MX2014001666A - Conjunto de cojinetes para bomba de turbina vertical. - Google Patents

Abstract

Se describe un conjunto de cojinetes para sostener un eje impulsor de una bomba se estructura con un cuerpo cilíndrico que tiene una cavidad interna que se llena con un lubricante, un conjunto de elementos que establecen un sello situado en un extremo del cuerpo cilíndrico o en ambos extremos y un elemento para igualar la presión que funciona igualando el diferencial de presión que existe entre un área dentro del cuerpo cilíndrico y fuera del cuerpo cilíndrico para prolongar la vida útil del conjunto de sellos y el conjunto de cojinetes.

Description

CONJUNTO DE COJINETES PARA BOMBA DE TURBINA VERTICAL Campo de la Invención La presente descripción se refiere a bombas de turbina verticales del tipo que se utiliza para bombear de agua u otros fluidos de pozos y sumideros, y a través de cañerías, y se refiere específicamente a un conjunto de cojinetes para sostener un eje impulsor que mueve uno o más impulsores de la bomba.

Antecedentes de la Invención Las bombas de turbina verticales se utilizan comúnmente en una variedad de industrias para bombear agua u otros fluidos de desde una fuente por debajo del nivel de superficie, como por ejemplo un pozo o sumidero. Otra aplicación común de las bombas de turbina verticales es en una configuración para esfuerzo de la presión en una cañería. Las industrias típicas en las que se utilizan las bombas de turbina verticales incluyen: agricultura, agua/aguas residuales, industrias, petróleo y gas y minería.

Las bombas de turbina verticales se pueden estructurar y configurar de varias maneras. En general, sin embargo, las bombas de turbina verticales comprenden un eje impulsor que, durante la operación de la bomba, se orienta en dirección vertical para hacer girar de manera operativa Ref . 246634 por lo menos un impulsor. Típicamente, se sitúa un motor impulsor en el extremo superior del eje impulsor orientado verticalmente , y el impulsor o los impulsores se colocan en el extremo opuesto del eje impulsor vertical. Típicamente, puede haber un impulsor de la bomba alojado en una estructura conocida en la industria como un tazón, y una bomba de turbina vertical con varios impulsores estará configurada con una serie de tazones en un conjunto, donde cada tazón aloja un impulsor.

Durante la operación, la bomba de turbina vertical se orienta verticalmente con el conjunto de tazón situado en un sumidero, pozo o tambor y el motor o medio impulsor ésta situado sobre la superficie. La rotación del impulsor o los impulsores desplaza el fluido hacia arriba a través de una cañería orientada verticalmente hacia una salida o descarga que está situada ya sea sobre la superficie o bajo tierra, dependiendo de los requerimientos de la aplicación. En ciertas aplicaciones, la bomba de turbina vertical se puede orientar formando un ángulo con la dirección vertical.

Las bombas de turbina verticales incluyen además cojinetes que rodean y sostienen al eje impulsor en su rotación. Los cojinetes están situados en posiciones variables a lo largo del eje impulsor de las bombas de turbina vertical, incluyendo entre el eje impulsor y el tazón o carcasa de la bomba, en la campana de succión, en los ejes de transmisión de la columna y en las carcasas de los sellos cerca del motor impulsor. Los cojinetes se deben lubricar para mantener una óptima operación del cojinete mientras el eje impulsor gira dentro del cojinete. Una forma de lubricación común para los cojinetes en una bomba de turbina vertical consiste en emplear como lubricante el fluido que ésta bombeando, para evitar de esa manera el uso de aceites o grasas como agentes lubricantes. Esto se realiza dirigiendo al fluido bombeado a alta presión hacia el interior de los cojinetes mediante unos canales de circulación. Un ejemplo de tales medios se describe en la patente de los EE.UU. No. 5,147,179, que describe un sistema de canales de circulación en cascada para suministrar el fluido que se bombea como lubricante a una serie de cojinetes de la sección de bombeo en una bomba multietapas .

Aunque los sistemas de lubricación del tipo descrito en la técnica anterior son satisfactorios para utilizar en aplicaciones en bombeo donde el fluido que se está bombeando en un líquido límpido o un líquido con muy bajo contenido de sólidos, tales sistemas son problemáticos en aplicaciones donde el fluido que se está bombeando contiene sólidos o materia particulada. Los sólidos presentes en el fluido que se bombea son abrasivos y causan el desgaste de las superficies adyacentes del eje impulsor que gira y el cojinete y entre los mismos. La degradación de los cojinetes da como resultado una reducción de la eficiencia del bombeo y excesiva vibración, y eventualmente la bomba se debe poner fuera de servicio para realizar significativas reparaciones.

En otros sistemas de bombeo conocidos, se utiliza un sistema de enjuague con fluido limpio para enjuagar los cojinetes para eliminar los sólidos de la superficie del cojinete. Sin embargo tales sistemas de enjuague con fluido limpio no siempre se encuentran disponibles debido a ciertos factores como la localización donde se realiza el bombeo. Además, el uso de fluido del enjuague limpio puede sumar significativos costos operacionales . También se utilizan cojinetes sellados para el eje de transmisión que comprenden un tubo cerrado para aislar a los cojinetes del eje de transmisión, y se utiliza un sistema de enjuague con fluido limpio para lubricar el cojinete. Sin embargo, aunque tales sistemas sellados de cojinetes para el eje de transmisión son útiles para el eje de transmisión, no se pueden utilizar para cojinetes en el tazón o la carcasa de la bomba.

Por lo tanto son necesarios nuevos medios para prolongar la vida útil de los cojinetes en bombas de turbina verticales, en particular cuando se las utiliza en el tratamiento de suspensiones o en otras condiciones abrasivas .

Breve Descripción de la Invención En un primer aspecto, se describen modalidades de un conjunto de cojinetes para sostener un eje impulsor dentro de una bomba de turbina vertical, donde el conjunto de cojinetes comprende: un cuerpo cilindrico con una pared continua que define un pasaje para recibir a un eje impulsor que lo atraviesa, y con una superficie exterior, una superficie interior, un primer extremo y un segundo extremo; una cavidad interna formada a lo largo de tal superficie interior del cuerpo cilindrico; un hombro anular que se extiende hacia adentro desde por lo menos uno del primer extremo y del segundo extremo, donde el hombro anular está estructurado para poder recibir y retener por lo menos un elemento que establece un sello; y un elemento para la igualar la presión formada en el cuerpo cilindrico.

