ES2317852T3 - Motor sumergible con juntas del arbol. - Google Patents
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Abstract
Conjunto de motor y bomba sumergible (M1), que comprende un motor y un alojamiento del motor, teniendo dicha motor un árbol de salida (1), una bomba y un alojamiento de la bomba, estando dicho alojamiento de la bomba conectado a dicho alojamiento del motor, accionándose dicha bomba mediante dicho árbol de salida, una junta de árbol interna (MS1) sobre dicho árbol de salida (1) próximo al dicho motor, una junta de árbol externa (MS2) sobre dicho árbol de salida (1) próximo a dicha bomba, una cámara de sellado interpuesta entre dicho motor y dicha bomba, comprendiendo dicha cámara de sellado, en parte, caras laterales de la cámara de dicha junta del árbol interna (MS1) y dicha junta del árbol externa (MS2), estando dicha cámara de sellado cargada con un fluido de tampón bajo una presión por lo menos igual a la presión externa de dicho conjunto de motor y bomba, teniendo dicho fluido de tampón propiedades dieléctricas, caracterizado por el hecho de que: el conjunto de motor y bomba también incluye un sistema de presurización de la cámara de sellado y por lo menos un depósito de presión (PA) que se puede presurizar de manera independiente solitario con dicho conjunto de motor y bomba (M1), en el que dicho sistema de presurización de la cámara de sellado mantiene un gradiente de presión positivo continuo en el interior de dicha cámara de sellado a través de las juntas del árbol interna y externa.
Description
Motor sumergible con juntas del árbol.
Esta invención se refiere a un motor sumergible
y una sección de sellado para un motor sumergible. Más
particularmente, se refiere a un motor sumergible, su capacidad
para funcionar en aire o sumergido, y su capacidad de mantenimiento.
Esta invención hace referencia particularmente unidades sumergibles
de motor y bomba combinadas, aunque ciertas características de la
presente invención son útiles en motores sumergibles que se utilizan
para propósitos diferentes que el funcionamiento de bombas.
El término "sumergible", tal como se
utiliza aquí significa que el motor puede estar rodeado mediante un
fluido, cuyo acceso al interior del motor está restringido mediante
una carcasa externa o un alojamiento del motor que es integral con
el diseño del motor.
Las bombas accionadas con motores sumergibles se
utilizan ampliamente para transferir líquidos de pozos o sumideros.
En general, estas bombas incluyen un motor, y una sección de sellado
que evita la entrada del fluido bombeado a lo largo del eje del
motor. Los motores sumergibles se han diseñado con rotores en mojado
y en seco. Los diseños de rotores en mojado incorporan una cámara
del rotor llena de un fluido compatible para lubricar los cojinetes
y retirar el calor. El fluido debe tener buenas propiedades
dialécticas, de manera que la conducción eléctrica no se produce
entre el fluido y los bobinados del motor.
Sin embargo, hay un inconveniente en el uso de
una cámara del rotor llena de fluido, porque el arrastre viscoso
debido a las propiedades de fluido producirá una disminución de la
eficiencia total del motor. Esta disminución en la eficiencia puede
llegar a ser bastante significativa al aumentar el tamaño del
motor.
Los diseños de rotores en seco han separado las
cámaras del motor y de sellado, con lo cual el rotor del motor gira
en un ambiente no mojado, o cámara del rotor seca, reduciendo el
arrastre de la viscosidad y, por lo tanto, aumentando la eficiencia
total del motor. Los diseños de rotores en seco incorporan
típicamente dos sellados mecánicos, uno situado en cada extremo de
la cámara de sellado. La cámara de sellado está llena de un fluido
compatible que sirve para refrigerar y lubricar las caras del
sellado interno que separa la cámara del rotor y la cámara de
sellado. El sellado externo que separa la cámara de sellado del
fluido bombeado a menudo se basa en el fluido bombeado para su
refrigeración y lubricación.
Cuando un motor sumergible se sumerge en fluido,
la presión sobre las superficies externas del motor aumenta de
manera proporcional con la profundidad de inmersión -
aproximadamente una libra por pulgada cuadrada de presión por cada
2, 3' de inmersión con agua. Es un hecho bien conocido que los gases
y los fluidos siempre tenderán a fluir desde áreas de alta presión
hacia áreas de baja presión. Aunque las bombas sumergibles
incorporan los llamados sellados "mecánicos" para evitar la
entrada de fluido en la cavidad del motor o en la cámara del rotor,
estos sellados no sellan, sino que realmente restringen el flujo de
fluido a niveles muy pequeños. Este flujo de fluido tiene una
película hidrodinámica sobre las caras de sellado coincidentes que
evita el sobrecalentamiento y un desgaste prematuro.
Bajo circunstancias normales, un motor
sumergible siempre tiene fluido que se mueve a través de las caras
selladas desde la región de mayor presión externa hacia la región de
presión inferior en el interior del motor. Los fabricantes
típicamente se basan en alguna forma de detectores de humedad
electrónicos situados en el interior de la cavidad del motor para
advertir si el líquido conductor ha alcanzado un nivel que supone un
peligro para el motor, o utilizan juntas apiladas que ralentizan la
entrada de fluido de manera suficiente para proporcionar una vida
satisfactoria del motor.
Los diseños sumergibles del pasado han utilizado
alguna forma de dispositivo flexible para mantener el ambiente
interno separado pero en comunicación con el fluido externo para
mantener un equilibrio de presión sobre las juntas mecánicas. Estos
dispositivos han tomado la forma de pistones, fuelles, y cámaras por
nombrar unos pocos. Todos estos dispositivos, aunque son apropiados
para ambientes limpios, no son adecuados para su funcionamiento en
ambientes cargados con grasa, barro, o sólidos que tienden a
dificultar su capacidad de movimiento.
Algunos diseños han previsto medios no
sumergibles para presurizar el motor sumergible a través de una
manguera de conexión o similar. Estos depósitos se han diseñado
típicamente como sistemas de soporte separados al motor sumergible
y no son solidarios con el diseño del motor.
La patente US 5.616.973, publicada el 1 de abril
de 1997, se refiere a un alojamiento de un motor que contiene una
pluralidad de pasos de refrigeración solidarios, a través de los
cuales circula fluido de tampón mediante un árbol montado de manera
coaxial accionado mediante un impulsor de estilo de vórtice. El
fluido de tampón absorbe el calor desde el motor y transfiere el
calor al fluido bombeado mediante transferencia conductora de calor
a través de una partición de segregación es común al fluido de
tampón y al fluido bombeado. Aunque es efectiva para la retirada
del calor de un motor que funciona en aire, un inconveniente de este
diseño es que, aunque el motor puede funcionar de manera continua
en aire, superficies críticas de la junta mecánica externa,
específicamente las caras de sellado de contacto de rotación y
estacionaria, que están sometidas a la creación del calor de
fricción, están situadas adyacentes a la un pequeño anillo formado
mediante el árbol de la bomba y los componentes de sellado, donde
se produce un pequeño movimiento relativo entre el fluido de tampón
y las superficies de sellado críticas.
La patente europea 939231 A1, publicada el 1 de
septiembre de 1999, funciona de una forma similar utilizando un
estilo de impulsor de flujo axial. Aunque es efectivo para retirar
el calor de un motor que funciona en aire, un inconveniente de
estos diseños es que, aunque el motor puede funcionar de manera
continua en aire, las superficies críticas de la junta mecánica
externa, específicamente las caras de sellado de contacto de
rotación y estacionaria, que están sometidas a la creación del calor
por fricción, están situadas adyacentes a un pequeño anillo formado
mediante el árbol de la bomba y los componentes de sellado, en el
que se produce un movimiento relativo pequeño entre el fluido de
tampón y las superficies de sellado críticas.
