ES2995265T3

ES2995265T3 - Fluid pump with external rotor motor

Info

Publication number: ES2995265T3
Application number: ES15820398T
Authority: ES
Inventors: Vittorio Michelassi; Siddharth Ashar; Ismail Sezal; Cauze De Nazelle Rene Du; Egidio Marotta; Ravishankar Balasubramanian; Mohamed Osama
Original assignee: Nuovo Pignone Technologie SRL
Current assignee: Nuovo Pignone Technologie SRL
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2025-02-10
Anticipated expiration: 2035-12-15
Also published as: US10218247B2; EP3234367A1; EP3234367B1; WO2016100254A1; EP3234367B8; US20160169231A1

Abstract

Se proporciona una bomba eléctrica accionada por un motor eléctrico que tiene un estator dispuesto dentro de un rotor hueco. Los impulsores en la superficie exterior del rotor se extienden dentro de una trayectoria de flujo de fluido definida por la bomba. Una o más secciones de rotor que producen par son accionadas por una pluralidad de secciones de estator controlables independientemente dispuestas dentro de la cavidad del rotor. Las posiciones relativas del rotor y el estator se mantienen mediante una pluralidad de cojinetes configurados para permitir la rotación del rotor y que definen una distancia entre cojinetes. La bomba está configurada de tal manera que el estator y el rotor comparten la misma distancia entre cojinetes. Tal disposición reduce las pérdidas por efecto del viento del motor en relación con los motores convencionales en los que el rotor está dispuesto dentro del estator, debido a una reducción en el diámetro del espacio de aire entre el estator y el rotor. Además, la velocidad periférica de la bomba aumenta debido a un aumento en el diámetro del rotor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Bomba de líquido con motor de rotor externo

Antecedentes

La presente invención se refiere a bombas de líquido y a motores eléctricos que pueden usarse para accionarlas. En particular, la presente invención se refiere a bombas de líquido compactas de alta eficiencia que pueden usarse para procesar un fluido multifásico.

El documento US-3.132.595 A describe una estructura combinada de bomba y motor que incluye un cojinete estabilizador de vibraciones, cojinetes antifricción, un estátor de un motor en forma de jaula de ardilla y un rotor de motor asociado eléctricamente con el estátor. El documento US-3.433.163 A describe una bomba eléctrica que incluye un motor inundable que puede ser del tipo de motor de adentro hacia afuera. Ninguno de estos documentos describe secciones de estátor controlables de forma independiente ni un sistema de recirculación de fluido en que el fluido de producción que sale de los canales de enfriamiento de estátor encuentra y lubrica la pluralidad de cojinetes.

Los conjuntos de bombas eléctricas se utilizan en una amplia variedad de prácticas industriales, incluido el transporte de fluidos a largas distancias por tuberías, en aplicaciones de pozos para bombear fluidos de producción, como agua o petróleo; y en aplicaciones de síntesis y procesamiento químicos. Los conjuntos de bombas eléctricas utilizados en la práctica industrial normalmente incluyen, entre otros componentes, una sección de bombeo que permite el bombeo de grandes volúmenes de fluido. Una bomba eléctrica típica utiliza una combinación de difusores e impulsores, denominados conjuntamente etapas de bomba, para bombear fluidos. Durante la operación, los impulsores están configurados para girar de manera adyacente a los difusores fijos. Normalmente, la sección de bombeo está acoplada a un motor eléctrico que proporciona energía mecánica a la sección de bombeo por medio de un árbol giratorio acoplado al motor. Un motor eléctrico típico configurado para accionar la sección de bombeo comprende un estátor exterior dispuesto alrededor de un complemento de producción de par de un rotor interior. Esto limita necesariamente tanto el tamaño del rotor como las opciones para su acoplamiento mecánico a la sección de bombeo.

Sigue existiendo la necesidad de aumentar la utilidad de los conjuntos de bombas eléctricas haciéndolos más compactos y potentes. Por consiguiente, se desea proporcionar conjuntos de bomba eléctrica que proporcionen una mayor flexibilidad al ser más compactos y potentes en relación con los conjuntos de bomba eléctrica convencionales.