El conjunto de cojinetes de este aspecto permite igualar las presiones de la cavidad interna y un área de presión fuera del cuerpo cilindrico lo que reduce de manera efectiva el desgaste que se produce convencionalmente en los elementos de sello asociados con el cojinete, prolongado de esa manera la vida útil de los elementos del sello y del conjunto de cojinetes.

En ciertas modalidades, el conjunto de cojinetes además comprende un hombro anular formado en cada uno del primer extremo y del segundo extremo del cuerpo cilindrico.

En ciertas modalidades, el conjunto de cojinetes además comprende una abertura formada a través de tal pared continua y situada de manera que provee comunicación de fluidos entre la cavidad interna y el elemento para igualar la presión.

En ciertas modalidades, el elemento para igualar la presión puede ser un canal laberíntico formado a lo largo de la superficie exterior del cuerpo cilindrico y que se extiende desde la abertura hasta uno del primer extremo o del segundo extremo del cuerpo cilindrico.

En ciertas modalidades, el elemento para igualar la presión puede ser un canal en espiral formado a lo largo de la superficie exterior del cuerpo cilindrico que rodea el cuerpo cilindrico, y formado de manera que se extiende desde a abertura hasta uno del primer extremo o del segundo extremo del cuerpo cilindrico.

En ciertas modalidades, el por lo menos un elemento que establece un sello comprende una serie de sellos de labio.

En ciertas modalidades, la cavidad interna del conjunto de cojinetes se puede llenar con un lubricante.

En segundo aspecto, se describen modalidades de una bomba de turbina vertical, que comprende: un elemento impulsor que está conectado de manera operativa a un medio impulsor para hacer girar al eje impulsor ; un elemento de carcasa que rodea al eje impulsor y provee una estructura de soporte; un cojinete situado entre el elemento de carcasa y el eje impulsor, en donde el cojinete comprende, un cuerpo cilindrico con una pared continua que define un pasaje donde se recibe al eje impulsor que lo atraviesa, y que tiene una superficie exterior, una superficie interior, un primer extremo y un segundo extremo; una cavidad interna formada a lo largo de la superficie interior del cuerpo cilindrico; un hombro anular que se extiende hacia dentro desde por lo menos uno del primer extremo y del segundo extremo, donde el hombro anular está estructurado para poder recibir y retener allí a por lo menos un elemento que establece un sello; y un elemento para igualar la presión situado entre el elemento de carcasa y el cojinete y que se encuentra en comunicación de fluidos con la cavidad interna del cuerpo cilindrico, donde el elemento para igualar la presión contiene, por lo menos en parte, cierta cantidad de lubricante; y por lo menos un impulsor conectado de manera operativa al eje impulsor para hacerlo girar. Debido a la presencia del elemento para igualar la presión, la bomba vertical de este aspecto puede proveer la capacidad de igualar la presión entre la cavidad interna del cojinete y un área de presión fuera del cojinete, lo que reduce de manera efectiva el desgaste que se produce convencionalmente en los elementos del sello asociados con el cojinete, prolongando de esa manera la vida útil de los elementos del sello y del conjunto de cojinetes.

En ciertas modalidades de la bomba de turbina vertical, el elemento para igualar la presión comprende un canal laberíntico.

En ciertas modalidades, el canal laberíntico se forma en la superficie exterior del cuerpo cilindrico.

En otras modalidades, el canal laberíntico se forma en el elemento de carcasa.

En otras modalidades de la bomba de turbina vertical, el elemento para igualar la presión comprende un canal en espiral.

En ciertas modalidades, el canal en espiral se forma en una superficie exterior del cuerpo cilindrico.

En otras modalidades, el canal en espiral se forma en el elemento de carcasa.

En un tercer aspecto, se describen modalidades de un elemento para igualar la presión para un conjunto de cojinetes de una bomba, donde el elemento comprende: un cojinete situado durante el uso entre un eje impulsor giratorio y una porción de carcasa estacionaria de la bomba, en donde el cojinete tiene una cavidad interna para retener en tal sitio a un lubricante, y tiene una abertura que se extiende desde la cavidad interna hasta un punto exterior hasta el cojinete; un elemento de canal que se extiende desde la abertura del cojinete hasta una posición exterior al cojinete, donde el elemento para igualar la presión contiene por lo menos en parte cierta cantidad de lubricante .

El elemento para igualar la presión de este aspecto permite igualar las presiones entre la cavidad interna del cojinete y un área de presión fuera del cojinete, lo que reduce de manera efectiva el desgaste que se produce convencionalmente en los elementos del sello asociados con el cojinete, prolongando de esa manera la vida útil de los elementos del sello y del conjunto de coj inetes .

En ciertas modalidades del elemento para igualar la presión, el elemento de canal se forma en una superficie exterior del cojinete.

En una modalidad alternativa del elemento para igualar la presión, el elemento de canal se forma en tal porción de carcasa estacionaria de la bomba.

En un cuarto aspecto de la presente descripción, se describen métodos para sostener un eje impulsor giratorio en una bomba, que comprenden: proveer un eje impulsor con una superficie exterior y un eje de rotación; proveer un cojinete que comprende un cuerpo cilindrico con una cavidad interna y un pasaje formado a través del cuerpo cilindrico para recibir a un eje impulsor, y que tiene por lo menos un elemento que establece un sello; proveer un elemento para igualar la presión entre el eje impulsor y el cojinete; colocar el eje impulsor a través del pasaje del cojinete para que el cojinete quede colocado alrededor del eje impulsor y para colocar el elemento para igualar la presión entre el eje impulsor y la cavidad interior del cojinete; y generar un diferencial de presión a través del cojinete que actué sobre el elemento para igualar la presión para proteger el por lo menos un elemento que establece un sello del cojinete y para aislar a la cavidad interior de un área de presión externa al cojinete.

