BRPI0709178A2 - unidade de compressor e uso de um meio refrigerante - Google Patents

Abstract

UNIDADE DE COMPRESSOR E USO DE UM MEIO REFRIGERANTE. A presente invenção refere-se a uma unidade de compressor (1) para a compressão de um meio de liberação (62), em particular para uma operação subaquática, compreendendo um compressor (3) e um motor elétrico (2) que compreende um estator (16) e um rotor (15), em que o estator (16) do motor (2) está conectado a um meio refrigerante separado (40) e é resfriado por um meio refrigerante separado (40), cujo meio refrigerante (40) possui um meio refrigerante (56). A refrigeração das máquinas é particularmente difícil em operações submarinas, em virtude da pouca acessibilidade e do imperativo de não se trocar materiais com o meio ambiente. Para a solução, é proposto que o meio refrigerante (56) seja um éster pentaeritritol de ácido tetracarboxílico.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "UNIDADE DECOMPRESSOR E USO DE UM MEIO REFRIGERANTE".

DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se a uma unidade de compressorpara a compressão de um meio de bombeamento, em particular para opera-ções subaquáticas, compreendendo um compressor e um motor elétrico quecompreende um estator e um rotor, com o estator do motor sendo conectadoa uma disposição de refrigeração separada e resfriado por meio da disposi-ção de refrigeração separada, cuja disposição de refrigeração é dotada deum meio refrigerante. Além disso, a matéria da presente invenção abrange ouso de um meio refrigerante especial para a refrigeração do estator de ummotor de uma unidade de compressor para operação subaquática.

Os recentes desenvolvimentos no campo do projeto de com-pressores se concentraram nas disposições submarinas dos grandes com-pressores concebidos para serem usados no bombeamento de gases natu-rais. Tendo em vista as específicas condições operacionais, particularmenteem função da acessibilidade muito restrita, tanto no que diz respeito aos finsde manutenção, como também aos meios das linhas de suprimento, os es-pecialistas se confrontam com maiores necessidades. As normas ambientaisem questão proíbem qualquer troca de substâncias entre o equipamento aser instalado e a água do mar circundante. Além disso, a água do mar é ummeio agressivo e condições extremas de pressão e temperatura podem serencontradas em várias profundidades no mar. Uma outra exigência é que oequipamento deve, por um lado, ter uma vida útil extremamente longa e, poroutro lado, deve ser projetado para ser virtualmente livre de manutenção.Um fator preocupante adicional é a considerável contaminação do meio aser bombeado que, em alguns casos, é quimicamente agressivo.

Uma unidade de compressor do tipo acima mencionado já é co-nhecida a partir da publicação do pedido de patente internacional WO02/099286 A1. A unidade de compressor descrita nessa publicação provêque, para fins de refrigeração, uma porção é derivada do meio de bombea-mento, geralmente gás natural, na área de um tubo de transbordamento dosestágios radiais do compressor e é usada para passar em torno dos compo-nentes a serem resfriados, de tal maneira que as perdas de calor, de umaordem de magnitude de 100 a 200 kW, se dissipem com o meio frio a serbombeado.

Este conceito para a refrigeração da unidade de compressor éparticularmente vantajoso, uma vez que o meio de bombeamento que deveser transportado em todos os casos é usado para dissipar as perdas de calore não há necessidade de nenhuma troca de meio adicional entre a unidadede compressor e os demais componentes do ambiente. No entanto, esteprocedimento resulta em dificuldades particulares devido aos agentes quími-cos agressivos do meio a ser bombeado.

O meio de bombeamento é, com freqüência, pesadamente con-taminado e pode, de maneira adversa, afetar a operação dos componentessensíveis, uma vez que flui em torno dos mesmos. Por exemplo, os mancais,os mancais axiais e os mancais radiais são, portanto, encapsulados de talmodo que nenhuma substância seja trocada entre a área circundante e es-tes componentes. Isto significa que mancais magnéticos devem ser usados.

Isto também se aplica ao rotor e ao estator, que são protegidos contra osmeios de bombeamento agressivos de uma maneira similar por meio de umencapsulamento. Embora seja suficiente resfriar o rotor por meio da passa-gem de um fluxo em torno do mesmo, são necessárias outras providênciasde refrigeração a fim de dissipar as perdas de calor do estator. Uma soluçãoda técnica anterior provê que o estator seja provido com canais de refrigera-ção, com um meio de bombeamento fluindo através destes canais para finsde refrigeração. Isto envolve o risco de contaminação do meio de bombea-mento, afetando de maneira adversa o fluxo através dos canais durante ocurso de operação, e possivelmente também o entupimento dos mesmos.

