ES2920774T3 - Bomba sumergida criogénica para GNL, hidrocarburo ligero y otros fluidos eléctricamente no conductores y no corrosivos - Google Patents

Abstract

Un conjunto criogénico sumergido de la bomba múltiple de etapa incluye un eje de bomba orientado verticalmente. Un motor eléctrico imán permanente incluye un rotor unido al eje de la bomba y un estator dispuesto sobre el rotor. Un conjunto del impulsor de la primera etapa incluye un primer impulsor unido al eje de la bomba, el primer impulsor configurado para mover un fluido criogénico de una primera entrada del impulsor a una primera salida del impulsor cuando el motor eléctrico gira el eje de la bomba. Un ensamblaje del impulsor de la segunda etapa incluye un segundo impulsor unido al eje de la bomba, el segundo impulsor configurado para mover el fluido criogénico de una primera carcasa del impulsor a una segunda entrada del impulsor y luego a una segunda salida del impulsor cuando el eje de la bomba se gira por el motor eléctrico. La primera y una segunda carcasa del impulsor se eliminan sobre el primer y segundo impulsoras y se configuran para canalizar el fluido criogénico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Bomba sumergida criogénica para GNL, hidrocarburo ligero y otros fluidos eléctricamente no conductores y no corrosivos

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a motobombas sumergidas criogénicas. Más en particular, la presente invención se refiere a una bomba centrífuga criogénica multietapas sumergida con motor de imanes permanentes novedosa, que funciona a velocidades rotativas más altas que las bombas centrífugas criogénicas sumergidas con motor de inducción comparables. A partir del documento US 2013/0221784 A1 se conoce un conjunto de bomba criogénica sumergida multietapas de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

La aplicación más común de las bombas sumergidas se encuentra en la industria de suministro de GNL, donde se utilizan bombas para transferir el producto desde los tanques de almacenamiento hasta los cargueros (buques especiales) de GNL situados en la planta de producción, desde los cargueros hasta los tanques de almacenamiento en tierra para, a continuación, bombearlo a alta presión a través de vaporizadores hasta las tuberías. Además, en la industria del GNL existe un sector de distribución que requiere bombas más pequeñas para servicios tales como el refuerzo de suministro de combustible, la transferencia de combustible, el abastecimiento de combustible para buques, la carga de remolques, etc. Adicionalmente, la divulgación del presente documento se puede aplicar a otros fluidos criogénicos que incluyen, aunque no de forma limitativa, nitrógeno líquido, argón líquido y dióxido de carbono líquido.

Existen múltiples aplicaciones para motobombas sumergidas criogénicas de alta velocidad que pueden usarse para hidrocarburos ligeros y otros servicios no conductores de electricidad y no corrosivos, que involucren diferentes condiciones de régimen de impulsión de fluido (flujo) y de régimen de presión (altura manométrica). Para los expertos en la materia resulta evidente que se requerirán diversos tamaños de bomba para efectuar un funcionamiento eficaz a diferentes caudales. Será además evidente que, añadiendo o quitando etapas a la bomba, puede cambiarse el cabezal de una bomba en proporción al número total de etapas empleadas. Será evidente que cualquier bomba que se construya incorporando las disposiciones y características descritas en el presente documento brindará beneficios similares al usuario, independientemente del tamaño.

Antecedentes de la invención

Las motobombas criogénicas sumergidas para GNL y otros fluidos eléctricamente no conductores se inventaron a principios de la década de 1960. Su invención se atribuye ampliamente al ingeniero y empresario californiano J.C. Carter (3.369.715 Submerged Pumping, publicado el 20 de febrero de 1968). La motobomba sumergida criogénica se diseñó para abordar los problemas específicos del metal y otros materiales, así como la propensión del fluido a evaporarse debido a la introducción de calor procedente de la entrada de energía requerida para operar la bomba. Antes de inventarse la motobomba sumergida, se utilizaron y adaptaron bombas de procesos petroquímicos convencionales que incorporaban sellos de árbol mecánico y motores de inducción convencionales a prueba de explosiones para manejar GNL y otros fluidos criogénicos. Las bombas de procesos convencionales sufren la desventaja del desgaste de los sellos y cojinetes, cuyo resultado es la fuga del producto al entorno, creando una atmósfera potencialmente explosiva cuando la naturaleza del fluido bombeado permite que se convierta en vapor a temperatura ambiente.

Las motobombas sumergidas criogénicas que se usan habitualmente en la actualidad incorporan un motor de inducción, que normalmente se acciona a una frecuencia de 50 o 60 Hz, dependiendo de los sistemas de energía locales, que ha limitado las velocidades de funcionamiento a 1475 o 2970 rpm (a 50 Hz) o a 1750 rpm o 3560 rpm (a 60 Hz). Cuando los requisitos del sistema dictan velocidades variables, históricamente la práctica ha consistido en limitar las velocidades máximas a las mostradas anteriormente. El motor incluye su estátor eléctrico y su rotor, junto con sus cojinetes necesarios, están acoplados directamente al uno o más impulsores de bomba y todos ellos están contenidos dentro de la carcasa de presión de la bomba. A través de conductores eléctricos se aplica energía eléctrica trifásica al motor de inducción sumergido, a través de un doble sello hermético estático. Este sello actúa como una barrera entre el fluido de proceso bombeado y la atmósfera circundante, evitando que el fluido escape de la bomba o que entre aire en la misma. Cualquiera de estas condiciones podría generar una atmósfera potencialmente explosiva.

La disposición de la motobomba criogénica sumergida evita la necesidad de un sello de árbol, aumentando así la fiabilidad y la seguridad potencial de dichas unidades. Además, los materiales de construcción de la unidad más comúnmente utilizados son bien conocidos, poniéndose el debido cuidado para garantizar que su aplicación tenga en cuenta los cambios dimensionales y los cambios de propiedades que se producen durante la transición de las condiciones de temperatura ambiente a las temperaturas extremadamente bajas en condiciones criogénicas.

Resulta muy deseable aumentar la durabilidad y la eficiencia de una motobomba sumergida criogénica al tiempo que se reduce el costo y el tamaño general, pudiendo reducirse los gastos operativos y de capital. En consecuencia, siempre será necesaria una bomba criogénica mejorada tal cual se divulga a continuación en el presente documento.

Sumario de la invención

Una realización de la invención de un conjunto de bomba sumergida criogénica multietapas incluye un árbol de bomba orientado verticalmente. Un motor eléctrico incluye un rotor fijado al árbol de bomba y un estátor dispuesto alrededor del rotor. El motor eléctrico es un motor eléctrico de imanes permanentes. Un conjunto impulsor de primera etapa incluye un primer impulsor fijado al árbol de bomba, estando configurado el primer impulsor para mover un fluido criogénico desde una entrada de primer impulsor hasta una salida de primer impulsor cuando el motor eléctrico hace girar el árbol de bomba. Un primer alojamiento de impulsor está dispuesto alrededor del primer impulsor, y configurado para canalizar el fluido criogénico una vez que sale por la salida de primer impulsor. Un conjunto impulsor de segunda etapa incluye un segundo impulsor fijado al árbol de bomba, estando configurado el segundo impulsor para mover el fluido criogénico desde el alojamiento de primer impulsor hasta una entrada de segundo impulsor y, a continuación, hasta una salida de segundo impulsor cuando el motor eléctrico hace girar el árbol de bomba. Un segundo alojamiento de impulsor está dispuesto alrededor del segundo impulsor, y configurado para canalizar el fluido criogénico una vez que sale por la salida de segundo impulsor hasta un tubo de descarga o salida de descarga. El conjunto impulsor de primera etapa está dispuesto debajo del conjunto impulsor de segunda etapa. El conjunto impulsor de segunda etapa está dispuesto debajo del motor eléctrico de imanes permanentes.