El método de este aspecto provee medios para igualar la presión dentro de la cavidad interna del cojinete y la presión que existe fuera del cojinete para reducir de manera efectiva la magnitud del desgaste que convencionalraente ocurre en los elementos del sello asociados con el cojinete. Por lo tanto, este método prolonga la vida útil de los elementos del sello y del conjunto de cojinetes.

En otro aspecto de los métodos para sostener un eje impulsor giratorio, el cuerpo cilindrico del cojinete incluye una cavidad interna formada de manera que se orienta hacia el eje impulsor y queda situada en una posición adyacente al mismo, y donde el elemento del cuerpo cilindrico para igualar la presión incluye además un canal laberíntico en comunicación de fluidos con la cavidad interna y que se extiende desde la cavidad interna hasta una superficie exterior del cuerpo cilindrico, donde el canal laberíntico contiene cierta cantidad de lubricante, mediante lo cual, al generarse el diferencial de presión, el elemento para igualar la presión opera igualando la presión entre la cavidad interna y el exterior del coj inete .

En un quinto aspecto de la descripción, se describen métodos para armar una bomba de turbina vertical con un elemento para igualar la presión, que comprenden: proveer un eje impulsor; proveer una estructura de soporte próxima al eje impulsor ; proveer un cojinete que comprende un cuerpo cilindrico con un pasaje para recibir a un eje impulsor que lo atraviesa, y además un elemento para igualar la presión; colocar al cojinete al rededor del eje impulsor y acoplarlo con la estructura de soporte; y orientar al elemento para igualar la presión hacia un área donde se genera una mayor presión como resultado de la rotación del eje impulsor para facilitar la igualación de la presión entre un punto interno del cojinete próximo al eje impulsor y al área donde se genera una mayor presión .

El método de armado de acuerdo con este aspecto provee una bomba de turbina vertical que se estructura con capacidades de igualar la presión que prolongan la vida útil de los elementos del sello asociados con el cojinete, para proveer de esa manera condiciones operativas beneficiosas para la bomba.

En ciertas modalidades de los métodos para armar una bomba de turbina vertical, el cuerpo cilindrico del cojinete incluye una cavidad interna formada de manera que se orienta hacia el eje impulsor y queda situada en una posición adyacente al mismo, y donde el elemento del cuerpo cilindrico para igualar la presión incluye además un canal en comunicación de fluidos con la cavidad interna, que se extiende desde la cavidad interna hasta una superficie exterior del cuerpo cilindrico, donde el canal contiene una cantidad de lubricante, donde la orientación del elemento para igualar la presión hacia un área de mayor presión además comprende exponer al lubricante que se encuentra dentro del canal al área de mayor presión.

En ciertas otras modalidades, el cuerpo cilindrico del cojinete incluye por lo menos un elemento que establece un sello situado en un extremo del cuerpo cilindrico, y el método además comprende orientar el cuerpo cilindrico del cojinete para disponer el por lo menos un elemento que establece un sello orientándolo hacia el área de mayor presión .

En aun otras modalidades, la cavidad interna y el canal del elemento para igualar la presión se llenan con lubricante luego de colocar al cojinete alrededor del eje impulsor. En otras modalidades, se puede situar un lubricante en el canal del elemento para igualar la presión antes de adaptar el cojinete alrededor del eje impulsor.

En un aspecto de la presente descripción, un cojinete para utilizar en una bomba de turbina vertical se estructura de manera de proveer un mejor sellado del cojinete para protegerlo de los materiales abrasivos o sólidos para prolongar de esa manera la vida útil del cojinete y la operación de la bomba de turbina vertical.

En otro aspecto de la descripción, un cojinete para utilizar en una bomba de turbina vertical se estructura de manera de igualar la presión entre una posición interna del cojinete y el ambiente fuera del cojinete para mejorar la viabilidad de operación del cojinete, especialmente en condiciones de alta presión, y para prolongar de esa manera la vida útil del cojinete y de los elementos del sello.

El cojinete de la presente descripción comprende en general un cojinete de deslizamiento lubricado por aceite o grasa que se precarga en el cojinete al armar la bomba .

En otro aspecto de la descripción, el cojinete se estructura con sistema de aislación que aisla y protege una superficie interior del cojinete de la exposición a los fluidos abrasivos. El sistema de aislación puede comprender un elemento que estable un sello que se sitúa para aislar la superficie del cojinete de la infiltración de fluidos abrasivos, especialmente en condiciones de alta presión. En algunas modalidades apropiadas el elemento que establece un sello puede ser un conjunto de sello de labio y comprende una serie de sellos de labio dobles hechos de politetrafluoroetileno (PTFE) para incrementar la resistencia de los sellos de labio. En aún otro aspecto de la descripción, cada sello de labio del conjunto se puede estructurar de manera que tenga por lo menos un miembro de refuerzo anular para mejorar el contacto de comprensión del sello de labio con la superficie del eje, especialmente en condiciones de alta presión, y para prolongar la vida útil.

En aún otro aspecto de la descripción, el cojinete se estructura con un elemento para igualar la presión que opera igualando la presión entre una porción interna o cavidad del cojinete y el ambiente fuera del cojinete para mejorar el funcionamiento del cojinete en condiciones de alta presión. En una modalidad particularmente apropiada del elemento para igualar la presión, el cojinete se configura de manera que tenga un canal o ranura que se extiende a lo largo de la superficie del cojinete y se extiende desde una porción interior del cojinete hasta una porción exterior del cojinete. En una modalidad, el canal o ranura puede estar situado sobre una superficie exterior (que no forma parte del cojinete) del cojinete. En otra modalidad, el canal o ranura puede estar situado en la superficie de una estructura de soporte que sostiene el cojinete, como por ejemplo la carcasa exterior de cojinete.

En la porción interior del cojinete y en el canal o ranura del elemento para igualar la presión se puede cargar de antemano un lubricante, como por ejemplo grasa. La alta presión existente en el exterior del cojinete ejerce presión sobre el canal o a través del mismo, forzando de esa manera al lubricante a entrar en las regiones internas del cojinete para mantener una óptima lubricación de las superficies del cojinete. La igualación de la presión entre el interior del cojinete y el ambiente fuera del cojinete presenta el beneficio adicional de prolongar la vida del conjunto del sello o de los elementos del sello y permite que los sellos operen en aplicaciones bajo alta presión, prolongando así la vida útil del cojinete.