Breve descripción

La invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

Entre otras características, la presente invención proporciona una bomba eléctrica, que comprende: (a) un rotor hueco que define una superficie interior de rotor, una superficie exterior de rotor y una cavidad de rotor; (b) un estátor que comprende una pluralidad de secciones de estátor controlables de forma independiente dispuestas dentro de la cavidad de rotor; y (c) una pluralidad de cojinetes configurados para permitir la rotación del rotor; en donde el rotor hueco comprende (i) uno o más impulsores fijados a la superficie exterior de rotor, y (ii) uno o más complementos de producción de par a las secciones del estátor controlables de forma independiente.

En una realización, la bomba eléctrica comprende: (d) uno o más difusores que se extienden en una trayectoria de flujo de fluido definida por la bomba; en donde (i) uno o más impulsores se extienden hacia la trayectoria de flujo de fluido definida por la bomba, y (ii) una pluralidad de complementos de producción de par a las secciones del estátor controlables de forma independiente.

En otra realización, la bomba eléctrica comprende: (d) uno o más difusores que se extienden en una trayectoria de flujo de fluido definida por la bomba; (f) una carcasa de bomba; en donde (i) uno o más impulsores se extienden hacia la trayectoria de flujo de fluido definida por la bomba, y (ii) una pluralidad de complementos de producción de par a las secciones del estátor controlables de forma independiente.

Breve descripción de las figuras de los dibujos

Las diversas características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada en referencia a los dibujos adjuntos, en que caracteres similares pueden representar partes similares en todos los dibujos. A menos que se indique lo contrario, los dibujos proporcionados en la presente memoria pretenden ilustrar características esenciales de la invención. Se cree que estas características esenciales son aplicables en una amplia variedad de sistemas que comprenden una o más realizaciones de esta invención. Como tal, los dibujos no pretenden incluir todas las características convencionales conocidas por los expertos en la técnica que deben requerirse para la práctica de la invención.

La figura 1 ilustra una bomba eléctrica proporcionada como ejemplo de referencia.

La figura 2 ilustra una bomba eléctrica proporcionada por la presente invención.

La figura 3 ilustra una bomba eléctrica proporcionada como ejemplo de referencia.

La figura 4 ilustra una bomba eléctrica proporcionada como ejemplo de referencia.

La figura 5 ilustra una bomba eléctrica proporcionada como ejemplo de referencia.

La figura 6 ilustra una bomba eléctrica proporcionada como ejemplo de referencia.

La figura 7 ilustra un subconjunto rotor-estátor de motor proporcionado por la presente invención.

La figura 8 ilustra un tipo de subconjunto rotor-estátor de motor que es aplicable en la presente invención.

La figura 9 ilustra un tipo de subconjunto rotor-estátor de motor que es aplicable en la presente invención.

La figura 10 ilustra un tipo de subconjunto rotor-estátor de motor que es aplicable en la presente invención. La figura 11 ilustra un tipo de subconjunto rotor-estátor de motor que es aplicable en la presente invención. La figura 12 ilustra un tipo de subconjunto rotor-estátor de motor que es aplicable en la presente invención.

Descripción detallada

En la siguiente memoria descriptiva y en las reivindicaciones, se hará referencia a varios términos, que se definirá que tienen los siguientes significados.

Las formas en singular “ un” , “ una” y “ el/la” incluyen referentes en plural, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.

“ Opcional” u “ opcionalmente” quiere decir que el evento o circunstancia descrito posteriormente puede ocurrir o no, y que la descripción incluye casos donde ocurre el evento y casos donde no.

El lenguaje de aproximación, como se usa en la presente memoria a lo largo de la memoria descriptiva y las reivindicaciones, puede aplicarse para modificar cualquier representación cuantitativa que pudiera variar de manera permisible sin resultar en un cambio en la función básica con la que se relaciona. Por consiguiente, un valor modificado por un término o términos, tales como “ aproximadamente” y “ sustancialmente” , no debe limitarse al valor preciso especificado. En al menos algunos casos, el lenguaje de aproximación puede corresponder a la precisión de un instrumento para medir el valor. Aquí y a lo largo de la memoria descriptiva y las reivindicaciones, las limitaciones de intervalo pueden combinarse y/o intercambiarse, dichos intervalos se identifican e incluyen todos los subintervalos contenidos en estos, a menos que el contexto o el lenguaje indiquen otra cosa.

