BRPI0611073A2

BRPI0611073A2 - bomba helicoidal

Info

Publication number: BRPI0611073A2
Application number: BRPI0611073-8A
Authority: BR
Inventors: Gerhard Rohlfing; Alex Joschke; Jens-Uwe Brandt
Original assignee: Joh Heinrich Bornemann Gmbh
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2010-08-03
Also published as: RU2007147333A; CA2609670C; ES2353972T3; JP2008542605A; US20080199340A1; DE502006008233D1; RU2392496C2; JP4955665B2; KR20080034875A; NO20076677L; CA2609670A1; NO337323B1; KR101158957B1; EP1893872A1; EP1893872B1; WO2006128441A1; DE102005025816B4; DK1893872T3; ATE487063T1; US7862315B2

Abstract

A presente invenção refere-se a uma bomba helicoidal em modalidade de construção de uma entrada, eixo duplo, com um suporte externo de ambos os fusos roscados (1, 2) e um alojamento de bomba (3), que encerra os fusos roscados (1, 2) com formação de câmaras bombeadoras (4) e delimita as câmaras bombeadoras (4) com sua área lateral (3a) interior externamente, bem como com uma câmara de aspiração (5) para. o meio a ser aspirado e uma câmara de pressão (6), que aloja o meio bombeado pelos fusos roscados (1, 2). O alojamento de bomba (3) está introduzido em um alojamento de pressão (7) e fixado ao alojamento de pressão (7), de modo que a câmara de pressão (6) envolve ao menos parcialmente o alojamento de bomba (3).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BOMBA HELICOIDAL".

A presente invenção refere-se a uma bomba helicoidal em mo-dalidade de construção de uma entrada, eixo duplo, com um suporte externode ambos os fusos roscados e um alojamento de bomba, que encerra osfusos roscados com formação de câmaras bombeadoras e delimita as câma-ras bombeadoras com sua área lateral interior externamente, bem como comuma câmara de aspiração para o meio a ser aspirado e uma câmara depressão, que aloja o meio bombeado pelos fusos roscados.

São conhecidas muitas concepções de bombas helicoidais, porexemplo, uma configuração de dois eixos, duas entradas, segundo a EP 0699 276 B1, que é empregada especialmente para o bombeamento de mis-turas não tratadas de petróleo-água-gás, que saem de uma fonte muitogrande ou de muitas fontes, em parte de 500 pequenas fontes. Bombas heli-coidais de duas entradas apresentam um alojamento, que é subdividido emuma câmara de aspiração e uma câmara de pressão. Os fusos bombeado-res correm então diretamente no alojamento ou em um inserto de alojamentopermutável, que é inserido no alojamento entre a câmara de aspiração e acâmara de pressão. O alojamento tem então, de um lado, a função de dis-ponibilizar suficiente resistência à pressão para absorção da pressão de pro-cesso e, de outro lado, disponibilizar a forma e resistência posicionai paraobservância das tolerâncias de fenda de vedação, requeridas para o proces-so de aumento de pressão, entre os fusos bombeadores entre si e os fusosbombeadores e o alojamento ou o inserto de alojamento, sendo que os fusosbombeadores em curso apresentam exigências especialmente altas às ten-das de vedação tão pequenas quanto possível, para se obter um elevadograu de eficácia.

Bombas helicoidais em execução de dois eixos, duas entradas,são tecnicamente muito dispendiosas, custos em fabricação e manutençãoe, por isso, são empregadas de preferência pra maiores potências de bom-beamento, que tipicamente já são demasiado grandes para o bombeamentode fontes individuais ("Single-well-boosting").Da DE 715860 B1 é conhecida uma bomba helicoidal para líqui-dos de bombeamento, que apresenta um suporte externo unilateral para osfusos bombeadores. Os fusos bombeadores são encerrados por um aloja-mento, que é executado em uma só peça e unido por flange a uma parte dealojamento, em que estão montados os fusos bombeadores. Esse alojamen-to pode ser removido para trabalhos de manutenção. Devendo ser feita amanutenção na bomba, é necessário separá-la do conduto de bombeamentonas tubuladuras de afluxo e descarga e instalar uma bomba completamentenova.