El rotor incluye cuatro polos magnéticos, donde los cuatro polos magnéticos pueden estar hechos de samario-cobalto.

El motor eléctrico puede estar alimentado y controlado por un inversor montado remotamente o un variador de frecuencia montado remotamente, configurado para convertir la energía trifásica entrante de 50 o 60 Hz a un nivel de tensión de 380 a 690 voltios, a una frecuencia de salida que sea del 10 al 100 % de 240 Hz.

El motor eléctrico puede estar configurado para funcionar a más de 4000 rpm, a más de 5000 rpm, a más de 6000 rpm o a más de 7000 rpm.

El rotor puede tener una altura que sea al menos 3, 4 o 5 veces el diámetro del rotor.

En otra realización, un inductor de succión puede estar fijado al árbol de bomba y dispuesto debajo del conjunto impulsor de primera etapa. Como se observa mejor en la FIG. 1B, el inductor de succión comprende un cubo de inductor con una pluralidad de palas que se extienden helicoidalmente, en donde el cubo de inductor comprende una superficie exterior que tiene un primer diámetro 63 en una sección inferior del cubo de inductor, un segundo diámetro 64 en una sección intermedia del cubo de inductor, y un tercer diámetro 65 en una sección superior del cubo de inductor 65, donde el segundo diámetro es mayor que el primer y tercer diámetros. La pluralidad de palas que se extienden helicoidalmente pueden extenderse hasta un diámetro exterior común 66. La superficie interior del primer impulsor en la entrada de primer impulsor puede tener un diámetro aproximadamente similar al tercer diámetro del cubo de inductor 65. En una realización, no hay situado un difusor estático a lo largo del recorrido del flujo de fluido criogénico, más allá del inductor de succión y antes del primer impulsor. En otra realización, la pluralidad de palas que se extienden helicoidalmente pueden estar dispuestas en o debajo de la sección intermedia del cubo de inductor, en donde cerca de la sección superior del cubo de inductor no está presente la pluralidad de palas que se extienden helicoidalmente.

El árbol de bomba puede ser un árbol de bomba sin chaveta. Los árboles de bomba de la técnica anterior tienen ranuras o chaveteros formados en la superficie del árbol, de modo que puedan colocarse dentro los mismos chavetas o insertos que luego se bloquean con una estructura exterior. La invención del solicitante no tiene chavetas, lo que significa que no se practican ranuras ni cortes en la superficie del árbol. Esto permite que el árbol tenga un diámetro más pequeño y aún así conserve las propiedades estructurales requeridas. Un árbol de menor diámetro reduce el momento de inercia y permite que la masa giratoria responda mejor a los mecanismos de equilibrio de empuje.

El primer impulsor y el segundo impulsor pueden fijarse al árbol de bomba mediante un manguito cónico, estando el manguito cónico fijado al árbol de bomba mediante un ajuste de interferencia. El manguito cónico puede tener una superficie exterior troncocónica cuyo diámetro sea mayor cerca de la parte inferior del manguito cónico cuando esté instalado en el árbol de bomba. Entonces, el primer y segundo impulsores pueden tener una superficie interior troncocónica configurada para que coincida con la superficie exterior troncocónica del manguito cónico.

Alrededor del estátor puede disponerse una carcasa de motor. La carcasa de motor puede incluir un alojamiento de cojinete superior en la parte superior de la carcasa de motor, y un alojamiento de cojinete inferior en la parte inferior del alojamiento. Cada alojamiento de cojinete está configurado para retener un conjunto de cojinete de bolas, y cada alojamiento de cojinete consta de una superficie de resalte interior, en donde un primer hueco entre la superficie de resalte interior y el rotor es menor que un segundo hueco entre el rotor y el estátor.

Una pluralidad de tirantes pueden configurarse para mantener los conjuntos impulsores de primera y segunda etapa en una relación fija. Alternativamente, se puede disponer un alojamiento de bomba alrededor de los conjuntos impulsores de primera y segunda etapa, estando el alojamiento de bomba configurado para mantener los conjuntos impulsores de primera etapa y segunda etapa en una relación fija.

En otra realización, el motor eléctrico puede incluir un conjunto de cojinete de bolas superior dispuesto cerca o en la parte superior del motor eléctrico, e incluye un tubo de suministro de refrigerante en comunicación fluídica con el conjunto impulsor de primera etapa y el conjunto de cojinete de bolas superior.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos ilustran la invención. En tales dibujos:

La FIGURA 1 es una vista en perspectiva de una bomba criogénica ilustrativa que incorpora la presente invención; la FIGURA 1A es una vista en sección de la bomba representada en la FIG. 1;

la FIGURA 1B es una vista en sección ampliada tomada de la FIG. 1a, y representa la disposición de la primera etapa de la bomba representada en la FIG. 1;

la FIGURA 1C es una vista en sección ampliada tomada de la FIG. 1a, y representa la disposición del mecanismo de equilibrio de empuje;

la FIGURA 2A representa la realización del conjunto de motor sumergido 23 ilustrativo de la FIG. 1;

la FIGURA 2B es una vista superior de la estructura de la FIG. 2a;

la FIGURA 2C es una vista en perspectiva despiezada de la estructura de la FIG. 2a;

la FIGURA. 2D es una vista en sección tomada a lo largo de la línea 2d2d de la FIG. 2b;

la FIGURA 3 es una vista en sección de otra bomba criogénica ilustrativa que incorpora la presente invención; la FIGURA 4 es una vista en sección de otra bomba criogénica ilustrativa, de tipo dentro del tanque, que incorpora la presente invención;

la FIGURA 4A es una vista en sección ampliada tomada de la FIG. 4, que muestra el mecanismo de la válvula de pie; y

la FIGURA 5 es una vista en sección de otra realización de un conjunto de bomba criogénica instalado dentro de un sumidero o recipiente de succión.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

En la técnica anterior se han utilizado motores de inducción para sistemas de bombeo criogénico. Sin embargo, los motores de inducción presentan pérdidas en la resistencia del rotor que no pueden evitarse debido a su naturaleza intrínseca. Un motor de inducción de CA (corriente alterna) consta de dos conjuntos: un estátor y un rotor. La interacción de las corrientes que fluyen por las barras del rotor y el campo magnético giratorio del estátor genera un par. Durante el funcionamiento real, la velocidad del rotor siempre retarda la velocidad del campo magnético, permitiendo que las barras del rotor corten las líneas magnéticas de fuerza y produzcan un par útil. La diferencia entre la velocidad sincrónica del campo magnético y la velocidad de rotación del árbol es el deslizamiento, y será un número de RPM o de frecuencia. El deslizamiento aumenta ante una carga creciente, proporcionando así un mayor par pero generando sin embargo pérdidas de resistencia del rotor.

