MX2008009373A

MX2008009373A - Motor de desplazamiento positivo/bomba de cavidad progresiva.

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Publication number: MX2008009373A
Application number: MX2008009373A
Authority: MX
Inventors: Christopher S Podmore
Original assignee: Nat Oilwell Varco Lp
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2008-11-18
Also published as: RU2008134536A; WO2007087552A3; BRPI0707208B1; WO2007087552A2; CN101375019A; NO20083348L; US20070172371A1; CA2636730C; CA2636730A1; AU2007208087A1; BRPI0707208A2; US7828533B2; CN101375019B

Abstract

Se describe un dispositivo de cavidad progresiva. En algunas modalidades, el dispositivo incluye un estator con una superficie interna que tiene un número de lóbulos y un rotor colocado adentro del estator y que tiene un número diferente de lóbulos. Los lóbulos del estator definen un diámetro mayor y un diámetro menor, en donde el diámetro mayor circunscribe los lóbulos del estator y el diámetro menor inscribe los lóbulos del estator. Un rotor-estator definido como el diámetro mayor dividido entre el diámetro menor, se selecciona del grupo que consiste de 1.350 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene dos lóbulos, 1.263 o menos para tres lóbulos, 1.300 o menos para cuatro lóbulos, 1.250 o menos para cinco lóbulos, 1.180 o menos para seis lóbulos, 1.175 o menos para siete lóbulos, 1.150 o menos para ocho lóbulos, 1.125 o menos para nueve lóbulos y 1.120 o menos para diez lóbulos.

Description

MOTOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO/BOMBA DE CAVIDAD PROGRESIVA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona generalmente con motores de desplazamiento positivo y bombas de cavidad progresiva. Más particularmente, la presente invención se relaciona con un rotor, un estator, y un montaje de rotor-estator para una bomba de cavidad progresiva y/o un motor de desplazamiento positivo.

ANTECEDENTES Una bomba de cavidad progresiva, que comprende un rotor y un estator, transfiere un fluido por medio de una secuencia de cavidades discretas que se mueven a través de la bomba conforme el rotor gira adentro del estator. La transferencia de los fluidos de esta manera resulta en una velocidad de flujo volumétrico proporciona a la velocidad rotacional del rotor adentro del estator, y niveles relativamente bajos de cizallamiento aplicados al fluido.

Por lo tanto las bombas de cavidad progresiva se han utilizado típicamente en la dosificación de fluidos y el bombeado de fluidos viscosos o sensibles al cizallamiento. Una bomba de cavidad progresiva (PCP, por sus siglas en inglés) puede utilizarse en reversa como un motor de desplazamiento positivo, para convertir la energía hidráulica de un fluido a alta presión en energía mecánica en la forma de salida de velocidad y torque, que puede utilizarse para una variedad de aplicaciones, incluyendo la perforación del fondo del pozo. Un motor de desplazamiento positivo (PDM, por sus siglas en inglés) comprende una sección de potencia que incluye un rotor colocado adentro de un estator, un montaje de cojinetes y un eje motor. El eje motor está acoplado al rotor de la sección de potencia y es soportado por el montaje de cojinetes. El fluido es bombeado bajo presión a través de la sección de potencia, causando que el rotor gire con relación al estator, girando por lo tanto el eje motor acoplado. En general, el rotor tiene una velocidad rotacional proporcional a la velocidad de flujo volumétrico del fluido que pasa a través de la sección de potencia. Otro componente, por ejemplo, una broca para la perforación en el fondo del pozo, puede unirse al eje motor. Conforme el fluido a alta presión es bombeado a través de la sección de potencia, el movimiento giratorio es transferido del rotor a la broca a través del montaje de cojinetes y el eje motor, permitiendo que el rotor haga funcionar la broca. Una PCP o sección de potencia de un PDM generalmente incluye un rotor con forma helicoidal, hecho típicamente de acero que puede estar cromado o recubierto para la resistencia al desgaste y/o corrosión, y un estator, típicamente un tubo de acero tratado con calor revestido con un inserto elastomérico con forma helicoidal. La Figura 1 ilustra una vista en corte en perspectiva de un montaje de rotor-estator convencional (5) que comprende un rotor (10) colocado adentro del estator (20) . Este montaje de rotor-estator (5) puede emplearse como una PCP o la sección de potencia de un PDM. La Figura 2 ilustra una vista en sección transversal del montaje de rotor-estator convencional (5) descrito en la Figura 1. Como se muestra en esta Figura, el rotor (10) tiene un lóbulo menos (15) que el estator (20) . Cuando los dos componentes están montados, una serie de cavidades (25) se forma entre la superficie externa (30) del rotor (10) y la superficie interna (35) del estator (20) . Cada cavidad (25) está sellada de las cavidades adyacentes mediante líneas de sello formadas a lo largo de la línea de contacto entre el rotor (10) y el estator (20) . El centro (40) del rotor (10) está descentrado del centro (45) del estator (20) por un valor fijo conocido como la "excentricidad" del montaje de rotor-estator (5) . Durante la operación de un PDM, un fluido a alta presión se bombea en un extremo de la sección de potencia en donde llena el primer conjunto de cavidades abiertas. El diferencial de presión a través de las dos cavidades adyacente impulsa al rotor a girar. Como se indicó previamente, una PCP puede describirse como que opera a la inversa de un PDM, significando que la aplicación de la velocidad y el torque al rotor de la PCP causa que el rotor gire adentro del estator, resultando en que el fluido fluye a través de lo largo de la PCP, mientras que el fluido que fluye a través de la sección de potencia de un PDM causa que el rotor gire. En ambos tipos de montajes, las cavidades adyacentes están abiertas y llenas con fluido conforme el rotor gira. Puesto que este proceso de rotación y llenado se repite de una manera continua, el fluido fluye de manera progresiva hacia abajo del largo de la PCP o la sección de potencia del PDM. Además, conforme el rotor gira adentro del estator, el centro del rotor se mueve en un movimiento circular sobre el centro del estator. Debido a que el centro del rotor está descentrado del centro del estator, se generan fuerzas fuera del equilibrio por la rotación o nutación del rotor adentro del estator. Sin estar limitado a una teoría, se cree que entre mayor sea la excentricidad de la PCP o la sección de potencia del PDM, más altas son estas fuerzas fuera del equilibrio o centrífugas. Las fallas del montaje de rotor-estator pueden ocurrir debido a la destrucción del elastómero del estator. La falla mecánica del elastómero ocurre cuando está sobrecargado más allá de sus límites de esfuerzo y tensión, tal como puede causarse por un ajuste de alta compresión entre el rotor y el estator. La falla térmica del elastómero ocurre cuando la temperatura del elastómero excede su temperatura especificada durante un periodo prolongado. Incluso para periodos de tiempo más cortos, una temperatura del elastómero que se incrementa causa que las propiedades físicas del elastómero se debiliten, resultando en una vida acortada del elastómero. Hay varios mecanismos o modos de generación de calor que pueden elevar la temperatura del elastómero por encima de su temperatura especificada como sigue: interferencia, histéresis, fuerzas centrífugas y fuentes en el fondo del pozo. La interferencia entre el rotor y el estator es necesaria para sellar las cavidades discretas. Las fuerzas centrífugas son ejercidas en el elastómero por el rotor, conforme el rotor ñuta adentro del estator. Los efectos combinados de la interferencia, fuerzas centrífugas y el deslizamiento o frotado del rotor adentro del estator generan calor adentro del elastómero del estator, causando que la temperatura del elastómero se eleve. También, conforme el rotor ñuta adentro del estator, el elastómero se comprime y expande de manera repetida. El calor es generado por la fricción viscosa interna de las moléculas del elastómero, un fenómeno conocido como histéresis.