El fluido de tampón en esta zona estancada no
proporciona una refrigeración suficiente a las caras de contacto de
la junta mecánica externa, las cuales por lo tanto deben basarse en
el fluido bombeado para su refrigeración. En una condición de
funcionamiento en seco, donde la bomba funciona fuera del fluido
para bombear y el motor continúa funcionando, o en una condición
donde un bolsillo de gas o vapor rodeado superficies externas de
las caras de sellado externas, se puede producir un
sobrecalentamiento de las caras de sellado coincidentes y un
consiguiente fallo prematuro de la junta mecánica externa. Por lo
tanto, el motor sumergible nos capa de funcionar durante periodos
extendidos en cualquier condición, donde las superficies normalmente
mojadas del proceso de las caras de sellado externas están secas,
sin que se produzcan daños a las caras de sellado mecánico debido a
la creación de calor. Cuando se utiliza en una aplicación de bombeo,
ésta requiere una instrumentación añadida en forma de sensores de
carga, control este nivel, y similares; o una vigilancia aumentada
en la parte de los operadores para evitar estos problemas. Estas
opciones tienen todas unos gastos indeseables y aspectos de
fiabilidad asociados con las mismas.
Se han descrito bombas de accionamiento de
motores sumergibles con juntas para los árboles que proporcionan
una disposición sellada, donde la cámara del rotor del motor se
puede presurizar con gas desde una fuente remota a una presión más
alta que el fluido circundante. Esta presión más alta se transfiere
en la cámara de sellado a lo largo del árbol, evitando así la
entrada de fluido externo al interior de la cámara de sellado desde
el exterior del motor, y la entrada de fluido al interior de la
cámara del motor desde la cámara de sellado.
Sin embargo, hay inconvenientes en la
utilización de una fuente de presión remota a través de la cámara
del rotor para la presurización. Las juntas mecánicas no
"sellan", sino que realmente "restringen" el flujo. Un
inconveniente es que la fibra de la junta de este diseño depende
parcialmente de un pequeño volumen de medio de tampón en el
interior de la cámara de sellado. No hay provisión para suplementar
fluido de tampón a la cámara de sellado al fluir desde la cámara de
sellado al ambiente externo.
Otro inconveniente de este diseño es que el
volumen del gas presurizado supera el volumen disponible de fluido
de tampón en el grado de que una vez se ha agotado el suministro de
fluido de tampón, al interior de la cámara de sellado, el gas
continuará pasando a través de las caras de sellado. Aunque esto
para evitar la entrada de fluido externo través de las caras de
sellado, producirá fallo de sellado prematuro debido al hecho de
que el gas no es lo suficientemente viscoso para lubricar las caras
de sellado de una junta de cara mecánica que se ha diseñado para
lubricación
líquida.
líquida.
Los motores sumergibles están a menudo
orientados verticalmente, con el eje del árbol del motor más o menos
perpendicular con la superficie del suelo. El gas, que es más
ligero que el líquido, tiende a elevarse al punto más alto en el
interior del cualquier contenedor. Un problema común con las
unidades sumergibles es que las caras de sellado mecánicas están a
menudo situadas adyacentes a los puntos más altos en el interior de
la cámara de bombeo, para la junta mecánica externa; y también
adyacentes a los puntos más altos en el interior de la cámara de
sellado, para la junta mecánica interna. Cualquier gas que está
presente en la cámara de bombeo, o en la cámara de sellado, tenderá
a recogerse en el punto más alto en el interior de las cámaras. Si
el bolsillo de gas restringe el líquido circundante de las caras de
sellado, puede producirse un sobrecalentamiento y un fallo
prematuro de una junta.
La forma más común de aplicación sumergible es
en agua, tal como se encuentra a menudo en pozos. Un ambiente menos
común, pero cada vez más común, para sumergibles es en aplicaciones
industriales donde medios abrasivos y/o químicos pueden ser el
medio de inmersión. En estos hambrientos, la portabilidad del motor
sumergible es una característica deseable para muchos usuarios. El
uso de depósitos remotos o fuentes de presurización remotas
restringe esta portabilidad. Además, en ambientes donde están
presentes sólidos, el depósito de los sólidos en y alrededor de las
superficies de transferencia térmica del motor restringe la
capacidad del motor para transferir calor al líquido circundante.
Esto produce un fallo prematuro del motor.
Las bombas accionadas con motores sumergibles
están a menudo situadas en sumideros, u otras zonas bajas donde se
recogen líquidos, donde el propósito principal es transferir todo el
líquido recogido a otra posición. Durante el funcionamiento normal,
se genera calor en el interior del motor debido a las pérdidas
eléctricas. Éste calor se ha de retirar del motor o aumentará y
provocará un fallo prematuro del motor. Los diseños sumergibles
anteriores, que se basan en las características de transferencia de
calor superiores de los fluidos respecto a los gases, requerían que
el motor estuviera sumergido en líquido en todo momento. El
inconveniente principal era que el funcionamiento adecuado del
motor dictaba que todo el fluido no se podría retirar del lugar de
bombeo, lo cual está en contra del propósito principal de la
bomba.
Una pluralidad de intenciones han tratado de
manera satisfactoria con el asunto de retirar el calor del motor,
cuando el motor sumergible queda descubierto; permitiendo que el
sumergible bombee el líquido por debajo de un nivel por debajo del
motor. Los diseños más comunes se basan en el bombeo del líquido a
través de una cámara anular alrededor del alojamiento del motor, o
en fluido de tampón circulante, mediante un propulsor radial en el
interior de la cámara de sellado, a través de camisas en el interior
del alojamiento del motor, pasando por aletas de refrigeración que
transfieren el calor del motor al interior del fluido bombeado para
su refrigeración.
El inconveniente de estos diseños es que aunque
el motor está ahora protegido, la junta de cara mecánica que
restringe el escape a lo largo del árbol, desde la cámara de sellado
al ambiente externo, se basa en el medio bombeado para la
refrigeración. Por lo tanto, el motor sumergible no es capaz de
funcionar completamente seco, durante periodos extendidos, sin
daños. Cuando está en una aplicación de bombeo, esto requiere una
instrumentación añadida en forma de sensores de carga, controlador
este nivel, y similares; o una vigilancia aumentada en la parte de
los operadores. Estas opciones tienen todas un gasto indeseable y
aspectos de fiabilidad asociados con las mismas.
Independientemente de lo bien que esté diseñada
una pieza de maquinaria, toda las máquinas con partes desplazables
en contacto, están sometidas al desgaste, y requieren un
mantenimiento preventivo o de reparación periódico. En un ambiente
industrial, el periodo de pausa de una pieza de un equipo, tal como
una bomba, puede afectar a menudo a la productividad total de un
proceso, por la seguridad ambiental si están implicados vertidos.
Los motores sumergibles, tal como están construidos actualmente,
utilizan juntas de árboles y cojinetes que están montados como
componentes segregados. Una instalación adecuada dicta la posición y
la instalación de estos componentes de manera individual,
prolongando de esta manera el tiempo requerido para su montaje y su
desmontaje.