Un motor de imanes permanentes es más eficiente en comparación con un motor de inducción, dado que el campo magnético siempre está presente y no cambia con la carga. Además, un motor de imanes permanentes es más pequeño y ligero, lo que permite empaquetarlo de manera más eficiente. Por ejemplo, un motor de inducción de 2,5 kW tiene el tamaño aproximado de una lata de pintura de 0,946 litros (un cuarto de galón), mientras que en comparación un motor de imanes permanentes de 2,5 kW tiene el tamaño aproximado de un biberón. Sin embargo, en la técnica anterior los expertos en la materia no sabían si un motor de imanes permanentes funcionaría a temperaturas tan bajas como las que se utilizan para criogenia y bombeo criogénico. La conductividad y las propiedades del material cambian cuando las temperaturas son tan bajas como las temperaturas criogénicas, y no se confiaba en que tales cambios no fueran perjudiciales para el rendimiento o la fiabilidad.

Otro problema es que para el bombeo criogénico generalmente es necesario hacer funcionar la bomba a velocidades más bajas, para minimizar el arrastre por fricción viscosa. Además, el razonamiento generalizado en la técnica es el de hacer funcionar el motor lo más lentamente posible para aumentar así la durabilidad, la fiabilidad y la longevidad. Los motores de inducción son mejores a la hora de funcionar a velocidades bajas y los motores de imanes permanentes son más adecuados para velocidades más altas. Por consiguiente, debido a las razones anteriores, los expertos en la materia nunca se plantearon utilizar motores de imanes permanentes para bombear fluidos criogénicos.

Por ejemplo, un motor de inducción para una bomba criogénica, ya sea un motor sumergido o motor convencional con sellos de árbol, normalmente operará a 2960 rpm en un sistema de 50 ciclos/segundo o a 3540 rpm en un sistema de 60 ciclos/segundo. Frecuentemente, todas las bombas criogénicas con motor de inducción cuentan con una transmisión por engranajes que hace girar el impulsor más rápida o lentamente según sea necesario para satisfacer mejor los requisitos de flujo y presión. La reducción de engranajes puede ser del orden de 0,5 a 2,2. El solicitante ha desestimado el razonamiento convencional y ha diseñado un sistema que utiliza un motor de imanes permanentes que funciona entre 4000 y 10.000 rpm, en un sistema de 133 a 333 ciclos/segundo. El solicitante también ha eliminado la transmisión por engranajes requerida para los sistemas de motores de inducción y en su lugar los impulsores funcionan directamente conectados al árbol del motor de imanes permanentes. Además, el solicitante ha descartado el uso de un solo impulsor y utiliza varios impulsores más pequeños para bombear el fluido criogénico. Antes de la invención del solicitante, otros expertos en la materia no contemplaban el uso de un motor de imanes permanentes de transmisión directa que funcionara a más de 3000 rpm (o incluso a más de 3600 rpm) debido a la práctica común consolidada que se basa en las limitaciones de los equipos de arranque de motor comunes, y debido al deseo de operar a las velocidades más lentas posibles para reducir el desgaste.

En una realización de la invención, el motor de inducción sumergido de la técnica anterior se sustituye por un motor de imanes permanentes sumergido de tamaño reducido, que funciona con una velocidad y eficiencia elevadas. Esta realización incorpora cuatro (4) piezas polares magnéticas que utilizan mejoras en los imanes de tierras raras, en concreto el samario-cobalto. Los polos magnéticos quedan asegurados a un árbol magnético de acero inoxidable por la fuerza magnética y por un manguito circunferencial no magnético, que evita que las fuerzas centrífugas de rotación desprendan los polos durante el funcionamiento del motor. La ventaja de un motor de disposición de 4 polos es que permite hacer uso de un inversor montado remotamente o un accionamiento de frecuencia variable, que convierta la energía trifásica entrante de 50 o 60 Hz a cualquier nivel de tensión de 380 voltios a 690 voltios, a una frecuencia de salida que sea del 10 % al 100 % de 240 Hz en un intervalo de tensión común del 10 % al 100 % de la tensión de entrada. Otra ventaja de la disposición de 4 polos es el funcionamiento suave y sin dientes en todo el intervalo de frecuencia. En los motores de inducción criogénicos sumergidos de la técnica anterior, la longitud del rotor está restringida por consideraciones técnicas de fabricación que limitan la longitud del rotor en relación con su diámetro.

Es bien sabido que las pérdidas parásitas asociadas con todos los motores eléctricos incluyen las pérdidas por la "resistencia al viento" causadas por la fricción del fluido cuando un cuerpo, tal como el rotor del motor, gira en un fluido viscoso, y asociadas con la energía requerida para hacer circular parte del fluido a través de los canales de enfriamiento alrededor y a través del motor para eliminar el calor producido como resultado de tales pérdidas. Como ya saben los expertos en la materia, esas pérdidas por fricción viscosa para un fluido dado a una temperatura particular son funciones de la viscosidad del fluido, la velocidad rotativa N2 (al cuadrad°), el diámetro D4 (cuarta p°tencia) del rotor y la longitud L1 (^ecta™^ del rotor. En una motobomba de inducción común enfriada por aire, estas pérdidas parásitas representan menos del 1 % de la potencia total del motor debido a la insignificante viscosidad del aire. En la motobomba de inducción sumergida de la técnica anterior, estas pérdidas parásitas consumen más del 5 % de la potencia total del motor porque los hidrocarburos ligeros, tales como el GNL, etc., tienen una viscosidad alta en comparación con el aire. Resultará evidente que la reducción de tales pérdidas parásitas supone una mejora significativa de la eficiencia de la unidad.

Una realización divulgada en el presente documento emplea una geometría del rotor que evita las limitaciones impuestas por la geometría de los motores sumergidos de la técnica anterior. La realización incorpora rotores cuya longitud está determinada por consideraciones de velocidad crítica, que permiten reducir hasta en un 60 % el diámetro del rotor. La velocidad y la potencia del motor sumergido de las realizaciones divulgadas en el presente documento generalmente se duplican en comparación con un motor de inducción que tenga una masa similar. Para una potencia de salida del árbol dada, el consumo de energía eléctrica se reduce generalmente entre un 3 y un 5 %. Esto significa que el rotor utilizado en el presente documento puede tener una longitud (altura) a lo largo del árbol de bomba que sea más de 3, 4 o 5 veces el diámetro, o, dicho de otro modo, puede tener una relación de aspecto (longitud:diámetro) de más de 3, 4 o 5. Esto se observa mejor en la FIG. 2D donde puede verse fácilmente que el diámetro 61 del rotor es sustancialmente menor que la altura 62 del rotor.