Además, el calor puede generarse por otras fuentes en el fondo del pozo. El calor de estos mecanismos, interferencia, fuerzas centrífugas, histéresis y otras fuentes en el fondo del pozo, pueden causar que la temperatura del elastómero se eleve por encima de su temperatura especificada, resultando en una vida acortada del elastómero o su falla. La Figura 3 ilustra un montaje de rotor-estator convencional (50) que incluye un rotor (55) adentro de un estator (60) . El estator (60) incluye además un revestimiento elastomérico (62) adentro de un alojamiento externo (65) . Este diseño convencional de rotor-estator y otros similares al mismo son propensos a las altas fuerzas centrífugas conforme el rotor (55) gira adentro del estator (60) debido a la alta excentricidad del montaje de rotor-estator (50) . Como se describió anteriormente, estas fuerzas generan calor, causando que la temperatura del elastómero se eleve durante la operación del montaje de rotor-estator (50) . Además, el diseño del elastómero por sí mismo, inhibe la capacidad del elastómero (62) de disipar el calor, debido al espesor del revestimiento y a su conductividad térmica relativamente baja. Suponiendo que todos los otros factores permanecen constantes, entre mayor sea el espesor del elastómero y menor sea su conductividad térmica, mayor será la capacidad del elastómero para mantener el calor. Se han hecho intentos para modificar el diseño convencional del elastómero del estator en un esfuerzo por reducir la retención del calor por el elastómero. La Figura 4 ilustra un estator (70) modificado, referido como un estator de pared constante, que comprende un revestimiento elastomérico (75) con un espesor reducido uniforme, en comparación con el revestimiento elastomérico (62) ilustrado en la Figura 3, adentro de un alojamiento externo (80) . Al reducir el espesor del revestimiento elastomérico (75), su capacidad para retener calor también se reduce. Sin embargo, esta modificación del diseño no trata directamente las fuentes de ese calor, las fuerzas centrífugas que resultan de la nutación del rotor adentro del estator y la excentricidad del montaje de rotor-estator. Además, esta configuración del diseño agrega complejidad a la fabricación y por lo tanto gastos, debido a la superficie interna no cilindrica o forma del alojamiento del estator (80) . Todavía más, esta configuración del diseño también limita el intervalo de aplicaciones para las cuales el alojamiento (80) puede utilizarse. Con un alojamiento que tiene una forma o superficie interna cilindrica, la configuración del lóbulo en el montaje de rotor-estator (por ejemplo, el número de lóbulos) se cambia comúnmente, simplemente reemplazando el revestimiento elastomérico en el estator, mientras que el diseño del alojamiento del estator ilustrado en la Figura 4 está limitado a la configuración del lóbulo mostrada (es decir, una configuración del estator de tres lóbulos) . Debido a las desventajas de los montajes convencionales de rotor-estator descritos anteriormente, existe la necesidad de un rotor y un estator mejorados, para utilizarse en una PCP o sección de potencia de un PDM . Tal rotor y estator mejorados, serían particularmente bien recibidos si ofrecieran el potencial de reducir la generación de calor de las fuerzas centrífugas, la retención del calor por los componentes elastoméricos (por ejemplo, el revestimiento elastomérico del estator) , si están presentes y/o los costos de fabricación, mientras se mantiene la flexibilidad de la configuración del diseño.