El documento
US-A-2545422 describe un conjunto de
motor y bomba en el cual una bomba se acciona mediante un árbol
desde un motor, estando contenidos el motor y la bomba en un
alojamiento, estando sellado el árbol mediante respectivas juntas
en el alojamiento de la bomba y el motor. Hay una cámara entre el
motor y la bomba, está llena de un fluido dieléctrico.
El documento
US-A-5211532 describe una
disposición en la cual pistón, accionado mediante una bomba, pasa a
través de una cámara señala que contiene aceite, cuya cámara se
mantiene mediante la acción de un depósito fluido que contiene un
pistón.
Según la presente invención, tal como se
especifica en la reivindicación 1, se proporciona un conjunto
sumergible de motor y bomba (M1) que comprende
un motor y un alojamiento del motor, teniendo
dicha motor un árbol de salida,
una bomba y un alojamiento de la bomba, estando
dicho alojamiento de la bomba conectado a dicho alojamiento del
motor, accionándose dicha bomba mediante dicho árbol de salida,
una junta de árbol interna (MS1) sobre dicho
árbol de salida próximo al dicho motor,
una junta de árbol externa (MS2) sobre dicho
árbol de salida próximo a dicha bomba,
una cámara de sellado interpuesta entre dicho
motor y dicha bomba, comprendiendo dicha cámara de sellado, en
parte, caras laterales de la cámara de dicha junta del árbol interna
(MS1) y dicha junta del árbol externa (MS2), estando dicha cámara
de sellado cargada con un fluido de tampón bajo una presión por lo
menos igual a la presión externa de dicho conjunto de motor y
bomba, teniendo dicho fluido de tampón propiedades dieléctricas,
en el que:
el conjunto también incluye un sistema de
presurización de la cámara de sellado y por lo menos un depósito de
presión (PA) que se puede presurizar de manera independiente
solitario con dicho conjunto de motor y bomba (M1),
en el que dicho sistema de presurización de la
cámara de sellado mantiene un gradiente de presión positivo
continuo en el interior de dicha cámara de sellado a través de las
juntas del árbol.
Así, la invención permite prever una disposición
de sellado para, sumergibles accionadas con motores eléctricos que
supera los inconvenientes indicados en la técnica anterior.
Proporcionando una presión positiva neta en la
cámara de sellado, respecto a un fluido externo, la invención
resiste la entrada del fluido externo entre las caras de sellado,
debido a los sólidos y otros contaminantes contenidos en el fluido
externo, que tenderían a reducir la junta o la vida del motor
respecto a la vida que se puede obtener con un fluido limpio y
compatible entre las caras de sellado.
El motor sumergible puede funcionar en seco
durante un período de tiempo extendido, es decir, sin ningún
contacto con un líquido externo para propósitos de refrigeración y
sin daños a la junta o al motor.
El motor sumergible también puede poder
funcionar en seco durante un período de tiempo extendido, sin dañar
la junta o el motor, independientemente de la dirección de rotación
del motor.
Utilizando la presente invención, el gas que se
podría recoger, en el interior de la cámara de bombeo, adyacente a
las caras coincidentes de la junta mecánica externa, no produciría
un funcionamiento en seco y el sobrecalentamiento resultante de la
junta mecánica.
La disposición de la junta y el cojinete permite
una instalación y un tiempo de retirada menor para las disposiciones
de la junta y el cojinete, comparado con el previsto por los
actuales diseños sumergibles.
La presente invención es adecuada para su uso en
un ambiente donde las superficies externas del motor están
expuestas a líquidos que llevan sólidos y otros contaminantes, de
tal manera que permite al ambiente circundante retirar el calor
generado por el motor sin crear restricciones que podrían provocar
la acumulación de los sólidos, o los contaminantes, evitando la
transferencia de calor.
La presurización de la cámara de sellado se
puede conseguir con un diseño de rotor en seco para permitir mayores
deficiencias operativas que las previstas mediante diseños de rotor
en seco, y al mismo tiempo el depósito solidario puede volver a
llenar el medio de tampón perdido durante el funcionamiento
normal.
La presente invención puede ser portátil debido
a la previsión de un sistema de presurización del motor que forma
una parte solidaria del conjunto sumergible.
Otros objetos y ventajas de la presente
invención se harán fácilmente evidentes para los expertos en la
materia a partir de la siguiente descripción detallada, en la que
hemos mostrado aquí descrito solamente una realización preferida de
la invención, que se define mediante el objeto de las
reivindicaciones adjuntas, tal como se interpreta mediante la
descripción y los dibujos.
La figura 1 es una combinación de una sección y
una vista esquemática de una realización preferida de la invención,
un conjunto sumergible de motor eléctrico y bomba que incorpora un
dispositivo de presurización de sellado integral que sirve como un
depósito de almacenamiento y un acumulador para la cámara de sellado
del motor.
La figura 2 es una vista en sección del
acumulador de presión de tipo de ampolla de la figura 1.
La figura 3 es una vista en sección parcial de
otra realización preferida de la invención, un motor sumergible con
un propulsor interno para circular un líquido de tampón para
refrigerar el motor y el conjunto del cojinete y el cartucho de
sellado, y para la circulación de fluido de tampón y la
refrigeración de la junta mecánica en el interior del anillo
formado mediante la junta mecánica externa y el árbol del motor.
Las figuras 4A y 4B muestra detalles del diseño
del propulsor indicado en la figura 3.
La figura 5 es una vista en sección parcial de
la junta de la cara mecánica y la disposición del cojinete que
permite un cambio rápido de las juntas y del cojinete, mientras se
reduce la deflexión del árbol, en las caras de sellado, debido a
las cargas radiales, y reduciendo las cargas radiales totales sobre
el cojinete interno.
Hay tres elementos principales o características
de la realización preferida de una bomba sumergible accionada con
un motor. Hay un depósito de presurización montado de manera
solidaria utilizado en combinación con un motor sumergible del tipo
de rotor en seco para mantener la presión en la cámara de sellado en
un nivel mayor que la encontrada en el ambiente externo a la
profundidad de trabajo de la bomba. El motor sumergible incorpora
un conjunto de cojinete inferior montado en un manguito o cartucho
de árbol amovible y de junta superior, que facilita la instalación
y la retirada de los dos componentes, estando el cojinete situado
entre las juntas mecánicas interna y externa. Montado sobre este
manguito amovible hay un único propulsor de circulación que, además
de impartir la acción de bombeo centrífuga para los propósitos de
refrigerar el motor, convierte la energía cinética en flujo de
fluido que hace circular simultáneamente el líquido a lo largo del
árbol del motor para refrigerar las juntas del árbol, permitiendo
de esta manera que el motor funcione en seco durante períodos de
tiempo extendidos.
Estas características, que se pueden aplicar por
separado o en combinación, se indican como: (1) un depósito de
presurización, montado de manera solidaria y segregado de un motor
sumergible; (2) una combinación centrífuga y que propulsor de tubo
piloto para la circulación local y de refrigeración del motor de un
fluido de tampón; y (3) un cartucho de conjunto de cojinete
inferior y junta superior montada sobre el árbol del motor de manera
que el cojinete inferior está situado entre las juntas mecánicas
superior e inferior, y que también alojará el propulsor de fluido
de tampón, si se utiliza.