Alternativamente, para uma troca completa, uma bomba helicoi-dal pode ser desmontada e reparada no próprio local, o que é muito dispen-dioso em tempo. Além disso, um suporte de bomba consistindo em váriaspartes individuais no próprio local nos clientes tem a desvantagem de quenão é possível um teste da bomba com precisa determinação dos dados depotência, de modo que para atendimento de parâmetros de potência reque-ridos é necessária, via de regra, uma troca de bomba completa.

Precisamente no bombeamento de fontes individuais ocorremoscilações demasiado acentuadas na composição do meio de bombeamen-to. Em grande escala, imprevisivelmente, se alternam estados de bombea-mento de líquido a 100% com fases de bombeamento de gás ã 100%, sendoas fases do bombeamento de gás a 100% para bombas helicoidais particu-larmente críticas, pois com bombas helicoidais convencionais após certotempo de um bombeamento de gás esgota-se o bombeamento de líquidovedante, refrigerante e lubrificante. Esse estado conduz a um aquecimentodos fusos bombeadores e, com isso, a um contato dos fusos bombeadoresentre si e com o alojamento, o qual resulta em um elevado desgaste, even-tualmente à paralisação da bomba. Os problemas então resultantes comrelação à manutenção no próprio local já foram descritos.

Para o bombeamento de fontes individuais são empregadas,além de bombas helicoidais, também bombas de fuso excêntrico, que, noentanto, são apenas condicionalmente apropriadas para o bombeamento demisturas de múltiplas fases, pois sua capacidade de bombeamento de gás a100% é temporalmente limitada devido ao calor de atrito resultante.

Como conseqüência do superdimensionamento das bombas demúltiplas fases em execução de dois eixos, duas entradas, e na falta debombas de múltiplas fases apropriadas com menores potências, mundial-mente milhares de fontes de óleo não são ou não mais são bombeadas, dei-xando-se de aproveitar valiosas matérias-primas.

Constitui objetivo da presente invenção, por conseguinte, dispo-nibilizar uma bomba, que seja de fabricação e manutenção econômica e, emprincípio, seja apropriada para o bombeamento de misturas de múltiplas fa-ses no âmbito de um bombeamento de fontes individuais.

De acordo com a invenção, esse objetivo é alcançado por umabomba helicoidal segundo o gênero com as características da reivindicação1. Configurações e outras execuções vantajosas da invenção estão descritasnas sub-reivindicações.

A bomba helicoidal de acordo com a invenção em modalidadede construção de uma entrada, eixo duplo, com um suporte externo de am-bos os fusos roscados e um alojamento de bomba, que encerra os fusosroscados com formação de câmaras bombeadoras e delimita as câmarasbombeadoras com sua área lateral interior externamente, bem como comuma câmara de aspiração para o meio a ser aspirado e uma câmara depressão, que aloja o meio bombeado pelos fusos roscados, prevê que o alo-jamento de bomba é introduzido em um alojamento de pressão e fixado aoalojamento de pressão, de modo que a câmara de pressão encerra o aloja-mento de bomba ao menos parcialmente. Pela possibilidade de introduçãodo alojamento de bomba no alojamento de pressão e de uma fixação do alo-jamento de bomba ao alojamento de pressão é possível trocar apenas o alo-jamento de bomba juntamente com os fusos roscados nele dispostos e osuporte externo, de modo que, em modalidade de construção modular, édisponibilizada uma bomba helicoidal, que pode ser rapidamente reparada,na medida em que as partes de desgaste podem ser completamente remo-vidas do alojamento de pressão. Por uma simples troca do alojamento debomba com os fusos roscados nele dispostos ocorre, ademais, um desaco-plamento mecânico entre o alojamento de pressão e o alojamento de bom-ba, de modo que deformações condicionadas por pressão dentro do aloja-mento de pressão não sejam transferidas para o alojamento de bomba ou onão sejam apenas desprezíveis. Permanece assim garantida a precisão deposição dos fusos roscados entre si, pois as deformações do alojamento depressão não têm efeito sobre as tolerâncias dos elementos bombeadores,vedações e mancais. Isso reduz o desgaste e possibilita o ajuste de umapequena medida de fenda, o que aumenta o grau de eficácia da bomba.