En otro aspecto de la descripción, el elemento para igualar la presión puede estar asociado con la superficie estacionaria que sostiene el cojinete, que también se denomina la "superficie del cojinete" o "superficie de soporte", tal como, por ejemplo, la carcasa de la bomba o las columnas del eje de transmisión. El elemento para igualar la presión puede comprender un pasaje formado en la superficie del cojinete que se extiende desde un punto próximo al interior del cojinete hasta un punto próximo al exterior del cojinete para proveer un canal que comunica con el interior del cojinete y el ambiente exterior al cojinete. Por lo tanto, la presión que existe en el exterior del cojinete se aplica sobre el canal formando en la superficie del cojinete que, a su vez, ejerce presión sobre el interior del cojinete para forzar de esa manera al lubricante a entrar en las regiones internas del cojinete para mantener una óptima lubricación de las superficies del cojinete.

El cojinete de la presente descripción presenta una mejora respecto a los sistemas de cojinete de la técnica anterior para bombas de turbina verticales porque está estructurando de una manera que prolonga la vida útil del cojinete y elimina la necesidad de proveer sistema de pasajes para el enjuague que son costosos y pueden ocluirse o desgastarse, causando de esa manera una reducción de la eficiencia de la bomba o tiempos de parada para su reparación .

Otros aspectos, características, y ventajas se harán evidentes al ver la siguiente descripción detallada tomada en conjunto con las Figuras adjuntas, que forman parte de la presente descripción y que ilustran, como ejemplos, los principios de las invenciones que se describen .

Breve Descripción de las Figuras Las Figuras adjuntas facilitan la comprensión de las diversas modalidades: La Figura 1 es una vista en perspectiva de una bomba de turbina vertical representativa del tipo en el cual se puede utilizar el cojinete de la descripción; La Figura 2 es una visita en perspectiva de cojinete de acuerdo con un aspecto de la descripción; La Figura 3 es una vista en sección transversal de la carcasa de la bomba donde se muestra el cojinete descrito en la Figura 2, dispuesto alrededor del eje impulsor de una bomba de turbina vertical; La Figura 4 es una vista ampliada de la sección transversal que se ilustra en la Figura 3; La Figura 5 es una vista en perspectiva de un cojinete de acuerdo con otro aspecto de la descripción; La Figura 6 es una vista en perspectiva del cojinete que se ilustra en la Figura 5, que se muestra como una vista del corte; La Figura 7 es una vista en sección trasversal del cojinete que se ilustra en la Figura 6; La Figura 8 es una vista en sección transversal de la carcasa de la bomba donde se muestra el cojinete que se muestra en la Figura 5 dispuesto alrededor del eje impulsor de una bomba de turbina vertical; La Figura 9 es una vista ampliada de la sección transversal que se ilustra en la Figura 8; La Figura 10 es una vista en sección trasversal de una modalidad adicional del elemento para igualar la presión de la presente descripción; La Figura 11 es una vista ampliada de la sección transversal que se ilustra en la Figura 10; y La Figura 12 es una vista en sección transversal de un aspecto adicional del elemento para igualar la presión de acuerdo con la presente descripción.

Descripción Detallada de la Invención Aunque el conjunto de cojinetes descrito aquí se puede adaptar para utilizar en un número de variedades de bombas, el conjunto de cojinetes se describe aquí con respecto a su disposición en una bomba de turbina vertical, como ejemplo. La Figura 1 muestra la estructura general de una bomba de turbina vertical multietapas del tipo en el cual se puede utilizar apropiadamente el cojinete de la descripción. La bomba de turbina vertical 10 está estructurada en general con un eje impulsor 12 que se extiende desde un primer extremo 14, que comprende un extremo por donde se impulsa, hasta un segundo extremo 16, que comprende un extremo de succión. Cerca del primer extremo 14 del eje impulsor 12 hay situado un motor impulsor (no se muestra) al cual el eje impulsor esta acoplado de manera operativa para realizar la rotación del eje impulsor. En el segundo extremo 16 del eje impulsor 12 hay situados uno o más impulsores 18, de los cuales, en la configuración multietapas que se muestra en la Figura 1 se ilustran tres.

El eje impulsor 12 se extiende desde un conjunto de cabezal de descarga 20, que incluye una salida de descarga 22, a través de uno o más caños 24 se aseguran entre sí para dotar a la bomba 10 de mayor longitud. Asegurado al extremo del caño 24 más inferior de la columna hay uno o más tazones 26 que se aseguran entre sí en serie, donde cada tazón está estructurado para alojar un impulsor 18. En configuraciones alternativas de la bomba, los tazones 26 se pueden asegurar directamente al cabezal de descarga 20. En el extremo del tazón inferior se puede conectar una campana de succión 28 u otro dispositivo adaptador para absorber el fluido hacia el interior de la bomba .

La bomba de turbina vertical 10 se puede estructurar con varios cojinetes o conjuntos de cojinetes a lo largo de la longitud del eje impulsor 12. Por ejemplo, en el primer extremo 14 o extremo por donde se impulsa la bomba, el eje impulsor 12 se extiende a través de un conjunto de cojinetes de sello 30 que sellan el conjunto de cabezal de descarga 20 para evitar que se filtre el fluido que se bombea hacia el motor impulsor. Adicionalmente , se proveen cojinetes para el eje de transmisión 32 en los puntos donde se acoplan los tramos del eje impulsor 12 y en otras localizaciones, según lo requiera el diseño. Según se describe con mayor detalle más adelante en cada uno de los tazones 26 de la bomba se proveen cojinetes. Adicionalmente, en cada campana de succión 28 se provee un cojinete de la campana de succión 34 para -sostener al eje impulsor 12. Los cojinetes de la descripción que se describen de aquí en adelante son apropiados para utilizar en cualquiera de tales localizaciones de los cojinetes, pero a continuación se describen con respecto a la posición de un cojinete en un tazón 26 de la bomba, como un uso ilustrativo .

