BRPI0917338B1

BRPI0917338B1 - bomba de cavidade progressiva

Info

Publication number: BRPI0917338B1
Authority: BR
Inventors: Ree Sigurd
Original assignee: Agr Subsea As; Enhanced Drilling As
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2019-11-26
Also published as: NO329714B1; US20110150689A1; WO2010021549A1; BRPI0917338A2; US8613608B2; NO20083616L

Abstract

bomba de cavidade progressiva descreve-se uma bomba de cavidade progressiva que compreende pelo menos um rotor helicoidal interno com z partidas de rosca externa e pelo menos um rotor externo adaptado com uma cavidade helicoidal com z+1 partidas de rosca interna, em que pelo menos um rotor externo (1, 3) é montado com diversos insertos de rotor concêntricos (109 a 113, 307 a 311) seguindo axial e proximamente um após o outro, com cavidades helicoidais e z+1 partidas de rosca interna, em cada inserto de rotor é proximamente circundado por e concentricamente fixado a uma manga rígida de rotor comum (101, 301) e, existe conectado de forma destacável à manga de rotor, pelo menos uma peça de extremidade removível (102, 302, 303) com um orifício principalmente concêntrico que se estende através do mesmo axialmente, e que o orifício passante da peça de extremidade (102) ou das peças de extremidade (302, 303) forma uma transição gradual (106, 306, 312) entre uma seção transversal principalmente circular mais distante (135, 313, 314) e uma seção transversal adaptada às cavidades helicoidais dos insertos de rotor próximos às mesmas (109, 307, 311).

Description

“BOMBA DE CAVIDADE PROGRESSIVA [001] A presente invenção refere-se a uma bomba de cavidade progressiva com rotores externo e interno destinado a velocidades rotacionais relativamente altas e grande altura de içamento com pequenas vibrações. A invenção indica uma possível padronização com poucas versões dos principais elementos da bomba e diversos elementos trocáveis de rotor com interfaces padronizadas, mas com seção(s) cruzada (s) helicoidal(s) externa e/ou interna adaptada(s) para a composição química, altura de içamento e viscosidade característica do meio de bombeamento da aplicação mais relevante a qualquer instante. A partir da invenção, também aparece um método de limitação dos diâmetros internos necessários dos rolamentos e vedações dinâmicas do rotor externo.

[002] As bombas de cavidade progressiva, também denominadas mono bombas, bombas PCP ou bombas Moineau, são um tipo de bombas de deslocamento que está comercialmente disponível em diversos projetos para diferentes aplicações. Em particular, estas bombas são populares para bombear meios de alta viscosidade. Tipicamente, tais bombas incluem um rotor helicoidal usualmente metálico (no qual segue o denominado rotor interno) com número Z de roscas paralelas (nas quais segue as denominadas partidas de rosca), em que Z é qualquer número inteiro positivo. O rotor opera, tipicamente, em um estator em formato de cilindro com um núcleo de um material elástico, uma cavidade que se estende axialmente através do mesmo se formando com partidas rosqueadas internas (Z+l). A razão de

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2/23 passo entre o estator e rotor deveria ser, então, (Z + 1)/Z, em que o passo é definido como o comprimento entre cristas de rosca adjacente da mesma partida de rosca.

[003] Quando o desenho geométrico das roscas do rotor e do estator está de acordo com os princípios matemáticos escritos pelo matemático Rene Joseph Louis Moineau, por exemplo, no documento de patente U.S. n° 1.892.217, o rotor e o estator formam, juntamente, inúmeras cavidades ou orifícios fundamentalmente discretos pela presença de, em qualquer seção perpendicular em relação ao eixo geométrico central da rosca do rotor, pelo menos um ponto de contato completo, ou aproximadamente completo, entre o rotor interno e o estator. O eixo geométrico central do rotor será forçado pelo estator para ter uma posição excêntrica em relação ao eixo geométrico central do estator. Para que o rotor gire em torno de seu próprio eixo geométrico dentro do estator, a posição excêntrica do eixo geométrico do rotor também terá que girar em torno do eixo geométrico central do estator ao mesmo tempo, mas na direção oposta e em uma distância central constante. Portanto, em bombas deste tipo, há um eixo intermediário normalmente disposto com duas juntas universais entre o rotor da bomba e o acionamento do motor da bomba.

[004] O efeito de bombeamento é alcançado através dos ditos movimentos rotacionais induzindo as cavidades fundamentalmente discretas entre as superfícies internas do estator e as superfícies externas do rotor a se moverem do lado

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3/23 de entrada da bomba em direção ao lado de saída da bomba durante o transporte de líquido, gás, granulados, etc. Portanto, de forma definida o suficiente, muitas das vezes essas bombas são denominadas, no âmbito internacional, como PCPs que significa, na língua inglesa, bombas de cavidade progressiva. Está também é a terminologia estabelecida na indústria petrolífera norueguesa, por exemplo.

