BRPI0708092A2 - dispositivo para desacoplamento termomecánico de alojamento e parte estacionária de uma máquina rotativa - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA DESACOPLAMENTO TERMO-MECáNICO DE ALOJAMENTO E PARTE ESTACIONáRIA DE UMA MáQUINA ROTATIVA. A presente invenção refere-se a um dispositivo para o desacoplamento termomecânico de alojamento (1, 2) e parte estacionária (5, 6, 7) de uma máquina rotativa, especialmente para uma máquina dínamo-elétrica. O dispositivo é caracterizado pelo fato de que esse dispositivo apresenta ao menos uma valva rotativa (4) e esse dispositivo pode ser fixado, de um lado, ao alojamento (1, 2), de outro lado, à parte estacionária (5, 6, 7), de modoque a valva rotativa no estado fixado se estenda em direção axial. Assim, se consegue uma montagem centrada, à prova de deslocamento lateral da parte estacionária, especialmente do pacote de chapas, enquanto é pouco impedido especialmente especialmente o crescimento térmico da parte estacionária.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVOPARA DESACOPLAMENTO TERMOMECÂNICO DE ALOJAMENTO EPARTE ESTACIONARIA DE UMA MÁQUINA ROTATIVA".

A presente invenção refere-se a um dispositivo para o desaco-plamento termomecânico de alojamento e parte estacionária de uma máqui-na rotativa, especialmente para uma máquina dínamo-elétrica, a um empre-go para esse dispositivo bem como a uma correspondente máquina rotativa.

A presente invenção refere-se a máquinas rotativas, em queuma parte estacionária (estator ou pacote de chapas de estator) deve sermontada em um alojamento, portanto a todo tipo de motor ou gerador. A par-te rotativa, também chamada de rotor, fica então disposta dentro do estator.

Especialmente vantajosa é essa união entre pacote de chapasde estator e camisa de alojamento, quando há grandes diferenças de tempe-ratura ou de rigidez radial entre alojamento e pacote de chapas.

Esse é especialmente o caso, por exemplo, em geradores deturbina tubulares, em que o alojamento é resfriado pela água de propulsãovia de regra fria, fluindo de passagem, mas o pacote de chapas de estator seaquece em operação. Adicionalmente, a pressão de água atuando na cami-sa de alojamento exerce uma carga radial sobre o alojamento e sobre o pa-cote de chapas de estator. Tanto a diferença de temperatura como tambéma eventual pressão de água provocam tensões de pressão tangenciais nopacote de chapas, as quais podem levar à instabilidade mecânica do pacotede chapas. A conseqüência pode ser um abaulamento das chapas ou dascamadas de chapas do pacote de chapas de estator. Forte abaulamento podelevar a danos das chapas, do enrolamento ou de outras partes do gerador.

Basicamente já há um estado atual da técnica bem-antigo, quemostra uma retenção não rígida do estator. Da GB 800613 é conhecida umamáquina dínamo-elétrica, que apresenta um alojamento cilíndrico com anéisde moldura interiores, que são unidos por meios elásticos com anéis de mol-dura do núcleo do estator. Não se descreve como são executados essesmeios elásticos. Todavia, por quaisquer meios elásticos não pode ser garan-tido que a posição do pacote de chapas fique suficientemente seguro emdireção axial e que seja mantido o alinhamento centrado.

Um objetivo da presente invenção é então prover um dispositivopara desacoplamento termomecânico de alojamento e parte estacionária(estator) de uma máquina rotativa, com o qual seja obtida uma montagemcentrada, à prova de deslocamento lateral do estator, especialmente do pa-cote de chapas do estator, enquanto que é pouco impedido o crescimentotérmico do estator.

Esse objetivo é alcançado por um dispositivo segundo a reivindi-cação 1.

Pelo emprego da(s) placa(s) de rotação de acordo com a inven-ção se obtém um desacoplamento termomecânico, que reduz drasticamenteas tensões de pressão tangenciais no estator, por exemplo, no pacote dechapas.

A placa rotativa é um corpo rotativo de parede delgada, que re-sulta, em termos geométricos, (no caso ideal) pela rotação de uma geratriz(uma área geral) em torno de um eixo de rotação (no estado montado o eixode rotação da máquina rotativa). A valva rotativa pode, contudo, também serexecutada como polígono, portanto aproximadamente por um polígono.

A valva rotativa pode ser continuamente em forma anular ( = fe-chada pela periferia), mas também tem naturalmente um efeito similar quan-do apenas partes desse anel (segmentos de anel) ou partes do polígono sãoempregadas, faltando portanto segmentos individuais.