Como se ha indicado, la presente invención proporciona una nueva bomba eléctrica en que el componente de bombeo es alimentado por un motor eléctrico que tiene un estátor dispuesto dentro de un rotor hueco. En una o más realizaciones, el estátor y el rotor hueco son esencialmente coextensivos y ocupan la misma extensión de cojinete. En un conjunto alternativo de realizaciones, el estátor y el rotor hueco no son coextensivos con respecto a la extensión de cojinete. Al disponer el estátor dentro de un rotor hueco, la presente invención resuelve una serie de problemas de larga duración. En primer lugar, en una o más realizaciones, las resistencias aerodinámicas del motor se reducen, en relación con los motores convencionales en que el rotor está dispuesto dentro del estátor, debido a una reducción en el diámetro del espacio de aire entre el estátor y el rotor. En segundo lugar, la velocidad periférica de la bomba aumenta debido a un aumento en el diámetro del rotor. En tercer lugar, la bomba se puede hacer más compacta, ya que las secciones de bombeo y motor pueden integrarse esencialmente en la misma extensión de cojinete.

Según la invención, un fluido de producción procesado por la bomba eléctrica se usa para enfriar el estátor y lubricar los cojinetes comunes tanto al estátor como al rotor. Una parte del fluido de producción que está siendo procesado por la bomba en la superficie exterior del rotor hueco se introduce en la cavidad del rotor y encuentra cojinetes apoyados entre la superficie interior del rotor hueco y la superficie exterior del estátor.

La superficie exterior del rotor hueco está equipada con uno o más impulsores configurados como una etapa de bomba. Las etapas de bomba se describen en detalle con respecto a la figura 1 de la presente memoria. En una o más realizaciones, los uno o más impulsores están configurados como una sola etapa de bomba. En una realización alternativa, los uno o más impulsores están configurados como una pluralidad de etapas de bomba. En una o más realizaciones, la bomba eléctrica comprende una pluralidad de etapas de bomba y al menos dos de las etapas de bomba están dispuestas espalda con espalda y configuradas para el bombeo paralelo de un fluido de producción. En un conjunto alternativo de realizaciones, al menos dos de las etapas de bomba están dispuestas espalda con espalda y configuradas para el bombeo en serie de un fluido de producción. Los principios de bombeo paralelo y en serie se describen con mayor detalle con respecto a las figuras 1 y 5.

La bomba eléctrica proporcionada por la presente invención puede, en una o más realizaciones, comprender una o más secciones de estátor que comprenden devanados de estátor dispuestos en una configuración de devanado distribuido. En un conjunto alternativo de realizaciones, una o más secciones de estátor pueden comprender devanados de estátor dispuestos en una configuración de devanado concentrado (dentado).

En una o más realizaciones, el rotor hueco y el estátor están configurados como un motor de inducción en forma de jaula de ardilla. En un primer conjunto alternativo de realizaciones, el rotor hueco y el estátor están configurados como un motor de imanes permanentes interiores. En un segundo conjunto alternativo de realizaciones, el rotor hueco y el estátor están configurados como un motor de imanes permanentes superficiales. En un tercer conjunto alternativo de realizaciones, el rotor hueco y el estátor están configurados como un motor de imanes permanentes insertados. En un cuarto conjunto alternativo de realizaciones, el rotor hueco y el estátor están configurados como un motor de reluctancia síncrona. En otro conjunto alternativo de realizaciones, el rotor hueco y el estátor están configurados como una combinación de dos o más de las configuraciones de rotor-estátor anteriores.