Uma outra configuração da invenção prevê que o alojamento debomba atravesse o alojamento de pressão, de modo que o alojamento debomba tem dois pontos de encosto ou apoio no alojamento de pressão. Estáprevisto então que o alojamento de bomba esteja fixado, especialmente apa-rafusado, apenas unilateralmente ao alojamento de pressão, enquanto que aextremidade do alojamento de bomba não fixada ao alojamento de pressãofica montada em uma guia no alojamento de pressão. É assim possível queo alojamento de bomba fique montado de um lado fixo no alojamento depressão e, de outro lado, ligeiramente móvel, sendo que a ligeira folga entreo alojamento de pressão e o alojamento de bomba é vedada por ao menosuma vedação, de modo que nenhum meio bombeado pode sair da câmarade pressão por fendas na guia. A ligeira folga dentro da guia no alojamentode pressão possibilita que pela pressão dominante na câmara de pressãonão ocorram deformações dentro do alojamento de bomba, que pudessemalterar a folga entre os fusos roscados entre si bem como entre os fusos ros-cados e o alojamento de bomba, mas sim que o alojamento de bomba sejafacilmente deslocado no total dentro do alojamento de pressão.

Uma outra vantagem da configuração de acordo com a invençãoé a fabricação mais simples do alojamento de pressão devido às menoresexigências feitas à precisão de posição dos componentes, de modo que épossível uma fabricação econômica do alojamento de pressão. Além disso, éconsideravelmente simplificada a manutenção devido à possibilidade decompleta remoção do alojamento de bomba juntamente com os fusos rosca-dos e a unidade de suporte.Para se obter uma construção tão rígida quanto possível, apesarda simples estrutura, é previsto fixar o alojamento de bomba por meio deuma placa de suporte ao alojamento de pressão. À placa de suporte estãoassim fixados tanto o alojamento de pressão como também o alojamento debomba e, eventualmente, também a unidade de suporte, em que estão mon-tados os fusos roscados separados da corrente de bombeamento. Os fusosroscados estão montados na unidade de suporte, que por sua vez está unidacom o alojamento de bomba, de modo que a unidade de suporte completa,com o alojamento de bomba e os fusos roscados, pode ser removida do alo-jamento de pressão. Os fusos roscados, o alojamento de bomba e a unidadede suporte dos fusos roscados podem, portanto, ser juntados para um módu-lo de bombeamento, que pode ser facilmente trocado e, após a fabricação,submetido a um teste de potência completo, de maneira que, quando da tro-ca do módulo de bombeamento por um módulo de bombeamento novo ourecondicionado se pode prever que parâmetros de potência apresenta abomba.

Para a compressão quando do emprego em "Single-well-boosting" é previsto que na câmara de pressão estejam previstos dispositi-vos de separação para a separação de uma mistura de múltiplas fases bom-beada em uma fase de gás e uma fase de líquido, de modo que as fasesseparadas ou podem ser derivadas separadamente ou uma parte da fase delíquido separada pode ser reconduzida através de um conduto de curto-circuito da câmara de pressão para a câmara de aspiração, para disponibili-zar uma medida mínima de líquido dentro do alojamento de bomba, para queos fusos roscados possam ser resfriados e as fendas entre os fusos rosca-dos e o alojamento de bomba possam ser vedadas. Como o alojamento debomba se encontra dentro da câmara de pressão, é possível executar oconduto de curto-circuito dentro do alojamento de bomba, portanto estabele-cer uma ligação direta entre a câmara de bombeamento e a câmara de aspi-ração.

