BRPI0922112B1

BRPI0922112B1 - Junta giratória de alta voltagem

Info

Publication number: BRPI0922112B1
Application number: BRPI0922112-3A
Authority: BR
Inventors: Maxime Baptiste Berard; Eric Barrabino; Philippe Albert Christian Menardo; Jean Pierre Queau; Benjamin Passieux
Original assignee: Single Buoy Moorings Inc.
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2019-04-30
Also published as: WO2010063715A2; CA2745080C; CN102273024B; JP2012510698A; EP2353213B1; MX2011005707A; CN102273024A; WO2010063715A3; US8403679B2; BRPI0922112A2; CA2745080A1; EP2353213A2; US20110237089A1; JP5566395B2

Abstract

junta giratória de alta voltagem esta invenção se refere a uma junta giratória de alta voltagem compreendendo um corpo interno e um externo, cada corpo tendo pelo menos um primeiro e um segundo elemento condutor em forma de anel, os elementos conhecidos compreendendo duas faces de extremidade separadas e uma superfície de contato em curva, os elementos sendo mutuamente interconectados em faces de extremidade opostas via membros isolantes em posições axialmente separadas, os corpos interno e externo sendo coaxiais em torno de um eixo longitudinal, a superfície de contato de cada elemento condutor interno estando adjacente a e em contato elétrico com uma superfície de contato oposta de um correspondente elemento condutor externo, os corpos interno e externo sendo rotacionais relativos cada um ao outro em torno do eixo longitudinal onde cada elemento condutor do corpo interno e externo é conectado a uma linha de voltagem se estendendo a um terminal de entrada ou um terminal de saída, caracterizado pelo fato que os membros do isolante interconectando os elementos condutores, estão situados em uma distância mútua na direção da circunferência do elemento condutor, os elementos condutores interconectados do corpo interno e externo cada um sendo suportado por um respectivo membro de suporte para formar unidades integrais tais que os corpos interno e externo são adaptados para serem mutuamente desacoplados ou anexados através do deslocamento relativo das unidades integrais na direção do eixo longitudinal.

Description

“JUNTA GIRATÓRIA DE ALTA VOLTAGEM”

Campo da Invenção [001] A invenção se refere a uma junta giratória de alta voltagem compreendendo um corpo interno e externo, cada corpo tendo pelo menos, um primeiro e um segundo elemento condutor em forma de anel, os elementos condutores compreendendo duas faces de extremidade separadas e uma superfície de contato em curva, os elementos sendo mutuamente interconectados em faces de extremidade opostas via membros isolantes em posições axialmente separadas, os corpos interno e externo sendo coaxiais em torno de um eixo longitudinal, a superfície de contato de cada elemento condutor interno sendo adjacente a e em contato elétrico com uma superfície de contato oposta de um correspondente elemento condutor externo, os corpos interno e externo sendo rotacionais relativos a um outro em torno do eixo longitudinal, onde cada elemento condutor do corpo interno e externo é conectado com uma linha de voltagem se estendendo para um terminal de entrada ou um terminal de saída.

Conhecimento da Invenção [002] Tal uma junta giratória de alta voltagem é conhecida da Patente dos US de NR. 7.137.822 no nome do Requerente. A junta giratória conhecida é uma junta giratória de alta voltagem para aplicações em alto mar, por exemplo, para distribuir potência elétrica, que é gerada em uma embarcação de Produção Flutuante, Armazenamento e Transbordo (FPSO) o qual FPSO é ancorado ao fundo do mar via uma torre - para um cabo de energia submarino. Tubos ascendentes de hidrocarbonetos estacionários se estendem da direção para cima a partir de uma boca de poço para uma usina de energia na embarcação, no qual os hidrocarbonetos são convertidos em energia elétrica. A conexão elétrica da embarcação girando para o cabo de energia submarino estacionário levando para litoral é alcançada pela junta giratória de alta voltagem ao qual o estator está conectado, via a parte da junta

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 8/51 / 17 giratória estacionária na embarcação, ao cabo de energia submarina e o rotor está conectado à usina de energia na embarcação.

[003] Os condutores dos corpos interno e externo da junta giratória de alta voltagem conhecido estão incorporados em anéis do isolante anulares sólidos que totalmente envolvem os condutores, além de suas áreas de contato. Isto resulta em um isolamento elétrico muito bom e o uso de um isolante sólido em vez do ar ou um óleo dielétrico permite um projeto compacto e operação em voltagens relativamente altas. Os condutores compreendem anéis concêntricos cada um tendo uma superfície de contato de metal anular através do qual os condutores interno e externo fazem pleno contato, tal que as forças mecânicas e forças eletrodinâmicas assim como as correntes são distribuídas uniformemente sobre a circunferência total.

[004] A junta giratória conhecida tem a desvantagem que há um risco de curtos-circuitos após o sistema ter estado em uso operacional por um tempo e os condutores iniciam a mostrar algum desgaste. Quando detritos originando do desgaste ficam no espaço estreito entre os condutores e os anéis de isolamento, curtos-circuitos podem ser criados, forçando junta giratória a funcionar mal. Após desgaste dos elementos de mola nas superfícies de contatos dos condutores anulares, os anéis do isolante sólidos e condutores da junta giratória necessitam ser desmantelados de modo a obter acesso aos eletrodos.