Volviendo ahora a las figuras, la figura 1 ilustra una bomba eléctrica 10 mostrada como una sección transversal de la mitad superior de la bomba eléctrica. La bomba eléctrica comprende una carcasa 12, que define un par de entradas de fluido 14 y una única salida 16 de fluido. La bomba eléctrica comprende un rotor hueco 20 que tiene una superficie interior 21 y una superficie exterior 22. La superficie interior 21 define una cavidad 23 de rotor. El estátor 30 está dispuesto dentro de la cavidad de rotor. En la realización mostrada, el rotor está soportado con respecto al estátor por tres cojinetes 40 que constituyen una extensión de cojinete 41 (véase la figura 2). En la realización mostrada, las secciones del estátor 31 controlables de forma independiente y sus complementos 25 de producción de par, los impulsores 24 y los difusores 124 se muestran dentro de las mismas porciones de la extensión de cojinete definida por los cojinetes 40. Esta condición puede denominarse a veces en la presente memoria como el hecho de que el motor y la bomba estén contenidos dentro de la misma extensión de cojinete. En la realización mostrada, las secciones 31 de estátor que se pueden controlar de forma independiente y sus secciones 25 de rotor de producción de par homólogas se consideran el motor, mientras que las etapas 26 de bomba que comprenden los impulsores 24 y los difusores 124 se consideran la bomba.

Como se ha indicado, las secciones 31 de estátor se pueden controlar de forma independiente, lo que significa que cada sección de estátor se alimenta y controla de forma independiente. Esta característica permite un alto nivel de control sobre las características de rendimiento de la bomba al controlar el suministro de energía a las secciones 31 de estátor individuales durante la operación. La necesidad de suministrar menos o más potencia a las secciones individuales del estátor puede variar rápidamente, como cuando el fluido de producción que va a procesar la bomba es un fluido multifásico que comprende cantidades variables de gas. Por ejemplo, la fracción de volumen de gas (GVF) de un fluido de producción multifásico puede variar significativamente durante un corto período de tiempo en un pozo productor de hidrocarburos. En una o más realizaciones, las secciones de estátor se controlan de forma independiente mediante accionadores de frecuencia variable. En una o más realizaciones, las secciones del estátor pueden controlarse mediante una combinación de uno o más variadores de frecuencia junto con técnicas de control sin sensores, como las descritas en la solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/663691 presentada el 20 de marzo de 2015.

Con referencia todavía a la figura 1, la figura representa una bomba eléctrica 10 en funcionamiento. Un fluido 70 de producción sin procesar se introduce en cada una de las entradas 14 y en la trayectoria 29 de flujo de fluido definida por la superficie exterior 22 del rotor hueco y las etapas 26 de bomba, y sale de la bomba como fluido 72 de producción procesado por la salida 16 común. En la realización mostrada, una porción del fluido de producción se introduce en la cavidad 23 de rotor a través de las perforaciones 62 de rotor. Impulsada por la acción de las etapas 26 de bomba, la porción del fluido de producción introducido en la cavidad del rotor encuentra y lubrica los cojinetes 40 antes de volver a introducirse en la trayectoria 29 de flujo de fluido. La dirección del flujo de fluido a través de la cavidad del rotor se indica mediante los elementos numerados 63. Los expertos en la materia apreciarán que el fluido de producción se muestra procesado en dos etapas de bomba paralelas antes de combinarse en la salida 16. Las etapas 26 de bomba están dispuestas espalda con espalda a lo largo de la superficie exterior del rotor en el sentido de que las porciones de cada etapa de bomba desde las que el fluido 72 de producción procesado sale de la etapa de bomba están dispuestas opuestas entre sí, o espalda con espalda, en la salida 16 de la bomba.

Con referencia a la figura 2, la figura ilustra una bomba eléctrica 10 proporcionada por la presente invención que se muestra como una sección transversal de la mitad superior de la bomba eléctrica como en la figura 1. Una porción del fluido de producción se usa como fluido de enfriamiento para las secciones 31 de estátor que se pueden controlar de forma independiente. La acción de bombeo de las etapas 26 de bomba paralelas y posteriores impulsa una porción del fluido 72 de producción procesado a través de las perforaciones 62 de rotor y los canales 32 de enfriamiento de estátor en las direcciones del flujo indicadas por los elementos numerados 63. Los cojinetes 40 entran en contacto con al menos una porción del fluido de producción que sale de los canales 32 de enfriamiento de estátor antes de volver al flujo principal del fluido de producción en la trayectoria 29 de flujo de fluido. Las perforaciones 62 de rotor, los canales 32 de enfriamiento de estátor, la acción de las etapas 26 de bomba y la porción del fluido de producción que circula a través de las secciones del estátor antes de volver a la trayectoria 29 de flujo de fluido constituyen un sistema 60 de recirculación de fluido de enfriamiento en que el fluido de producción sirve como fluido de enfriamiento. Dicha disposición puede ser muy útil cuando el fluido que se procesa mediante la bomba eléctrica es relativamente benigno y relativamente frío, por ejemplo, cuando el fluido que se procesa mediante la bomba es un fluido tal como etilenglicol frío.