Pelo conduto de curto-circuito a fase líquido dosadamente sepa-rada é reconduzida à câmara de aspiração, o que de fato implica em perdasrelativamente ao grau de eficácia da bomba, mas, quando do emprego dabomba helicoidal para o bombeamento de misturas de múltiplas fase, possi-bilita um tempo de vida útil essencialmente prolongado.

O alojamento de bomba pode estar disposto excentricamente noalojamento de pressão, para, de um lado, facilitar a separação e a recondu-ção de fase de líquido separada por um curto-circuito para o lado de aspira-ção dos fusos roscados e, de outro lado, não permitir deformações condicio-nadas por. pressão do alojamento de pressão ou permiti-las de tal maneirasobre a unidade de suporte ou os fusos roscados que produzam alteraçãoangular da unidade de suporte contraposta a uma flexão em função de pres-são dos fusos roscados.

Complementando, no alojamento de pressão podem estar dis-postos tirantes de ancoragem para protensão do alojamento de pressão rela-tivamente à montagem dos fusos roscados, de modo que pode ser ajustadauma alteração angular em função de pressão da unidade de suporte alterna-tivamente ou em complementação ao posicionamento apropriado do aloja-mento de bomba no alojamento de pressão bem como da seleção da espes-sura de parede e/ou do emprego de materiais.

Para maior integração funcional no módulo de bombeamento éprevisto que no alojamento de bomba seja executada a câmara de aspira-ção, de modo que este pode ser otimamente adaptado aos fusos bombeado-res relativamente ao dimensionamento e à configuração fluídica.

Para simplificar a configuração do alojamento de pressão, é pre-visto que o alojamento de bomba forme uma parte da parede da câmara depressão, portanto que o emprego do alojamento de bomba forme uma parteda parede interna da câmara de pressão. Para tanto é necessário que o alo-jamento de bomba esteja fixado, vedado, ao alojamento de pressão, sendoprevistos condutos de passagem ou canais de fluxo para o meio bombeado,pelos quais o meio bombeado pode ser conduzido para dentro da câmara depressão.

Igualmente estão executados dispositivos de conexão para con-dutos de afluxo ou condutos de descarga no alojamento de pressão, de mo-do que o alojamento de pressão, quando da manutenção da bomba, nãoprecisa ser removido da rede de condutos, com o quê se pode evitar umconsiderável trabalho de montagem e problemas de estanqueidade pelamontagem e desmontagem de bombas completas da rede de condutos.

A seguir é explicado um exemplo de concretização da invençãotendo em vista a única figura que ilustra uma seção transversal da bombahelicoidal.

Na figura é demonstrada uma bomba helicoidal com fluxo emapenas uma direção com z parafusos roscados 1, 2, que se encontram so-bre os eixos 10,20 ligados entre si por rodas dentadas e com isso sobre oseixos roscados 11,12. Os eixos 10, 20 estão montados em um alojamento desuporte 19 e formam uma unidade de suporte 9, que é vedada relativamenteao meio a ser bombeado. Os rotores 11, 12 estão montados em um aloja-mento de bomba 3, sendo que a área interna lateral 3a do alojamento debomba 3 encerra os rotores 11, 12, de modo que pelos rotores 11,12 engre-nandos entre si em combinação com a área lateral 3a são formadas câma-ras de bombeamento 4, nas quais o meio a ser bombeado é bombeado deuma câmara de aspiração 5 para uma câmara de pressão 6 através de ca-nais de ligação 16. Tanto entre os rotores 11,12 como também entre os ro-tores 11, 12 e a área lateral 3a predomina uma folga mínima, para mantertão reduzida quanto possível a taxa de vazamento da bomba.