[005] A eficácia volumétrica da bomba é determinada principalmente através da medida pela qual estas cavidades fundamentalmente discretas foram formadas de tal modo que as mesmas realmente vedem entre si através da velocidade rotacional relevante, meio de bombeamento e pressão diferencial ou se há certo fluxo de retorno devido às paredes internas do estator recuarem elasticamente ou devido ao estator e ao rotor serem fabricados com certo intervalo entre os mesmos. Para aumentar a eficácia volumétrica, as bombas de cavidade progressiva com estatores elásticos são, frequentemente, construídas com sub dimensionamento na cavidade, de modo que haverá um ajuste de compressão elástica.

[006] Não conhecidos e dificilmente usados na indústria em qualquer medida, mas já descritos no dito documento de patente U.S. n° 1.892.217, são os projetos de bombas de cavidade progressiva nos quais uma parte, como o denominado estator acima, é induzida a girar sobre seu próprio eixo geométrico na mesma direção que o rotor interno. Neste caso, a parte com partidas de rosca interna (Z+l) pode ser, mais corretamente,

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4/23 denominada um rotor externo. Ao mesmo tempo, será então natural usar o termo rotor interno sobre a parte que corresponde ao rotor mais usual com uma rosca externa e Z partidas de rosca. Através de uma razão definida de velocidade entre o rotor externo e o rotor interno, tanto o rotor interno quanto o rotor externo pode ser montados em rolamentos giratórios fixos, já que os rolamentos giratórios para o rotor interno têm a distância de eixo correta ou excentricidade medida em relação ao eixo geométrico central dos rolamentos do rotor externo.

[007] Uma limitação ao ganho de subsídios para tais soluções descritas anteriormente tem sido provavelmente que um rotor externo precisa ser equipado com rolamentos giratórios e vedações dinâmicas, o que é completamente evitado quando é usado um estator. Também é provável que o potencial aumente na velocidade rotacional e, consequentemente, aumente a capacidade habilitada pelo fato de que os centros de massa de ambos os rotores irão que se assentar próximo ao eixo geométrico giratório têm sido superestimados ou subestimados. Além disso, um eixo intermediário e juntas universais podem, em princípio, ser evitados quando o estator é substituído com um rotor externo.

[008] No documento de patente U.S. n° 5.407.337 é apresentada uma bomba Moineau (denominada no presente documento como uma máquina de fluido de engrenagem helicoidal), na qual um rotor externo está suportado de maneira fixa em um envoltório de bomba, um motor externo tem um eixo geométrico fixo que se estende através da parede

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5/23 externa do envoltório de bomba paralelo ao eixo geométrico do rotor externo em uma posição excêntrica fixa em relação a isto, e o eixo do motor aciona, através de um acoplamento flexível, o rotor interno que tem, além do dito acoplamento, nenhum outro suporte que as paredes da cavidade helicoidal do rotor externo, em que o material é, teoricamente, um elastômero. Neste caso, a rotação do rotor externo é acionada exclusivamente por movimentos e forças nas superfícies de contato da cavidade interna contra o rotor interno. Uma desvantagem desta solução é que se houver um intervalo considerável ou deflexão elástica da superfície de contato, o rotor interno ou o rotor externo será movido mais ou menos para longe de sua posição relativa ideal. Ainda, ao aumentar a carga, a superfície de contato de acionamento entre os rotores externo e interno será constantemente movida mais próxima ao motor e forçando assim o rotor interno mais e mais para fora do paralelismo em relação ao eixo geométrico do rotor externo, de modo que sobre o comprimento do rotor externo, o rotor interno irá entrar em contato com o rotor externo em lados diametralmente opostos com perda por fricção consequente, desgaste em acoplamento de motor e rotores e também possível escoramento. As vibrações, operações erradas e eficácia reduzida

também podem ser esperadas.
[009]	No	documento de	patente U.S.	n°
5.017.087, bem	como	no documento	WO99/22141,	o
inventor John Leisman	Sneddon mostrou projetos	de

bombas Moineau, nos quais o rotor externo da bomba é confinado por e fixamente conectado ao rotor de

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6/23 um eletromotor do qual os enrolamentos do estator são fixamente conectados ao envoltório de bomba. Nestes projetos, os rotores interno e externo da bomba tanto são fixamente suportados em ambas as extremidades radialmente no mesmo envoltório de bomba, de modo que os rotores interno e externo da bomba funcionem juntamente como uma engrenagem mecânica, acionando o rotor interno na velocidade correta em relação ao rotor externo que, por sua vez, é acionado pelo dito eletromotor. Também neste caso, sinais de escoramento entre os rotores externo e interno podem aparecer, em particular, se partículas rígidas sólidas buscam escorar entre os rotores externo e interno em que os mesmos têm suas superfícies de contato de acionamento. Além disso, uma desvantagem de um rotor interno fixamente suportado em ambas as extremidades é que se o meio de bombeamento for de um tipo que deve ser separado do contato com os rolamentos, serão necessárias vedações dinâmicas independentes em ambas as extremidades tanto para o rotor interno quanto para o rotor externo, enquanto estes não têm um eixo geométrico giratório comum.