Las Figuras 2-4 ilustran un primer aspecto del cojinete 40 de la presente descripción. El cojinete 40 comprende generalmente un cuerpo en general cilindrico 42 con una pared continua 44 de un determinado espesor T. La pared continua 44 define un pasaje central 43 a través del cuerpo cilindrico 42 dimensionado para que pueda recibir un eje impulsor 12 que lo atraviesa. La pared continua 44 tiene una superficie exterior 45 y una superficie interior 46, como se ve en las Figuras 3 y 4. La superficie interior 46 presenta una superficie adyacente, que también se denomina una almohadilla 47, a la superficie exterior 48 del eje impulsor que gira 12. La superficie exterior 45 del cojinete 40 está situada contra una estructura del soporte 49, que en la Figura 3 se muestra como el tazón 26. El cojinete 40 se puede ajusfar a presión o fijar con pernos dentro de la estructura de soporte 49 usando medios conocidos. En las figuras se muestra que el cuerpo cilindrico 42 es tubular, pero la pared exterior se puede configurar de cualquier manera para adaptar al cuerpo del cojinete a un uso o posición en particular dentro de una bomba .

El cojinete 40 se puede hacer de cualquier material apropiado, incluyendo material metálico endurecido. Las superficies adyacentes, o almohadillas 47, del cojinete 40 se pueden dotar, más apropiadamente, de un recubrimiento endurecido hecho de un material que aumenta la resistencia al desgaste del cojinete 40. Tales recubrimientos endurecidos incluyen, por ejemplo, óxido de cromo y carburo de tungsteno. Los cojinetes 40 pueden tener un diseño de una única almohadilla 47 que se muestra en las Figuras 3 y 4, que muestra un diseño de dos almohadillas 47 con dos superficies superiores 46 que proveen dos superficies del cojinete para el eje impulsor 12.

Como se puede ver mejor en las Figuras 3 y 4, en el cuerpo cilindrico 42 se forma una cavidad interna 50 en la cual se precarga un lubricante en el armado de la bomba 10. El lubricante puede ser cualquier material apropiado, como por ejemplo grasa. La grasa actúa lubricando el área de contacto entre la superficie interior 46 del co inete 40 y la superficie exterior 48 de eje impulsor 12.

El cuerpo cilindrico 42 también se configura con un hombro anular 52 que se extiende hacia dentro desde un primer extremo 54 del cojinete y un hombro anular 56 que se extiende hacia adentro desde el segundo extremo 58 de cuerpo cilindrico 42. Los hombros anulares 52, 56 se dimensionan en profundidad (medido desde el extremo 54, 58 del cuerpo cilindrico 42 hacia dentro hacia el otro extremo del cuerpo cilindrico 42) para alojar uno o más elementos del sello 59 (por lo menos uno) . En algunas modalidades se dispone solo un extremo del cojinete con un hombro equipado con un elemento que establece un sello 59 con tales características .

En una modalidad particularmente apropiada que se muestra en las Figuras, los elementos del sello 59 pueden ser una serie de sellos de labio anular 60 que rodean y entran en contacto con la superficie exterior 48 del eje impulsor 12. En una modalidad particularmente apropiada que se muestra en las Figuras 2-4, cada hombro anular 52, 56 se puede dimensionar para recibir y retener a dos sellos de labio dobles 60. Los sellos de labio 60 se pueden construir preferiblemente con un material fuerte y elástico, como por ejemplo PTFE, aunque para la construcción de los sellos de labio 60 se pueden utilizar otros materiales apropiados. Los sellos de labio 60, que se muestran en la Figura 7, también se pueden reforzar con anillos de refuerzo 62. El uso de series de sellos de labio 60 en cada hombro anular 52, 56 provee un mejor sellado del cojinete 40 contra la infiltración de suspensiones o abrasivos dentro de la superficie interior 46 del cojinete 40, especialmente ante una falla del sello de labio más externo (es decir, el sello de labio más cercano al extremo 54, 56 del cuerpo cilindrico) . Es digno de resaltar que se pueden emplear otros tipos de elementos de sello, como por ejemplo sellos mecánicos u otros medios de dispositivos de sellado, y los sellos de labio se describen aquí solo como ejemplos.

Aunque la disposición en serie de los sellos de labio prolonga la vida útil del cojinete, se descubrió que la vida útil del sello del labio y la vida del cojinete en si se pueden prolongar aun adicionalmente al proveer medios para igualar el diferencial depresión que existe entre el interior del cojinete, o la cavidad del cojinete 50, y el ambiente fuera del cojinete. Es decir, el inventor descubrió que un diferencial de presión existente entre la cavidad interior 50 del cuerpo cilindrico 42 y el área fuera del cuerpo cilindrico causa fallas en los sellos de labio debido a las fuerzas que ejerce la alta presión sobre los sellos de labio. El inventor descubrió que al proveer un elemento para igualar la presión se reduciría la presión sobre los sellos de labio, prolongando de esa manera la vida útil y la capacidad de manejar la presión de los sellos de labio.

Por lo tanto en un aspecto de la descripción, se provee un elemento para igualar la presión 64 en el cuerpo cilindrico 42 del cojinete 40. En las Figuras 2-4 se muestra un ejemplo de un elemento para igualar la presión 64. En el aspecto de la descripción que se ilustra, el elemento para igualar la presión 64 comprende un canal 65 formado en el cuerpo cilindrico 42. El canal 65 que se ilustra en las Figuras 2-4 en un canal laberíntico 66 que se extiende desde una abertura 68, formada a través del espesor T de la pared continua 44, hasta un punto de salida 70 en el segundo extremo 58 del cuerpo cilindrico 42. La abertura en la pared continua 44 provee comunicación de fluidos entre la cavidad interna 50 del cuerpo cilindrico y el canal laberíntico 66, a la vez que se mantiene cierto grado de aislación de la cavidad interna 50 del fluido bombeado durante el uso del cojinete 40 en una bomba, durante su operación.