O dispositivo de acordo com a invenção pode consistir apenasem uma valva rotativa, mas também podem estar dispostas várias valvasrotativas e serem unidas entre si.

O essencial é que a valva rotativa se estenda do alojamento nãoapenas radialmente para dentro ou para fora (no estado montado portantopara o eixo de rotação do rotor) - como seria o caso com um anel circular -mas sim também em direção axial (no estado montado paralelamente aoeixo de rotação do rotor). Quando então o estator se aquece e se dilata radi-almente, este pressiona radialmente contra a valva rotativa e a mesma épressionada para fora na fixação para com o estator, cedendo assim comouma mola de folha.

A valva rotativa é executada, portanto, via de regra de um mate-rial sólido com uma correspondente elasticidade, portanto por exemplo dechapa de aço.

A valva rotativa pode também ter aberturas para ventilação.

Como solução de fácil produção, a valva rotativa pode ser umacamisa de cilindro ou uma camisa de tronco de cone. Tanto camisa de cilin-dro como também de tronco de cone podem ser aproximadamente em formade facetas; elementos de faceta individuais podem ser descartados.

A geratriz da valva rotativa pode naturalmente também ser cur-vada uma ou várias vezes. Naturalmente, a geratriz da valva rotativa podeser composta de linhas retas ou curvas.

Mas também são possíveis combinações de várias das valvasrotativas acima mencionadas para um dispositivo de acordo com a invenção,portanto aproximadamente duas camisas de cilindro concêntricas. Essasvalvas rotativas podem então ser distanciadas entre si em direção radial porelementos distanciadores, como anéis distanciadores. Os elementos distan-ciadores podem ser em forma de anel circular ou poligonais em uma formade execução muito simples. Podem também ter aberturas.

Com emprego de ao menos uma camisa de tronco de cone co-mo valva rotativa podem as mesmas estar unidas entre si diretamente oucom anéis distanciadores.

A valva rotativa pode apresentar aberturas, que possibilitam apassagem de meio refrigerante (como ar).

Uma máquina rotativa de acordo com a invenção, especialmenteuma máquina dínamo-elétrica, abrangendo ao menos um alojamento e umaparte estacionária, é caracterizada pelo fato de que a mesma apresenta umdispositivo acima descrito para desacoplamento termomecânico (no maissimples dos casos uma valva rotativa), sendo que esse dispositivo está uni-do, de um lado, com o alojamento e, de outro lado, com a parte estacionária.

O alojamento pode apresentar uma camisa de alojamento comanel de reforço de alojamento dirigido para dentro e o dispositivo para desa-coplamento termomecânico (no mais simples dos casos uma valva rotativa)pode estar fixado aos anéis de reforço de alojamento.

A camisa de alojamento pode ter a forma de um traçado linearrotativo ou ser executado em forma de facetas. A camisa de alojamento po-de conter aberturas de ar. Ela transfere às cargas dos suportes para a fixa-ção do estator à fundação.

Os anéis de reforço de alojamento podem ser executados, porexemplo, em forma de anel circular ou também poligonais em uma forma deexecução muito simples. Para a ventilação em direção axial, o anel de refor-ço de alojamento pode apresentar aberturas.

A configuração do anel de reforço de alojamento se orienta pelascondições geométricas existentes e pelos requisitos físicos e pode ser exe-cutada aproximadamente independente do estator. Devem ser consideradossobretudo requisitos físicos: ventilação, instabilidade mecânica, por exemploabaulamento, devido à pressão de água existente em geradores de turbinatubular, ovalidade do alojamento devido à sustentação em geradores de tur-bina tubular, estabilidade axial, estabilidade radial, resistência. Em todo casodeve haver estabilidade de forma. Não precisa haver incondicionalmenteanel de reforço de alojamento; o dispositivo para desacoplamento termome-cânico (no mais simples dos casos uma valva rotativa) pode também estardiretamente fixada à camisa de alojamento.

A parte estacionária pode apresentar anéis de retenção e o dis-positivo para o desacoplamento termomecânico (no mais simples dos casosuma valva rotativa) pode estar fixada aos anéis de retenção. Também osanéis de retenção podem ser executados em forma de anel circular ou poli-gonais.