En primer lugar se hace referencia a una porción
de la estructura mostrada en la figura 1. Una carcasa externa 661,
fijada de manera solidaria o mecánicamente con el conjunto del motor
y la bomba M1, está montada con una cubierta externa 662. Un árbol
1 se extiende desde el motor encerrado a través de un anillo en la
carcasa externa 661 y otro anillo en la cubierta externa 662. Unas
juntas mecánicas MS1 montadas de manera concéntrica en la carcasa
externa 661, indicados aquí como la junta interna, y unas juntas
mecánicas MS2 montadas de manera concéntrica en la cubierta externa
662, indicados aquí como la junta externa, restringen la fuga de
fluido a lo largo del árbol 1. El conjunto de la carcasa externa
661, la cubierta externa 662, las juntas mecánicas MS1 y MS2, y el
árbol 11, forman lo que se indicará aquí como la cámara de
sellado.
Existen muchos diseños de sellado de caras
mecánicas disponibles comercialmente, que están probados para su
uso en la restricción de flujo de fluido, desde zonas de alta
presión a zonas de baja presión en un equipo en rotación. Esta
invención no depende de las particularidades de la junta de cara
mecánica utilizada, sino que por el contrario se focaliza en la
creación de un ambiente más favorable en la cual pueda funcionar la
junta de cara mecánica.
La cámara de sellado sirve para alojar las
juntas mecánicas y sirve como un depósito para un fluido de
protección que sirve para refrigerar y lubricar las caras de
sellado. Se han encontrado adecuados varios aceites o substancias
similares al aceite comercialmente disponibles como fluido de tampón
del líquido.
Un depósito presurizado PA sirve como depósito y
una fuente de presurización para la cámara de sellado. La técnica
anterior de la figura 2 muestra un depósito de presurización típico
disponible comercialmente del tipo que funciona con gas, tal como
se utiliza en la realización de la figura 1. El tipo de depósito no
es tan crítico como su funcionalidad. En primer lugar, debe poder
trasmitir presión desde un dispositivo mecánico, tal como un pistón
o un muelle, a partir de presión de gas, o partir de un dispositivo
accionado con una combinación mecánica y de gas. Debe poder
transmitirla presionar fluido de tampón en la cámara de sellado.
Es de un tipo accionado con gas, debe
proporcionar la segregación del gas y el fluido de tampón, de manera
que el gas bajo presión no es absorbido mediante el fluido de
tampón liberado al pasar a través de las cargas coincidentes de
sellado, donde podría provocar daños prematuros a la junta. Debe
tener una clasificación de presión de diseño adecuada para
proporcionar para una presión del fluido de tampón igual, o mayor,
que la presión en el lado del proceso de la cara de sellado en el
momento cuando el depósito presurizado PA se ha agotado su
capacidad de fluido normal. Aunque no es un requerimiento absoluto,
la provisión de un gradiente de presión positivo a través de la
junta externa mientras sea posible maximizará un beneficio clave de
utilizar un depósito de presión, independientemente de la
capacidad.
Con referencia otra vez a la figura 1, el
depósito de presurización PA está conectado, a través de un conducto
PA1, a través del cual el fluido puede fluir de manera
bidireccional, a la cámara de sellado. En este caso particular, se
utiliza una clavija de desconexión rápida C1 para facilitar la
instalación y la retirada. Se podrían utilizar otras formas de
conexión sin apartarse del objeto de la invención. El depósito
presurizado PA está rígidamente fijado al conjunto del motor
sumergible y la bomba M1 mediante una abrazadera B1, de manera que
el conjunto del motor y la bomba M1 está libre y está abierta al
ambiente externo, y todo el conjunto del motor sumergible y la
bomba M1 y el depósito de presurización PA son portátiles como una
única unidad.
Será fácilmente evidente que el depósito de
presión se puede integrar de otra manera en el diseño conjunto del
motor, tal como estando apilados en vertical sobre el motor, por ser
un tanque circunferencial dispuesto alrededor del motor en el nivel
de la cámara de sellado, con un diafragma adecuado, conexiones y
clavijas con la cámara de sellado, o incluso se interno al
alojamiento del motor o la bomba, mientras su configuración no
interfiera o desmerezca las otras funciones necesarias y una
capacidad de refrigeración mínima del diseño conjunto.
Antes de la instalación en el conjunto del motor
sumergible, el depósito de presurización PA se presurizar
mecánicamente, o en este caso, con gas a través de una válvula
unidireccional tapada C2, a una presión mayor que la presión de
inmersión máxima anticipada. La cámara de sellado del fluido de
tampón y las líneas de conexión en el depósito de presurización PA
se cargan o llenan a continuación con fluido de tampón a partir de
una fuente presurizada, a través de la clavija de desconexión
rápida C1, a la presión normal máxima del diseño de la cámara de
sellado, que incluye la consideración de los diseños de sellado del
árbol interno y externo. Si el depósito es solidario con el
alojamiento o no se puede retirarse fácilmente de otra manera, se
puede llenar y cargar sobre el conjunto del motor. Se apreciará que
para algunas configuraciones, la disposición y el orden de llenado
podrían ser diferentes, pero el resultado final es una cámara de
sellado del fluido de tampón autocontenida y presurizada.
Los márgenes de seguridad típicos para calcular
la presión normal máxima pueden ser del orden de dos tercios (2/3)
de la presión de diseño del conjunto de presión a la máxima
temperatura operativa, o dos tercios (2/3) de la presión de diseño
del componente dependiente del conjunto con la clasificación de
presión de diseño más baja a la temperatura nominal, que siempre
tiene la clasificación de presión de diseño más baja. Los
solicitantes no reivindican lo que constituye un margen de
seguridad adecuado en diseños de terceras partes.
Los componentes dependientes del conjunto en
esta realización se definen como el acumulador de presurización PA,
los conductos de interconexión, los componentes PA1, PP1, C1, la
cubierta externa 662, la carcasa externa 661, las juntas mecánicas
MS1 y MS2, y el motor. El conjunto de presión se define como el
conjunto de los componentes que dependen del conjunto. Una clavija
de ventilación PP2 se retira y la cámara de sellado se llena con
fluido de tampón a través de los conductos PA1.
Durante el llenado, el aire ventilará desde la
cámara de sellado a través del conducto de ventilación PA2. Cuando
el fluido de tampón se observa que sale de la cámara de sellado a
través de la ventilación PA2, el llenado se detendrá, y la clavija
de ventilación PP2 será reemplazada. El depósito PA llenado y
presurizado se monta a continuación sobre el conjunto del motor
sumergible montando una clavija de desconexión rápida C1 con el
conducto de interconexión PA1, la abrazadera B1 con el motor M1, y
la abrazadera B1 con el depósito de presurización PA.
Mientras funciona el conjunto de la bomba del
motor sumergible, el flujo del fluido de tampón será desde la
cámara de sellado con una presión mayor pasadas las cargas de
sellado de la junta externa MS2, al interior del ambiente de
proceso externo. También se producirá un escape a través de las
cargas de sellado de la junta interna MS1, al interior de la cámara
del motor. Debido a sus propiedades dieléctricas, el fluido de
tampón que entra en la cámara del motor no daña la. Al pasar el
fluido de tampón desde la cámara de sellado, el depósito de
presurización PA suplementará el fluido de tampón adicional hasta un
período de tiempo tal como sea necesario para volver a llenar y
esta carga el acumulador de presurización PA.
Cuando funciona el conjunto de la bomba del
motor sumergible, la temperatura en el interior de la cámara de
sellado tenderá a elevarse. Esto es debido al calor generado
mediante las pérdidas eléctricas y mecánicas con el motor M1, y
debido al calor de fricción desarrollado por las juntas mecánicas.