Um outro risco é o isolamento de modo geral poroso do estator, que absorveparte do meio de bombeamento na área onde o mesmo flui, enquanto omeio de bombeamento fica em contato com o estator como um meio refrige-rante, de tal maneira que, no caso de uma queda repentina de pressão, porexemplo, no caso de uma interrupção da operação, isto resulte em uma ex-pansão explosiva do meio absorvido nos poros do isolamento, que é, emconseqüência, destruído.

As desvantagens descritas com seus altos riscos para a disponi-bilidade de uma unidade de compressor são totalmente inaceitáveis, em par-ticular, para uma operação subaquática, por exemplo, no bombeamento degás natural.

A presente invenção se baseia, portanto, no objetivo de proveruma disposição de refrigeração para o estator de um motor elétrico de umaunidade de compressor acionada a motor, em particular para operações su-baquáticas, que, por um lado, oferece uma excelente confiabilidade opera-cional e, por outro lado, não requer que nenhuma substância seja trocadacom o ambiente durante a operação.

Uma unidade de compressor, conforme reivindicada pela reivin-dicação 1, e o uso de um éster pentaeritritol de ácido tetracarboxílico comoum meio refrigerante, de acordo com a reivindicação 11, são propostos nosentido de solucionar este problema. Cada uma das reivindicações depen-dentes apresenta os desenvolvimentos vantajosos da presente invenção.

Uma variante particularmente vantajosa para a operação da dis-posição de refrigeração é se usar um éster pentaeritritol de ácido tetracarbo-xílico como um meio refrigerante de modo a resfriar o estator do motor du-rante uma operação sob a água.

Além disso, a alta inflamabilidade do éster pentaeritritol de ácidotetracarboxílico e o reduzido risco de incêndio associado ao mesmo são umavantagem maior de uso de acordo com a presente invenção. Além disso, abaixa corrosão característica e a excelente compatibilidade com os materiaisisolantes utilizados nestas áreas, tais como tiras de mica e resina de epóxie/ou resinas de impregnação, são outros fatores.

Os líquidos de éster E o produto "Midel" ou o "Shell Fluido 4600"podem ser mencionados como exemplos de ésteres pentaeritritol de ácidotetracarboxílico. Estes líquidos são respectivamente não apenas um exce-lente isolante e compatíveis com materiais circundantes, mas também aten-dem às rígidas normas de proteção contra incêndio e às rígidas exigênciasde compatibilidade ambiental, uma vez que, em particular, os mesmos po-dem ser classificados como não contaminadores de água.

Em particular, a sensibilidade do estator à contaminação é leva-da em consideração quando a disposição de refrigeração tem um circuitofechado no qual um meio refrigerante (tetracarbonato de pentaeritritila) circu-la. Neste caso, é vantajoso que a disposição de refrigeração tenha um tro-cador de calor conectado ao estator resfriado por meio de uma linha de ali-mentação e uma linha de retorno, com a disposição de refrigeração sendodesenhada de tal forma que o meio refrigerante (éster pentaeritritol de ácidotetracarboxílico) circule entre a trocador de calor, a linha de retorno, o estatore a linha de alimentação.

A circulação pode ser acionada por meio de convecção natural,resultando, assim, em uma circulação natural do meio refrigerante entre oscomponentes acima mencionados. No entanto, de preferência, o circuito demeio refrigerante é operado em um modo forçado de circulação por meio deuma bomba. Nenhuma troca de fase deverá ocorrer neste caso. Isto garanteuma faixa térmica de operação particularmente ampla.

Para os fins da presente invenção, a refrigeração separada doestator do motor elétrico de uma unidade de compressor, por um lado, e umoutro sistema de refrigeração para os demais elementos da unidade decompressor, por outro lado, são particularmente convenientes. A separaçãoda refrigeração do sistema de refrigeração é apropriada para as exigênciasparticulares da dissipação de calor do estator de uma unidade de compres-sor deste tipo genérico.

O sistema de refrigeração que, entre outras coisas, resfria ocompressor e o rotor do motor, assim como, de uma maneira particularmen-te vantajosa, provê o meio de bombeamento como o meio refrigerante, comoum resultado do que as perdas de calor são dissipadas com o meio de bom-beamento a ser comprimido. Isto é particularmente vantajoso no bombea-mento subaquático do gás natural, uma vez que o mesmo é de modo geralrelativamente frio.

É particularmente vantajoso que o meio de bombeamento fluaem torno do rotor em um circuito aberto.

A presente invenção será explicada em mais detalhes no texto aseguir, usando uma modalidade exemplar específica e com referência a umdesenho, no qual:

a figura 1 mostra uma ilustração esquemática de uma seçãolongitudinal através de uma unidade de compressor de acordo com a pre-sente invenção.

