ITMI951864A1 - Pompa a doppia vite perfezionata particolarmente adatta al pompaggio di fluidi bifase in ambiente sottomarino - Google Patents

Abstract

Pompa a doppia vite, in cui le quattro viti elicoldali sono disposte verticalmente e vengono alimentate con fluido bifase alle loro due estremità, indipendentemente l'una dall'altra, tramite un ripartitore di flusso ed in cui i due alberini delle viti sono provvisti ciascuno di una foratura centrale assiale che collega la camera di mandata della pompa con una serie di canalizzazioni radiali che sfociano sulla cresta dei singoli denti delle viti. E' descritto un ripartitore di flusso preferenziale.

Description

Descrizione

La presente invenzione concerne una pompa a doppia vite che, garantendo in aspirazione delle alimentazioni alle due estremità della pompa stessa sempre perfettamente uguali in contenuto di gas, nonché la tenuta liquida tra le viti e la parete della camera di pompaggio del corpo pompa, anche in fase transitoria di pompaggio di solo gas, consente un efficace e sicuro pompaggio di un fluido bifase pure con la pompa in posizione verticale, ciò che la rende particolarmente adatta ad applicazioni sottomarine .

Come noto, una pompa a vite è sostanzialmente una pompa rotativa in cui lo spostamento meccanico positivo del fluido, in genere un liquido, dall'aspirazione alla mandata, viene ottenuto lungo una cavità elicoidale creata dall'ingranamento di una coppia di viti elicoidali in presa tra loro e mosse in sincronismo, la tenuta tra i denti della coppia di viti e la parete della camera di pompaggio del corpo pompa essendo assicurata da un velo dello stesso liquido centrifugato. Al fine, poi, di bilanciare le spinte assiali esercitate dallo spostamento del fluido, secondo una realizzazione preferenziale dello stato della tecnica, viene utilizzata la cosiddetta "twin-screw pump", cioè una pompa con una doppia coppia di viti elicoidali sincronizzate, collegate coassialmente in serie tra loro e dotate di eliche opposte. In detta pompa, infatti, l'aspirazione unica viene suddivisa, all'interno del corpo pompa, in due alimentazioni delle due estremità contrapposte della pompa per cui, date le filettature opposte delle due coppie di viti, si hanno due flussi di fluido, in direzioni opposte, verso la zona centrale o di mandata della pompa, che creano un bilanciamento delle forze di spinta assiale.

Ora, una siffatta pompa nota viene generalmente utilizzata orizzontalmente, cioè con l'asse di simmetria della pompa sistemato in orizzontale, e presenta una efficienza elevata, tanto più alta quanto maggiore è la precisione costruttiva e di montaggio della pompa.

D'altra parte, detta pompa nota, nel pompaggio di liquidi, può essere pure utilizzata verticalmente, che, come noto, è la disposizione ottimale e più congeniale per una installazione sottomarina di una pompa.

Attualmente c'è però una grande richiesta per una pompa che sia in grado di funzionare efficacemente con miscele bifase di liquidi e gas, da utilizzare sul fondo marino per il pompaggio diretto di pozzi petrolìferi offshore, senza l'ausilio delle costose piattaforme .

La succitata pompa a doppia vite è già intrinsecamente in grado dì pompare non solo del lìquidi, ma anche delle miscele bifase dì liquidi e gas.

In questa particolare applicazione, essa deve però essere inevitabilmente disposta solo orizzontalmente in quanto una sua eventuale sistemazione verticale creerebbe una divisione netta della miscela, con il liquido che, per gravità, si stabilirebbe all'estremità inferiore di alimentazione della pompa ed il gas che invece si stabilirebbe all'estremità superiore di alimentazione della pompa stessa, con la conseguenza che la coppia dì viti superiore, attraversata dal solo gas e quindi non raffreddata dal liquido, si surriscalderebbe e gripperebbe.

Inoltre, la suddetta pompa nota, anche in posizione orizzontale, non può assolutamente funzionare in presenza di solo gas, come non di rado si verifica nei pozzi petroliferi, in quanto l'assenza di una fase liquida, che, come già detto, è quella che determina il velo liquido centrifugato di tenuta, pregiudica la tenuta stessa in corrispondenza delle viti e la pompa si disinnesca e smette di funzionare .

Invero, a quest'ultimo inconveniente si è cercato di porre rimedio con dei sotterfugi, quale quello di dotare la mandata della pompa di un generatore di battente dì fase liquida che accumula il liquido da utilizzare per la sostentazione o la realizzazione di una tenuta, ma anche una siffatta soluzione non ha risolto compiutamente il problema in presenza di frazioni di vuoto molto elevate, dove con frazione di vuoto si intende il rapporto tra la quantità di gas presente nella miscela e la quantità di miscela aspirata.