[010] No documento de patente U.S. n° 4.482.305 é ilustrada uma bomba, medidor de fluxo ou similar de acordo com o princípio PCP com rotores externo e interno. No presente documento é usada uma engrenagem de roda fora dos rotores da bomba que assegura uma velocidade rotacional relativa estavelmente correta entre os rotores externo e interno, independente de superfícies internas de contato entre os mesmos. Isto assegura operação mais suave, em particular, através de

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7/23 diferenças de pressão satisfatórias e/ou intervalos espaçosos, que podem ser necessários para alcançar um aumento gradual de pressão quando são bombeados os meios compressíveis. No entanto, presume-se também, no presente documento, que existem vedações dinâmicas e rolamentos radiais em ambas as extremidades do rotor interno. A vedação dinâmica para o rotor externo também é complicada pelo diâmetro da superfície de vedação que deve ser grande o suficiente para permitir uma passagem interna tanto para o meio de bombeamento quanto para o eixo do rolamento na extensão da parte helicoidal ativa do rotor interno.

[011] No pedido de patente norueguês n° 20074591 é indicado um método de estabilização da taxa de fluxo e da pressão de saída em uma bomba de cavidade progressiva com rotores interno e externo destinados para bombear meios compressíveis. De acordo com este documento, sinais de fluxos de retorno cíclicos repentinos de meio de bombeamento em consequência da compressão durante o ajuste para a pressão de saída podem ser limitados de forma eficaz ao deixar a cavidade de bomba definida que está, a qualquer instante, o mais próximo ao lado de saída a ter um fluxo de vazamento contínuo substancialmente grande que outras cavidades de bomba. Para ser mais eficaz possível, este fluxo de vazamento deve ser planejado e construído na construção do(s) rotor(s) interno e/ou externo em cada caso individual. O documento não indica um modo para limitar os custos desta aplicação ao, por exemplo, deixar isto afetar poucas e não dispendiosas partes quanto possível.

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8/23 [012] Nos projetos mais conhecidos de bombas de cavidade progressiva com rotores externo e interno é necessário, exceto se o meio de bombeamento for de um tipo que possa penetrar nos rolamentos do rotor externo ou mesmo funcionar como um componente ativo em rolamentos hidrodinâmicos, um grande diâmetro nas vedações dinâmicas do rotor externo com momento de atrito de vazamento relativamente grande consequente e forças axiais hidrostáticas nos rolamentos do rotor externo. Uma razão para um grande diâmetro de vedação é que a vedação normalmente circunda toda a cavidade helicoidal com partidas de rosca Z+l e que esta seção transversal não pode ser reduzida em direção à vedação se o rotor interno deve ser passível de instalação do mesmo lado que a vedação e se o rotor externo deve ser feito em uma peça. Com esta construção típica, também haverá um padrão de fluxo desfavorável enquanto o meio de bombeamento entra e sai, devido ao fato de que o meio encontra a superfície de extremidade plana do rotor externo como uma obstrução verticalmente à direção do fluxo.

[013] A invenção tem por seu objetivo remediar ou reduzir pelo menos uma das desvantagens da técnica anterior.

[014] O objetivo é alcançado através dos recursos que estão especificados na descrição abaixo e nas reivindicações que segue.

[015] Deste modo, a invenção fornece um rotor externo de tal construção que o diâmetro de vedações dinâmicas e rolamentos podem ser reduzidos, as transições de fluxo suavizadas, as

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9/23 adaptações de aplicação simplificadas e partes desgastadas substituídas mais facilmente e de forma menos dispendiosa. A invenção também possibilita um teste não dispendioso e rápido, relativamente simples de adaptações alternativas entre o rotor externo e interno, de modo que, dentre outras coisas, o acúmulo de pressão de etapa para etapa através do percentual de volume de gás relevante e viscosidade possam ser otimizados para uma aplicação específica.

[016] Isto é alcançado através de um rotor externo montado com uma manga rígida de rotor adaptada aos rolamentos giratórios do rotor externo em ambas as extremidades, através da manga que circunda, de maneira próxima, diversos insertos de rotor concêntricos trocável proximamente juntos entre si em uma direção axial, através da manga que tem uma peça de extremidade destacável pelo menos em uma extremidade, através desta peça de extremidade adaptada para manter a posição axial de configurações alternativas de insertos de rotor, através da manga e/ou sua(s) peça(s) de extremidade que tem, em uma extremidade respectiva, um orifício passante que forma uma transição entre seções transversais arredondadas mais próximas ao lado de entrada ou ao lado de saída e principalmente seções transversais em formato de asa com Z+l asas que correspondem a e em contato com a cavidade helicoidal que tem Z+l partidas de rosca que se estendem ao longo de todo inserto de rotor.

[017] Um rotor externo em uma bomba de cavidade progressiva, que compreende pelo menos um rotor helicoidal interno com Z partidas de rosca

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10/23 externa e pelo menos um rotor externo adaptado com uma cavidade helicoidal com Z + l partida de rosca interna, pode ser caracterizado por pelo menos um rotor externo montado com diversos insertos de rotor concêntricos proximamente um após o outro de modo axial e que tem cavidades helicoidais e Z+l partidas de rosca internas, sendo que cada inserto de rotor é proximamente circundado por e concentricamente fixo em uma manga rígida de rotor comum, e conectado de forma destacável à manga de rotor pelo menos uma peça de extremidade removível com uma cavidade principalmente concêntrica que se estende axialmente através da mesma, e através do orifício passante da peça de extremidade ou peça de extremidade que formam uma transição gradual entre uma seção transversal principalmente circular mais distante e uma seção transversal adaptada para as cavidades helicoidais dos insertos de rotor próximos às mesmas.