Con referencia a la figura 3, la figura ilustra una bomba eléctrica 10 mostrada como una sección transversal de la mitad superior de la bomba eléctrica como en la figura 1. En la realización mostrada, la bomba eléctrica está provista de un circuito 66 de fluido de enfriamiento dedicado configurado para enfriar las secciones 31 de estátor. El circuito de fluido de enfriamiento comprende un enfriador 67 de fluido de enfriamiento y una bomba 69 de líquido. Impulsado por la bomba 69, el fluido de enfriamiento se introduce en los canales 32 de enfriamiento de estátor, donde el fluido de enfriamiento absorbe el calor de la sección del estátor antes de volver al enfriador 67 de fluido. De nuevo, los elementos numerados 63 indican la dirección del flujo del fluido de enfriamiento. En la realización mostrada, los cojinetes 40 se muestran lubricados por fluido de producción, como en la figura 1. En una o más realizaciones, los cojinetes 40 no están lubricados por el fluido de producción. En una o más realizaciones, los cojinetes se lubrican con un fluido exógeno, tal como el fluido de enfriamiento de un circuito de fluido de enfriamiento dedicado. En otro conjunto de realizaciones, los cojinetes 40 se autolubrican.

Con referencia a la figura 4, la figura representa una bomba eléctrica 10 configurada como en la figura 3 y que comprende además, un separador 74 configurado para recibir el fluido 72 de producción procesado y para separar de él una fracción 76 de solo líquido. Esta fracción de solo líquido se puede usar para lubricar y/o enfriar los cojinetes 40. En la realización mostrada, la bomba está configurada para lubricar los cojinetes 40E que representan los dos extremos de la extensión de cojinete utilizando solo líquido en la fracción 76. El separador 74 puede estar equipado con una bomba (no mostrada) para hacer circular la fracción 76 de solo líquido a través de los conductos 78 y entrar en contacto con los cojinetes 40E de extremo. La acción de las etapas 26 de bomba hace que la fracción 76 de solo líquido fluya en la dirección indicada por los elementos numerados 63 y, posteriormente, entre en la trayectoria 29 de flujo de bomba. El flujo de la fracción 76 de solo líquido hasta los cojinetes 40e de extremo puede regularse mediante la válvula 68 de control de caída de presión. Las perforaciones 62 permiten que una porción del fluido que está siendo procesado por la bomba entre en la cavidad del rotor y entre en contacto con todos los cojinetes presentes. En ciertas aplicaciones, el fluido de producción que entra en la bomba eléctrica está caliente, por ejemplo, un fluido de producción de un pozo productor de hidrocarburos profundo. Cuando la bomba está ubicada en un entorno frío, por ejemplo, en el fondo del mar, tanto el enfriador 67 como el separador 74 pueden depender del entorno ambiental frío para que sirva como disipador de calor para el calor contenido en el fluido de producción y el calor generado en los cojinetes, en las secciones 31 de estátor y en los complementos 25 de producción de par. En una realización alternativa relacionada con la ilustrada en la figura 4, el separador 75 está situado corriente arriba de las entradas de la bomba 14 y alimenta la bomba con una fracción 76 de solo líquido derivada de un fluido de producción multifásico, además de hacer circular una porción de la fracción 76 de solo líquido a través de los cojinetes 40E.