La motobomba sumergida de la técnica anterior consta de una pluralidad de piezas y componentes, cuya configuración está dictada por requisitos funcionales. La forma de la mayoría de tales piezas y componentes con frecuencia se ve complicada por el diseño hidráulico. Las piezas y los componentes generalmente se forman mediante mecanizado a partir de arena metálica, o mediante moldeado por inversión. Para la presente solicitud, comúnmente se utilizan el aluminio o el bronce. Es bien sabido que las piezas fundidas se ven sometidas a defectos tales como porosidad, contracción, grietas, vacíos y un acabado superficial deficiente, que solo pueden detectarse mediante un examen costoso o durante la etapa de mecanizado. Además, la calidad de la superficie solo se puede remediar con un acabado manual. En consecuencia, la funcionalidad de dichas piezas puede ser muy variable debido a los caprichos del proceso de fundición, resultando en variaciones significativas de una unidad a otra en lo relativo al rendimiento, aunque se pretende que el rendimiento deseado sea repetible. En las realizaciones divulgadas en el presente documento, las piezas y los componentes están configurados para permitir su formación mediante mecanizado a partir de placas de bronce o aluminio forjado, barras o forjados que produzcan piezas y componentes precisos, repetibles, que tengan superficies regulares y lisas. Las bombas ensambladas a partir de dichas piezas producirán un rendimiento uniforme y superior de una unidad a otra, e incluso de un lote a otro. Las realizaciones del presente documento pueden incorporar un impulsor o impulsores de bomba fabricados a partir de un cubo que incorpore una pluralidad de álabes (palas) para impartir energía al fluido bombeado, y una cubierta frontal cuyo contorno esté formado de manera que coincida con una correspondiente forma del borde de las palas de impulsor. La cubierta se fija a los bordes de las palas de la cubierta fusionando térmicamente unas partes con otras.

La FIGURA 1 es una vista en perspectiva de una bomba criogénica 1 ilustrativa con un sistema impulsor de cuatro etapas, que muestra el adaptador de anillo de asiento de sello 1a a montar en un recipiente o tubo de bomba de doble cámara. La descripción de las realizaciones está secuenciada en el orden del flujo de fluido, desde la entrada de la bomba hasta la salida de la bomba. La descripción contenida en el presente documento se refiere a una versión de cuatro etapas, sin embargo, será evidente que es practicable una bomba similar a la divulgada en el presente documento que tenga más o menos etapas, y que es una de las variables utilizadas para asociar una bomba particular con un requisito de presión particular. Por consiguiente, puede utilizarse cualquier número de etapas a partir de dos etapas, tres etapas, cinco etapas o cualquier número de etapas. Resultará igualmente evidente que el tamaño de la bomba puede modificarse escalando los conductos de fluido o mediante otros ajustes conocidos en las áreas de los conductos de fluido, de acuerdo con la experiencia de los expertos en la materia, con el propósito de aumentar o disminuir el flujo de descarga de una bomba similar a la de las realizaciones divulgadas en el presente documento.

La FIGURA 1A es una vista en sección de la bomba 1 representada en la FIG. 1. El fluido criogénico fluye radialmente hacia la entrada de succión 2 de la bomba, pasando por cuatro álabes (palas) dispuestas radialmente que están ubicadas para guiar de manera óptima el flujo. El fluido es arrastrado hacia arriba hasta la entrada de succión 2 de la bomba, hacia un área de presión reducida, gracias al inductor de succión 4. La extensión 3 evita que la parte más inferior de la entrada de succión 2 de la bomba toque el fondo de un tubo de bomba o superficie, de modo que la entrada 2 no se obstruya o se impida la succión de fluido criogénico hacia la entrada 2.

El inductor de succión 4 está preparado para un rendimiento extremo, y está mecanizado con aluminio forjado. En esta realización, las cuatro palas 5 y el cubo inductor 6 se conforman eliminando material entre cada una de las palas con una fresadora de 5 ejes programada. Un diseñador hidráulico experto define la forma de las palas 5, que se califica mediante análisis utilizando una herramienta informática de CFD y, a continuación, mediante pruebas de prototipo. Se ha observado que las cuatro palas 5 del inductor 4 de esta realización proporcionan el mismo rendimiento que las tres palas principales y las tres palas divisoras (difusor) de la técnica anterior descritas en la patente 7.455.497, y se simplifica el proceso de fabricación. El cubo de inductor 6 se extiende en la dirección del flujo (hacia arriba) más allá del borde posterior de las palas 5, y se estrecha para proporcionar una zona de difusión donde ya no se necesita el difusor (palas estacionarias) en sí. En las realizaciones divulgadas en el presente documento no se utilizan palas estacionarias (difusor). En la técnica anterior se utilizan un difusor o palas estacionarias para enderezar el flujo del fluido criogénico antes de que entre en la bomba. En este caso, la curvatura del cubo de inductor 6 y la curvatura relacionada de la propia unidad de bomba eliminan la necesidad de palas estacionarias (difusor). Ya no se pierde ni se desperdicia energía en las palas estacionarias (difusor), y esto da como resultado un aumento en la eficiencia.

La FIGURA 1B es una vista en sección ampliada tomada de la FIG. 1A, y representa la disposición de la primera etapa de la bomba. El fluido bombeado sale de la entrada de succión 2 de la bomba y del inductor de succión 4, donde su nivel de energía se ha elevado para proporcionar una cabeza de succión positiva al impulsor de primera etapa 7, del tipo de succión simple, en su entrada. El impulsor cuenta con un diseño único que se fabrica para que comprenda un cubo de impulsor 8 y una cubierta 10 de aluminio, unidos por un proceso de soldadura fuerte a lo largo de los bordes de pala 10a. Los álabes de impulsor 8a y la forma del cubo se forman mediante mecanizado, integralmente al cubo. Los impulsores típicos de la técnica anterior se funden en una sola pieza. Los impulsores son estructuras complicadas, y el proceso de moldeo puede llegar a ser económicamente costoso y laborioso. El solicitante utiliza un nuevo impulsor que se mecaniza en dos partes, que luego se sueldan entre sí. Esto reduce el costo de fabricación, acelera la producción y da como resultado un producto que puede soportar velocidades de rotación más altas, así como un mejor rendimiento. Las dos partes, el cubo 8 y la cubierta 10 se mecanizan a partir de preformas de aluminio forjado, y se unen mediante un proceso de soldadura fuerte/fusión.

El inductor de succión 4 y cada uno de los impulsores son impulsados por un árbol de bomba 9 y cada uno de ellos está retenido en su ubicación correcta por un manguito cónico 9a, que se coloca introduciendo el manguito 9a en un orificio cónico 8b situado en el cubo de impulsor. Durante el funcionamiento de un impulsor de bomba de succión simple típico, una pequeña cantidad de fluido (escape) recircula desde la descarga de impulsor 13 a través de un espacio anular 14 y, a continuación, a través de un espacio libre de funcionamiento entre el impulsor y un anillo de desgaste (de bronce) 15. El espacio libre de funcionamiento es mínimo, para limitar la pérdida de la eficiencia por escapes. Para evitar que el impulsor de aluminio 7 se degrade prematuramente por el roce contra el anillo de desgaste 15, puede recubrirse la superficie del impulsor con un revestimiento anodizado duro de tipo 3 y clase 1.