La capacidad de flujo bidireccional del depósito de presurización
PA permitirá la expansión del fluido de tampón cuando se eleva la
temperatura del motor, y la contracción del fluido de tampón durante
la refrigeración, sin dañar la junta.
Los motores sumergibles están a menudo
orientados en vertical, con el eje del árbol del motor más o menos
perpendicular a la superficie de la tierra. El gas, que es más
ligero que el líquido, tiende a elevarse al punto más alto en el
interior de cualquier contenedor. Cualquier gas que está presente en
la cámara de bombeo o en la cámara de sellado tenderá a recogerse
en el punto más alto en el interior de las cámaras. La carcasa
externa 661 esté diseñada de manera que cualquier gas en la
proximidad de las caras de sellado coincidentes de la junta interna
MS1, tomando la ventaja de la tendencia natural de un gas a elevarse
el líquido, se moverá hacia arriba y alejándose radialmente de las
cargas de sellado, recogiéndose en el área donde reside el conducto
de ventilación PA2. Como el se ventila al exterior durante el
llenado inicial, las superficies de la cámara de sellado de la
junta interna MS1 y de la junta externa MS2 se sumergirán durante su
funcionamiento. La cámara de sellado, presurizada a una presión
mayor que el ambiente circundante, asegurará que el gas externo a la
cámara de sellado no entre.
Todas las bombas centrífugas están diseñadas con
separaciones que separan los componentes rotativos de los
estacionarios. Una separación de este tipo existe y forma un anillo
entre el buje rotativo del propulsor de la bomba 63, y la placa de
soporte estacionaria 52. Los sólidos, barro y otros contaminantes,
que residen en la bomba, tenderán a fluir, debido al diferencial de
presión existente a cada lado de la placa de soporte 52, a través
del anillo formado por el propulsor rotativo de la bomba 63 y la
placa de soporte estacionaria 52, en un área indicada a partir de
ahora como cámara de bombeo secundaria, y está rodeada mediante la
cubierta externa 662, la junta externa MS2, el árbol 1 y la placa
de soporte 52.
El líquido que entra en la cámara de bombeo
secundaria tenderá a fluir al exterior por el puerto V1 de vuelta
al ambiente circundante. El lado mojado del proceso de la cubierta
externa 662, que es adyacente al conjunto de junta mecánica MS2,
forma un anillo biselado en forma de copa invertida concéntrica
respecto al conjunto de junta mecánica adyacente MS2, con lo cual
el diámetro menor del bisel es adyacente a las caras de sellado, y
el diámetro mayor del bisel termina alejado una distancia axial de
las caras de sellado en el interior de la cámara de bombeo
secundaria.
El fluido que entra en el anillo es acelerado de
una forma rotativa alrededor del eje del árbol 1, a pesar del
arrastre de fricción, así como de las fuerzas cinéticas que son
impartidas por las superficies rotativas del árbol 1, una eslinga
81 y los elementos rotativos de la junta externa MS2. Las fuerzas
centrífugas que actúan sobre la masa rotativa del líquido en el
interior del anillo provocarán que el fluido se mueva a lo largo de
la superficie biselada de la cubierta externa 662 en la dirección
del extremo del diámetro mayor de la superficie biselada que
termina en el interior de la cámara de bombeo secundaria. Este flujo
ayuda a evitar la acumulación de cualquier sólido, y restringiendo
potencialmente el movimiento de los componentes de la junta
mecánica externa MS2.
Tal como se ha indicado anteriormente, el motor
sumergible se asume en general que es un motor rodeado mediante
fluido al cual se restringe el acceso al interior del motor. Así,
mientras que en la realización anterior la superficie externa del
conjunto del motor y la bomba M1 se sumerge realmente y recibe
refrigeración desde el medio bombeado, la realización de la figura
3 se dirigió motor que no puede sumergirse en el medio bombeado, ni
recibirá ningún beneficio de refrigeración de cualquier líquido
externo durante períodos de funcionamiento extendidos.
El nuevo diseño del impulsor de la figura 3,
además de hacer circular el fluido de tampón para los propósitos de
refrigeración del motor, es capaz de dirigir de manera simultánea el
refrigerante a las superficies críticas de la junta mecánica
externa, permitiendo así un funcionamiento en seco continuo. Este
diseño único del propulsor se puede utilizar por separado o en
conjunción con el sistema de presurización del fluido de tampón de
la figura 1.
Con referencia ahora a la figura 3, un conjunto
de motor y bomba M1 está diseñado con pasos de fluido que emanan y
retornan a la cámara de sellado formada mediante el conjunto de la
carcasa externa 661, la cubierta externa 662, el motor encerrado,
el árbol 1, la junta mecánica interna MS1, la junta mecánica externa
MS2, el manguito del árbol 12, y el manguito del árbol 121. El
manguito del árbol 12 y el manguito del árbol 121 son una mejora
opcional adicional de la invención, descrita con mayor detalle
posteriormente, cuya presencia o ausencia no afecta a la función o
la utilidad de esta característica inmediata.
En consonancia con los desarrollos previos de la
técnica, el fluido de tampón se acelera mediante una pluralidad de
aspas radiales separadas de manera equidistante situadas de manera
concéntrica alrededor de la periferia de un propulsor 631, montadas
rígidamente sobre un árbol 1, o manguito 12, descargando se han una
porción del fluido de tampón en un paso situado sobre el lado
superior de un deflector 161, y a través del puerto de fluido FP1,
que está en comunicación directa con los pasos de fluido en el
interior del conjunto del motor y la bomba M1 absorbiendo el calor
que se genera mediante las pérdidas de fricción y eléctricas en el
interior del motor, y descartándose alguna porción para circular en
el interior de las áreas abiertas de la propia cámara de
sellado.
Una pluralidad de aspas de estator 632, que
irradian hacia el interior desde la superficie interna de la carcasa
externa 661, sirven para interrumpir parcialmente la tendencia del
fluido de tampón a rotar con el propulsor 631, manteniendo así un
diferencial de velocidad relativa entre el propulsor 631 y el fluido
de tampón en la proximidad inmediata del tubo de recogida 103 del
propulsor 631, ilustrado más claramente en las figuras 4A y 4B.
Todavía con referencia a la figura 3, el fluido
de tampón retorna a la cámara de sellado desde los pasos de fluido
en el interior del motor M1 a través de un paso de fluido que está
en comunicación con la cámara de sellado, situada en el lado
inferior del deflector 161, en el puerto de fluido FP2, donde se
retira a través de unas aletas de intercambio de calor 663 que se
extienden en el interior de la cámara de sellado perpendiculares a
la cubierta externa 662. Al retirarse el fluido de tampón a través
de las aletas 663, el exceso de calor se transfiere a través de las
aletas a la cubierta externa 662, y es absorbido mediante el fluido
o aire externo en la cámara de sellado en el interior de la
cubierta externa 662. El fluido de tampón se retira continuación a
través de un anillo formado mediante una abertura en el deflector
161 y el buje del propulsor 631, donde se acelera otra vez mediante
el propulsor 631 y repite el ciclo de refrigeración.