Con referencia a la figura 5, la figura representa una bomba eléctrica 10 en que las etapas 26 de bomba actúan en serie. De este modo, el fluido 70 no procesado entra en la bomba eléctrica por la entrada 14A y es impulsado a través de la primera etapa 26A de bomba y sale en la cámara 16A de salida como fluido 72A procesado. El fluido 72A procesado es impulsado entonces por la acción de las etapas de bomba a través del conducto 78A y entra en la segunda etapa 26B de bomba por la entrada 14B. El fluido 72A procesado es impulsado a través de la etapa 26B de bomba y sale en la cámara 16B de salida como fluido procesado 72B adicional que es conducido corriente abajo por el conducto 78B. En la realización mostrada, las cámaras 16A y 16B de salida están separadas por una pared divisoria 116 que comprende un sello 117 en su base. El sello 117 permite la rotación libre del rotor hueco al tiempo que impide que el fluido 72A procesado pase desde la cámara 16A de salida a la cámara 16B de salida adyacente sin pasar primero por la etapa 26B de bomba. De manera similar, el sello 117 impide que el fluido 72B procesado adicionalmente en la cámara 16B de salida entre en la cámara 16A de salida. En una o más realizaciones, dicha inhibición mejora la eficiencia de la bomba eléctrica. En una o más realizaciones, el sello 117 es un sello de cepillo que comprende cerdas de sellado metálicas. En un conjunto alternativo de realizaciones, el sello 117 es un sello de cepillo que comprende cerdas de sellado que comprenden un polímero orgánico. En una de estas realizaciones, las cerdas de sellado comprenden el plástico de ingeniería, PEEK.

Con referencia a la figura 6, la figura representa una bomba eléctrica configurada como en la figura 5 para el procesamiento “ en serie” de un fluido 70 de producción, pero que comprende además, un circuito 66 de fluido de enfriamiento dedicado. En la realización mostrada, el circuito 66 dedicado de fluido de enfriamiento constituye un sistema de recirculación de fluido de enfriamiento adicional, que complementa el sistema 60 de recirculación de fluido de enfriamiento. El sistema 60 de recirculación de fluido de enfriamiento hace que una porción del fluido de producción que está siendo procesado por la bomba entre en contacto con los tres cojinetes 40 dispuestos dentro de la cavidad 23 de rotor, enfriándolos y lubricándolos de ese modo.

Con referencia a la figura 7, la figura representa un subconjunto 50 de rotor hueco-estátor proporcionado por la presente invención. En la presente memoria, el subconjunto 50 puede denominarse a veces motor eléctrico o simplemente motor. El motor 50 es adecuado para su uso en una o más realizaciones de una bomba eléctrica 10 proporcionada por la presente invención y, tal como está configurado, constituye un motor de inducción en forma de jaula de ardilla. En la realización mostrada, el motor 50 comprende un rotor hueco 20 que define una cavidad interior 23 y un estátor 30 dispuesto dentro de la cavidad 23 de rotor. El motor se muestra en sección transversal e ilustra una porción de una única sección 31 de estátor controlable de forma independiente (véanse las figuras 1-6) y un complemento 25 de producción de par correspondiente. Las ranuras 33 de estátor están configuradas para alojar los devanados del estátor (no mostrados) en una configuración de devanado distribuido. El estátor 30 y el rotor hueco 20 están soportados uno con respecto al otro por cojinetes 40 (no mostrados) que entran en contacto con una superficie interior 21 del rotor hueco y una superficie exterior 34 adecuada (véase la figura 1) del estátor. Como apreciarán los expertos en la materia, los cojinetes 40 (véanse las figuras 1-6) permiten que el rotor hueco gire con respecto al estátor fijo. En la realización mostrada en la figura 7, las secciones 25 de rotor de producción de par pueden tener la forma de barras de rotor conductoras dispuestas dentro del cuerpo del rotor hueco 20. En una o más realizaciones, dichas barras de rotor comprenden un material metálico conductor tal como aluminio o cobre. La superficie exterior 22 del rotor 20 está configurada para unirse a uno o más impulsores que pueden, por ejemplo, unirse a la superficie exterior del rotor en una o más etapas de ajuste por contracción en que se inserta un impulsor en una o más ranuras espaciadas y de tamaño apropiado de una superficie exterior caliente. En una o más realizaciones, los impulsores pueden soldarse a la superficie exterior del rotor hueco. El estátor define una pluralidad de canales 32 de enfriamiento de estátor a través de los cuales puede pasar un fluido de enfriamiento para mantener el motor dentro de un intervalo de temperatura aceptable.