Scopo della presente invenzione è appunto quello di ovviare ai suddetti inconvenienti e di fornire quindi una pompa a vite, del tipo a doppia vite, che sìa perfettamente funzionante, in posizione verticale, nel campo bifase di miscele liquido-gas, anche in assenza della fase lìquida.

Ciò viene sostanzialmente conseguito per il fatto che l'alimentazione delle due estremità contrapposte, superiore ed inferiore, della pompa o bocche dì alimentazione viene fatta separatamente tramite un ripartitore di flusso interposto tra il condotto unico di aspirazione e le dette bocche di alimentazione e per il fatto che gli alberini delle viti sono provvisti di una foratura centrale assiale collegante tra loro e con la bocca di mandata della pompa una serie di canalizzazioni radiali che sfociano sulle creste dei singoli denti.

In tal modo, infatti, si è garantiti che le due bocche di alimentazione della pompa vengano sempre rifornite di quantità di fluido perfettamente uguali in contenuto di gas, anche con la pompa disposta verticalmente, e che una minima quantità di liquido immagazzinata nel generatore di battente di fase liquida, situato sulla bocca dì mandata, sospìnta dalla pressione di mandata entro la detta foratura centrale e le dette canalizzazioni, crea una efficace tenuta lìquida che consente il pompaggio anche della sola fase gassosa.

In definitiva, la pompa a doppia vite, comprendente un condotto di aspirazione del fluido che sì collega a due bocche di alimentazione del fluido poste rispettivamente alle due estremità dì una doppia coppia di viti elicoidali, le viti di ogni coppia essendo ingranate tra loro ed i loro alberini connessi coassialmente in serie con quelli dell'altra coppia, in cui le viti sono ruotate in sincronismo, da un motore, entro una camera di pompaggio e l'elica di una coppia è opposta a quella dell'altra coppia in modo da convogliare i flussi dalle dette bocche di alimentazione nel centro della detta camera di pompaggio ove è prevista una camera di mandata la cui bocca è collegata ad un generatore di battente di fase liquida, è caratterizzata, secondo la presente invenzione, dal fatto che la detta doppia coppia di viti elicoidali è disposta verticalmente, il detto condotto di aspirazione del fluido si collega alle dette due bocche di alimentazione del fluido, con condotti separati, attraverso un ripartitore di flusso e che ciascuno dei due alberini della detta doppia coppia di viti elicoidali è provvisto di una foratura centrale assiale collegante tra loro e con la detta camera di mandata una serie di canalizzazioni radiali che sfociano nella cresta dei singoli denti delle dette viti elicoidali.

Secondo, poi, una realizzazione preferenziale della presente invenzione, il detto ripartitore di flusso è costituito da un barilotto orizzontale di espansìone/separazione, connesso su di un fianco al detto condotto di aspirazione e provvisto longitudinalmente, nella sua mezzaria, di una parete divisoria interna verticale creante due camere uguali le quali vengono connesse, sull'altro fianco del barilotto, rispettivamente alle dette due bocche di alimentazione del fluido nella pompa.

In tal modo, infatti, nel detto barilotto avviene la separazione delle fasi della miscela bifase fornita dal condotto di aspirazione, con il gas che si stabilizza nella parte superiore del barilotto ed il liquido che si stabilizza nella parte inferiore; d'altra parte la parete divisoria suddivide perfettamente in due parti uguali la miscela, cosicché si è garantiti che le dette bocche di alimentazione della pompa vengano rifornite di una uguale composizione di fluido, anche se disposte ad altezze diverse.

li1invenzione viene ora meglio chiarita con riferimento ai disegni allegati che illustrano una forma preferenziale di realizzazione pratica data a solo titolo esemplificativo ma non limitativo in quanto varianti tecniche o costruttive potranno essere sempre apportate senza uscire dall'ambito della presente Invenzione.

In detti disegni:

la Flg. 1 mostra una vista frontale parzialmente sezionata di una pompa a doppia vite realizzata secondo l'invenzione;

la Fig. 2 è una vista in sezione laterale del ripartitore di flusso secondo l'Invenzione, fatta secondo la linea A-A di Fig. 1.