[018] O rotor externo pode ter pelo menos uma peça de extremidade destacável que gira em um rolamento circundante para o rotor externo e o orifício passante circundado na posição axial através do rolamento tem uma seção transversal principalmente circular com sua diagonal mais longa substancialmente menor que a diagonal mais longa nas seções transversais helicoidais do insertos de rotor.

[019] Mais próximo à entrada e/ou saída do rotor externo, o rotor externo pode ter espaço instalado ou disposto para uma vedação mecânica ou outra vedação dinâmica, ou um assento para a mesma, com um diâmetro para a superfície de

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11/23 vedação que é menor que a diagonal mais longa para as cavidades helicoidais de insertos de rotor adjacente.

[020] O rotor externo pode ser formado de tal modo que a manga de rotor tenha um orifício passante com uma seção transversal principalmente constante adaptada para a instalação firme de insertos de rotor que têm, principalmente, a mesma seção transversal externa retida entre duas peças de extremidade destacável.

[021] O rotor externo pode ser formado de tal modo que o rotor externo tenha uma peça de extremidade destacável apenas em um lado da manga de rotor, que na manga de rotor, do lado da peça de extremidade destacável, estende uma cavidade axial de uma seção transversal principalmente constante e de uma profundidade adaptada para a instalação firme de diversos insertos de rotor axialmente medidos, que a seção transversal constante muda repentinamente para uma seção transversal menor adaptada para a cavidade helicoidal dos insertos de rotor, e que, a partir daqui, há um canal de fluxo de passagem disposto que emerge gradualmente em um formato principalmente circular na saída.

[022] O rotor externo pode ser formado de tal modo que pelo menos um inserto de rotor tenha um comprimento divisível por P/Z, em que P é o passo de rosca do rotor interno e Z é o número de partidas de rosca no rotor interno.

[023] O rotor externo pode ser formado de tal modo que diversos insertos têm uma certa rotação em relação ao outro, ajustado de

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12/23 forma livre ao menor desvio da razão ideal entre os passos de rosca dos rotores externo e interno.

[024] O rotor externo pode ser formado de tal modo que a manga de rotor é fixada contra rotação em relação a pelo menos uma peça de

extremidade e	pelo	menos um	inserto de	rotor	com
uma cavidade	helicoidal adaptada para	acionar o
contato com o	rotor	interno.
[025]	O rotor	externo	pode	ser

formado de tal modo que todos os insertos de rotor estejam fixos contra rotação em relação ao outro e contra rotação em relação à manga de rotor.

[026] O rotor externo pode ser formado de tal modo que para fixar os insertos de rotor contra rotação em relação ao outro foram usadas cavilhas nos furos correspondentes.

[027] O rotor externo pode ser formado de tal modo que nas superfícies mútuas de contato entre os insertos de rotor estão dispostas vedações elásticas em sulcos adaptados em pelo menos uma dentre as superfícies de contato, em que estes sulcos circundam relativamente de maneira próxima à seção transversal da cavidade helicoidal, e que a profundidade dos sulcos está adaptada de tal modo que a vedação elástica terá o prétensionamento correto quando o vão entre as superfícies de extremidade plana dos insertos de rotor adjacente estiverem completamente neutralizadas.

[028] O rotor externo pode ser formado de tal modo que todos os insertos de rotor tenham uma superfície externa cilíndrica com, principalmente, o mesmo diâmetro e ajuste de fácil

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13/23 operação em relação à manga de rotor, que perto do meio da superfície de cilindro esteja disposto um sulco cilíndrico com um diâmetro interno exato adaptado para guiar buchas que estão dispostas, quando montadas juntamente ao inserto de rotor, para operar com força na manga de rotor, mas permitir contato próximo entre insertos adjacentes com uma compensação para possíveis desvios angulares menores nas superfícies de extremidade em relação ao plano vertical no eixo geométrico giratório.

[029] O rotor externo pode ser formado de tal modo que o inserto de rotor situado mais próximo ao lado de saída tenha um comprimento de cavidade helicoidal que se igual fundamentalmente a P/Z, em que P é o passo de rosca do rotor interno, e que na superfície de extremidade a montante do dito inserto é feito um recesso sob a forma de um aumento substancial local da seção transversal da cavidade, que esta seção transversal da cavidade aumentada forneça intervalo substancialmente aumentado localmente entre os rotores externo e interno, que este intervalo aumentado varie com as posições angulares relativas dos rotores externo e interno, e que, em cada caso individual, o intervalo variante procurou ser ajustado de tal modo que o fluxo de vazamento transversal da última cavidade, que está aberta ou encurtada em direção ao lado de saída, até a última cavidade de comprimento completo fundamentalmente discreta irá causar uma compressão gradual do fluido na última cavidade de comprimento completo, de modo que a diferença de pressão em direção à

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14/23 saída irá diminuir aproximadamente de forma linear até um mínimo aceitável antes da última cavidade de comprimento completo abra repentinamente até que atinja a saída da rosca.

[030] O rotor externo pode ser formado de tal modo que o dito recesso tenha sido fresado a uma profundidade constante, de modo que a adaptação tenha sido feita apenas através do cálculo do formato da seção transversal, e que haja uma vedação entre as superfícies de contato transversais dos insertos fora do dito recesso.