Con referencia ahora a las figuras 4A y 4B, se
describe con mayor claridad el detalle del propulsor 631 de la
figura 3. En una separación significativa de la técnica anterior, el
propulsor 631 posee, además de una pluralidad de aspas 100
separadas de manera equidistante respecto a un eje central para el
propósito de acelerar el fluido radialmente hacia el exterior, por
lo menos un paso radial interno 101, que se extiende desde el
diámetro externo del propulsor 631, hacia el interior hacia el buje
del propulsor. Un paso secundario 102, cuyo eje intersecta el eje
longitudinal central del propulsor 631, alguna distancia designada
alejada del propulsor, se origina en una intersección con el paso
primario 101, y termina en la cara del buje del propulsor 631. Un
tubo de recogida en ángulo recto 103 está conectado con el paso
radial 101, montado en la periferia del propulsor 631 y orientado
con su extremo abierto encarado en la dirección de rotación del
propulsor 631.
Se describen tipos de propulsores de
circulación, y se distinguen en parte, tal como entenderán los
expertos en la materia, mediante la velocidad específica del
propulsor, que es un número adimensional que caracteriza el
rendimiento de un propulsor en relación con su geometría de diseño.
La geometría y la velocidad de rotación son factores en el
rendimiento del tubo de recogida 103.
Durante su funcionamiento, el tubo de recogida
103 recogerá una porción del fluido de tampón al girar el propulsor
631 en el fluido de tampón. El fluido recogido experimentará una
cabeza de velocidad neta, por encima y por debajo de la presión
generada mediante la acción centrífuga del propulsor, proporcional
al cuadrado de la diferencia de velocidad entre el propulsor y la
velocidad de rotación de la masa de fluido en la periferia del
propulsor. La energía cinética del líquido en el tubo de recogida se
convierte en una presión estática por encima y por debajo del
diferencial de presión que existe debido a la acción centrífuga
entre la periferia y la entrada del propulsor.
Por lo tanto, existe un diferencial de presión
entre la periferia del propulsor y la entrada, que crea una
velocidad resultante a lo largo del paso radial 101. El diferencial
de presión creado mediante las fuerzas centrífugas de las aspas
radiales 100 es cancelado mediante las mismas fuerzas al intentar
volver a través del paso radial 101. Se produce una velocidad del
fluido neta en el paso radial 101, que se desplaza desde la
periferia hacia la entrada del propulsor, resultante de la presión
generada en el interior del tubo de recogida 103 debido a la
conversión cinética menos las pérdidas de fricción y de turbulencia
en el interior del tubo radial 101.
A continuación el fluido que entra en el paso
secundario 102, y se descarga al interior del anillo entre los
componentes de la junta externa MS2 y el manguito del árbol 12 o el
manguito 121, tal como se muestra en la figura 3. Esta descarga
desplaza el fluido en el interior del anillo produciendo un
movimiento relativo entre los componentes de la cara de sellado y
el fluido de tampón, ayudando a reducir o eliminar puntos calientes,
y enfriando en general las caras de sellado. De esta manera, la
refrigeración de las caras de sellado puede continuar incluso si la
bomba funciona en seco y ha cesado la circulación de fluido
externo.
Con referencia otra vez a las figuras 4A y 4B,
este aspecto de la invención también se pueden mejorar duplicando
la disposición del paso interno en cualquier sitio sobre el
propulsor, tal como desplazado 180 grados respecto a la primera
disposición, y proporcionando un tubo en ángulo recto 103 y
orientado con su extremo abierto encarado en una dirección opuesta
a la rotación normal del propulsor 631. Esto permitirá la
lubricación de las caras de sellado para continuar en el caso de
una rotación inversa del rotor del motor. Se ha apreciado un
beneficio añadido a partir de esta disposición, en la manera de una
circulación aumentada en la proximidad de la junta inferior. Además
de la acción de bombeo relativo al tubo 103, el tubo encarado
opuesto 113, y sus pasos asociados, proporcionan una acción de
bombeo centrífugo hacia el exterior durante el funcionamiento, que
produce una descarga neta de fluido del tubo 113, aumentando así la
circulación y el flujo del fluido de tampón en el área alrededor
del cubo del propulsor adyacente al árbol de la bomba 1.
En otras palabras, el tubo de recogida que está
encarado la dirección de rotación sufrirá una conversión cinética
que dirige el flujo desde la periferia del propulsor 631, hacia el
interior hacia el cubo del propulsor. El tubo de recogida que está
encarado en alojamiento desde la dirección de rotación creará el
flujo, a través de la acción centrífuga, desde el cubo del
propulsor hacia el exterior hacia la periferia del propulsor,
produciendo así un bucle de circulación. Éste fenómeno es
independiente de la dirección de rotación, y se puede multiplicar
con series adicionales de pasos y tubos de recogida encarados de
manera alternada, preferiblemente separados de manera uniforme y
alternados respecto al propulsor.
Este nuevo flujo de circulación mejorada con el
propulsor se puede aplicar a cualquier propulsor de circulación de
fluido rotativo para promover la circulación del fluido de tampón
cerca de una cara de sellado del árbol que topa con el cubo del
propulsor en uno o los dos lados del propulsor. Las variaciones en
la geometría de los pasos y los tubos de recogida que permiten
substancialmente el mismo bucle de circulación entre la periferia
del propulsor y el cubo o las regiones del árbol de fluido que están
dentro del alcance de la invención.
En otra realización de la invención, el cojinete
del motor más próximo a la bomba se mueve al interior de la cámara
de sellado, acortando la distancia suspendida entre el cojinete y la
carga conducida. Como es conocido en la técnica, el movimiento del
cojinete de extremo de carga desde arriba de la junta mecánica
interna a una posición entre las juntas mecánicas interna y externa
tiene el efecto de reducir las flexiones del árbol en la cara de
sellado externa, debido a la distancia reducida en voladizo entre el
cojinete y la junta, mejorando así las actividades de la junta y
extendiendo la vida de la junta. La mayoría de cojinetes en los
diseños de motor con rotor seco se lubrican con grasa, de manera
que se consigue una ventaja adicional mediante esta colocación del
cojinete; moviendo el cojinete desde el ambiente lubricado con grasa
a la cámara del rotor del motor al interior del ambiente lubricado
con aceite de la cámara de sellado. Para cualquier carga y velocidad
dadas, un cojinete lubricado con aceite funcionará de una manera
más fría y tendrá una vida teórica más larga que un cojinete
lubricado con grasa. Esta colocación del cojinete ya tiene una
ventaja adicional según la invención, tal como se explica
posteriormente.
Es fácilmente evidente y se ha mencionado aquí,
que el equipo de rotación, de tiempo en tiempo, requiere
mantenimiento. Aunque el objetivo principal de las realizaciones
aquí descritas es prolongar la vida operativa del equipo, otro
objetivo es mejorar la facilidad de mantenimiento para reducir los
períodos de pausa para realizar el mantenimiento. Cuando se
requiere el mantenimiento, a menudo implica el desmontaje de las
juntas y cojinetes del conjunto del motor, para su reemplazo o para
su inspección. Por lo tanto, un diseño que permite al usuario
retirar e instalar el cojinete, las juntas, y otros componentes
rotativos en un único manguito montado previamente, que se puede
llamar aquí como conjunto de cartucho, será valioso para el
usuario.