SUMARIO DE LA DESCRIPCIÓN Se describe un montaje de rotor-estator para una bomba de cavidad progresiva y/o motor de desplazamiento positivo, en donde el montaje de rotor-estator permite una generación de calor reducida debida a las fuerzas centrífugas causadas por la nutación del rotor adentro del estator, la retención del calor por el revestimiento elastomérico del estator, si está presente y los costos de fabricación del alojamiento del estator, mientras que se mantiene la capacidad del estator de adoptar varias configuraciones del lóbulo. En algunas modalidades, el estator incluye un alojamiento que tiene un orificio pasante que define una superficie interna, en donde la superficie interna tiene una pluralidad de lóbulos. La pluralidad de lóbulos define un diámetro mayor que circunscribe la pluralidad de lóbulos y un diámetro menor que inscribe la pluralidad de lóbulos . Una relación del estator es igual al diámetro mayor dividido entre el diámetro menor. La relación del estator se selecciona del grupo que consiste de 1.350 o menos para un estator con dos lóbulos, 1.263 o menos para un estator con tres lóbulos, 1.300 o menos para un estator con cuatro lóbulos, 1.250 o menos para un estator con cinco lóbulos, 1.180 o menos para un estator con seis lóbulos, 1.175 o menos para un estator con siete lóbulos, 1.150 o menos para un estator con ocho lóbulos, 1.125 o menos para un estator con nueve lóbulos y 1.120 o menos para un estator con diez lóbulos . En algunas modalidades, el rotor incluye una superficie externa que tiene al menos un lóbulo. El lóbulo define un diámetro mayor que circunscribe el lóbulo y un diámetro menor que inscribe el lóbulo. Una relación del rotor es igual al diámetro mayor dividido entre el diámetro menor. La relación del rotor se selecciona del grupo que consiste de 1.350 o menos para un rotor con un lóbulo, 1.263 o menos para un rotor con dos lóbulos, 1.300 o menos para un rotor con tres lóbulos, 1.250 o menos para un rotor con cuatro lóbulos, 1.180 o menos para un rotor con cinco lóbulos, 1.175 o menos para un rotor con seis lóbulos, 1.150 o menos para un rotor con siete lóbulos, 1.125 o menos para un rotor con ocho lóbulos y 1.120 o menos para un rotor con nueve lóbulos . En algunas modalidades, el dispositivo de cavidad progresiva incluye un estator y un rotor. El estator tiene una superficie interna con un primer número de lóbulos, en donde los lóbulos definen un diámetro mayor que circunscribe los lóbulos y el diámetro menor inscribe los lóbulos. El rotor está colocado adentro del estator y tiene un segundo número de lóbulos diferente del primer número de lóbulos. La relación del rotor-estator iguala al diámetro mayor dividido entre el diámetro menor. La relación del rotor-estator se selecciona del grupo que consiste de 1.350 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene dos lóbulos, 1.263 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene tres lóbulos, 1.300 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene cuatro lóbulos, 1.250 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene cinco lóbulos, 1.180 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene seis lóbulos, 1.175 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene siete lóbulos, 1.150 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene ocho lóbulos, 1.125 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene nueve lóbulos y 1.120 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene diez lóbulos. Las varias características descritas anteriormente, así como otras características del aparato descrito, serán fácilmente evidentes para aquellos con experiencia en la técnica, tras la lectura de la siguiente descripción detallada y refiriéndose a los dibujos acompañantes .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una descripción más detallada de las modalidades preferidas, se hará referencia ahora a los dibujos acompañantes, en donde: La Figura 1 describe una vista en perspectiva, en corte parcial de un montaje de rotor-estator convencional; La Figura 2 describe una vista en sección transversal de un montaje de rotor-estator convencional típico; La Figura 3 describe una vista en sección transversal de otro montaje de rotor-estator convencional típico; La Figura 4 describe una vista en sección transversal de un estator modificado, también referido como un estator de pared constante; La Figura 5 describe una modalidad de un montaje de rotor-estator con una configuración de dos en tres lóbulos, hecha de acuerdo con los principios descritos en la presente; La Figura 6 describe una modalidad ilustrativa de un estator con una configuración de cinco lóbulos, hecha de acuerdo con los principios descritos en la presente; La Figura 7 es una gráfica lineal que muestra la relación máxima del diámetro mayor del estator al diámetro menor del estator, como una función del número de lóbulos del estator para los estatores hechos de acuerdo con los principios descritos en la presente, en comparación con los estatores particulares conocidos de la técnica anterior; La Figura 8 describe una modalidad ilustrativa de un estator con una configuración de cinco, pero sin revestimiento elastomérico, de acuerdo con los principios descritos en la presente; y La Figura 9 describe una modalidad ilustrativa de un rotor con una configuración de cuatro lóbulos, de acuerdo con los principios descritos en la presente.