La mayor parte del fluido bombeado se descarga en la entrada a los canales de flujo de un difusor 16 de estilo radial. El difusor 16 convierte la energía del flujo en presión estática, de acuerdo con las leyes de la física bien conocidas por los expertos en la materia. En el extremo exterior de los canales definidos por las palas difusoras 17, el fluido entra en una zona de retorno 18, donde se invierte el componente radial de la velocidad y el flujo se dirige hacia otro conjunto de canales 19, lo que hace que el fluido regrese a la entrada 20 del impulsor de segunda etapa y hace que la dirección y la velocidad del flujo coincidan con las del ángulo de las palas de entrada del impulsor.

El fluido criogénico bombeado avanza a través de las etapas intermedias dos y tres de manera idéntica a la primera etapa, impartiendo cada etapa sucesiva energía adicional al fluido bombeado en forma de un aumento de la presión. En el caso de la bomba representada aquí, la cuarta etapa es la etapa final. El fluido pasa por la etapa de forma similar a las etapas anteriores, hasta llegar a la zona de retorno 21. Allí, el fluido entra en un colector de descarga 22.

Como se muestra en la FIG. 1, la mayor parte del fluido de descarga recolectado se dirige más allá del conjunto de motor sumergido de imanes permanentes 23 a través de los tubos de descarga 24, a través de un distribuidor de descarga 25, a través de dos o más toberas de descarga 26 y hacia un espacio situado en un tubo de bomba o un recipiente de succión de dos cámaras. Resultará evidente que el número y tamaño de los tubos de descarga 24, el distribuidor de descarga 25 y las toberas de descarga 26 y los componentes asociados serán una función del flujo de descarga deseado de la bomba.

Las motobombas sumergidas de la técnica anterior incorporaban un mecanismo de equilibrio de empuje, también conocido como tambor de equilibrio, que tiene por objeto neutralizar el empuje impuesto por las fuerzas hidráulicas desequilibradas producidas por los impulsores, de manera aparente para los expertos en la materia. La disposición permite que el elemento de bombeo y el rotor del motor floten a lo largo del eje de rotación de la unidad, de modo que las variaciones de presión en un tambor o pistón de equilibrio hagan que todo el elemento giratorio se abra y se cierre, tal como resulta necesario para que se produzca el equilibrado. Una realización del presente documento incorpora un mecanismo novedoso que logra el mismo resultado, de manera que el movimiento axial del mecanismo de empuje sea independiente de cualquier desviación que pueda sufrir la masa del rotor. Debido a que la masa giratoria del mecanismo de equilibrio de empuje es baja (en comparación con los sistemas de la técnica anterior), hace que el sistema responda mejor a las desviaciones transitorias de la presión hidráulica que se producen cuando cambian las condiciones de bombeo.

Más específicamente, se sabe que una bomba vertical de succión simple (de una o varias etapas) sin anillos de desgaste ni orificios de equilibrio de empuje del lado del cubo ejercerá una fuerza positiva, o empuje descendente, sobre el árbol de bomba. En la FIGURA 1C se muestra el novedoso diseño del solicitante, en una vista en sección ampliada tomada de la FIG. 1A y que representa la disposición del mecanismo de equilibrio de empuje 28. Un tambor de equilibrio 28a está fijado al árbol de bomba 9 por medio de un manguito cónico 30. Una porción menor del fluido de descarga se dirige hacia la zona 27 por debajo del tambor de equilibrio 28a. La presión del fluido en la zona 27 será la presión de descarga de la bomba. La presión del fluido ejerce una fuerza negativa (en referencia a la fuerza de la gravedad), o empuje ascendente, sobre el árbol de bomba 9. Debido a que la presión en la zona de cavidad de motor 31 es menor que en la zona 27, el fluido criogénico migrará preferentemente a través de un espacio anular (laberinto de ranuras) 28d entre el tambor de equilibrio 28a y un manguito estacionario 28b, hacia la zona 28c por encima del tambor de equilibrio 28a. Resultará evidente que la presión en la zona 28c será menor que la de la zona 27 debido a las pérdidas de presión a través de las ranuras laberínticas 28d situadas en la periferia exterior del tambor de equilibrio 28a. La fuerza descendente de la presión resultante en la zona 28c es menor que el empuje ascendente de la zona 27, y dará como resultado un empuje ascendente neto en el tambor de equilibrio.

El fluido en la zona 28c continuará fluyendo hacia la cavidad de motor 31 a través de la sección de estrangulación 28e formada entre la superficie de sello 28g del tambor de equilibrio 28a y la cara 28h de la placa deflectora 32. El flujo a través de la sección de estrangulación 28e hace que la presión en la zona 28c disminuya, dando como resultado un mayor empuje ascendente en el tambor de equilibrio 28a. Cuando el empuje ascendente resultante excede el empuje hidráulico descendente, el tambor de equilibrio 28a eleva el árbol de bomba 9 provocando la reducción (o cierre) de la sección de estrangulación 28e. A su vez, el flujo disminuye y la presión en la zona 28c aumenta, reabriendo así la sección de estrangulación 28e. Cada desviación del árbol hace que la presión en la zona 28c fluctúe, lo que en promedio da como resultado una condición de empuje equilibrada. La fuerza de empuje neta sobre el árbol de bomba 9 es el empuje hidráulico descendente menos el empuje ascendente de equilibrio. Es esta fuerza desequilibrada la que deben resistir los cojinetes 35 del motor. El tamaño del tambor de equilibrio 28a, el espacio anular 28d y la superficie de sello 28g necesarios para mantener una condición de empuje equilibrada en los cojinetes 35 del motor pueden determinarse mediante cálculos, prolongando así la vida útil de tales cojinetes.

En esta realización, la masa y la inercia del tambor de equilibrio 28a, el árbol de bomba 9, y los componentes de todo el conjunto giratorio de la bomba son menores que las de los componentes giratorios de motor típicos de la técnica anterior, que comparativamente resultan masivas. Por consiguiente, estas realizaciones reducen significativamente la masa giratoria, mejorando así la sensibilidad del mecanismo de equilibrio de empuje 28 en su conjunto.

Tras haber pasado por la sección de estrangulación 28e, el fluido criogénico necesario para mantener el funcionamiento del mecanismo de equilibrio de empuje 28 fluye hacia el conjunto de motor sumergido de imanes permanentes 23 a través de su rodamiento de bolas inferior 35a, proporcionando la lubricación necesaria y eliminando el calor de ese componente.