Con referencia otra vez a la figura 3, la
porción no rotativa de la junta mecánica interna MS1 está montada
sobre la carcasa externa 661, que puede ser una parte solidaria o
separada del motor M1. Un conjunto de cartucho está formado de los
elementos rotativos tales como la porción rotativa de la junta
mecánica interna MS1, el cojinete externo 3, y el propulsor de
circulación para la circulación del fluido de tampón, el propulsor
631, los elementos que se utilizan de manera singular o en
combinación. El conjunto de cartucho está diseñado de manera que se
puede montar previamente, y se puede colocar fácilmente en una
posición predeterminada sobre el manguito del árbol 12, que está
montado rígidamente de manera coaxial con el árbol 1, de manera que
todo los componentes rotarán con el
árbol.
árbol.
En la figura 3, el posicionamiento previo del
manguito del árbol 12 se realiza mediante el tope del manguito del
árbol 12 contra un resalte mecanizado sobre el árbol 1. Hay una
serie de procedimientos de diseño de mecanización estándar
utilizados en el posicionamiento de los elementos rotativos a lo
largo de árboles. Éste procedimiento particular se muestra a modo
de ejemplo. El procedimiento real utilizado no se aparta de ninguna
manera del alcance de esta invención. Cuando el manguito 12 está
colocado de una manera adecuada sobre el árbol 1, el elemento
rotativo de la junta mecánica interna MS1 se acoplará con el
elemento estacionario de la junta mecánica interna MS1, que está
montado en la carcasa externa 661, con la compresión adecuada.
El cojinete 3 se acoplará con un orificio
invertido en forma de copa en la carcasa externa 661, aquí conocido
como alojamiento del cojinete, formado de manera solidaria y
concéntrica con la carcasa externa 661. Una pluralidad de pasos V2
están mecanizados en el punto más alto del alojamiento del cojinete,
normal a su eje longitudinal, de manera que el fluido de tampón
circulará libremente alrededor del cojinete 3, la junta mecánica
interna MS1, y la cámara de sellado. Cualquier aire o gas atrapado
en la cámara de sellado podrá moverse libremente a través de estos
pasos, alejándose de la junta mecánica interna MS1. Otros
componentes, tales como el propulsor de circulación 631, se puede
montar de manera coaxial sobre el manguito del árbol 12, el cual, a
su vez, está montado de manera coaxial con el árbol 1, de manera
que todo su conjunto se puede instalar y retirar rápidamente del
conjunto del motor M1. Una arandela OR1 forma una junta para evitar
el escape entre el diámetro interno del manguito del árbol 12 y el
diámetro externo del árbol 1.
El tipo, número y geometría de varios elementos
de cartucho puede variar con el diseño y la aplicación. Esta
realización utiliza una junta, un cojinete, y un propulsor de
circulación, solamente a modo de ejemplo. Otros tipos y
combinaciones de elementos de cartucho se pueden utilizar sin
apartarse de la única aplicación del conjunto de cartucho y los
manguitos del árbol en el diseño y el mantenimiento de motores
sumergibles.
Con referencia específicamente a la figura 5,
una vista ampliada de la región de líneas de trazos de la figura 3
proporciona un mayor detalle. Para el montaje de la unidad de
cartucho descrita anteriormente, hay una ranura, mecanizado de
manera concéntrica en el diámetro externo que el manguito del árbol
12, de manera que forma un plano perpendicular, y a una distancia
conocida, a lo largo del eje longitudinal del manguito 12. Un anillo
a presión SR1 está montado en el interior de esta ranura, cuya
posición dictará el posicionamiento axial de los componentes
restantes del cartucho. El elemento rotativo de la junta mecánica
interna MS1 está montado de manera coaxial sobre el manguito 12, de
manera que topa con el anillo a presión SR1. El cojinete 3 está
montado de manera coaxial sobre el manguito 12, de manera que su
cara interna rotativa topa con el lado opuesto del anillo a presión
SR1. El propulsor de circulación de fluido de tampón 631 está
montado de manera coaxial sobre el manguito del árbol 12, de manera
que topa con el lado opuesto de la cara interna del cojinete 3. El
manguito de los elementos montados sobre el manguito son rotados
mediante el árbol cuando el motor está en funcionamiento.
Hay una serie de prácticas de diseño que se
pueden utilizar en el posicionamiento de elementos rotativos a lo
largo de manguitos. La ranura del manguito y el anillo a presión SR1
se muestran simplemente a modo de ejemplo. El procedimiento real
utilizado de ninguna manera se aparta del alcance de la
invención.
La invención es susceptible de muchas
realizaciones. Por ejemplo, la presurización de la cámara de sellado
en la mejora del depósito de presión se puede extender para
proporcionar un sistema de presurización de la cámara del motor,
con su propio suministro de fluido de tampón y depósito de presión,
mantenido a una presión más alta que la cámara de sellado, de
manera que el escape neto del fluido de tampón es siempre hacia el
exterior a través de las juntas del árbol, desde la cámara del
motor a la cámara de sellado a la bomba. Alternativamente, la
presurización de la cámara de sellado y la mejora del depósito de
presión se pueden extender para proporcionar un sistema de
presurización a juntas mecánicas adicionales que se pueden añadir
para una protección de sellado adicional, cada uno con su propio
depósito de presión, mantenido una presión mayor que el ambiente
externo, de manera que cualquier junta individual podría fallar sin
permitir que el fluido bombeado accediera a la cámara de sellado
principal.
Aunque la técnica anterior muestra una fuerte
preferencia para una orientación vertical del motor sobre la bomba
y el árbol vertical, la invención se aplica y facilita el uso a
bombas sumergibles con árbol horizontal, si son apropiadas.
Como otro ejemplo, está dentro del alcance de la
invención un conjunto sumergible de motor y bomba que consiste en
un motor y un alojamiento del motor, teniendo el motor un árbol de
salida, y una bomba y un alojamiento de la bomba, estando conectado
el alojamiento de la bomba para alojamiento del motor y accionándose
la bomba mediante el árbol de salida. Hay un manguito del árbol
amovible montado de manera no rotativa sobre el árbol. Hay una
junta del árbol interna próxima al motor, con el componente rotativo
de la junta del árbol interna montada sobre el manguito. Hay una
junta de árbol externa próxima a la bomba, y una cámara de sellado
interpuesta entre el motor y la bomba, donde la cámara de sellado
consiste, en parte, en las caras laterales de la cámara de la junta
del árbol interna y la junta del árbol externa.
La cámara de sellado cargada con un fluido de
tampón bajo presión por lo menos igual a la presión externa del
conjunto del motor y la bomba a la profundidad de trabajo de la
bomba, y el fluido de tampón tiene propiedades dieléctricas. Hay un
sistema de presurización de la cámara de señal y por lo menos un
depósito de presión solidario con el conjunto del motor y la bomba
para mantener un gradiente de presión positivo en el interior de la
cámara de sellado a través de las juntas del árbol.
Puede haber un propulsor de circulación de
fluido de tampón con una periferia y un cubo, significativamente
mayor que el cubo, donde el propulsor está montado sobre el manguito
en el interior de la cámara de sellado próxima a la junta del árbol
externa o alguna otra junta o componente adyacente que necesite
lubricación o refrigeración adicional. El propulsor tiene por lo
menos un paso interno que conecta un tubo de entrada encargado
normalmente hacia el interior de manera rotativa sobre el borde o
periferia externa del propulsor, a un puerto de descarga sobre el
cubo del propulsor próximo a la junta del árbol externo, siendo el
cubo de menor diámetro que la periferia. Las cámaras de sellado en
el interior de las cuales rotan los propulsores, pueden tener
rebordes del estator orientados radialmente hacia el exterior del
propulsor, que están orientados para tener un borde adyacente de
manera próxima al arco de rotación de los tubos de entrada en el
propulsor.