NOTACIÓN Y NOMENCLATURA Ciertos términos se utilizan a través de la siguiente descripción y reivindicaciones, para referirse a componentes particulares del montaje. Este documento no pretende distinguir entre los componentes que difieren en nombre pero no en función. En la siguiente discusión y en las reivindicaciones, los términos "que incluye" y "que comprende" se utilizan de una manera abierta, y por lo tanto, deben interpretarse para significar "incluyendo, de manera no exclusiva..." . Como se utiliza en la presente, y en las reivindicaciones que siguen, el término "dispositivo de cavidad progresiva" se refiere de manera colectiva a un estator con un rotor colocado adentro del mismo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Varias modalidades de un montaje de rotor-estator para un motor de desplazamiento positivo y/o una bomba de cavidad progresiva que ofrece el potencial de reducir la generación de calor causada por las fuerzas centrífugas que resultan de la nutación del rotor dentro del estator, la retención del calor por el revestimiento elastomérico del estator, si está presente, y los costos de fabricación, mientras que mantienen la flexibilidad de la configuración del diseño, de describirán ahora con referencia a los dibujos acompañantes. Los números de referencia similares se utilizan para características similares a través de las varias vistas. Se muestran en los dibujos, y en la presente se describirán con más detalle, modalidades específicas del montaje de rotor-estator con el entendimiento de que esta descripción es representativa únicamente y no pretende limitar la invención a aquellas modalidades ilustradas y descritas en la presente. Las modalidades del montaje de rotor-estator descritas en la presente pueden utilizarse en cualquier tipo de motor de desplazamiento positivo (PDM) o bomba de cavidad progresiva (PCP) . Deberá reconocerse completamente que las diferentes enseñanzas de las modalidades descritas en la presente pueden emplearse de manera separada o en cualquier combinación adecuada para producir los resultados deseados. La Figura 5 describe una vista en extremo en sección transversal, de una modalidad de un montaje de rotor-estator (100), incluyendo un rotor (102) dentro de un estator (104) . El montaje (100) puede ser una PCP o una sección de potencia de un PDM. De manera colectiva, el rotor (102) y el estator (104) , así como todos los otros montajes de rotor-estator de acuerdo con la presente descripción, son referidos en la presente como "dispositivos de cavidad progresiva". El estator (104) incluye un revestimiento relativamente delgado (105) colocado adentro del mismo y rodeado por un alojamiento externo (110) . El alojamiento externo (110) incluye una superficie interna (115) sustancialmente cilindrica que acopla la superficie externa (120) del revestimiento (105) . De manera específica, la forma y tamaño (por ejemplo, radio) de la superficie interna (115) del alojamiento (110) corresponde a la forma y tamaño (por ejemplo, radio) de la superficie externa (120) del revestimiento (105), de manera que la superficie externa (120) del revestimiento elastomérico (105) acopla de manera estática la superficie interna (120) del alojamiento (110) . Por ejemplo, puede formarse un ajuste por interferencia entre el revestimiento (105) y el alojamiento (110) . Además de, o como alternativa, el revestimiento (105) puede unirse a la superficie interna (115) del alojamiento (110) . Aunque esta configuración ejemplar del montaje de rotor-estator (100) mostrada en la Figura 5 tiene una configuración del lóbulo de dos en tres, lo que significa que un rotor de dos lóbulos (102) está colocado adentro de un estator de tres lóbulos (104) , deberá apreciarse que otras modalidades pueden incluir otros números y combinaciones de lóbulos. En general, el alojamiento del estator (110) puede comprender cualesquier materiales adecuados, incluyendo, de manera no exclusiva, metales y aleaciones de metales (por ejemplo, acero inoxidable, titanio, etc.), no metales (por ejemplo, polímeros) , compuestos (por ejemplo, compuesto de fibra de carbono y epoxi) o combinaciones de los mismos. En una modalidad, el alojamiento del estator (110) está construido de manera preferida de una aleación de acero al carbón tratada con calor. De manera similar, el revestimiento (105), puede comprender cualesquier materiales adecuados, incluyendo, de manera no exclusiva, metales y aleaciones de metal, no metales, compuestos o combinaciones de los mismos. En esta modalidad, el revestimiento (105) está construido de manera preferida de un elastómero o de caucho sintético. Así, el revestimiento (105) puede referirse en la presente como un "revestimiento elastomérico" . El estator (104) descrito en la Figura 5 puede describirse en términos de un diámetro mayor (SD) y un diámetro menor (Sd) . El diámetro mayor (SD) se define por el círculo en líneas punteadas que circunscribe los puntos o las superficies de los lóbulos (125) radialmente más externos. El diámetro menor (Sd) se define por el círculo en líneas punteadas que inscribe los puntos o superficies del revestimiento elastomérico (105) radialmente más internos. En general, la excentricidad de un montaje de rotor-estator, incluyendo el montaje de rotor-estator (100) descrito en la Figura 5, es una función del diámetro mayor SD y del diámetro menor Sd. Para un montaje de rotor-estator que comprende un estator con más de un lóbulo (por ejemplo, estator 104), la excentricidad, como se utiliza en la presente, es igual a (SD - Sd)/4. Sin estar limitado por esto o por alguna teoría en particular, para un montaje de rotor-estator que comprende un estator con un solo lóbulo, la excentricidad es igual a (SD - Sd)/2. Como se describió previamente, las fuerzas centrífugas causadas por la nutación de un rotor adentro de un estator resultan en generación de calor debida a la fricción entre el rotor y el estator. En algunos montajes convencionales de rotor-estator que incluyen un estator con un revestimiento elastomérico, la generación de calor puede causar que la temperatura del elastómero exceda su temperatura especificada. Sin estar limitado por esto o por alguna teoría particular, se cree que entre mayor sea la excentricidad del montaje de rotor-estator, mayores son las fuerzas centrífugas y la generación de calor resultantes, y mayor es el potencial de daño, avería y/o falla del revestimiento elastomérico. Así, es deseable reducir la excentricidad del montaje de rotor-estator. De acuerdo con las ecuaciones de excentricidad descritas anteriormente, la excentricidad de un montaje de rotor-estator puede disminuir al reducir la diferencia entre el diámetro mayor SD y el diámetro menor Sd del estator. En otras palabras, la excentricidad de un montaje de rotor-estator puede disminuirse