Una realización divulgada en el presente documento proporciona un tubo de suministro de refrigerante 1f, que asegura el flujo de fluido criogénico desde la primera etapa para lubricar y enfriar el cojinete superior 35b del motor al arrancar la unidad. Entonces, al establecerse un estado operativo estable, el patrón del flujo de refrigerante cambia de tal manera que el fluido de la última etapa fluya más allá del mecanismo de equilibrio de empuje, luego a través del cojinete inferior 35a del motor para lubricar el mismo, luego a través del hueco 31 entre el rotor y el estátor del motor, eliminando así el calor producido por las pérdidas eléctricas del motor, luego a través del rodamiento de bolas superior 35b para la refrigeración y lubricación del mismo, luego a través del tubo de suministro de refrigerante 1f, donde el fluido calentado regresa a la primera etapa y se mezcla con el fluido bombeado. En situaciones en las que la motobomba sumergida está instalada en un tanque de almacenamiento, el calor eliminado por la parte refrigerante del flujo se alejará con el flujo de descarga, evitando ventajosamente la producción de gas de ebullición dentro del tanque.

La FIGURA 2a representa la realización del conjunto de motor sumergido 23 ilustrativo de la FIG. 1. La FIGURA 2B es una vista superior de la estructura de la FIG. 2A. La FIGURA 2C es una vista en perspectiva despiezada de la estructura de la FIG. 2A. La FIGURA 2D es una vista en sección tomada a lo largo de las líneas 2D-2D de la FIG. 2B.

Los componentes giratorios del motor, es decir, el rotor de imanes permanentes 34, tiene su centro magnético alineado radial y axialmente con el centro magnético del estátor 36 suspendido por un cojinete de bolas inferior 35a de cerámica no conductora de la electricidad, en el alojamiento de cojinete inferior 37, y retenido axialmente con respecto al movimiento ascendente y la desalineación radial por el cojinete de bolas superior 35b en el alojamiento de cojinete superior 38. En esta realización, el estátor de motor 36 está ubicado axialmente dentro de una carcasa de motor 39 mediante el acoplamiento del extremo inferior de la pila de laminación 40 con una característica de resalte 41 en la carcasa de motor 39. El estátor 36 está restringido con respecto al movimiento axial, radial y giratorio dentro de la carcasa de motor 39 por medio de un ajuste de interferencia maquinado con precisión entre el diámetro exterior del estátor y el diámetro interior de la carcasa de motor 39. La interferencia se vuelve más profunda cuando la unidad está en condiciones criogénicas.

La posición del cojinete superior 35b y el cojinete inferior 35a está determinada por la posición de cada respectivo alojamiento de cojinete, cada uno contra una respectiva característica de resalte 41b y 41a presente en la carcasa de motor que se mantiene en su sitio mediante un ajuste de interferencia.

En esta realización el rotor 34 cuenta con cierto grado de movimiento axial en el caso de vibraciones verticales severas, gracias a la acción de un resorte ondulado 29 situado por debajo del cojinete inferior 35a y por encima del cojinete superior 35b, que limita beneficiosamente las fuerzas de aceleración sobre los cojinetes a un valor de 3 veces la fuerza de gravedad, o 3g.

En esta realización, para facilitar el reemplazo fácil de los cojinetes, el resalte 37b y 38b presente en cada alojamiento de cojinete está perforado con un espacio libre con respecto al rotor que es menor que la distancia magnética del rotor. Por tanto, cuando se retiran los cojinetes para reemplazar los mismos, se evita que el rotor magnético 34 se adhiera al orificio de estátor 36, lo que impide la instalación de nuevos cojinetes sin un accesorio especial.

La disposición de los motores sumergidos utilizados en la técnica anterior implica que, a la hora de acceder a los rodamientos para su reemplazar los mismos, deberá desmontarse la bomba, aunque en algunas variantes el alcance de tal desmontaje es menos exhaustivo. Una realización divulgada en el presente documento, pero que no pertenece al alcance de la presente invención, incluye un motor sumergido de imanes permanentes unitario que puede desmontarse como una unidad y permite instalar un motor de repuesto para restablecer rápidamente el servicio de la unidad.

Como se observa mejor en la FIG. 1, el motor 34 está provisto de una placa inferior de motor 42 y una placa superior de motor 43 que están aseguradas a la carcasa de motor 39, creando una unidad que puede desmontarse del conjunto de bomba 44 sin el inconveniente de tener que desmontar el conjunto de bomba 44.

Tal y como se observa mejor en las FIGS. 1 y 1A, las partes del conjunto de bomba 44 se mantienen unidas por medio de ocho tirantes 45 y tuercas 45b para resistir la presión desarrollada dentro de la bomba, hasta un nivel de 40 bar. Para los expertos en la materia resultará evidente que el montaje del motor utilizando otras placas de motor adecuadas permitirá aplicar convenientemente el motor representado a diferentes modelos de conjuntos de bomba 44, siendo cada mencionada aplicación meramente una variación de las realizaciones divulgadas.

La FIGURA 3 es una vista en sección de otro conjunto de bomba criogénica 1 ilustrativo que incorpora la presente invención, en el cual se ha incrementado la unidad con etapas adicionales para aumentar el flujo de descarga de la bomba. A medida que aumenta el número de etapas para aumentar la presión de descarga de la bomba, se aplica un motor más grande para tener en cuenta la mayor potencia requerida debido al flujo y la presión de descarga aumentados. Además, se ha instalado un alojamiento de bomba 46 para reemplazar los tirantes de la bomba de cara a proporcionar la resistencia necesaria requerida para una presión de hasta 60 bar.

La versión representada en la FIG. 3 se ha modificado para permitir instalar la bomba en un sumidero de una sola cámara. El flujo de descarga de la bomba desde los tubos de descarga se recoge en una placa superior de motor 43 revisada, que proporciona cuatro conductos 47 o canales que conducen el fluido desde la parte superior de los tubos de descarga hasta una cámara central 48. Un carrete de descarga 49 conduce el flujo combinado desde la cámara 48 hasta un orificio de descarga 49a ubicado en el centro de una brida de montaje, que habitualmente se atornilla a un sistema de tuberías o a una placa frontal del recipiente de descarga.

La FIGURA 4 representa una versión de una realización del conjunto de bomba 1 a instalar en un tubo de bomba 50, que está suspendido del techo de un tanque de almacenamiento. La FIGURA 4A es una vista en sección ampliada de la estructura tomada de la FIG. 4. La bomba descansa sobre su adaptador de anillo de asiento de sello 1a, que encaja con un anillo de soporte 52a que es parte de un conjunto de válvula de pie 52. El conjunto de válvula de pie 52 se fija al fondo del tubo de bomba 50 mediante soldadura en las ubicaciones 67, de modo que la bomba de succión representada en la FIG. 1A quede suspendida sobre el fondo del tanque para permitir que el fluido criogénico contenido en el tanque entre en la bomba.

Cuando la bomba está completamente encajada con el anillo de soporte de válvula de pie 52a, el adaptador de anillo de asiento de sello 1a presiona la placa de cierre de válvula de pie 60, haciendo que la válvula se mantenga abierta. Esto se debe a que los resortes 59 están cargados entre el anillo de soporte 52a y los soportes 58 de manera que desvíen la placa de cierre de válvula de pie 60 a una posición cerrada. Cuando se tira hacia arriba del conjunto de bomba 1 por dentro del tubo de bomba 50, los soportes 58 y la placa de cierre de válvula de pie 60 se mueven hacia arriba, sellándose contra el anillo de soporte 52a o cualquier otra estructura adecuada que esté configurada para crear un sello criogénico.