Durante la operación de la bomba se genera un diferencial de presión a través del cojinete 40 de manera tal que la cavidad interna 50 se encuentra a una menor presión con relación a la presión que existe fuera del cojinete 40 en los extremos 54, 58 del cojinete 40, como resultado del bombeo del fluido. Al proveer un elemento para igualar la presión 64 en el cojinete 40, como por ejemplo el canal laberíntico 66, el fluido que se bombea ejerce presión sobre el canal laberíntico 66 en el punto de salida 70, forzando al fluido a entrar al canal 66. La presión resultante se ejerce sobre la grasa en el canal laberíntico 66 forzando a la grasa a permanecer en la cavidad interna 50 para lubricar las superficies adyacentes 47 de la superficie interior 46 del cuerpo cilindrico 42, en oposición al fluido que se bombea entrando en esta cavidad interna. Al mismo tiempo, la igualación de la presión que efectúa el canal laberíntico 66 reduce el diferencial presión a través de los sellos de labio 60 prolongado de esa manera la vida útil de los sellos de labio. Por lo tanto, el elemento para igualar la presión 64 facilita la prolongación de la vida útil tanto para los elementos del sello 59 como del cojinete 40 en sí.

También son apropiadas otras modalidades que operan regulando el diferencial de presión entre la cavidad interna 50 y la ambiente de la cámara de la bomba en el exterior del cojinete 40, a la vez que se mantiene a la cavidad 50 aislada del fluido bombeado en la ambiente de la cámara de la bomba. El canal laberíntico 66 que se ilustra en las Figuras es solo una configuración posible de un elemento para igualar la presión 64 que se puede emplear en el cojinete 40, y se puede emplear muchas otras posibles configuraciones o dispositivos. El canal laberíntico 66, u otro canal de una forma o configuración diferente, funcionan como un tipo de depósito, dentro o hacia afuera del cual el desplazamiento de lubricante permite igualar las presiones en la cavidad 50 y en la cámara de la bomba. Son posibles otras formas de esto. Por ejemplo, según se muestra en las Figuras 5-9, donde los elementos similares se ilustran con los mismos numerales de referencia, el elemento para igualar la presión 64 puede tener la forma de un canal en espiral 76. En esta modalidad, el canal en espiral 76 rodea la superficie exterior 45 del cuerpo cilindrico 42 y se extiende entre la abertura 68 y un punto de salida 78 próximo al extremo 58 del cuerpo cilindrico 42. También es posible emplear más de un elemento para igualar la presión 64 en el cojinete 40, y en las Figuras se ilustra un único elemento para igualar la presión 64. Es posible, por ejemplo, proveer elementos para igualar la presión en cualquiera de los extremos 54, 58 del cuerpo cilindrico 42 del cojinete 40 o en ambos.

En un aspecto adicional de la descripción, que se ilustra en las Figuras 10 y 11, en la estructura de soporte 49 se puede proveer una abertura para el lubricante 80, que se muestra en el cubo 82 de la carcasa 26 del tazón. La abertura para el lubricante 80 puede ser un accesorio Zerk que se adapta mediante una rosca dentro del cubo 82. La abertura para el lubricante 80 está situada de manera tal que puede haber una abertura 86 en la pared continua del cojinete 40 que se comunica con la cavidad 50 situada en comunicación de fluidos con la abertura para el lubricante 80 para proveer medios para inyectar lubricante a través del cubo 82 de la carcasa 26 del tazón, dentro de la abertura para el lubricante 80 y dentro de la cavidad 50 durante el armado de la bomba 10. La abertura para el lubricante 80 se coloca de tal forma que una abertura 86 en la pared continua del cojinete 40 que se comunica con la cavidad 50 puede colocarse en comunicación de fluidos con la abertura para el lubricante 80 para proveer medios para inyectar el lubricante a través del cubo 82 de la carcasa del tazón 26, en la abertura para el lubricante 80 y en la cavidad 50 durante el armado de la bomba 10. La abertura para el lubricante 80 también puede proveer cierta medida de igualación de la presión debido a la acción de fluido presurizado sobre la abertura 84 de la abertura para el lubricante 80 a través del cubo 82, que fuerza al lubricante a entrar por la abertura para el lubricante 80 hacia la cavidad 50 del cojinete 40.

En un aspecto adicional de la descripción, el elemento para igualar la presión 64 está situado entre el cojinete 40, y una estructura de soporte 49 para el cojinete 40, que se muestra por ejemplo en la Figura 12 como el cubo 82 de la carcasa 26 del tazón. En esta modalidad, en elemento para igualar la presión 64 puede tener la forma de un canal en espiral o un canal laberíntico 88, similar en su configuración al canal 66 que se muestra en la Figura 2 o la Figura 5, excepto que, en vez de formar en el canal de la superficie exterior del cojinete 40, que se muestra en las Figuras 2 y 5, tal canal se muestra en la estructura de soporte 49. El elemento para igualar la presión 64 puede ser cualquier otro dispositivo o configuración apropiados. El canal laberíntico 88 se puede cargar de antemano o llenar de otra manera con un lubricante. El canal laberíntico 88 comprende un primer extremo 90 que está situado de manera que se comunica la abertura 68 en el cojinete 40 para proveer una comunicación de fluidos con la cavidad 50 del cojinete 40, y tiene un segundo extremo 92 con salida hacia el interior 94 de la carcasa 26 del tazón. Por lo tanto, la presión en el carcasa 26 del tazón actúa sobre el canal laberíntico 88 para forzar el lubricante hacia la cavidad del cojinete 40 de la manera descrita previamente. El elemento para igualar la presión descrita previamente. El elemento para igualar la presión 64 que se muestra en la Figura 12 permite igualar las presiones a través del cojinete 40 y prolonga la vida útil de los sellos de labio 60, según se describió previamente.

El elemento para igualar la presión 64, ya sea que se encuentre en el cuerpo cilindrico 42 del cojinete 40 o en una superficie de soporte 49 para el cojinete 40, como por ejemplo en una porción de la carcasa de la bomba, se puede hacer ya sea maquinando el cojinete 40 o maquinando la porción de la carcasa usando métodos conocidos y que se utilizan en la industria. Como alternativa, el cojinete 40 o la superficie de soporte 49 se puede producir por métodos de colada, que son conocidos en la técnica.