[031] O rotor externo pode ser formado de tal modo que a manga de rotor e pelo menos um dos insertos de rotor sejam produzidos de um material termicamente condutivo metálico e estejam em conexão metálica entre si.

[032] O rotor externo pode ser formado de tal modo que pelo menos um dentre os insertos, de preferência, o mais próximo ao lado de entrada, seja produzido de um material visco elástico, por exemplo, borracha, e que a cavidade deste inserto seja produzida com um ajuste por compressão nominal em relação à parte helicoidal do rotor interno.

[033] O rotor externo conforme descrito acima pode ser formado de tal modo que a manga de rotor tenha um diâmetro suficiente para acomodar insertos de rotor com variação considerável na seção transversal da cavidade helicoidal, incluindo variação no número de partidas de rosca Z, na diagonal mais longa da seção transversal e excentricidade.

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15/23 [034] O rotor externo pode ser formado de tal modo que as transições na seção transversal da cavidade que se estende ao longo das peças de extremidade sejam neutralizadas por insertos especiais montados de forma embutida nas peças de extremidade reais.

[035] O rotor externo pode ser formado de tal modo que a manga de rotor coincide com um rotor de um motor que aciona a bomba de cavidade progressiva.

[036] Uma faixa de insertos de rotor alternativos adaptados à mesma manga de rotor pode ser pode ser estocada no local de produção tendo em vista a adaptação para aplicações e requisitos diferentes de consumidores.

[037] A invenção será particularmente vantajosa nas modalidades em que a manga de rotor da bomba coincide com o rotor de um motor que aciona a bomba, consulte documento WO99/22141 mencionado anteriormente.

[038] No que segue, é descrito um exemplo de uma modalidade preferencial que é visualizada nos desenhos em anexo, nos quais:

A figura 1 ilustra uma modalidade de um rotor externo de acordo com a invenção, na qual a manga de rotor tem um fundo fixo em uma extremidade e uma peça de extremidade removível na extremidade oposta;

A figura 2 ilustra uma seção transversal central longitudinal do rotor externo de acordo com a figura 1;

A figura 3 ilustra outra seção transversal central longitudinal do rotor externo

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16/23 de acordo com a figura 1, orientada, no presente documento, verticalmente para o plano de seção da figura 2;

A figura 4 ilustra em perspectiva a mesma modalidade que a figura 1 durante montagem, na qual todos os elementos de rotor e rotor interno foram instalados na manga de rotor e isto apenas permanece para deslizar a peça de extremidade da maga sobre o eixo estendido do rotor interno e, então, parafusar a peça de extremidade da manga;

A figura 5 ilustra uma seção longitudinal da ilustração da situação da figura 4, a partir da qual é visto como o rotor interno está posicionado no rotor externo e isto apenas permanece para empurrar a peça de extremidade da manga de rotor para o lugar e parafusar isto;

A figura 6 ilustra o exterior de outra modalidade do rotor externo de acordo com a invenção, na qual a manga de rotor carece de um fundo fixo, mas tem peças de extremidade destacáveis tanto no lado de entrada quanto no lado de saída;

A figura 7 ilustra uma seção central longitudinal da modalidade de acordo com a figura 6;

A figura 8 ilustra um elemento típico de rotor com detalhes correspondentes para vedação, posicionamento, montagem e desmontagem; e

A figura 9 ilustra um projeto especial de

um elemento	de	rotor	destinado	para montar mais
próximo ao	lado	de sa	ída,	com	um comprimento que
corresponde	à	metade	de	uma	volta da cavidade

interna helicoidal e com um recesso na superfície

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17/23 de contato em direção ao elemento de rotor adjacente a montante mais próximo. O elemento de rotor da figura 9 será um projeto especial de acordo com o pedido de patente norueguês n° 20074591 Progressing cavity pump adapted to pumping of compressible fluids.

[039] Na modalidade de um rotor externo de acordo com a figura 1, a referência numérica 1 indica esta versão de um rotor externo completamente montado, enquanto que 101 indica a manga de rotor sem a peça de extremidade destacável e 102 indica a peça de extremidade destacável do rotor. Nesta modalidade, o rotor externo é destinado para montar em um rolamento axial 104 e em um rolamento axial e radial hidrodinâmico dividido 103 conhecido per se.

[040] Na seção da figura 2, 105a e

105b indicam assentos que operam em conjunto para vedações mecânicas sobre o lado de entrada e lado de saída, respectivamente. O orifício passante da peça de extremidade 102 tem uma parte de transição

106, na qual o orifício emerge suave e gradualmente de um formato em corte transversal cilíndrico para uma seção transversal em formato de asa com Z+l asas, que correspondem à seção transversal de uma cavidade helicoidal nos insertos de rotor 109 a 113. De modo correspondente, a parte do orifício 114 forma uma transição gradual e suave de volta para uma seção transversal cilíndrica adaptada para o assento de vedação 105b.

[041] O assento de vedação 105b tem um diâmetro substancialmente menor que a seção transversal mais longa das partes helicoidais da

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18/23 cavidade. A conexão entre a manga de rotor 101 e a peça de extremidade 102 é presa por meio de parafusos 107 e vedada com uma vedação estática 108.