Con referencia a la figura 8, la figura representa un subconjunto 50 de rotor hueco-estátor configurado como un motor interior de imanes permanentes. El subconjunto está configurado esencialmente como en la figura 7, con la excepción de que los complementos 25 de producción de par a las secciones 31 de estátor son imanes permanentes dispuestos dentro del cuerpo del rotor hueco 20. Para ser aplicable en la presente invención, el subconjunto mostrado en la figura 8 (y en cualquiera de las figuras 9-12) debe estar equipado con canales 32 de enfriamiento de estátor (véase, por ejemplo, la figura 7) configurados para acoplarse de manera fluida a un sistema 60 de recirculación de fluido de enfriamiento. El estátor 30 comprende ranuras 33 de estátor configuradas para alojar los devanados del estátor (no mostrados) en una configuración de devanado distribuido.

Con referencia a la figura 9, la figura representa un subconjunto 50 de rotor hueco-estátor configurado como un motor de imanes permanentes superficiales. En la realización mostrada, los imanes permanentes indicados como complementos 25 de producción de par están unidos a la superficie interior 21 del rotor hueco 20 y se proyectan hacia la cavidad 23 de rotor. Los imanes permanentes superficiales pueden unirse a la superficie interior 21 mediante técnicas conocidas por los expertos en la materia, tales como soldadura y/o ajuste por contracción. El estátor 30 comprende ranuras 33 de estátor configuradas para alojar los devanados del estátor (no mostrados) en una configuración de devanado distribuido.

Con referencia a la figura 10, la figura representa un subconjunto 50 de rotor hueco-estátor configurado como un motor de imanes permanentes superficiales como en la figura 9, con la excepción de que el estátor 30 comprende ranuras 33 de estátor configuradas para alojar los devanados 35 de estátor en una configuración de devanado concentrado (dentado).

Con referencia a la figura 11, la figura representa un subconjunto 50 de rotor hueco-estátor configurado como un motor de imanes permanentes insertados. En la realización mostrada, los imanes permanentes indicados como complementos 25 de producción de par para las secciones 31 de estátor controlables de forma independiente (no mostradas) se alojan mediante ranuras en la superficie interior 21 del rotor hueco 20 y no se proyectan hacia la cavidad 23 de rotor. Los imanes permanentes pueden unirse al rotor hueco mediante técnicas conocidas por los expertos en la materia, como la soldadura y/o el ajuste por contracción. El estátor 30 comprende ranuras 33 de estátor configuradas para alojar los devanados del estátor (no mostrados) en una configuración de devanado distribuido.

Con referencia a la figura 12, la figura representa un subconjunto 50 de rotor hueco-estátor configurado como un motor de reluctancia síncrona. En la realización mostrada, el cuerpo del rotor hueco comprende un complemento 25 de producción de par, que puede ser, por ejemplo, un material ferromagnético tal como hierro, níquel, cobalto y aleaciones de aluminio-níquel-cobalto, tales como el alnico. En una o más realizaciones, el rotor hueco está compuesto de un material ferromagnético y contiene un único complemento 25 de producción de par a lo largo de toda su longitud. Las ranuras 52 de ventilación dentro del cuerpo del rotor hueco proporcionan una reluctancia magnética. El estátor 30 comprende ranuras 33 de estátor configuradas para alojar los devanados del estátor (no mostrados) en una configuración de devanado distribuido. Las secciones 31 de estátor pueden controlarse mediante microcontroladores.

