ITUB20153032A1

ITUB20153032A1 - Pompa centrifuga

Info

Publication number: ITUB20153032A1
Application number: ITUB2015A003032A
Authority: IT
Inventors: Donato Antonio Ripa; Fabrizio Milone; Giulio Elicio
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl; Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2017-02-10
Also published as: JP6850790B2; US20180238332A1; CN107850075A; WO2017025414A1; JP2018523055A; EP3334941A1; US11555496B2; EP3334941B1; CN107850075B

Description

POMPA CENTRIFUGA

DESCRIZIONE

L'argomento della presente descrizione riguarda una pompa centrifuga. Nello specifico, la presente descrizione riguarda una pompa centrifuga di diffusione del tipo a cilindro in una configurazione contrapposta. Questo tipo di pompa può essere impiegato vantaggiosamente nell'industria petrolifera e del gas, nonché in qualsiasi procedimento industriale in cui sia necessario aumentare la pressione di una notevole quantità di fluido in modo continuo o in modo quasi continuo.

Inoltre, occorre notare che una pompa centrifuga è differente da un altro tipo di turbomacchine, quali i compressori. Una pompa tratta un fluido che si trova allo stato liquido, mentre un compressore agisce su un fluido che non è liquido (per esempio vapore o gas) per almeno una porzione del ciclo di lavoro.

Nello stato della tecnica, una pompa a cilindro comprende un involucro esterno, denominato "cilindro" nel gergo tecnico è un involucro interno, denominato "cartuccia". Per applicazioni ad alta pressione, la disposizione del percorso di flusso di una pompa a cilindro (quale una pompa a chiocciola API BB5 o un diffusore) è contrapposta. Ciò viene eseguito per ridurre la spinta assiale residua, per aumentare l'efficienza (dal momento che il tamburo di equilibratura sembra a metà della pressione differenziale totale) e per aumentare la stabilità rotodinamica della pompa.

Nella configurazione contrapposta, la pompa comprende due serie di giranti di bilanciamento, ciascuna con il suo rispettivo diffusore. Ciascun gruppo di giranti è denominata "fase" nel gergo tecnico. Una speciale membrana, nota come modulo di inversione, prende il flusso in uscita della prima fase e lo rilascia nello spazio vuoto tra la cartuccia e il cilindro per alimentare l'aspirazione della seconda fase. Il modulo di inversione preleva anche la portata in uscita della seconda fase e la rilascia nella flangia di uscita.

Le pompe contrapposte del tipo descritto in precedenza sono pompe a fessura radiale. Ciò significa che l'involucro interno è costituito da diffusori e membrane impilati in modo radiale. Il rotore e l'involucro interno sono assemblati durante la stessa fase alternando l'installazione di ciascuna girante con un componente statorico.

La pompa descritta in precedenza ha numerosi inconvenienti. Infatti, il modulo di inversione ha una geometria complessa, che ne richiede la realizzazione mediante colata. Pertanto, il modulo di inversione è difficile da fabbricare.

Inoltre, il modulo di inversione incorre in perdite idrodinamiche molto elevate, poiché, per via della sua geometria complessa, il fluido viene forzato in un percorso con numerose spire aventi un raggio molto piccolo.

Inoltre, non è possibile bilanciare il rotore, ma ciascuna girante deve essere bilanciata separatamente.

Infine, se le giranti vengono fissate mediante accoppiamento retraibile, il loro smontaggio è molto complicato, principalmente per via dell'inaccessibilità alla parte posteriore dell'ultima girante che è racchiusa dallo statore.

RIEPILOGO

Una prima forma di realizzazione dell'invenzione pertanto riguarda una pompa centrifuga comprendente un involucro esterno e un involucro interno racchiuso nell'involucro esterno. Inoltre, la pompa comprende almeno una prima unità e una seconda unità. Le unità sono disposte in collegamento di fluido tra loro in modo tale che la seconda unità tratti il fluido di processo scaricato dalla prima unità. Ciascuna unità comprende una pluralità di giranti aventi un asse di rotazione. Ciascuna unità comprende inoltre una pluralità di diffusori. Ciascun diffusore è disposto attorno a una rispettiva girante.

L'involucro interno comprende due semi-parti congiunte lungo un piano di collegamento contenente l'asse di rotazione. Inoltre, ciascun diffusore comprende due semi-parti congiunte lungo il piano di collegamento. La pompa centrifuga comprende inoltre un elemento di collegamento tra la prima unità e la seconda unità, l'elemento di collegamento essendo impegnato con un'ultima girante della prima unità e con un'ultima girante della seconda unità.