reduciendo la relación SD/Sd. Las modalidades descritas en la presente tienen una relación máxima SD/Sd de 1.263 para un montaje de rotor-estator que comprende un estator de tres lóbulos, tal como el estator de tres lóbulos (100) descrito en la Figura 4. Dicho de otra manera, las modalidades descritas en la presente tienen una relación SD/Sd no mayor de 1.263 para un montaje de rotor-estator que comprende un estator de tres lóbulos. Para propósitos de comparación, un montaje de rotor-estator convencional utilizado comúnmente, que tiene un estator de tres lóbulos y un rotor de dos lóbulos, tiene una relación SD/Sd cercana a 1.65, significativamente mayor que 1.263. Además, otro rotor-estator convencional de la técnica anterior con un estator de tres lóbulos y un rotor de dos lóbulos, tiene una relación SD/Sd de 1.367, todavía mayor que 1.263. Como se describió previamente, y sin estar limitado por esto o por una teoría en particular, entre menor excentricidad de un montaje de rotor-estator, menores son las fuerzas centrífugas y la generación de calor resultante. En consecuencia, las modalidades de los montajes de rotor-estator que incluyen el estator (100) que tiene una relación SD/Sd máxima de 1.263, ofrecen el potencial de reducir las fuerzas centrífugas y la generación de calor dentro del montaje de rotor-estator, en comparación con muchos montajes convencionales de rotor-estator que tienen un estator de tres lóbulos. Además, y todavía refiriéndose a la Figura 5, deberá apreciarse que la superficie interna (115) del alojamiento del estator (110) es cilindrica, a diferencia de la sección transversal del estator de la técnica anterior descrito en la Figura 4. En general, un alojamiento del estator con una superficie cilindrica interna (por ejemplo, superficie interna (115) del alojamiento del estator (110) ) , proporciona costos de fabricación reducidos en comparación con el estator (70) de la técnica anterior, descrito en la Figura 4 y otros estatores diseñados de manera similar, que tienen superficie internas de forma más compleja (por ejemplo, una superficie trioval generalmente similar a la forma del perfil deseado del revestimiento interno). Además, un alojamiento del estator con una superficie interna cilindrica ofrece el potencial de una mayor versatilidad que un estator con una superficie interna no cilindrica. En particular, un estator con una superficie interna cilindrica puede utilizarse en varias configuraciones de los lóbulos. Por ejemplo, el revestimiento (105) del estator (104) mostrado en la Figura 5 puede retirarse y reemplazarse con otro revestimiento que tiene una configuración del lóbulo diferente (por ejemplo, un revestimiento que tiene una configuración de cuatro lóbulos) . En contraste, la superficie interna no cilindrica del estator (70) de la técnica anterior, descrita en la Figura 4, y otras configuraciones de estator similares, están limitadas a una configuración del lóbulo particular. De manera específica, cualquier revestimiento (75) insertado en el estator (70) de la técnica anterior, descrito en la Figura 4, sólo puede acomodar un rotor con no más de dos lóbulos . Aunque la superficie interna (115) del alojamiento del estator (100) mostrado en la Figura 5 es sustancialmente cilindrica y el revestimiento (105) tiene un espesor de pared no uniforme, permitiendo por lo tanto la configuración lobulada, en otras modalidades, el revestimiento (por ejemplo, revestimiento (105)), tiene un espesor de pared sustancialmente uniforme, aunque todavía permite una configuración lobulada que satisface las relaciones SD/Sd máximas preferidas descritas anteriormente. En tal modalidad, el alojamiento incluye una superficie externa no cilindrica que acopla una superficie externa no cilindrica del revestimiento. Finalmente, el revestimiento elastomérico (105) del estator (104) descrito en la Figura 5 puede hacerse significativamente más delgado que aquél de los estatores de la técnica anterior, descritos en las Figuras 2 y 3. Dado que la conductividad térmica de los materiales elastoméricos es relativamente baja (es decir, una resistencia relativamente alta a la transferencia de calor) , la cantidad de calor retenida por un revestimiento elastomérico generalmente se incrementa conforme el espesor del revestimiento se incrementa. Así, entre más delgado sea el revestimiento elastomérico, menor es la energía térmica retenida por el elastómero. Por lo tanto, el proporcionar un revestimiento elastomérico (105) más delgado, en comparación con los revestimientos de los estatores de la técnica anterior, tipificados por los estatores descritos en las Figuras 2 y 3, ofrece el potencial de reducir la retención del calor por el revestimiento elastomérico (105) , y por lo tanto, incrementar la vida del revestimiento . Aunque la modalidad del estator (104), ilustrada en la Figura 5 incluye tres lóbulos, otras configuraciones del lóbulo también son posibles. Por ejemplo, la Figura 6 describe una vista en extremo, en sección transversal, de otra modalidad de un estator (200) que incluye cinco lóbulos (205) . El estator (200) tiene una relación SD/Sd máxima de 1.25. Muchos montajes convencionales de rotor-estator, incluyendo la configuración del estator de cinco lóbulos, tienen una relación SD/Sd generalmente en el intervalo de 1.4 a 1.45. En comparación con tales diseños de cinco lóbulos, las modalidades del estator (200) tienen una relación SD/Sd reducida, y por razones similares a las descritas anteriormente, ofrecen el potencial de disminuir las fuerzas centrífugas y la energía térmica asociada, un espesor del revestimiento elastomérico y una retención del calor- reducidos, en aquellas modalidades que incluyen un revestimiento elastomérico, y costos de fabricación reducidos, mientras que mantienen la flexibilidad de la configuración del diseño para esas modalidades que tienen un estator con un revestimiento colocado adentro del aloj amiento . Otras modalidades con diferentes configuraciones del lóbulo (por ejemplo, estator de 6 lóbulos, estator de 8 lóbulos, etc.), hechas de acuerdo con los principios descritos en la presente, ofrecen el potencial de beneficios y ventajas similares. De manera específica, la Tabla 1 siguiente lista las relaciones SD/Sd máximas para una variedad de configuraciones de rotor-estator, hechas de acuerdo con los principios descritos en la presente . Como las relaciones SD/Sd listadas son las relaciones SD/Sd máximas, deberá entenderse que algunas modalidades pueden comprender relaciones SD/Sd menores que aquéllas listadas. Por ejemplo, un montaje de rotor-estator con una configuración del lóbulo de cuatro en cinco, lo que significa un rotor de cuatro lóbulos adentro de un estator de cinco lóbulos, puede tener una relación SD/Sd igual a 1.100, que es menor que el valor máximo permitido o 1.250.