Con riferimento alle Figure, con 1 viene indicato il corpo pompa verticale, di forma sostanzialmente cilindrica, che viene chiuso inferiormente dal serbatoio dell'olio di lubrificazione 2 e superiormente dal motore elettrico 3, con eventuale riduttore. Il motore 3 fa ruotare in sincronismo due coppie di viti elicoidali disposte verticalmente, rispettivamente 4 e 5, entro una camera di pompaggio 6 pure verticale e delimitata dalla parete cilindrica 7 disposta coassialmente entro il corpo pompa 1. Le viti elicoidali 8 e 9 della coppia di viti superiore 4 sono in presa tra loro ed 1 loro alberlni 10 ed 11 sono connessi coassialmente in serie con i corrispondenti alberlni 12 e 13 dell'altra coppia di viti inferiore 5, le cui viti elicoidali 14 e 15 sono pure in presa tra loro. L'elica della coppia di viti superiore 4 è opposta a quella della coppia di viti inferiore 5 in modo, come si vede chiaramente nella Fig. 1, da convogliare entrambi i flussi, rispettivamente dall'estremità superiore della camera di pompaggio o bocca di alimentazione superiore 16 e dall'estremità inferiore o bocca di alimentazione inferiore 17, verso il centro 18 della detta camera dì pompaggio 6. Detto centro 18 comunica, tramite le luci 19 e 20 ricavate nella detta parete cilindrica 7, con una camera di mandata 21 la cui bocca di mandata 22, ricavata nel corpo pompa 1, è collegata, tramite il condotto 23, ad un generatore di battente di fase lìquida 24. Detto generatore 24 è sostanzialmente un tubo deviatore del flusso verso l'alto 25, che mantiene sul fondo 26 un battente liquido 27. La camera di mandata 21 definisce poi, tra il corpo pompa 1 e la parete esterna della camera dì pompaggio 6, una camera superiore 28 in comunicazione con la detta bocca di alimentazione superiore 16 ed una camera inferiore 29 in comunicazione con la detta bocca di alimentazione inferiore 17. La camera 28, attraverso la luce 30 ricavata nel corpo pompa 1 ed il condotto 31, comunica con la camera 32 di un ripartitore di flusso 33, costituito da un barilotto orizzontale di espansione/separazione 34, connesso al condotto di aspirazione 35. Detto barilotto orizzontale 34 è provvisto internamente, nella sua mezzaria, di una parete divisoria longitudinale 36 che divide equamente la detta camera 32 dalla camera 37 che, attraverso il condotto 38 e la luce 39 ricavata nel corpo pompa 1, è collegata alla detta camera inferiore 29.

Infine, i due alberini 10,12 e 11,13 sono provvisti ciascuno di una foratura centrale, rispettivamente 40 e 41, che comunica con il detto centro 18 e quindi con il battente liquido 27 del generatore 24, ed è provvista di una serie di canalizzazioni radiali 42 che sfociano sulla cresta dei singoli denti delle viti elicoidali.

Claims (2)

1. Rivendicazioni 1. Pompa a doppia vite, comprendente un condotto dì aspirazione del fluido che si collega a due bocche di alimentazione del fluido poste rispettivamente alle due estremità di una doppia coppia di viti elicoidali, le viti di ogni coppia essendo ingranate tra loro ed i loro alberini connessi coassialmente in serie con quelli dell'altra coppia, in cui le viti sono ruotate in sincronismo, da un motore, entro una camera di pompaggio e l'elica di una coppia è opposta a quella dell'altra coppia in modo da convogliare i flussi dalle dette bocche di alimentazione nel centro della detta camera di pompaggio ove è prevista una camera di mandata la cui bocca è collegata ad un generatore di battente di fase liquida, caratterizzata dal fatto che la detta doppia coppia di viti elicoidali è disposta verticalmente, il detto condotto di aspirazione del fluido si collega alle dette due bocche di alimentazione del fluido, con condotti separati, attraverso un ripartitore di flusso e che ciascuno dei due alberini della detta doppia coppia di viti elicoidali è provvisto di una foratura centrale assiale collegante tra loro e con la detta camera di mandata una serie di canalizzazioni radiali che sfociano sulla cresta dei singoli denti delle dette viti elicoidali.
2. 2. Pompa a doppia vite secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il detto ripartitore di flusso è costituito da un barilotto orizzontale di espansione/separazione, connesso su di un fianco al detto condotto di aspirazione e provvisto longitudinalmente, nella sua mezzaria, di una parete divisoria interna verticale creante due camere uguali le quali vengono connesse, sull’altro fianco del barilotto, rispettivamente alle dette due bocche di alimentazione del fluido nella pompa.