Una seconda forma di realizzazione riguarda una pompa centrifuga, comprendente:

una prima unità avente una prima girante configurata per ruotare attorno a un asse di rotazione, la prima unità avendo un primo ingresso e una prima uscita;

una seconda unità avendo una seconda girante configurata per la rotazione attorno all'asse di rotazione, la seconda unità avendo un secondo ingresso accoppiato a livello di fluido con la prima uscita della prima unità; e

un primo involucro disposto attorno alla prima unità e alla seconda unità, il primo involucro avendo un primo asse longitudinale parallelo all'asse di rotazione e diviso lungo il primo asse longitudinale.

La pompa centrifuga può inoltre comprendere un elemento di collegamento tra la prima uscita e il secondo ingresso, in cui l'elemento di collegamento è configurato per impegnare la prima girante e la seconda girante.

La pompa centrifuga può inoltre comprendere anche un secondo involucro esterno attorno al primo involucro.

Una terza forma di realizzazione dell'invenzione riguarda un elemento di collegamento che è configurato per congiungere una prima e una seconda unità di una pompa centrifuga. L'elemento di collegamento comprende un corpo principale. Un primo e un secondo diffusore sono inseriti nel corpo principale. I diffusori sono configurati per l'impegno con almeno un'ultima girante della prima unità e con un'ultima girante della seconda unità, rispettivamente.

In aggiunta, il corpo principale è dotato di una scanalatura che circonda almeno in parte il primo diffusore.

Ulteriori dettagli e le ulteriori forme di realizzazione specifiche fanno riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la figura 1 è una vista in sezione di una pompa centrifuga secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;

- la figura 2 è una vista in prospettiva di un dettaglio della pompa centrifuga della figura 1 ; e

- la figura 3 è una vista in sezione in prospettiva di un ulteriore dettaglio della pompa centrifuga della figura 1.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

La seguente descrizione delle forme di realizzazione esemplificative fa riferimento ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento nei diversi disegni identificano elementi uguali o simili. La seguente descrizione dettagliata non limita l'invenzione. Infatti, la portata dell'invenzione è definita dalle rivendicazioni allegate.

La seguente descrizione descrive in dettaglio una pompa centrifuga, che è una macchina che esegue un lavoro quando alimentata con energia proveniente da una fonte esterna. Nello specifico, centrifugo significa che accelera un fluido di processo in una direzione radiale dal centro verso una zona periferica. In maggior dettaglio, la forma di realizzazione specifica descritta nella presente descrizione riguarda la pompa centrifuga, che è una pompa che aumenta la pressione di un liquido di processo in tale modo. Infatti, questa pompa è di tipo contrapposto assialmente diviso. Assialmente diviso indica che i componenti esterni sono divisi lungo un piano che include l'asse di rotazione centrale. La configurazione contrapposta è una configurazione in cui la pompa comprende due sottounità che sono assemblate rivolte l'una verso l'altra. Facendo riferimento ai disegni allegati, con il numero 1 viene indicata una pompa centrifuga secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. Nello specifico, la pompa centrifuga 1 descritta qui è una pompa centrifuga assialmente divisa. Tuttavia, non si intende perdere la generalità, dal momento che tutti i concetti descritti nella presente descrizione possono essere facilmente applicati ad altre pompe centrifughe in una modalità che risulterà evidente all'esperto nella tecnica.

Nello specifico, la pompa centrifuga 1 comprende un involucro esterno 2. Un involucro interno 3 è racchiuso nell'involucro esterno 2. Come spiegato in precedenza, questo tipo di configurazione è denominato "cilindro". L'involucro esterno 2 è dotato sia di una flangia di entrata 18 sia di una flangia di scarico 19. Quando la pompa centrifuga 1 è collegata all'impianto, il fluido di processo entra attraverso la flangia di entrata 18 ed esce attraverso la flangia di scarico 19.

La pompa 1 comprende almeno una prima unità 4 e una seconda unità 100. La prima unità 4 e la seconda unità 5 sono progettate per comprimere il fluido di processo da sole e ciascuna è dotata di un rispettivo condotto di entrata 16 e un rispettivo condotto di scarico 17. Inoltre, le unità 4, 5 sono disposte in collegamento di fluido tra loro in modo tale che la seconda unità 5 tratti il fluido di processo scaricato dalla prima unità 4. In altri termini, le due unità 4, 5 funzionano in serie. Ancora in altri termini, il condotto di entrata 16 della seconda unità 5 è disposto in comunicazione di fluido diretta con il condotto di scarico 17 della prima unità 4. Occorre notare che ulteriori unità, non mostrate nei disegni allegati, possono anche essere facoltativamente fissate nella stessa modalità a valle della seconda unità 5.

Per trattare il fluido, ciascuna unità 4, 5 comprende una pluralità di giranti di 6 aventi un asse di rotazione "A". Infatti, le giranti della prima unità 4 e della seconda unità 5 sono fissate ad un albero 11, che fornisce la potenza utilizzata per comprimere il fluido di processo. Pertanto, tutte le giranti 6, 6a, 6b condividono lo stesso asse di rotazione "A".