A configuração dos anéis de retenção de alojamento se orientapelas condições geométricas existentes e pelos requisitos físicos e pode serexecutada aproximadamente independente do alojamento e eventualmentedos anéis de reforço de alojamento. Requisitos físicos para isso são: abertu-ras para a ventilação, estabilidade de forma, comportamento operacionaldinâmico aceitável.Os anéis de retenção podem, em configuração especialmentesimples, ser em forma de anel circular ou poligonais. A altura radial e a es-pessura dos anéis de retenção devem ser configurados correspondentemen-te de tal maneira que seja dada a estabilidade de forma (por exemplo circu-laridade) do pacote de chapas. Para tanto podem também ser empregadosanéis de retenção adicionais, que não estão unidos com valvas rotativas.

Com emprego de uma camisa de tronco de cone como valvarotativa se poder dispensar anel de reforço de alojamento e/ou os anéis deretenção. Anel de reforço de alojamento e anéis de retenção podem, masnão precisam necessariamente, ser defasados axialmente entre si. Comemprego de mais do que dois anel de reforço de alojamento ou anéis de re-tenção, a distância entre Os anéis de reforço de retenção ou entre os anéisde retenção pode ser distinta. A forma, altura axial e espessura de chapadas valvas rotativas podem ser distintas entre distintos anéis de reforço dealojamento ou anéis de retenção.

A parte estacionária pode abranger um pacote de chapas, queestá unido por meio de barras de pacote de chapas com os anéis de reten-ção. O anel de retenção serve ao alojamento das barras de pacote de cha-pas e permite um distanciamento radial para com a valva rotativa. As barrasde pacote de chapas servem como elemento de união entre valva rotativa eanel de retenção e pacote de chapas. Ademais, servem como guia para osdistintos segmentos de pacote de chapas.

O dispositivo para o desacoplamento termomecânico (no maissimples dos casos uma valva rotativa) pode se estender, no estado fixado,em direção radial por vários anéis de reforço de alojamento e/ou anéis deretenção.

A máquina rotativa pode ser executada como máquina dínamo-elétrica, especialmente como gerador, por exemplo como gerador de turbinatubular.

O dispositivo de acordo com a invenção para o desacoplamentotermomecânico é claramente projetado para ser montado entre alojamento eparte estacionária de uma máquina rotativa, especialmente uma máquinadínamo-elétrica. A máquina dínamo-elétrica de acordo com a invenção podeser empregada, de modo especialmente vantajoso, como gerador, especial-mente como gerador de turbina tubular.

A invenção será explicada com auxílio das figuras 1a, 1b e 2 emanexo, que representam a título de exemplo e esquematicamente uma má-quina dínamo-elétrica de acordo com a invenção, e das descrições a seguir.

Mostram:

Figuras 1a e 1b - um corte longitudinal por um gerador de acor-do com a invenção ao longo de B-B na figura 2,

Figura 2 - uma seção transversal pelo gerador ao longo de A-Ana figura 1a.

No gerador das figuras 1a e 1b estão fixados no lado interno dacamisa de alojamento 1 anéis de reforço de alojamento 2. em forma de anelcircular. Estes apresentam possíveis aberturas de ventilação 3 para o trans-porte axial de meio de refrigeração pelos anéis de reforço de alojamento 2para refrigeração da máquina dínamo-elétrica especialmente do pacote dechapas 7. A valva rotativa 4 está fixada com uma extremidade ao anel dereforço de alojamento 2, com a outra extremidade ao anel de retenção 5. Oanel de retenção 5 está unido com as barras de pacote de chapa 6 se es-tendendo axialmente, que portam o pacote de chapas 7 do estator. O pólo 9do rotor é girável em torno de um eixo de rotação não representado do rotor,que se estende no plano do desenho perpendicularmente de cima para baixo.

Na parte superior da figura 1a, que está separada por um corteem forma ondulada da parte inferior da figura 1a, se repete a combinação deanel de reforço de alojamento 2, valva rotativa 4 e anel de retenção 5 a dis-tâncias inalteradas em direção axial. O anel de retenção 5 pertencente auma valva rotativa 4 está axialmente defasado relativamente ao correspon-dente anel de reforço de alojamento 2. A valva rotativa 4 consiste em doiselementos de camisa de cilindro, que são unidos entre si por um elementode camisa de tronco de cone.

Nesse caso, o diâmetro da valva rotativa 4 diminui a partir doanel de reforço de alojamento 2. Basicamente, o diâmetro da valva rotativa 4pode também aumentar ainda a partir do anel de reforço de alojamento 2.

