entre o tubo externo e o material de estator, de forma que nenhum adesivo para unir o material de estator ao alojamento externo seja necessário. Em outras modali- dades, pode ser desejável se utilizar também um material adesivo entre o material de estator e a superfície interna do alojamento em locais que não possuem aberturas vazadas, por exemplo, em extremidades do alojamento, [0029] O material selecionado para o estator depende em muito da aplicação pretendida da bomba e motor de cavidade. Em algumas modalidades um estator de material elastomérico pode ser adequado. Em outras modalidades, um estator de material plástico ou polimérico de alta resistência seria necessário. Os materiais poliméricos e elas-tomérícos incluem vários tipos de borrachas e plásticos, incluindo materiais de borracha e plástico reforçados. Em outras modalidades adicionais, um estator de metal fundido pode ser desejável para suportar as altas temperaturas operacionais. Em cada uma das modalidades, o estator é injetado sob alta pressão para dentro do tubo ou alojamento externo, com o tubo externo ou alojamento tubular servindo como um molde parcial para o material injetado, [0030] Uma glândula de vedação anular como ilustrada na figura 3 pode ser formada de maneiia convencional por uma operação de usi-nagem, e é soldada ou presa de outra forma para ambos o tubo externo 12 e o tubo interno 14, como discutido acima. Quando do fornecimento de glândulas de vedação anular no corpo do alojamento externo, um ou mais componentes da glândula de vedação anular podem ser fabricados separadamente a partir do alojamento externo, quando soldado ou preso de outra forma no local para produzir a configuração desejada como ilustrado nos desenhos. [0031] A bomba ou motor de cavidade progressiva foí discutido em detalhes acima com relação às características para a união mecânica do material de estator ao tubo externo ou alojamento. Apesar das aberturas no tubo interno ou em uma parte da parede de alojamento serem convenientes para conectar mecanicamente o material de esta- tor ao tubo externo ou alojamento, outras técnicas podem ser utilizadas para conectar mecanicamente o material de estator ao alojamento, tal como nervuras ou trilhos no interior do alojamento. Uma característica particular da invenção, no entanto, é a capacidade de se vedar de forma confiável entre o alojamento externo e o material de estator utilizando uma ou mais glândulas de vedação anular como descrito aqui. Independentemente da técnica utilizada para conectar mecanicamente o material de estator ao alojamento, dois ou mais anéis de estator podem, dessa forma, ser utilizados de forma confiável para vedar o material de estator ao alojamento externo. Em algumas aplicações, um número de glândulas de vedação anular pode ser fornecido ao longo do comprimento do alojamento, e também pode servir para conectar mecanicamente o material de estator ao alojamento externo. [0032] A descrição a secuir da invenção ilustra e explica as modalidades preferidas. Seria apreciado pelos versados na técnica que várias mudanças em tamanho, formato de materiais, além de detalhes de construção ilustrada ou combinação de características discutidas aqui podem ser realizadas sem se distanciar do espírito da invenção, que é definida pelas reivindicações a seguir.