En aplicaciones móviles en las que sea necesario que el conjunto de bomba 1 situado en su asiento funcione mientras se ve sometido a movimientos verticales, horizontales y de balanceo como los que pueden experimentarse en un tanque ubicado en un buque de transporte o en un vagón de ferrocarril, es necesario asegurar que la unidad no se desplace indeseablemente de su posición. En dichos casos, se aplica una carga de compresión a la placa superior de motor 43 por medio de un puntal, conocido como eje elevador 53. Será evidente que, en determinadas circunstancias, el eje elevador puede utilizarse para extraer la bomba 2 del tubo de bomba 50. En determinados casos puede ser conveniente dividir el eje elevador en secciones acopladas entre sí, cuando la profundidad del tubo de bomba 50 no sea conveniente a la hora de recuperar la bomba 1.

El extremo superior del tubo de bomba puede estar cerrado por una placa frontal 54 a través de la cual pasa un eje de gato 55, que encaja con una tuerca de gato 56. A la parte superior del eje de gato 55 y la tuerca de gato 56 se accede retirando una cubierta de lluvia 57 que evita la entrada de aire o agua, o del contenido del tanque hacia o desde el tubo de bomba 50, cuando la tapa para lluvia está instalada. Una vez que se ha retirado la cubierta de lluvia 57, puede acoplarse una llave o manivela especial a la tuerca de gato 56 y, al girar la llave, el eje de gato 55 se elevará, levantando el conjunto de bomba 1 con respecto al anillo de soporte 52a y permitiendo cerrar la placa de cierre de válvula de pie 60, aislando de este modo el contenido del tubo de bomba 50 con respecto al tanque de almacenamiento.

La cubierta de lluvia 57 puede volver a instalarse más tarde, volviendo a sellar el tubo de bomba 50. El contenido del tubo de bomba 50 puede expulsarse entonces llenando el tubo de bomba 50 con gas nitrógeno a una presión adecuada, de manera conocida por los expertos en la materia. A continuación, puede liberarse el gas nitrógeno de manera segura a la atmósfera, dejando el tubo de bomba 50 en una condición inerte no peligrosa. El fluido expulsado no podrá volver al tubo de bomba 50 porque la placa de cierre de válvula de pie 60 sólo permite que fluya hacia afuera, pero no hacia adentro, cuando la válvula está cerrada.

La FIGURA 5 es una vista en sección de otras realizaciones de un conjunto de bomba criogénica 1 instalado dentro de un tanque 51. En la parte superior del tanque 51 hay un orificio de salida 61 que contiene el fluido criogénico a alta presión. El funcionamiento de la bomba se habilita con energía eléctrica suministrada desde un sistema de suministro de energía externo, a través de unos cables de alimentación 61 que están configurados para pasar a través de un orificio de conexión eléctrica criogénica 62 especialmente diseñado.

La presente invención está diseñada para sumergir el motor de imanes permanentes dentro del fluido criogénico. Esto permite un medio para accionar eléctricamente las bombas a velocidades que comúnmente no se aplican a tales bombas. El motor de imanes permanentes sumergido incluye un sistema de aislamiento adecuado para la inmersión a largo plazo en un fluido criogénico, tal como hidrocarburos ligeros y otros fluidos no conductores de la electricidad y no corrosivos.

El motor de imanes permanentes sumergido tiene una relación única entre diámetro pequeño y longitud, y un perfil general diseñado para minimizar las pérdidas por fricción viscosa rotativa mientras gira en los fluidos criogénicos. Tal geometría no puede lograrse en los motores de inducción, por razones bien conocidas por los expertos en la materia. El motor de imanes permanentes sumergido con bomba multietapas incorpora de manera única un elemento giratorio que tiene una masa de rotación muy baja con el propósito de elevar la velocidad crítica, permitiendo el funcionamiento a una velocidad de operación amplia y extendiendo así el intervalo controlable de flujo y presión de bombeo.

Aunque se han divulgado en detalle varias realizaciones con fines ilustrativos, pueden hacerse diversas modificaciones a cada una de las mismas sin apartarse del alcance de la invención. En consecuencia, la invención no debe verse limitada, excepto por las reivindicaciones adjuntas.

Números

1 conjunto de bomba criogénica

1a adaptador de anillo de asiento de sello

1f tubo de suministro de refrigerante

1e conexión eléctrica del motor

2 entrada de succión de la bomba

3 extensión

4 inductor de succión

5 palas/álabes, inductor de succión

6 cubo de inductor

impulsor de primera etapa

cubo de impulsor

a álabes de impulsor

b orificio cónico, cubo de impulsor

árbol de bomba

a manguito cónico

0 cubierta, impulsor

0a bordes de pala

3 descarga de impulsor

4 espacio anular

5 anillo de desgaste

6 difusor de estilo radial

7 palas difusoras, estilo radial

8 zona de retorno

9 canales

0 entrada de impulsor de segunda etapa

1 zona de retorno

2 colector de descarga

3 conjunto de motor sumergido de imanes permanentes

4 tubos de descarga

5 distribuidor de descarga

6 toberas de descarga

7 zona

8 mecanismo de equilibrio de empuje

8a tambor de equilibrio

8b manguito estacionario

8c zona

8d espacio anular

8e sección de estrangulación

8g superficie de sello, tambor de equilibrio

8h cara, placa deflectora

9 resorte ondulado

0 manguito cónico

1 zona de cavidad de motor

2 placa deflectora

4 motor/rotor de imanes permanentes

5a cojinete de bolas inferior, motor

5b cojinete de bolas superior, motor

6 estátor

7 alojamiento de cojinete inferior

7b resalte, alojamiento de cojinete inferior

8 alojamiento de cojinete superior

8a placa superior de motor

8b resalte, alojamiento de cojinete superior

9 carcasa de motor

0 pila de laminación

1 característica de resalte

1a característica de resalte, alojamiento de cojinete inferior

1b características de resalte, alojamiento de cojinete superior

2 placa inferior de motor

3 placa superior de motor/distribuidor de descarga

4 conjunto de bomba

5 tirantes

5b tuercas

6 alojamiento de bomba

7 conductos

8 cámara central

9 carrete de descarga

9a orificio de descarga

0 tubo de bomba

1 tanque

2 conjunto de válvula de pie

2a anillo de soporte, válvula de pie

3 eje elevador

4 placa frontal

5 eje de gato

tuerca de gato

cubierta de lluvia

soportes

resortes

placa de cierre de válvula de pie

diámetro de rotor

altura de rotor

primer diámetro, cubo de inductor

segundo diámetro, cubo de inductor

tercer diámetro, cubo de inductor

diámetro exterior común, inductor

ubicación de soldadura

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto de bomba sumergida criogénica multietapas (1), que comprende:

un árbol de bomba (9) orientado verticalmente;