Na parte inferior da figura 1a são mostrados a título de exemplodiversas outras formas de execução do dispositivo para desacoplamentotermomecânico. Está respectivamente representado apenas um dispositivo,que se repetiria então também novamente axialmente. Diversas formas deexecução podem ser combinadas em um gerador.

Abaixo do corte em forma ondulada, a primeira execução consis-te em uma valva rotativa em forma de uma camisa de cilindro 10, que estáunida com um anel de reforço de alojamento 2 e um anel de retenção 5 axi-almente defasado com relação ao mesmo.

Abaixo está representado um dispositivo com duas camisas decilindro 10 concêntricas, de igual altura axial, que são mantidas a distânciapor dois elementos distanciadores 8 em forma de anéis circulares. Anel deretenção 5 e anel de reforço de alojamento 2 engatam no meio das camisasde cilindro 10 e são axialmente da mesma altura.

Na execução abaixo está previsto apenas um elemento distanci-ador 8 próximo a uma borda das camisas de cilindro 10. Anel de suporte 5 eanel de reforço 2 engatam na outra borda das camisas de cilindro 10.

Na execução abaixo as duas camisas de cilindro 10 são de altu-ra axial desigual, mas anel de retenção 5 e anel de reforço de alojamento 2engatam novamente respectivamente próximo à borda da camisa de cilindro10; por conseguinte, anel de retenção 5 e anel de reforço de alojamento 2são axialmente defasados entre si.

Na execução mais inferior, a posição de ambas as camisas decilindro 10 de altura axial desigual está trocada, variando correspondente-mente também as posições de anel de retenção 5 e anel de reforço de alo-jamento 2.

Na figura 1b estão mostradas de cima para baixo novamentediversas formas de execução do dispositivo para desacoplamento termome-cânico, sendo que novamente respectivamente está representado apenasum dispositivo, que pode então novamente se repetir axialmente. Mas tam-bém podem se encontrar diversas formas de execução em um gerador.Na forma de execução mais superior se encontra uma camisa decilindro 10', que se estende por dois anéis de reforço de alojamento 2, queestão dispostos respectivamente próximo à borda da camisa de cilindro 10'.No meio da camisa de cilindro engata um anel de retenção 5. Os anéis dereforço 2 apresentam aberturas de ventilação 3.

Abaixo está representada uma camisa de cilindro 10', que é su-portada por dois anéis de retenção 5 e um anel de reforço de alojamento 2.

A forma de execução seguinte mostra uma camisa de cilindro10', que é retida em sua posição por três anéis de reforço de alojamento 2dispostos a iguais distâncias e dois anéis de retenção 5. Mas também váriosanéis de reforço de alojamento e anéis de retenção podem ser unidos entresi por uma camisa de cilindro; por exemplo quatro anéis de reforço de caixa2 e três anéis de retenção 5.

Abaixo está representado o caso inverso: dois anéis de reforçode alojamento 2 retêm uma camisa de cilindro 10', que é retida no outro ladopor três anéis de retenção 5 dispostos a iguais distâncias. Mas também vá-rios anéis de reforço de alojamento e anéis de retenção podem ser unidosentre si por uma camisa de cilindro; por exemplo três anéis de reforço dealojamento 2 e quatro anéis de retenção 5.

Segue-se uma placa de rotação em forma de uma camisa detronco de cone simples, que está fixada sem anéis de reforço de alojamentoe sem anéis de retenção diretamente à camisa de alojamento 1 ou às barrasde pacotes de chapas 6 e apresenta igualmente aberturas de ventilação.

Abaixo estão representadas duas outras variantes com respecti-vãmente uma camisa de tronco de cone como placa de rotação. Na repre-sentação superior, a camisa de tronco de cone 11 está fixada em seu ladoexterno diretamente à camisa de alojamento 1, mas em seu lado interno comum anel de retenção 5 na barra de pacote de chapas 6. A camisa de troncode cone apresenta aberturas de ventilação. Na representação interior, a ca-misa de tronco de cone 11 está fixada em seu lado externo a um anel dereforço de alojamento 2, em seu lado interno diretamente unida com as bar-ras de pacote de chapa 6. O anel de reforço de alojamento apresenta aber-turas de ventilação.

Abaixo, a camisa de tronco de cone 11 está unida com o anel dereforço de alojamento 2 e com o anel de retenção 5. O anel de reforço dealojamento 2 apresenta aberturas de ventilação.

A forma de execução mais inferior mostra, finalmente, uma valvarotativa 14 várias vezes curvada, que está igualmente fixada diretamente àcamisa de alojamento 1 ou às barras de pacote de chapas 6.