A câmara de pressão 6, executada aqui como uma câmara anu-lar, é formada por um alojamento de pressão 7, que encerra a câmara depressão 6 respectivamente do lado frontal na periferia externa. O encerra-mento interior da câmara de pressão 6 é realizado através da parede exter-na do alojamento de bomba 3, pois o alojamento de bomba 3 atravessa oalojamento de pressão 7 e, com isso, a câmara de pressão 6. O alojamentode bomba 3 está fixado através de cavilhas 40 a uma placa de suporte 8, naqual está igualmente fixada por cavilhas 41 a unidade de suporte 9. A placade suporte 8, por sua vez, está acoplada através de tirante de ancoragem 42com o alojamento de pressão 7, de modo que o alojamento de bomba 3 estáfixado através de cavilhas 40, da placa de suporte 8 e dos tirantes de anco-ragem 42 de um lado no alojamento de bomba 7. O alojamento de bomba 3é provido na região das cavilhas 40 de um flange 37 anular, que pode serintroduzido em um recorte 27 correspondentemente executado do alojamen-to de bomba 7. A extremidade 30 do alojamento de bomba 3, oposta à placade suporte 8, está montada em um recorte 17 do alojamento de bomba 7,mas não atarraxada ali, e sim vedada apenas por uma vedação 27. Do ladofrontal, há uma outra vedação por uma placa frontal 15, que apresenta umaabertura de passagem 25 para introdução de um meio de bombeamento nacâmara de aspiração 5. Igualmente estão previstas roscas 26 para alojamen-to de meios de conexão ou condutos de adução na placa frontal 15.

A montagem unilateral do alojamento de bomba 3 no alojamentode pressão 7 tem a vantagem de que a combinação de estrutura modular doalojamento de bomba 3, da unidade de suporte 9 e dos fusos bombeadores1, 2 aí dispostos é desacoplada de deformações de pressão do alojamentode pressão 7. O alojamento de pressão 7 pode ser projetado para a respec-tiva pressão de projeção do sistema e, em princípio, ser configurado comqualquer dimensão desejada, devido apenas aos recessos 17, 27 e disposi-tivos de conexão serem de tal maneira configurados que as correspondentesunidades de bombeamento ou módulos de bombeamento de alojamento debomba 3 e unidade de suporte 9 possam ser montados. Pela inserção daunidade de bombeamento no alojamento de pressão 7 é fabricada a bomba,sendo que o alojamento de bomba 3 integrado na unidade de bombeamentoforma simultaneamente a câmara de aspiração 5 e prove a separação decâmara de aspiração 5 para com a câmara de pressão 6.

No alojamento de pressão 7 estão ainda previstos flanges 14para os condutos de descarga, que podem continuar instalados fixos.

Na câmara de pressão 6 podem estar previstos dispositivos deseparação para a separação de fase gasosa e fase líquida quando do bom-beamento de misturas de múltiplas fases. Podem ser chapas de desvio ouzonas de estabilização para a produção de uma velocidade de fluxo quasezero, sendo que em tais pontos de preferência é previsto um conduto de cur-to-circuito 13, que une a câmara de aspiração 5 com a câmara de pressão 6.Na forma de execução representada, o conduto de curto-circuito 13 está e-xecutado no alojamento de bomba 3 e disposto no lado inferior, de modoque líquido que se encontra na parte inferior da câmara de pressão 6 anular,que está cheio até ao alojamento de bomba 3, é aspirado para a câmara deaspiração 5 e ali pode ser movido através dos rotores 11, 12. Assim se pro-duz um transporte de calor, uma vedação e uma lubrificação dos rotores 11,12. A forma de execução representada é especialmente apropriada para ga-rantir um seguro funcionamento da bomba mesmo a pressões de topo deperfuração muito distintas, que podem ascender desde quase pressões at-mosféricas até mais de 10.000 kpa (100 bar).

Na abertura de entrada 25 ou antes, podem estar integrados oudispostos filtros protetores de bombeamento, para reter partículas indeseja-das e evitar avarias dos rotores 11,12.