A Figura 1 mostra, esquematicamente, uma seção ao longo deuma unidade de compressor 1 de acordo com a presente invenção, tendo,como componentes principais, um motor 2 e um compressor 3 em um aloja-mento hermético a gás 4. O alojamento 4 acomoda o motor 2 e o compres-sor 3. O alojamento 4 é provido com uma entrada 6 e uma saída 7 na áreada junção entre o motor 2 e o compressor 3, com o fluido a ser comprimidosendo aspirado através da entrada 6 por meio de uma barra de conexão desucção 8, e com o fluido comprimido escoando para fora por meio da saída 7.

A unidade de compressor 1 é disposta verticalmente durante aoperação, com um rotor de motor 15 do motor 2 acima de um rotor de com-pressor 9 do compressor 3 combinado de modo a formar um eixo comum 19que gira em torno de um eixo geométrico de rotação vertical comum 60.

O rotor do motor 15 é suspenso em um primeiro mancai radial21 na extremidade superior do rotor de motor 15.

O rotor de compressor 9 é suspenso por meio de um segundomancai radial 22 em uma posição inferior.

Um mancal axial 25 é provido na extremidade superior do eixocomum 19, ou seja, na extremidade superior do rotor de motor 15. Os man-cais radiais e o mancai axial operam de forma eletromagnética e cada umdos mesmos é encapsulado. Neste caso, os mancais radiais se estendemem torno do respectivo ponto de mancai do eixo 19 no sentido circunferenci-al e, deste modo, são circunferenciais em 360° e não divididos.

O compressor 3 é um tipo de compressor centrífugo e possuitrês estágios de compressor 11, cada um dos quais sendo conectado pormeio de um tubo de transbordamento 33. As diferenças de pressão que re-sultam através dos estágios de compressor 11 garantem que ocorra um em-puxo sobre o rotor de compressor 9 que é transmitido ao rotor de motor 15 edirecionado contra a força de gravidade de todo o rotor resultante, compre-endendo o rotor de compressor 9 e o rotor de motor 15, resultando, assim,em um grau muito alto de equilíbrio de empuxo durante uma operação regu-lada. Isto permite que o mancai axial 25 seja projetado para ser comparati-vamente menor que no caso de o eixo geométrico de rotação 60 tiver de serdisposto horizontalmente.

Os mancais eletromagnéticos 21, 22, 25 são resfriados à tempe-ratura operacional por meio de um sistema de refrigeração 31, com o siste-ma de refrigeração 31 provendo uma tomada 32 em um tubo de transbor-damento do compressor 3. Uma porção do meio de bombeamento, que é depreferência um gás natural, passa pela tomada 32 por meio das tubulaçõesde um filtro 35, e, em seguida, passa por duas tubulações separadas até osrespectivos pontos de mancai externos (o primeiro mancai radial 21 e oquarto mancai radial 24, assim como o mancai axial 25). Esta refrigeraçãopelo meio de bombeamento frio 80 economiza linhas de suprimento adicio-nais.

O rotor de motor 15 é circundado por um estator 16 que tem umencapsulamento 39 tal que o meio de bombeamento agressivo 80 não dani-fica os enrolamentos do estator 16. O encapsulamento é, neste caso, de pre-ferência projetado de tal forma que o mesmo possa contribuir para a pressãooperacional total. Isto também se deve a uma disposição de refrigeraçãoseparada 40 que é provida para o estator, em cuja disposição de refrigera-ção 40 circula um meio de refrigeração dedicado (éster pentaeritritol de áci-do tetracarboxílico) 56. Uma bomba 42, neste caso, garante a circulaçãoatravés de um trocador de calor 43.

Pelo menos o encapsulamento 39 é projetado de tal modo que aseção que se estende entre o estator 16 e o rotor de motor 15, embora tendouma espessura de parede fina, é ainda capaz de suportar a pressão do pro-jeto quando a disposição de refrigeração de estator 40 é completamente en-chida com o meio refrigerante 56. Isto torna possível evitar as perdas porcorrentes de Eddy relativamente altas nesta área, aumentando, assim, a efi-ciência da disposição como um todo.

O rotor de compressor 9 convenientemente possui um eixo decompressor 10 sobre o qual os estágios individuais de compressor 11 sãomontados. Isto pode ser feito de preferência por meio de um encaixe de en-colhimento térmico. Um entrefechamento, por exemplo, por meio de polígo-nos, é da mesma forma possível. Uma outra modalidade provê diferentesestágios de compressor 11 a serem soldados um ao outro, resultando, as-sim, em um rotor de compressor integral 9.