Inoltre, per ciascuna delle unità 4, 5 è prevista una camera 9 tra l'involucro esterno 2 e l'involucro interno 3. Infatti, lo scarico 17 di ciascuna unità 4, 5 è disposto in comunicazione di fluido con la rispettiva camera 9. La camera della prima unità 4 è disposta in comunicazione di fluido con il condotto di entrata 16 della seconda unità 5. La camera 9 della seconda unità 5 è disposta in comunicazione di fluido con la flangia di scarico 19 della pompa centrifuga 1.

In maggiore dettaglio, l'involucro interno 3 comprende due semi-parti 3a. Queste semi-parti 3a sono unite lungo un piano di collegamento, che può contenere l'asse di rotazione "A".

L'involucro esterno 2, d'altra parte, comprende un corpo principale 2a e un coperchio 2b. Tipicamente, il corpo principale 2a è cavo, può essere di forma cilindrica e con un lato aperto. Il coperchio 2b ha una forma che è complementare a quella del corpo principale 2a ed è progettato per impegnare il corpo principale 2a in modo che possa essere chiuso a tenuta una volta che la parte esterna della pompa centrifuga 1 è assemblata all'interno del corpo principale 2a.

La pompa centrifuga 1 comprende un elemento di collegamento 7 tra la prima unità 4 e la seconda unità 5. L'elemento di collegamento 7 ha la funzione di congiungere strutturalmente la prima unità 4 e la seconda unità 5. Infatti, un'ultima girante 6a della prima unità 4 è impegnata con l'elemento di collegamento 7. Inoltre, un'ultima girante 6b della seconda unità 5 è impegnata con l'elemento di collegamento 7.

Facendo riferimento alla figura 2, l'elemento di collegamento 7 comprende un corpo principale 10. Un primo diffusore 8a e un secondo diffusore 8b sono inseriti nel corpo principale 7. Il primo diffusore 8a è disposto attorno all'ultima girante 6a della prima unità 4. Analogamente, il secondo diffusore 8b è disposto attorno all'ultima girante 6b della seconda unità 5. Il primo diffusore 8a è disposto in comunicazione di fluido con la camera 9 della prima unità 4 il secondo diffusore 8b è disposto in comunicazione di fluido con la camera 9 della seconda unità 5.

Occorre notare che ciascuna unità 4, 5 comprende una pluralità di ulteriori diffusori 20 per le sue altre giranti 6. Infatti, ciascun ulteriore diffusore 20 è disposto attorno a una rispettiva girante 6. Ciascun ulteriore diffusore 20 comprende due semi-parti 20a congiunte lungo il piano di collegamento.

Occorre notare che il corpo principale 10 è dotato di una scanalatura 12 che circonda almeno in parte il primo diffusore 8a. Analogamente, il corpo principale 10 è dotato di un ulteriore scanalatura 13 che circonda almeno in parte il secondo diffusore 8b. Ciascuna scanalatura 12, 13 è disposta in comunicazione di fluido con la sua rispettiva camera 9 e lo scarico 17, in modo tale che per ciascuna unità 4, 5 il fluido di processo esca dallo scarico 17, fluisca nella scanalatura 12, 13 attraverso il rispettivo diffusore 8a, 8b ed entri nella camera 9.

Infatti, una tenuta 14 è disposta tra la scanalatura 12 e le ulteriori scanalature 13. Nell'area della tenuta 14, l'involucro esterno 3 è disposto in contatto con l'involucro esterno 2, separando effettivamente le camere 9 di ciascuna unità 4, 5.

In maggiore dettaglio, il corpo principale 10 è configurato per definire almeno in parte l'involucro interno 3 descritto in precedenza della pompa centrifuga 1. In altri termini, il corpo principale 10 fa parte dell'involucro interno 3 della pompa centrifuga 1 e così comprende anche due semiparti 10a, fissate ciascuna a una rispettiva semi-parte 3a dell'involucro esterno 3. Preferibilmente, ciascuna semi-parte 10a del corpo principale 10 è realizzata come un singolo pezzo con una rispettiva semi-parte 3a dell'involucro interno 3. Infatti, anche il primo diffusore 8a e il secondo diffusore 8b possono essere realizzati come un singolo pezzo con il corpo principale 10.

Facendo riferimento alla figura 1, la pompa centrifuga 1 comprende anche un condotto 15, che è disposto in comunicazione di fluido con la camera 9 della prima unità 4 e con il condotto di entrata 16 della seconda unità 5.