[042] Na figura 3 é ilustrado como os insertos de rotor nesta modalidade exemplificadora estão fixos contra rotação em relação ao outro e em relação à manga de rotor 101 e à peça de extremidade 102 por meio de pinos de trinco 126 a 131 dispostos em pares. Ainda, a figura ilustra como as vedações estáticas 120 a 125, que podem ser, por exemplo, anéis em O metálicos ou comuns dependendo da aplicação, evitam que o meio de bombeamento flua de volta entre os insertos de rotor e a manga de rotor.

[043] Quando os rotores externo e interno forem montados, não é possível deslizar uma parte helicoidal 202, vide figura 5, de um rotor interno 2, vide figuras 4 a 5, através das transições de seção transversal internas 106 ou 114. Antes de instalar o rotor interno 2 é, portanto, necessário remover a peça de extremidade 102 conforme ilustrado na figura 4. Esta figura também ilustra mais claramente as vedações 108 e 120 e os pinos de trinco 131. A vedação 120 é instalada nos recessos próximos e, principalmente, do mesmo formato que a seção transversal da rosca em formato de asa. Isto ainda é visto mais claramente na figura 8 e é feito parcialmente para limitar o risco de corrosão da fenda no caso de insertos metálicos e parcialmente para limitar forças axiais nos parafusos 107 e na manga de rotor 101 através de pressões de trabalho satisfatórias.

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19/23 [044] Na figura 5, o rotor interno é instalado em sua posição final no rotor externo, enquanto que a peça de extremidade 102 está no processo de ser ajustada. A referência numérica 202 indica, neste caso, um plano curvado sobre o rotor interno 2 entre um eixo de extensão 201 e uma parte helicoidal 203. A curvatura 202 foi adaptada à transição de seção transversal 106 de tal modo que durante rotação excêntrica relativa com a razão de velocidade Z/Z+l entre, respectivamente, os rotores externo 1 e interno 2, nunca haverá contato direto entre as superfícies da curvatura 202 e da parte do orifício 106 após montagem completa com a peça de extremidade parafusada. De forma correspondente, já que neste caso, o rotor interno foi reduzido 204 e terminado antes da transição de orifício 114, nunca haverá um conflito durante a rotação entre o rotor interno 2 e o rotor externo 1 próximo ao lado de saída.

[045] A figura 6 ilustra outra modalidade 3 do rotor externo montado de acordo com a invenção. Nesta modalidade, a manga de rotor 301 tem peças de extremidade destacável em ambos os lados, respectivamente, 302 no lado de saída e 303 no lado de entrada. Pra complicar, neste caso, será um requisito para linearidade entre superfícies de rolamento 304 e 305. Por outro lado, nesta modalidade, a própria manga de rotor 301 pode ser mantida imutável mesmo por uma mudança para insertos de rotor de seções transversais de rosca essencialmente diferentes, por exemplo, um novo número de partidas de rosca Z+l. No entanto, a peça de extremidade 302 e 303 terá de ser substituída,

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20/23 de modo que a transição de orifícios 306 e 312 corresponda aos novos insertos. Favor notar que novas margens de intervalo entre os rotores externo e interno - que será altamente relevante por adaptações ideais para novas viscosidades, pressões diferenciais ou conteúdo de gás no meio de bombeamento - não demandará substituição da peça de extremidade. Também será possível manter a mesma versão tanto da manga de rotor e quanto das peças de extremidade através de inúmeras combinações diferentes de passos e inúmeras cavidades na bomba.

[046] Na figura 7 é ilustrado que o orifício da peça de extremidade 303 tem uma parte de transição substancialmente diferente 312 daquela ilustrada nas referências da figura 306, 106 e 114. No presente documento presume-se que o rotor interno se estendeu por uma distância passado o inserto de rotor 311 para sulcos adaptados na parte 312 de um orifício de fluxo 313. Esta modalidade tem uma área de fluxo cilíndrica alguma coisa maior que as partes de transição ilustradas anteriormente, que dá razão à escolha de uma direção de fluxo de tal modo que as áreas maiores de fluxo 312, 313 cheguem ao lado de entrada onde as mesmas reduzem o risco de cavitação.

[047] Na figura 8 é ilustrado um inserto de rotor típico 112 completo com detalhes associados. No presente documento, são ilustradas cavilhas 128 para posicionar e fixar contra rotação sobre o eixo geométrico central enquanto o anel em O 123 ou similar está em um sulco adaptado para vedar contra o inserto de rotor adjacente. A referência numérica 132 denota uma banda guia em um

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21/23 sulco adaptado para centralização precisa na manga, o contato o mais próximo possível entre as superfícies de extremidade de insertos adjacentes, resistência reduzida durante instalação na manga de rotor e requisitos reduzidos para ajustar a tolerância entre o diâmetro interno da manga e o diâmetro externo do inserto de rotor. No entanto, favor notar que apesar de todas as modalidades exemplificadoras dos insertos de rotor ilustradas tenham uma superfície externa cilíndrica, isto não é uma limitação do escopo de proteção. Por exemplo, está dentro do escopo da invenção proporcionar tanto para os insertos de rotor quanto para a superfície interna da manga uma seção transversal poligonal ou oval e talvez faça com que as cavilhas 126 a 131 sejam supérfluas.