Como otro ejemplo, realizaciones de la invención
pueden incluir un conjunto de motor y bomba sumergible con un
depósito de presión montado externamente o solidario que se comunica
con la cámara de sellado para mantener un gradiente de presión
positivo durante las operaciones de la bomba, donde el sistema de
presurización de la cámara de sellado tiene una capacidad para el
fluido de tampón en exceso del volumen de fluido calculado que se
pierde debido a fugas a través de las juntas del árbol durante un
periodo de funcionamiento normal del conjunto del motor y la
bomba.
Otras realizaciones de la invención pueden
incluir un conjunto de motor y bomba sumergible con una
multiplicidad de depósitos de presión conectados al sistema de
presurización de la cámara de sellado para ampliar de una manera
efectiva la capacidad del depósito de presión, tal como para servir
a un suministro de fluido de tampón mayor, proporcionando un ciclo
operativo potencialmente más largo.
Otras realizaciones pueden tener una cámara de
sellado donde la superficie interior o el techo se extiende hacia
arriba alejándose de la junta del árbol interna, proporcionando así
un volumen limitado en el interior de la cámara de sellado para
contener gas que se puede quedar atrapado o acumulado en la cámara
de sellado, por encima de la altura de la junta del árbol interna,
de manera que la junta permanece emergida en el fluido de
tampón.
Otras realizaciones pueden tener propulsores con
por lo menos un paso interno que conecta un puerto de descarga
encargado normalmente hacia atrás de manera rotativa en la periferia
de un puerto de entrada del cubo sobre el cubo, proporcionando así
una trayectoria de retorno para la circulación de fluido entre el
cubo y las regiones periféricas del propulsor.
Algunas realizaciones pueden incluir sensores
solidarios de presión, el nivel de fluido, o de temperatura, en
combinación con controles de corte de varios tipos. Algunos pueden
incluir líneas de señal en la superficie para su monitorización por
parte de un operador. El alcance y la naturaleza de estos sistemas
de sensor y control se entiende bien por parte de los expertos en
la materia, y se pueden adaptar fácilmente a la invención. Por
ejemplo, pueden haber sensores de presión para la presión de la
cámara de sellado o el diferencial de presión, acoplados a
controles automáticos de cierre del motor para desactivar la bomba
cuando la presión de la cámara de sellado cae por debajo de la
presión externa del conjunto del motor y la bomba cuando se trabaja
en profundidad. En particular, esto asegura que hay un gradiente de
presión positivo a través de la junta del árbol externa en todo
momento, que inhibe la entrada de cualquier medio o fluido
bombeado.
Otras y diferentes realizaciones dentro del
alcance de la invención serán fácilmente evidentes para los expertos
en la materia, basadas en la descripción anterior, los dibujos
adjuntos y las reivindicaciones siguientes.
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Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este
respecto.
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\bullet EP 939231 A1 [0011]
\bullet US 2545422 A [0022]
\bullet US 5211532 A [0023]
Claims (8)
-
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1. Conjunto de motor y bomba sumergible (M1), que comprendeun motor y un alojamiento del motor, teniendo dicha motor un árbol de salida (1),una bomba y un alojamiento de la bomba, estando dicho alojamiento de la bomba conectado a dicho alojamiento del motor, accionándose dicha bomba mediante dicho árbol de salida,una junta de árbol interna (MS1) sobre dicho árbol de salida (1) próximo al dicho motor,una junta de árbol externa (MS2) sobre dicho árbol de salida (1) próximo a dicha bomba,una cámara de sellado interpuesta entre dicho motor y dicha bomba, comprendiendo dicha cámara de sellado, en parte, caras laterales de la cámara de dicha junta del árbol interna (MS1) y dicha junta del árbol externa (MS2), estando dicha cámara de sellado cargada con un fluido de tampón bajo una presión por lo menos igual a la presión externa de dicho conjunto de motor y bomba, teniendo dicho fluido de tampón propiedades dieléctricas,caracterizado por el hecho de que:el conjunto de motor y bomba también incluye un sistema de presurización de la cámara de sellado y por lo menos un depósito de presión (PA) que se puede presurizar de manera independiente solitario con dicho conjunto de motor y bomba (M1), en el que dicho sistema de presurización de la cámara de sellado mantiene un gradiente de presión positivo continuo en el interior de dicha cámara de sellado a través de las juntas del árbol interna y externa. - 2. Conjunto de motor y bomba sumergible según la reivindicación 1, comprendiendo dicho sistema de presurización de la cámara de sellado solidaria una capacidad para el fluido de tampón en exceso de este volumen tal como se calcula que se pierde debido a fugas a través de dichas juntas del árbol (MS1, MS2) durante un periodo de operación normal de dicho conjunto de motor y bomba, comunicándose dicho depósito de presión (PA) con dicha cámara de sellado para mantener continuamente dicho gradiente de presión positivo.
- 3. Conjunto de motor y bomba sumergible según la reivindicación 2, siendo dicho por lo menos un depósito de presión (PA) una multiplicidad de depósitos de presión conectados a dicho sistema de presurización de la cámara.
- 4. Conjunto de motor y bomba sumergible según la reivindicación 2, extendiéndose una superficie interna S de dicha cámara de sellado que se extiende hacia arriba alejándose de dicha junta del árbol interna (MS1), proporcionando así un volumen limitado en el interior de dicha cámara de sellado para contener gas por encima de la altura de dicha junta del árbol interna (MS1).
- 5. Conjunto de motor y bomba sumergible según la reivindicación 4, que también comprendeun propulsor de circulación de fluido de tampón (631) montado sobre dicho árbol (1) en el interior de dicha cámara de sellado próxima a dicha junta del árbol externa (MS2),por lo menos un paso en el interior de dicho propulsor (631) que conecta un tubo de entrada encarado hacia adelante normalmente de manera rotativa sobre la periferia de dicho propulsor (631) a un puerto descarga sobre el cubo de dicho propulsor (631) próximo a dicha junta del árbol externa (MS2), yuna multiplicidad de de rebordes de estator (632) orientados radialmente en dicha cámara de sellado externa de dicho propulsor (631), estando un borde de dichos rebordes (632) adyacente de manera próxima al arco de rotación de dicho tubo de entrada.
- 6. Conjunto de motor y bomba sumergible según la reivindicación 1, que también comprende pasos de refrigeración del motor en dicho alojamiento del motor, comunicándose dichos pasos de refrigeración del motor con dicha cámara de sellado, proporcionando dicha propulsor presión para el flujo de dicho fluido de tampón en su interior.
- 7. Conjunto de motor y bomba sumergible según la reivindicación 5, comprendiendo también dicho propulsor por lo menos un paso interno que conecta un puerto descarga encarado hacia atrás normalmente de manera rotativa sobre dicha periferia en un puerto de entrada del cubo sobre dicho cubo próximo a dicha junta del árbol externa (MS2).
- 8. Conjunto de motor y bomba sumergible según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que también comprendeun manguito del árbol amovible (12) montado sobre dicho árbol (1) en el interior de dicha cámara de sellado, estando montado dicho componente rotativo de dicha junta del árbol interna (MS1) sobre dicho manguito (12), yun cojinete del árbol y una estructura de soporte del cojinete en el interior de dicha cámara de sellado, estando montado dicho cojinete del árbol sobre dicho manguito (12).
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