Infatti, il condotto 15 è disposto esternamente rispetto all'involucro interno 3. Nella forma di realizzazione mostrata nei disegni, il condotto 15 è integrato nell'involucro esterno 2. Vantaggiosamente, in questo modo la pressione del fluido di processo all'interno del condotto 15 avvicinerà tra loro le due semi-parti 3a dell'involucro interno 3. Pertanto, la giunzione delle due semi-parti 3a non deve supportare un grande carico. Per esempio, se la giunzione delle due semi-parti 3a viene eseguita con viti (o bulloni), allora sono sufficienti viti (o bulloni) più piccole per questa applicazione, grazie al contributo della pressione dall'interno del condotto 15.

Nelle forme di realizzazione alternative, non mostrate nei disegni, il condotto 15 può essere separato dall'involucro esterno 2 e almeno in parte, può correre esternamente rispetto all'Involucro esterno 2.

Il riferimento in tutta la descrizione a "una forma di realizzazione" indica che un elemento caratteristico, una struttura o una caratteristica particolare descritti relativamente ad una forma di realizzazione sono inclusi in almeno una forma di realizzazione dell'argomento descritto. Pertanto, la presenza dell'espressione "in una forma di realizzazione" in vari punti in tutta la descrizione non fa necessariamente riferimento alla stessa forma di realizzazione. Inoltre, i particolari elementi caratteristici, le particolari strutture o caratteristiche possono essere combinati in qualsiasi modo adatto in una o più forme di realizzazione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Pompa centrifuga (1), comprendente: un involucro esterno (2); un involucro interno (3) racchiuso nell'involucro esterno (2); almeno una prima unità (4) e una seconda unità (5) disposte in comunicazione di fluido tra loro, ciascuna unità (4, 5) avendo un condotto di entrata (16) e un condotto di scarico (17), il condotto di entrata (16) della seconda unità (5) essendo accoppiato al condotto di scarico (17) della prima unità (4), ciascuna unità (4, 5) comprendendo una pluralità di giranti (6, 6a, 6b) aventi un asse di rotazione (A) e una pluralità di diffusori (20), posti ciascuno attorno a una rispettiva girante (6); l'involucro interno (3) comprendendo due semi-parti (3a) congiunte lungo un piano di collegamento contenente l'asse di rotazione (A); in cui ciascun diffusore (20) comprende due semi-parti (20a) congiunte lungo il piano di collegamento, la pompa centrifuga (1) comprendendo un elemento di collegamento (7) tra la prima unità (4) e la seconda unità (5), l'elemento di collegamento (7) essendo impegnato con un'ultima girante (6a) della prima unità (4) e con un'ultima girante (6b) della seconda unità (5).
2. Pompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto elemento di collegamento (7) comprende un corpo principale (10); un primo diffusore (8a) e un secondo diffusore (8b) inserito nel corpo principale (10) e disposto attorno all'ultima girante (6a, 6b) rispettivamente della prima unità (4) e della seconda unità (5).
3. Pompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui ciascuna unità (4, 5) ha una camera (9) tra l'involucro esterno (2) e l'involucro interno (3); il primo diffusore (8a) e il secondo diffusore (8b) essendo disposti in comunicazione di fluido con la camera (9) della prima unità (4) e della seconda unità (5) rispettivamente.
4. Pompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione precedente, comprendente inoltre un condotto (15) disposto in comunicazione di fluido con la camera (9) della prima unità (4) e con il condotto di entrata (16) della seconda unità (4).
5. Pompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui il condotto (15) è disposto esternamente rispetto all'Involucro interno (3).
6. Pompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui il condotto (15) è integrato nell'involucro esterno (3).
7. Pompa centrifuga (1) secondo una qualsiasi rivendicazione da 3 a 6, comprendente inoltre una flangia di scarico (19) disposta sull'involucro esterno (2); la camera (9) della seconda unità (5) essendo disposta in comunicazione di fluido con la flangia di scarico (17).
8. Pompa centrifuga (1) secondo una qualsiasi rivendicazione da 2 a 7, in cui il corpo principale (10) comprende due semi-parti (10a), realizzate ciascuna come un singolo pezzo con una rispettiva semi-parte (3a) dell'involucro interno (3).
9. Elemento di collegamento (7) configurato per congiungere una prima unità (4) e una seconda unità (5) di una pompa centrifuga (1), comprendente un corpo principale (10); un primo diffusore (8a) e un secondo diffusore (8b) inseriti nel corpo principale (10) e configurati per l'impegno con almeno un'ultima girante (6a) della prima unità (4) e con un'ultima girante (6b) della seconda unità (5) rispettivamente; in cui il corpo principale (10) è dotato di una scanalatura (12) che circonda almeno in parte il primo diffusore (8a).
10. Elemento di collegamento (7) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto corpo principale (10) è dotato di un ulteriore scanalatura (13) che circonda almeno in parte il secondo diffusore (8b).
11. Elemento di collegamento (7) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui il corpo principale (10) è configurato per definire almeno in parte un involucro interno (3) della pompa centrifuga (1).