Una bomba de turbina vertical en la cual se instala un conjunto de cojinetes de la presente descripción se arma más apropiadamente proveyendo en primer lugar una estructura de soporte, como por ejemplo la porción de la carcasa de la bomba, un cojinete y un eje impulsor. Es digno de resaltar que, la carcasa de la bomba puede ser cualquier porción en particular de la carcasa de la bomba donde sea necesario un cojinete del tipo que se describe aquí, incluyendo a la carcasa de la bomba en la junta de acople entre los tramos unidos de la carcasa de la bomba, o tazones que proveen para alojar un impulsor, u otros elementos apropiados de la carcasa de una bomba. Luego, el cojinete se sitúa acoplándolo con la estructura de soporte o la porción de la carcasa de la bomba y luego el eje impulsor se sitúa a través del cuerpo cilindrico del cojinete. El cojinete se sitúa con respecto al eje impulsor de manera tal que el elemento para igualar la presión quede orientado hacia un área donde se genera una mayor presión como resultado de la rotación del eje impulsor, durante la operación de la bomba, para facilitar la igualación de la presión entre un punto interno del cojinete próximo al eje impulsor y el área donde se genera una mayor presión. Por lo tanto, por ejemplo, el elemento para igualar la presión se orienta hacia un área déla bomba donde se ha generado un diferencial de presión durante la operación de la bomba (es decir, la rotación del eje impulsor) , mediante lo cual se iguala el diferencial de presión entre la cavidad interna 50 del cojinete 40 y un área extrema al cojinete 40.

Los datos experimentales empleando un conjunto de cojinetes según se describe en la presente descripción han demostrado un sello y rendimiento del cojinete consistentes y satisfactorios a diversas presiones (algunas de las cuales superan la calificación de presión de los sellos que se utilizaron) como resultado del elemento para igualar la presión. Se obtuvieron datos de las corridas de prueba usando una bomba de turbina vertical de cuatro etapas con seis conjuntos de cojinetes - conjunto de cojinetes en cada uno de los tazones y un conjunto de la columna. La bomba se probó a presiones, (externas a los cojinetes), de entre aproximadamente 0.3515 kg/cm2 (5 psi) , y los sellos de labio que se utilizaron tenían calificaciones entre 4.218 - 7.03 kg/cm2 (60 psi-100 psi) . El rendimiento y los patrones de desgaste de sello de labio fueron consistentes independientemente de la magnitud de la presión externa, indicando de esa manera que con los conjuntos de cojinetes se obtuvo con éxito una igualación de presiones. No se observaron fallas de los sellos de labio, indicando también que se obtuvo la igualación de presión. La operación prolongada (por ejemplo durante veinticuatro horas) reveló poco desgaste (si es que hubo alguno apreciable) en el eje y los cojinetes de deslizamiento, que es una marcada mejora respecto de las estructuras y operaciones convencionales donde la operación de la bomba durante lapsos de tiempo similares mostró cierto grado de desgaste en el eje y en los cojinetes de deslizamiento.

El cojinete de la presente descripción provee una vida útil más prolongada del cojinete y sus sub-elementos , es decir, los sellos de labio. El cojinete también provee una mejor operación de las bombas de turbina verticales eliminando de manera efectiva la necesidad de mecanismos de enjuague .

En la anterior descripción de ciertas modalidades se ha recurrido a terminología específica con el fin de dar una mayor claridad. Sin embargo, no se intenta limitar la descripción a los términos específicos seleccionados de esa manera, y se debe entender que cada término específico incluye otros equivalentes técnicos que operan de manera similar para realizar un propósito técnico similar. Se utilizan términos tales como "izquierda" y "derecha", "frente" y "atrás", "sobre" y "debajo" y otros similares, como palabras de conveniencia para proveer puntos de referencia y no se deben entender como términos limitativos.

En esta descripción, la expresión "que comprende" se debe entender en un sentido de "que solo consiste de" . Se debe atribuir un significado correspondiente a las correspondientes palabras "comprende" , "comprendido" y "que comprende" donde las mismas aparezcan.

Además, en lo anterior se describen solo algunas modalidades de las invención (es) , y a las mismas se les pueden realizar alteraciones, modificaciones, agregados y/o cambios sin apartarse del alcance y el espíritu de las modalidades que se describen, en donde tales modalidades son ilustrativas y no restrictivas.

Además, la (s) invención (es) se han descrito en conexión con lo que actualmente se consideran las modalidades más prácticas y preferidas, se debe entender que la invención no debe ser limitada a las modalidades que se describen, sino que al contrario, la intención es que la misma abarque diversas modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del espíritu y el alcance de la(s) invención (es ) . También, las diversas modalidades que se acaban de escribir se pueden implementar en conjunto con otras modalidades, por ejemplo, ciertos aspectos de una modalidad para realizar aún otras modalidades. Además cada conjunto puede construir una modalidad adicional.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (23)

REI INDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un conjunto de cojinetes para sostener un eje de impulsión dentro de una bomba de turbina vertical, caracterizado porque comprende : un cuerpo cilindrico con una pared continua que define un pasaje para recibir un eje de impulsión que lo atraviesa, y con una superficie exterior, una superficie interior, un primer extremo y un segundo extremo; una cavidad interna formada a lo largo de la superficie interior del cuerpo cilindrico; un hombro anular que se extiende hacia adentro desde al menos uno del primer extremo y el segundo extremo, el hombro anular está estructurado para recibir y retener por lo menos un elemento que establece un sello; por lo menos un elemento que establece un sello colocado en tal hombro anular; y un elemento de igualación de presión formado en el cuerpo cilindrico en comunicación fluida con la cavidad interna para facilitar la igualación de la presión entre un punto de presión próximo a la cavidad interna y un área de formación de presión aumentada próxima a por lo menos uno del primer extremo y segundo extremo .

2. El conjunto de cojinetes de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un hombro anular formado en cada uno del primer extremo y el segundo extremo del cuerpo cilindrico.

3. El conjunto de cojinetes de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende una abertura formada a través de la pared continua y colocada para proveer comunicación de fluidos entre la cavidad y el elemento de igualación de presión.

4. El conjunto de cojinetes de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el elemento de igualación de presión comprende un canal de laberinto formado a lo largo de la superficie exterior del cuerpo cilindrico y que se extiende desde la abertura a uno del primer extremo o segundo extremo del cuerpo cilindrico.

5. El conjunto de cojinetes de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque elemento de igualación de presión es un canal en espiral formado a lo largo de la superficie exterior del cuerpo cilindrico para rodear el cuerpo cilindrico, y que se extiende desde la abertura a uno del primer extremo o segundo extremo del cuerpo cilindrico.