Na figura 2 se pode ver que o anel de reforço de alojamento 2está disposto dentro da camisa de alojamento 1 por toda a periferia, sendoque o anel de reforço de alojamento 2 apresenta possíveis aberturas de ven-tilação 3. A valva rotativa 4 está executada contínua por toda a periferia. Noanel de retenção 5 estão fixadas a iguais distâncias entre si as barras depacote de chapas 6. Nelas está fixado o pacote de chapas 7. Dispensou-seuma representação dos enrolamentos elétricos. O eixo de rotação do pólo 9não está representado.LISTAGEM DE REFERÊNCIAS

1 camisa de alojamento2 anel de reforço de alojamento3 abertura de ventilação4 valva rotativa5 anel de retenção6 barra de pacote de chapa7 pacote de chapa8 elemento distanciador9 pólo do rotor10 camisa de cilindro10' camisa de cilindro11 camisa de tronco de cone12 valva rotativa várias vezes curvada

Claims (17)

1. Dispositivo para o desacoplamento termomecânico de aloja-mento (1, 2) e parte estacionária (5, 6, 7) de uma máquina rotativa, especi-almente para uma máquina dínamo-elétrica, caracterizado pelo fato de queesse dispositivo apresenta ao menos uma valva rotativa (4) e esse dispositi-vo pode ser fixado, de um lado, ao alojamento (1, 2), de outro lado, à parteestacionária (5, 6, 7), de modo que a valva rotativa no estado fixado se es-tende em direção axial.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a valva rotativa é uma camisa de cilindro (10).

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a valva rotativa é uma camisa de tronco de cone (11).

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a geratriz da valva rotativa (4) é curvada uma ou várias vezes.

5. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 4,caracterizado pelo fato de que inclui combinações de valvas rotativas comodefinido em uma ou várias das reivindicações de 2 a 4.

6. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 5,caracterizado pelo fato de que apresenta ao menos duas valvas rotativasespecialmente concêntricas, distanciadas entre si em direção radial por ele-mentos distanciadores (8), por exemplo camisas de cilindro (10).

7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 6,caracterizado pelo fato de que a valva rotativa apresenta aberturas.

8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7,caracterizado pelo fato de que a valva rotativa é em forma anular contínua.

9. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 8,caracterizado pelo fato de que a valva rotativa consiste em vários segmentosanulares.

10. Máquina rotativa, especialmente máquina dínamo-elétrica,abrangendo ao menos um alojamento (1, 2) e uma parte estacionária (5, 6, 7), caracterizada pelo fato de que a mesma apresenta um dispositivo paradesacoplamento termomecânico como definido em uma das reivindicaçõesde 1 a 9, sendo que esse dispositivo está unido, de um lado, com o aloja-mento (1, 2) e, de outro lado, com a parte estacionária (5, 6, 7).

11. Máquina rotativa de acordo com a reivindicação 10, caracte-rizada pelo fato de que o alojamento apresenta uma camisa de alojamento(1) com anéis de reforço de alojamento (2) dirigidos para dentro e o disposi-tivo para desacoplamento termomecânico está fixado aos anéis de reforçode alojamento (2).

12. Máquina rotativa de acordo com uma das reivindicações 10ou 11, caracterizado pelo fato de que a parte estacionária apresenta anéisde retenção (5) e o dispositivo para desacoplamento termomecânico estáfixado aos anéis de retenção (5).

13. Máquina rotativa de acordo com a reivindicação 12, caracte-rizada pelo fato de que a parte estacionária abrange um pacote de chapas(7), que está unido por meio de barras de pacote de chapas (6) com os anéisde retenção (5).

14. Máquina rotativa de acordo com uma das reivindicações de-10 a 13, caracterizada pelo fato de que uma placa de rotação (10') do dispo-sitivo para desacoplamento termomecânico, no estado fixado, se estendeem direção axial por vários anéis de reforço de alojamento (2) e/ou anéis deretenção (5).

15. Máquina rotativa de acordo com uma das reivindicações 10 a-14, caracterizada pelo fato de que é executada como máquina dínamo-elétrica, especialmente como gerador.

16. Gerador de turbina tubular, caracterizado pelo fato de queapresenta um gerador como definido na reivindicação 15.

17. Emprego de um dispositivo para desacoplamento termome-cânico como definido em uma das reivindicações de 1 a 9 para montagementre alojamento (1, 2) e parte estacionária (5, 6, 7) de uma máquina rotati-va, especialmente para uma máquina dínamo-elétrica.