Tabla 1 Refiriéndose ahora a la Figura 7, se muestra una gráfica lineal de la relación SD/Sd máxima 300 para un montaje de rotor-estator de acuerdo con los principios descritos en la presente, como una función de la configuración del lóbulo del estator de la Tabla 1. Para propósitos de comparación, las relaciones SD/Sd para ciertos montajes convencionales de rotor-estator de la técnica anterior se grafican como una función de su configuración del lóbulo del estator. La relación SD/Sd 310 es relativamente baja, mientras que la relación SD/Sd 320 es sustancialmente más alta. Como se observa en la Figura 7, los montajes de rotor-estator construidos de acuerdo con los principios descritos en la presente tienen relaciones SD/Sd menores, en comparación con estos montajes comunes de rotor-estator de la técnica anterior. Así, las modalidades de los montajes de rotor-estator que satisfacen los criterios de diseño especificados en la Tabla 1 anterior comparten una característica de diseño común, excentricidad relativamente baja (por ejemplo, relación SD/Sd relativamente baja) . Como se discutió previamente, los montajes de rotor-estator que exhiben una excentricidad reducida ofrecen el potencial de fuerzas centrífugas menores que resultan en fuerzas fuera de equilibrio menores y generación de calor reducida. Además, para aquellas modalidades que incluyen un revestimiento elastomérico (por ejemplo, Figura 5) , una excentricidad reducida permite una pared más delgada del revestimiento elastomérico, lo cual a su vez, ofrece el potencial de una retención del calor menor y una vida más larga del revestimiento elastomérico. Deberá apreciarse que los montajes de rotor-estator construidos de acuerdo con los principios descritos en la presente, pueden tener una variedad de configuraciones adecuadas (por ejemplo, con un revestimiento, sin un revestimiento, que tienen un alojamiento con una superficie interna cilindrica, etc.), pero se construyen de manera preferida de acuerdo con las relaciones SD/Sd descritas en la Tabla 1 anterior. Suponiendo que el criterio de la relación SD/Sd preferida se satisface, pueden obtenerse potencialmente beneficios adicionales, como se describió previamente, utilizando un revestimiento elastomérico del estator más delgado, un alojamiento del estator con una superficie interna cilindrica, etc. En algunas aplicaciones, sin embargo, puede ser ventajoso para el montaje de rotor-estator, estar configurado de manera que no tenga una o más de estas características de diseño adicionales. Por ejemplo, un modo de falla común en los montajes convencionales de rotor-estator es el daño o destrucción del elastómero del estator. Para eliminar eso como un modo de falla potencial, ciertas modalidades del montaje de rotor-estator diseñadas de acuerdo con la Tabla 1 se construyen de manera que el estator está libre de (o construido sin) un revestimiento elastomérico dentro del estator. En tales modalidades, el estator es un estator sólido, integral. Por ejemplo, la Figura 8 describe una vista en extremo en sección transversal de un estator (400 sin revestimiento, representativo, de acuerdo con la presente descripción, en donde el estator (400) comprende un alojamiento o cubierta (405) con cinco lóbulos (410) definidos a lo largo de su superficie interna. El estator (400) no incluye un revestimiento elastomérico . Al eliminar el revestimiento elastomérico, tales modalidades también eliminar el componente que falla más probablemente. En la ausencia de un revestimiento elastomérico, la superficie interna del estator define la configuración del lóbulo del estator y es la superficie en contacto con el rotor conforme ñuta adentro del estator. De otra manera, el montaje de rotor-estator funciona de la misma manera que las modalidades discutidas previamente. Las modalidades construidas de acuerdo con las relaciones SD/Sd máximas preferidas en la presente y mostradas en la Tabla 1, permiten una excentricidad reducida, y fuerzas centrífugas reducidas, sin importar si el estator incluye un revestimiento elastomérico. Las Figuras 6 y 8 describen modalidades representativas de los estatores construidos de acuerdo con los principios descritos en la presente. Aunque estas figuras no describen también un rotor, se entenderá que en operación, un rotor se colocará adentro de cada estator construido de acuerdo con los principios descritos en la presente, incluyendo aquéllos descritos en las Figuras 6 y 8, para formar una PCP o sección de potencia de un PDM.