un motor eléctrico (34, 36) que comprende un rotor (34) fijado al árbol de bomba (9) y un estátor (36) dispuesto alrededor del rotor (34), en donde el motor eléctrico comprende un motor eléctrico de imanes permanentes; un conjunto impulsor de primera etapa (ETAPA 1) que comprende un primer impulsor (7) fijado al árbol de bomba (9), estando el primer impulsor (7) configurado para mover un fluido criogénico desde una entrada de primer impulsor (2) hasta una salida de primer impulsor (18, 19) cuando el motor eléctrico (34, 36) hace girar el árbol de bomba (9), y un alojamiento de primer impulsor dispuesto alrededor del primer impulsor (7) y configurado para canalizar el fluido criogénico una vez que sale por la salida de primer impulsor (18, 19); y

un conjunto impulsor de segunda etapa (ETAPA 2) que comprende un segundo impulsor (7) fijado al árbol de bomba (9), estando el segundo impulsor (7) configurado para mover el fluido criogénico desde el primer alojamiento de impulsor (18, 19) hasta una segunda entrada de impulsor (20) y, a continuación, hasta una segunda salida de impulsor (18, 19) cuando el motor eléctrico (34, 36) hace girar el árbol de bomba (9), y un segundo alojamiento de impulsor (18, 19) dispuesto alrededor del segundo impulsor (7) y configurado para canalizar el fluido criogénico una vez que sale por la salida de segundo impulsor (18, 19) hasta un tubo de descarga o una salida de descarga (22, 24, 25, 26, 43, 49);

en donde el conjunto impulsor de primera etapa (ETAPA 1) está dispuesto debajo del conjunto impulsor de segunda etapa (ETAPA 2), y donde el conjunto impulsor de segunda etapa (ETAPA 2) está dispuesto debajo del motor eléctrico de imanes permanentes (34, 36);

en donde el rotor (34) comprende cuatro polos magnéticos,

caracterizado por que el árbol de bomba (9) comprende un árbol magnético de acero inoxidable, y

por que los polos magnéticos quedan asegurados al árbol magnético de acero inoxidable (9) por la fuerza magnética y por un manguito circunferencial no magnético, que evita que las fuerzas centrífugas de rotación desprendan los polos durante el funcionamiento del motor.

2. El conjunto de la reivindicación 1, en donde los cuatro polos magnéticos (34) comprenden samario-cobalto.

3. El conjunto de la reivindicación 1, en donde el motor eléctrico (34, 36) está alimentado y controlado por un inversor montado remotamente o un variador de frecuencia montado remotamente, configurado para convertir la energía trifásica entrante de 50 o 60 Hz a un nivel de tensión de 380 a 690 voltios, a una frecuencia de salida que sea del 10 al 100% de 240 Hz.

4. El conjunto de la reivindicación 1, en donde el motor eléctrico (34, 36) está configurado para operar por encima de 4000 rpm, 5000 rpm, 6000 rpm o 7000 rpm.

5. El conjunto de la reivindicación 1, en donde el rotor (34) tiene una altura que es al menos 3 veces el diámetro del rotor, al menos 4 veces el diámetro del rotor o al menos 5 veces el diámetro del rotor.

6. El conjunto de la reivindicación 1, que incluye un inductor de succión (4) fijado al árbol de bomba (9) y dispuesto debajo del conjunto impulsor de primera etapa (ETAPA 1), comprendiendo el inductor de succión (4) un cubo de inductor (6) con una pluralidad de palas (5) que se extienden helicoidalmente, en donde el cubo de inductor (6) comprende una superficie exterior que tiene un primer diámetro (63) en una sección inferior del cubo de inductor (6), un segundo diámetro (64) en una sección intermedia del cubo de inductor (6), y un tercer diámetro (65) en una sección superior del cubo de inductor (6), donde el segundo diámetro es mayor que el primer y el tercer diámetros.

7. El conjunto de la reivindicación 6, en donde la pluralidad de palas (5) que se extienden helicoidalmente se extienden hasta un diámetro exterior común.

8. El conjunto de la reivindicación 6, en donde una superficie interior del primer impulsor (7) en la entrada de primer impulsor (2) tiene un diámetro similar al tercer diámetro (65) del cubo de inductor (6).

9. El conjunto de la reivindicación 6, en donde no hay situado un difusor estático a lo largo del recorrido del flujo de fluido criogénico más allá del inductor de succión (4) y antes del primer impulsor (7).

10. El conjunto de la reivindicación 6, en donde la pluralidad de palas (5) que se extienden helicoidalmente están dispuestas en o debajo de la sección intermedia del cubo inductor (6), en donde cerca de la sección superior del cubo de inductor (6) no está presente la pluralidad de palas (5) que se extienden helicoidalmente.

11. El conjunto de la reivindicación 1, en donde el árbol de bomba (9) comprende un árbol de bomba (9) sin chaveta, en donde tanto el primer impulsor (7) como el segundo impulsor están fijados al árbol de bomba (9) mediante un manguito cónico (30), estando el manguito cónico (30) fijado al árbol de bomba (9) mediante un ajuste de interferencia, en donde el manguito cónico (30) comprende una superficie exterior troncocónica que tiene un diámetro mayor cerca de la parte inferior del manguito cónico (30) cuando está instalado en el árbol de bomba (9), en donde el primer y el segundo impulsores tienen una superficie interior troncocónica configurada para que coincida con la superficie exterior troncocónica del manguito cónico (30).

12. El conjunto de la reivindicación 1, que incluye una carcasa de motor (39) dispuesta alrededor del estátor, en donde la carcasa de motor (39) comprende un alojamiento de cojinete superior (38) en la parte superior de la carcasa de motor (39) y un alojamiento de cojinete inferior (37) en la parte inferior de la carcasa de motor (39), en donde cada alojamiento de cojinete (38, 37) está configurado para retener un conjunto de cojinete de bolas (35b, 35a) y cada alojamiento de cojinete comprende una superficie de resalte interior, en donde un primer hueco entre la superficie de resalte interior y el rotor es menor que un segundo hueco entre el rotor y el estátor.

13. El conjunto de la reivindicación 1, que incluye una pluralidad de tirantes (45) configurados para mantener el conjunto impulsor de primera etapa (ETAPA 1) y el conjunto impulsor de segunda etapa (ETAPA 2) en una relación fija.

14. El conjunto de la reivindicación 1, que incluye un alojamiento de bomba (46) dispuesto alrededor del conjunto impulsor de primera etapa (ETAPA 1) y el conjunto impulsor de segunda etapa (ETAPA 2), estando el alojamiento de bomba (46) configurado para mantener el conjunto impulsor de primera etapa (ETAPA 1) y el conjunto impulsor de segunda etapa (ETAPA 2) en una relación fija.

15. El conjunto de la reivindicación 1, en donde el motor eléctrico (34, 36) comprende un conjunto de cojinete de bolas superior (35b) dispuesto cerca de o en la parte superior del motor eléctrico (34, 36), e incluye un tubo de suministro de refrigerante (1f) en comunicación fluídica con el conjunto impulsor de primera etapa (ETAPA 1) y el conjunto de cojinete de bolas superior (35b).