Los ejemplos anteriores son meramente ilustrativos y sirven para ilustrar solo algunas de las características de la invención. Los ejemplos presentados en la presente memoria son ilustrativos de realizaciones seleccionadas de entre una variedad de todas las realizaciones posibles. En consecuencia, la intención de los solicitantes es que las reivindicaciones adjuntas no estén limitadas por la elección de los ejemplos utilizados para ilustrar las características de la presente invención. La presente invención se define únicamente mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Una bomba eléctrica (10), que comprende:

(a) un rotor hueco (20) que define una superficie interior (21) de rotor, una superficie exterior (22) de rotor y una cavidad (23) de rotor;

(b) un estátor (30) que comprende una pluralidad de secciones (31) de estátor controlables de forma independiente dispuestas dentro de la cavidad (23) de rotor, en donde el rotor hueco (20) comprende (i) uno o más impulsores (24) fijados a la superficie exterior (22) de rotor, y (ii) uno o más complementos (25) de producción de par a las secciones (31) de estátor controlables de forma independiente que conjuntamente definen un motor eléctrico;

(c) una pluralidad de cojinetes (40) configurados para permitir la rotación del rotor hueco (20), estando soportados los cojinetes (40) entre la superficie interior del rotor hueco (20) y una superficie exterior del estátor (30), en donde la bomba eléctrica está configurada de tal modo que, accionada por la acción de los uno o más impulsores (24), se introduce un fluido (70) de producción en cada una de una o más entradas (14) de la bomba eléctrica hacia una trayectoria (29) de flujo de fluido definida por la superficie exterior (22) de rotor y el fluido de producción sale de la bomba eléctrica en cada una de una o más salidas (16); y

(d) un sistema (60) de recirculación de fluido que comprende:

perforaciones (62) de rotor ubicadas cerca de una o más salidas (16) de fluido para introducir fluido radialmente en la cavidad (23) de rotor, y canales (32) de enfriamiento de estátor a través de los cuales puede pasar un fluido para mantener el motor dentro de un intervalo de temperatura aceptable, en donde la bomba eléctrica está configurada de tal modo que, accionada por la acción de los uno o más impulsores (24), una porción del fluido (70) de producción fluye a través de las perforaciones (62) de rotor y a través de los canales (32) de enfriamiento de estátor y, antes de volver a la trayectoria (29) de flujo de fluido, el fluido de producción que sale de los canales (32) de enfriamiento de estátor encuentra y lubrica la pluralidad de cojinetes (40).
2. La bomba eléctrica según la reivindicación 1, en donde el estátor (30) y el rotor (20) están configurados como un motor de inducción en forma de jaula de ardilla.
3. La bomba eléctrica según la reivindicación 1, en donde el estátor (30) y el rotor (20) están configurados como un motor de imanes permanentes interiores.
4. La bomba eléctrica según la reivindicación 1, en donde el estátor (30) y el rotor (20) están configurados como un motor de reluctancia síncrona.
5. La bomba eléctrica según la reivindicación 1, en donde los uno o más impulsores (24) están configurados como una sola etapa de bomba.
6. La bomba eléctrica según la reivindicación 1, en donde los uno o más impulsores (24) están configurados como una pluralidad de etapas de bomba.
7. La bomba eléctrica según la reivindicación 1, en donde una o más de las secciones (31) de estátor comprenden devanados de estátor dispuestos en una configuración de devanado distribuido.
8. La bomba eléctrica según la reivindicación 1, en donde una o más de las secciones (31) de estátor comprenden devanados de estátor dispuestos en una configuración de devanado concentrado.
9. La bomba eléctrica según la reivindicación 1, que comprende además:

(e) uno o más difusores (124) que se extienden hacia la trayectoria (29) de flujo de fluido definida por la bomba;

en donde los uno o más impulsores (24) fijados a la superficie exterior de rotor se extienden hacia la trayectoria de flujo de fluido, y hay una pluralidad de complementos de producción de par en las secciones (31) de estátor controlables de forma independiente.
10. La bomba eléctrica según la reivindicación 9, en donde el sistema (60) de recirculación de fluido está configurado para poner el fluido en contacto con uno o más de la pluralidad de cojinetes (40).
11. La bomba eléctrica según la reivindicación 9, en donde el estátor (30) y el rotor (20) están configurados como un motor de inducción en forma de jaula de ardilla, un motor de imanes permanentes interiores, un motor de imanes permanentes superficiales y un motor de imanes permanentes insertados; un motor de reluctancia síncrona; o una combinación de dos o más de las configuraciones anteriores.
12. La bomba eléctrica según la reivindicación 9, que comprende además:

(f)una carcasa (12) de bomba.