Cada uno de tales rotores también se construirá generalmente de acuerdo con las relaciones SD/Sd descritas en la Tabla 1 anterior, significando que la relación del diámetro mayor del rotor al diámetro menor del rotor, cumplirá con los valores SD/Sd máximos listados en esta tabla con ligeras diferencias para proporcionar un ajuste por interferencia entre el rotor y el estator adentro del cual se colocará el rotor. El ajuste por interferencia crea las líneas de sello entre la superficie interna del estator y la superficie externa del rotor. Por ejemplo, la Figura 9 describe un rotor (500) de cuatro lóbulos construido de acuerdo con los principios descritos en la presente. En operación, se montará de manera preferida adentro de un estator de cinco lóbulos también construido de acuerdo con los principios descritos en la presente, tal como el estator (200) descrito en la Figura 6 y/o el estator (400) descrito en la Figura 8, para formar una PCP o una sección de potencia de un PDM. El rotor (500) de cuatro lóbulos descrito en la Figura 9 se construye también para satisfacer el criterio de la relación SD/Sd descrito en la Tabla 1, significando que el rotor (500) está construido de manera que la relación de diámetro mayor (505) a su diámetro menor (510) será menor que o igual a 1.263. Aunque varias modalidades de un montaje de rotor- estator de baja excentricidad para una bomba de desplazamiento positivo y/o una bomba de cavidad progresiva se han mostrado y descrito en la presente, pueden hacerse modificaciones por alguien con experiencia en la técnica sin apartarse del espíritu y las enseñanzas de la presente. Las modalidades descritas son representativas únicamente, y no pretenden ser limitantes. Muchas variaciones, combinaciones y modificaciones de las aplicaciones descritas en la presente son posibles y están dentro del alcance de la invención. En consecuencia, el alcance de protección no está limitado por la descripción expuesta anteriormente, sino que está definido por las reivindicaciones que siguen, ese alcance incluye todos los equivalentes de la materia de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES ; 1. Un estator que comprende: una superficie interna que incluye una pluralidad de lóbulos, en donde la pluralidad de lóbulos define un diámetro mayor que circunscribe la pluralidad de lóbulos y un diámetro menor que inscribe la pluralidad de lóbulos; en donde una relación del estator es igual al diámetro mayor dividido entre el diámetro menor; y en donde la relación del estator se selecciona del grupo que consiste de 1.350 o menos para un estator con dos lóbulos, 1.263 o menos para un estator con tres lóbulos, 1.300 o menos para un estator con cuatro lóbulos, 1.250 o menos para un estator con cinco lóbulos, 1.180 o menos para un estator con seis lóbulos, 1.175 o menos para un estator con siete lóbulos, 1.150 o menos para un estator con ocho lóbulos, 1.125 o menos para un estator con nueve lóbulos y 1.120 o menos para un estator con diez lóbulos. 2. El estator según la reivindicación 1, que comprende además un revestimiento, en donde el revestimiento forma la superficie interna del estator. 3. El estator según la reivindicación 2, en donde el revestimiento comprende un elastómero. 4. El estator según la reivindicación 2, que comprende además un alojamiento que tiene un orificio pasante, en donde el revestimiento se coloca adentro del orificio pasante del alojamiento. 5. El estator según la reivindicación 4, en donde el alojamiento comprende acero. 6. El estator según la reivindicación 5, en donde el alojamiento se trata con calor. 7. El estator según la reivindicación 4, en donde el alojamiento tiene una superficie interna cilindrica que acopla una superficie externa del revestimiento . 8. El estator según la reivindicación 4, en donde el revestimiento tiene un espesor de pared uniforme. 9. Un rotor que comprende : una superficie externa que tiene al menos un lóbulo, en donde el lóbulo define un diámetro mayor que circunscribe el lóbulo y un diámetro menor que inscribe el lóbulo; en donde una relación del rotor es igual al diámetro mayor dividido entre el diámetro menor; y en donde la relación del rotor se selecciona del grupo que consiste de 1.350 o menos para un rotor con un lóbulo, 1.263 o menos para un rotor con dos lóbulos, 1.300 o menos para un rotor con tres lóbulos, 1.250 o menos para un rotor con cuatro lóbulos, 1.180 o menos para un rotor con cinco lóbulos, 1.175 o menos para un rotor con seis lóbulos, 1.150 o menos para un rotor con siete lóbulos,