A figura 2 mostra o rotor de motor 15, o estator 16 e a disposiçãode refrigeração 40. A disposição de refrigeração 40 possui um circuito derefrigeração 50 que se estende pelos canais de refrigeração 51, pelas áreasde coleta 52 dispostas em ambos os lados dos canais de refrigeração 51,para as linhas que conectam estas áreas de coleta, especificamente umalinha de alimentação 53 e uma linha de retorno 54, assim como um conden-sador 55 disposto entre a linha de alimentação 53 e a linha de retorno 54. Omeio refrigerante 56, ou seja, um éster pentaeritritol de ácido tetracarboxílicocom o nome comercial "Midel" começa a fluir pelos canais de refrigeração 51do estator 16, fluindo pela linha de alimentação 53 para dentro do trocadorde calor 55, onde o meio refrigerante 56 é resfriado e flui pela linha de retor-no 54 para uma áréá dé coleta 52 que se localiza no fim do retorno dos ca-nais de refrigeração 51. O circuito é fechado. A diferença de temperaturaentre a alimentação e o retorno é de preferência de 10 Κ. O trocador de calorse localiza de forma geodésica no ponto mais alto (na diferença de alturaΔΗ), deste modo auxiliando na convecção natural. Uma bomba 42 é dispostano retorno. O estator é encapsulado, e a refrigeração feita pelo meio debombeamento 80 que flui em torno do rotor 15 ocorre em uma abertura entreo rotor 15 e o estator 16.

Claims (15)

1. Unidade de compressor (1) para a compressão de um meiode bombeamento (80), em particular para uma operação subaquática, com-preendendo um compressor (3) e um motor elétrico (2) que compreende umestator (16) e um rotor (15), com o estator (16) do motor (2) sendo conecta-do a uma disposição de refrigeração separada (40) e resfriado por meio deuma disposição de refrigeração separada (40), em que a disposição de refri-geração (40) possui um meio refrigerante (56), caracterizada pelo fato deque o meio refrigerante (56) é um éster pentaeritritol de ácido tetracarboxílico.

2. Unidade de compressor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que um resíduo de ácido carboxílico é linear eunicamente ramificado com metila.

3. Unidade de compressor, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato de que o resíduo de ácido carboxílico tem um núme-ro médio de C > 7.

4. Unidade de compressor (1), de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a disposição derefrigeração (40) possui um circuito fechado (circuito de refrigeração 50) noqual circula o meio refrigerante (56).

5. Unidade de compressor (1), de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a disposição de refrigeração (40) possui umtrocador de calor (55) que é conectado ao estator resfriado (16) por meio deuma linha de alimentação (53) e uma linha de retorno (54), com a disposiçãode refrigeração (40) sendo projetada de tal forma que o meio refrigerante(56) circule entre o trocador de calor (55), a linha de retorno (54), o estator(16), e a linha de alimentação (53).

6. Unidade de compressor (1), de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que uma bomba (42)é provida na linha de retorno (54) e bombeia o meio refrigerante (56) de talmodo que uma circulação forçada seja produzida.

7. Unidade de compressor (1), de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a disposição derefrigeração é projetada para uma pressão operacional máxima.

8. Unidade de compressor (1), de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o compressor (3), os mancais (os mancaisradiais 21 a 24, e o mancai axial 25) da unidade de compressor (1) e o rotor(15) do motor (2) são conectados a um outro sistema de refrigeração e sãoresfriados por meio deste sistema de refrigeração.

9. Unidade de compressor (1), de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato de que o sistema de refrigeração (31) possui ummeio refrigerante que vem a ser o meio de bombeamento.

10. Unidade de compressor (1), de acordo com qualquer umadas reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o meio debombeamento é gás natural.

11. Unidade de compressor (1), de acordo com qualquer umadas reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o sistema derefrigeração (31) é projetado de tal modo que o meio refrigerante flua emtorno do rotor (15).

12. Uso de um tetracarbonato de pentaeritritila como um meiorefrigerante (56) para uma disposição de refrigeração (40) para o estator (16)de um motor (2) de uma unidade de compressor (1) para operação subaquá-tica.

13. Uso, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelofato de que o resíduo de ácido carboxílico do éster pentaeritritol de ácidotetracarboxílico é linear e unicamente ramificado com metila.

14. Uso, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelofato de que o resíduo de ácido carboxílico tem um número médio de C > 7.

15. Uso, de acordo com as reivindicações 12, 13 ou 14, caracte-rizado pelo fato de que a disposição de refrigeração é operada em um modode circulação forçada.