6. El conjunto de cojinetes de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos un elemento que establece un elemento de sello que además comprende una serie de sellos de labio.

7. El conjunto de cojinetes de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la cavidad se llena con un lubricante.

8. Una bomba de turbina vertical, caracterizada porque comprende : un eje de impulsión que está operativamente conectado a medio de impulsión para girar el eje de impulsión; un elemento de carcasa que rodea el eje de impulsión y provee una estructura de soporte; un cojinete colocado entre el elemento de carcasa y el eje de impulsión, el cojinete comprende, un cuerpo cilindrico con una pared continua que define un pasaje para recibir el eje de impulsión que lo atraviesa, y con una superficie exterior, una superficie interior, un primer extremo y un segundo extremo; una cavidad interna formada a lo largo de la superficie interior del cuerpo cilindrico; un hombro anular que se extiende hacia adentro desde al menos uno del primer extremo y el segundo extremo, el hombro anular está estructurado para recibir y retener por lo menos un elemento que establece un sello en el mismo; y un elemento de igualación de presión localizado entre el elemento de carcasa y el cojinete y en comunicación de fluidos con la cavidad interna del cuerpo cilindrico, el elemento de igualación de presión contiene, al menos en parte, una cantidad específica de lubricante; y al menos un impulsor operativamente conectado al eje de impulsión para la rotación del mismo.

9. La bomba de turbina vertical de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque el elemento de igualación de presión que comprende un canal de laberinto.

10. La bomba de turbina vertical de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el canal de laberinto se forma en la superficie exterior del cuerpo cilindrico.

11. La bomba de turbina vertical de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el canal de laberinto se forma en el elemento de carcasa.

12. La bomba de turbina vertical de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque el elemento de igualación de presión que comprende un canal en espiral.

13. La bomba de turbina vertical de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el canal en espiral se forma en la superficie exterior del cuerpo cilindrico.

14. La bomba de turbina vertical de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el canal en espiral se forma en el elemento de carcasa.

15. Un elemento de igualación de presión para un conjunto de cojinetes de una bomba, caracterizado porque comprende : un cojinete colocado en uso entre un eje de impulsión rotacional y una porción de carcasa de bomba estacionaria, el cojinete con una pared interna, una cavidad interna para retener el lubricante ahí, y con una abertura que se extiende a través de la pared desde la cavidad interna a un punto exterior al coj inete; un elemento de canal que se extiende desde la abertura a través de la pared del cojinete hacia una posición exterior al cojinete, en donde el elemento de igualación de presión contiene al menos en parte una cantidad específica de lubricante .

16. El elemento de igualación de presión de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el elemento de canal se forma en una superficie exterior del coj inete .

17. E elemento de igualación de presión de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el elemento de canal se forma en la porción de carcasa de bomba estacionaria .

18. Método para sostener un eje de impulsión rotacional en una bomba, caracterizado porque comprende: proveer un eje de impulsión con una superficie exterior y un eje rotacional; proveer un coj inete que comprende un cuerpo cilindrico con una cavidad interna y un pasaje formado a través del cuerpo cilindrico para recibir un eje de impulsión, y con por lo menos un elemento que establece un sello; proveer un elemento de igualación de presión entre el eje de impulsión y el cojinete que incluye un elemento que se extiende desde la cavidad interna hacia un punto exterior al coj inete ,· colocar el eje de impulsión a través del pasaje del cojinete to posición el co inete alrededor del eje de impulsión y colocar el elemento de igualación de presión para extenderse c¡ desde la cavidad interior del cojinete a un punto exterior del cojinete; y generar un diferencial de presión a través del cojinete para actuar sobre el elemento de igualación de presión para conservar al menos un elemento que establece un sello del cojinete y para proveer aislamiento de la cavidad interior desde 0 un área de presión externa al cojinete.

19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la cavidad interna se forma para orientarse hacia y colocarse adyacente al eje de impulsión, y en donde el elemento de igualación de presión del cuerpo cilindrico 5 además incluye un canal en comunicación fluida con la cavidad interna y que se extiende desde la cavidad interna hacia una superficie exterior del cuerpo cilindrico, el canal contiene una cantidad del lubricante, por lo que, en la generación del diferencial de presión, el elemento de igualación de presión 0 opera para igualar la presión entre la cavidad interna y el exterior del co inete.

20. Método para ensamblar una bomba, caracterizado porque comprende : proveer un eje de impulsión; 5 proveer una estructura de soporte en proximidad al e e de impulsión; proveer un coj inete que comprende un cuerpo cilindrico con una pared continua y con un pasaje para recibir un eje de impulsión que lo atraviesa; proveer un elemento de igualación de presión colocado en contacto con el cuerpo cilindrico y en comunicación fluida con un punto interno al cuerpo cilindrico próximo al eje de impulsión mediante una abertura a través de la pared continua ,- colocar el cojinete alrededor del eje de impulsión y en conexión con la estructura de soporte,- y 0 orientar el elemento de igualación de presión hacia un área de formación de presión aumentada resultando de la rotación del eje de impulsión para facilitar la igualación de la presión entre el punto interno del cojinete próximo y el eje de impulsión y el área de formación de presión aumentada. 5

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el cuerpo cilindrico del cojinete incluye una cavidad interna formada para orientarse hacia y colocarse adyacente al eje de impulsión, y en donde el elemento de igualación de presión del cuerpo cilindrico además incluye un ^ canal en comunicación fluida con la cavidad interna, que se extiende desde la cavidad interna hacia una superficie exterior del cuerpo cilindrico, el canal contiene una cantidad de lubricante, en donde la orientación del elemento de igualación de presión hacia un área de presión aumentada además comprende 5 exponer el lubricante dentro del canal al área de presión aumen ada .

22. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el cuerpo cilindrico del cojinete incluye por lo menos un elemento que establece un sello colocado en un extremo del cuerpo cilindrico, el método además comprende orientar el cuerpo cilindrico del cojinete para disponer al menos un elemento de sellado hacia el área de presión aumentada.

23. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la cavidad interna y el canal del elemento de igualación de presión se llenan con lubricante después de colocar el cojinete alrededor del eje de impulsión.