1.125 o menos para un rotor con ocho lóbulos y 1.120 o menos para un rotor con nueve lóbulos . 10. El rotor según la reivindicación 9, en donde el rotor comprende acero al carbón. 11. El rotor según la reivindicación 10, en donde el rotor está cromado. 1

2. El rotor según la reivindicación 9, en donde el rotor está recubierto para la resistencia al desgaste. 1

3. Un dispositivo de cavidad progresiva, que comprende: un estator que tiene una superficie interna que incluye un primer número de lóbulos, en donde el primer número de lóbulos define un diámetro mayor que circunscribe el primer número de lóbulos y un diámetro menor que inscribe el primer número de lóbulos; un rotor que incluye un segundo número de lóbulos colocado adentro del estator, en donde el segundo número de lóbulos es diferente del primer número de lóbulos; en donde una relación del rotor-estator es igual al diámetro mayor dividido entre el diámetro menor; y en donde la relación del rotor-estator se selecciona del grupo que consiste de 1.350 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene dos lóbulos, 1.263 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene tres lóbulos, 1.300 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene cuatro lóbulos, 1.250 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene cinco lóbulos, 1.180 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene seis lóbulos, 1.175 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene siete lóbulos, 1.150 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene ocho lóbulos, 1.125 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene nueve lóbulos, y 1.120 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene diez lóbulos. 1

4. El dispositivo según la reivindicación 13, en donde el estator comprende además un alojamiento externo que rodea un revestimiento interno, en donde el revestimiento interno forma la superficie interna del estator . 1

5. El dispositivo según la reivindicación 14, en donde el revestimiento interno tiene un espesor de pared uniforme. 1

6. El dispositivo según la reivindicación 14, en donde el alojamiento externo tiene una superficie interna cilindrica que acopla una superficie externa del revestimiento . 1

7. El dispositivo según la reivindicación 13, en donde el estator está hecho completamente de acero. 1

8. Un aparato que comprende: un estator que tiene una superficie interna que incluye una pluralidad de lóbulos, en donde la pluralidad de lóbulos define un diámetro mayor que circunscribe la pluralidad de lóbulos y un diámetro menor que inscribe la pluralidad de lóbulos; y un rotor colocado adentro del estator, en donde el rotor tiene una superficie externa que incluye al menos un lóbulo; en donde una relación del rotor-estator es igual al diámetro mayor dividido entre el diámetro menor,- y en donde la relación del rotor-estator se selecciona del grupo que consiste de 1.350 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene dos lóbulos, 1.263 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene tres lóbulos, 1.300 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene cuatro lóbulos, 1.250 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene cinco lóbulos, 1.180 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene seis lóbulos, 1.175 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene siete lóbulos, 1.150 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene ocho lóbulos, 1.125 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene nueve lóbulos y 1.120 o menos para un dispositivo de cavidad progresiva con un estator que tiene diez lóbulos. 1

9. El aparato según la reivindicación 18, en donde el estator está libre de un revestimiento elastomérico . 20. El aparato según la reivindicación 19, en donde el estator está hecho completamente de acero. 21. El aparato según la reivindicación 18, en donde el estator comprende un alojamiento que tiene un orificio pasante y un revestimiento elastomérico colocado adentro del orificio pasante. 22. El aparato según la reivindicación 18, que comprende además un eje acoplado al rotor, en donde el eje está sostenido por uno o más cojinetes.