Claims

1. Bomba helicoidal em modalidade de construção de uma en-trada, eixo duplo, com um suporte externo de ambos os fusos roscados (1, 2) e um alojamento de bomba (3), que encerra os fusos roscados (1, 2) comformação de câmaras bombeadoras (4) e delimita as câmaras bombeadoras(4) com sua área lateral (3a) interior externamente, bem como com uma câ-mara de aspiração (5) para o meio a ser aspirado e uma câmara de pressão(6), que aloja o meio bombeado pelos fusos roscados (1, 2), caracterizadapelo fato de que o alojamento de bomba (3) está introduzido em um aloja-mento de pressão (7) e fixado ao alojamento de pressão (7), de modo que acâmara de pressão (6) envolve ao menos parcialmente o alojamento debomba (3).

2. Bomba helicoidal de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada pelo fato de que o alojamento de bomba (3) atravessa o alojamento depressão (7).

3. Bomba helicoidal de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca-racterizada pelo fato de que o alojamento de bomba (3) está fixado, especi-almente atarraxado, em um lado no alojamento de pressão (7).

4. Bomba helicoidal de acordo com a reivindicação 3, caracteri-zada pelo fato de que o alojamento de bomba (3) está fixado através de umaplaca de suporte (8) ao alojamento de pressão (7).

5. Bomba helicoidal de acordo com a reivindicação 3 ou 4, ca-racterizada pelo fato de que a extremidade (30) não fixada ao alojamento depressão (7) do alojamento de bomba (3) está montada com folga em umaguia (17) no alojamento de pressão (7) e o alojamento de bomba (3) estávedado por uma vedação (27) relativamente ao alojamento de pressão (7).

6. Bomba helicoidal de acordo com uma das reivindicações pre-cedentes, caracterizada pelo fato de que os fusos roscados (1, 2) estãomontados em uma unidade de suporte (9), que está unida ao alojamento debomba (3).

7. Bomba helicoidal de acordo com a reivindicação 6, caracteri-zada pelo fato de que a unidade de suporte (9) está fixada, especialmenteatarraxada, a uma placa de suporte (8).

8. Bomba helicoidal de acordo com uma das reivindicações pre-cedentes, caracterizada pelo fato de que os fusos roscados (1, 2), o aloja-mento de bomba (3) e uma unidade de suporte (9) dos fusos roscados (1, 2)estão reunidos para um módulo de bombeamento.

9. Bomba helicoidal de acordo com uma das reivindicações pre-cedentes, caracterizada pelo fato de que na câmara de pressão (6) estãoprevistos dispositivos de separação para a separação de uma mistura demúltiplas fases bombeada em uma fase de gás e em uma fase de líquido.

10. Bomba helicoidal de acordo com a reivindicação 9, caracteri-zada pelo fato de que é previsto um conduto de curto-circuito (13) da câmarade pressão (6) para a câmara de aspiração (5), pelo qual o líquido separadoé reconduzido à câmara de aspiração (5).

11. Bomba helicoidal de acordo com a reivindicação 10, caracte-rizada pelo fato de que o conduto de curto-circuito (13) é executado no alo-jamento de bomba (3).

12. Bomba helicoidal de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizada pelo fato de que o alojamento de bomba (3) estádisposto excentricamente no alojamento de pressão (7).

13. Bomba helicoidal de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizada pelo fato de que no alojamento de pressão (7)estão dispostos tirantes de ancoragem (42) para protensão do alojamento depressão (7) relativamente à montagem de fusos roscados (9).

14. Bomba helicoidal de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizada pelo fato de que no alojamento de bomba (3)está executada a câmara de aspiração (5).

15. Bomba helicoidal de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizada pelo fato de que o alojamento de bomba (3) for-ma uma parte da parede da câmara de pressão (6).

16. Bomba helicoidal de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizada pelo fato de que dispositivos de conexão (14)para condutos de adução e condutos de descarga estão executados no alo-jamento de pressão (7).