[048] Na figura 8 também são sugeridos sulcos em recesso em formato de chave 133a, 133b com seções transversais internadas teoricamente ampliadas, que estão dispostas em posições diametricamente opostas fora da vedação 123. Estes se destinam a serem adaptados para uma ferramenta para montar, e particularmente desmontar, os insertos, e a ferramenta consiste, possivelmente, em cabeças de parafuso adaptadas aos furos de chave e montada em uma barra transversal de modo que as cabeças de parafuso podem ser capturadas nos sulcos formando elementos de retenção em ambas as direções axialmente, tanto para montar quanto para desmontar. Ao mesmo tempo, torcer a barra transversal da ferramenta irá ajustar a posição das cavilhas, de tal modo que estas encontrarão os furos correspondentes. Favor

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22/23 notar que cada inserto tem furos para cavilhas em ambas as superfícies de extremidade, mas que as cavilhas estão pré-montadas apenas no lado superior dos insertos em relação à direção de instalação.

[049]

Na figura 9 é ilustrada uma variante especial de um inserto de rotor 113 destinado para montar o mais próximo do lado de saída. Este inserto tem um comprimento que corresponde a 1/(Z+1) = ½ volta da cavidade helicoidal interna que tem, neste caso, Z+l = 2 partidas de rosca ou asas.

[050]

Como no inserto de rotor da figura 8, há também um anel guia 132a no presente documento. As cavilhas 126, 127 estão possivelmente pré-montadas em ambas as superfícies de extremidade do inserto externo. O objeto particular sobre este inserto de rotor é, primeiramente e adiante, os recessos ovais 134 em um sulco de vedação oval com uma vedação oval 124, por exemplo, sob a forma de um anel em O metálico ou comum. O recesso oval 134 é uma forma simples de construir um rotor externo que fornece fluxo de retorno aumentado para a última cavidade, a mais próxima à saída, a fim de estabilizar assim a pressão de saída, em particular, quando os fluidos compressíveis são bombeados. Favor notar que esta sutileza é protegida, em geral, por e descrita no pedido de patente norueguês previamente depositado 20074591.

051]

Em uma modalidade adicional da invenção descrita no início da reivindicação 7, mas não ilustrada especificamente nos desenhos exemplificadores, para diversos insertos de rotor foi omitida a montagem de dispositivos de fixação

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23/23 precisa contra movimentos rotacionais menores relativos sobre o eixo geométrico central, de modo que cada inserto de rotor individual encontre, se for necessário, sua posição rotacional ajustada para o rotor interno apesar de desvios menores no passo da rosca da cavidade, ou devido aos desvios de fabricação ou às condições de operação com desvios geométricos associados química ou termicamente induzidos, através de pressão.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Bomba de cavidade progressiva, compreendendo pelo menos um rotor interno com Z partidas de rosca externas, e pelo menos um rotor externo com uma cavidade helicoidal com Z+l partidas de rosca internas, caracterizado pelo fato de que pelo menos um rotor externo (1, 3) é montado a partir de uma pluralidade de insertos de rotor (109-113, 307-311) seguindo axial e proximamente uma após a outra, os insertos de rotor (109-113, 307-311) tendo cavidades helicoidais e Z+l partidas de rosca internas, em que cada inserto de rotor da pluralidade de insertos de rotor é firmemente circundado por e concentricamente fixado em uma manga de rotor rígida comum (101, 301), em que a manga de rotor (101, 301) é conectada de forma destacável a pelo menos uma peça de extremidade removível (102, 302, 303) com uma parte oca passante principalmente concêntrica que se estende axialmente através da pelo menos uma peça de extremidade removível (102, 302, 303), e em que a parte oca passante forma uma transição gradual (106, 306, 312) entre uma seção transversal principalmente circular mais distante da pluralidade de insertos de rotor (103-113, 307311) e uma seção transversal no inserto de rotor (103-113, 307-311) mais próxima a pelo menos uma peça de extremidade removível (102, 302, 303).

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2. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma peça de extremidade removível (102, 302, 303) é giratória em um rolamento circundante (103, 104, 304, 305).
3. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um dentre uma vedação ou um assento (105a, 105c) para uma vedação é disposto mais próximo a um dentre uma entrada do rotor externo (1, 3), uma saída do rotor externo (1, 3), ou uma combinação das mesmas.
4. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a manga de rotor (301) tem uma parte oca de uma seção transversal principalmente constante se estendendo através da mesma, em que a parte oca da manga de rotor (301) é adaptada para ajuste próximo dos insertos de rotor (307-311), os insertos de rotor (307-311) tendo principalmente a mesma seção transversal externa que a seção transversal principalmente constante da parte oca da manga de rotor (301), e em que a pelo menos uma peça de extremidade removível (302, 303) compreende duas peças de extremidade removível (302, 303) que retêm a manga de rotor (301).

5. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma

peça de extremidade removível (302, 303) é uma peça de extremidade destacável (102) apenas em um lado da manga de rotor (101),

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3/7 em que a manga de rotor (101) compreende uma parte oca axial de uma seção transversal principalmente constante e profundidade se estendendo a partir de uma lateral ou da manga de rotor (301), em que a parte oca axial da manga de rotor (301) é adaptada para instalação firme da pluralidade de insertos de rotor (109-113), em que a seção transversal principalmente constante da parte oca axial da manga de rotor (301) tem duas seções distintas compreendendo uma seção principalmente constante adaptada para acomodar as cavidades helicoidais dos insertos de rotor que muda repentinamente para uma seção transversal menor adaptada para acomodar as cavidades helicoidais dos insertos de rotor, e em que a seção transversal menor da parte oca axial da manga de rotor (301) está disposta como um canal de fluxo passante que gradualmente se transforma em um formato principalmente circular (136) em uma saída ou na manga de rotor (301) .

6. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um inserto de rotor (109113, 307-311) da pluralidade de insertos de rotor (109-113, 307-311) tem um comprimento divisível por P/Z, em que P é um passo de rosca do rotor interno e Z é um número de partidas de rosca externa no rotor interno.

7. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que várias das pluralidades de insertos de rotor (109-113, 307-311) têm uma certa rotação

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4/7 relativa uma à outra, a qual é ajustada livremente para menores desvios de uma razão ideal entre um passo de rosca do rotor interno e um passo de rosca do rotor externo.

8. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo

fato de que a manga de rotor é fixada contra a rotação em relação a pelo menos uma peça de extremidade removível e pelo menos um inserto de

rotor da pluralidade de insertos de rotor, e em que a cavidade helicoidal do pelo menos um inserto de rotor é adaptada para acionar o contato com o rotor interno.

9. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que toda a pluralidade de insertos de rotor (109-113, 307-311) é fixada contra rotação uma em relação à outra e contra rotação em relação à manga de rotor.

10. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que cavilhas inseridas em furos correspondentes fixam a pluralidade de insertos de rotor de maneira que toda a pluralidade de insertos de rotor é fixada contra rotação uma em relação à outra.

11. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de insertos de rotor compreende pelo menos dois insertos de rotor adjacentes tendo superfícies de contato, em que uma vedação elástica é disposta entre as superfícies de contato dos insertos de rotor adjacentes (109-113,

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307-311) e em que um sulco é disposto em pelo menos uma dentre as superfícies de contato dos insertos de motor adjacentes para a vedação elástica ser colocada no mesmo.

12. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que toda a pluralidade de insertos de rotor (109-113, 307-311) tem uma superfície externa cilíndrica principalmente com mesmo diâmetro e ajuste de fácil acionamento em relação à manga de rotor (101, 301), em que, para cada uma da pluralidade de insertos de rotor, um sulco cilíndrico é disposto próximo a um meio do diâmetro interno da superfície externa cilíndrica adaptado para guiar uma bucha (132, 132a), em que a bucha (132, 132a) de cada uma da pluralidade de insertos de rotor é disposta para operar de maneira firmemente ajustada na manga de rotor (101, 301) quando dispostas com a pluralidade de insertos de rotor, e permitindo suporte próximo entre insertos de rotor adjacentes com compensação para quaisquer desvios angulares menores em superfícies de extremidade da pluralidade de insertos de rotor que são verticais ao eixo geométrico giratório.

13. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma da pluralidade de insertos de rotor (113) é colocada mais próxima a um lado de saída da manga de rotor, uma da pluralidade de insertos de rotor tem um comprimento de cavidade helicoidal

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6/7 fundamentalmente igual a P/Z, em que P é um passo de rosca do rotor interno, e em que um recesso é formado em uma

superfície de extremidade a montante de uma da pluralidade de insertos de rotor e tem a forma de um aumento local substancial em uma seção transversal da cavidade, em que o aumento local da seção transversal da cavidade fornece um intervalo

substancialmente aumentado entre o rotor interno (2) e o rotor externo (1), e em que o intervalo substancialmente aumentado varia com uma posição angular relativa do rotor interno e do rotor externo.

14. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o recesso foi fresado a uma profundidade constante, e em que há uma vedação entre as superfícies de contato transversais de uma da pluralidade de insertos de rotor e insertos adjacentes fora do recesso.

15. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a manga de rotor e pelo menos uma da pluralidade de insertos de rotor são feitos de um material metálico termicamente condutivo e estão em conexão metálica entre si.

16. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma da pluralidade de insertos de rotor é feita de um material viscoelástico, e em que a cavidade helicoidal da pelo menos uma pluralidade de insertos foi feita

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7/7 com um ajuste por compressão nominal em relação a uma parte helicoidal (203) do rotor interno.

17. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a manga de rotor tem um diâmetro suficiente para acomodar a pluralidade de insertos de rotor com variação considerável em seções transversais da cavidade helicoidal, e em que a variação compreende uma dentre uma variação no número de partidas de rosca interna Z, uma diagonal mais longa da seção transversal da cavidade helicoidal e excentricidade.

18. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que insertos especiais são ajustados na pelo menos uma peça de extremidade removível e configurados para minimizar transições em uma seção transversal oca passante da pelo menos uma peça de extremidade removível.

19. Bomba de cavidade progressiva, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a manga de rotor coincide com um rotor de um motor que é configurado para acionar a bomba de cavidade progressiva.