[005] Por conseguinte, é um objeto da invenção reduzir o risco de mau X funcionamento da junta giratória devido aos detritos. É um objeto adicional da invenção reduzir a quantidade de desgaste dos condutores e a quantidade de X detritos, enquanto obtendo um bom contato elétrico. É de novo um objeto da invenção fornecer a junta giratória de peso reduzido, no qual os condutores anulares interno e externo estão precisamente alinhados e pode assumir grande cargas mecânicas e eletrodinâmicas, especialmente sob condições em

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 9/51 / 17 alto mar. A junta giratória deve permitir fácil tratamento durante montagem e desmontagem para propósitos de inspeção e substituição.

Sumário da Invenção [006] Daqui em diante uma junta giratória de alta voltagem de acordo com a invenção é caracterizado no fato que os membros do isolante interconectando os elementos condutores estão situados em uma distância mútua na direção da circunferência do elemento condutor, os elementos condutores interconectados do corpo interno e externo cada um sendo suportado por um respectivo membro de suporte para formar unidades integrais tal que os corpos interno e externo são adaptados para serem mutuamente desacoplados ou anexados através de deslocamento relativo das unidades integrais na direção do eixo longitudinal.

[007] A área aberta entre os condutores na direção axial, e a área aberta entre membros do isolante adjacente na direção da circunferência dos elementos condutores resulta em uma construção como gaiola aberta das pilhas de condutores interno e externo. Óleo isolante pode livremente fluir através da configuração de condutores empilhados aberta que previne detritos ocasionais originando de desgaste de ficarem presos, conforme tais detritos podem ser facilmente removidos a partir da área aberta sem causar curtoscircuitos preenchendo o espaço entre os condutores. Construindo uma pilha aberta interna ou externa de pelo menos, dois condutores anulares separadas, os condutores podem ser mecanicamente alinhados em uma maneira estável, e pode ser facilmente montado e desmontado para inspeção ou reparo. As pilhas de condutor abertas de acordo com a invenção fornecem uma construção de junta giratória leve e estável que pode suportar grandes forças eletrodinâmicas e que é especialmente adequado para permanecer mecanicamente alinhado sob condições em alto mar.

[008] Como as pilhas de condutores internas e externas cada uma forma uma unidade integral, tratando quando da instalação ou substituição é

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 10/51 / 17 facilitado. Os condutores do corpo interno e externo podem ser alinhados facilmente através de alinhamento mútuo preciso das unidades a longo do eixo longitudinal. Desmontagem dos corpos interno e externo é relativamente fácil conforme eles podem ser separados puxando umas unidades na direção axial.

[009] Da Patente dos US de NR. 4.252.388 uma junta giratória de alta voltagem é conhecida, onde o corpo interno compreende uma pilha de condutores, espaçadores de suporte dielétricos e barreiras dielétricas como maquina de lavar. Os condutores do corpo externo são fornecidos através de um único ou um baixo número de escovas de carvão, cada uma contatando um anel condutivo do corpo interno em uma única posição ao longo de sua circunferência. Isto causa desgaste considerável e então contaminação a partir dos detritos resultantes. Mais ainda, isto fornece um único, ou um baixo número de caminhos de corrente estreitos a partir do elemento interno para o elemento externo, que impõe limitações na voltagem máxima a ser transmitida pela junta giratória. Ainda mais, a rigidez mecânica das escovas de suporte de carvão conhecida é relativamente baixa tal que contato elétrico não é sempre ótimo e a corrente máxima possível de passar através das escovas de carvão é limitado. Quando da montagem e desmontagem, todos os condutores externos necessitam ser individualmente instalados e substituídos, o que complica o tratamento das partes da junta giratória conhecidas.

[0010] Em uma modalidade, o membro de suporte compreende um flange transversal se estendendo substancialmente em paralelo aos elementos condutores em forma de anel. Os flanges suportando as pilhas de condutores podem se conectar à ou formar uma parte de um alojamento contendo os elementos condutores, e suportar esses elementos tais que o corpo externo pode girar relativo ao corpo interno, em torno do eixo longitudinal.

[0011] O corpo interno pode compreender ao longo do eixo longitudinal um elemento de núcleo carrying em um lado inferior o flange transversal, um

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 11/51 / 17 elemento condutor inferior do corpo interno estando com uma face da extremidade inferior conectada ao flange transversal via membros isolantes separadas.

[0012] De modo a interconectar os elementos condutores do corpo interno separadas, os elementos podem compreender pelo menos, uma parte do condutor se projetando radialmente na direção para dentro anexada a um condutor axial interno que se estende na direção para dentro dos elementos condutores em forma de anel em uma direção axial para uma parte de extremidade que está situada acima ou abaixo do elemento condutor mais superior ou mais inferior do corpo interno, a qual parte de extremidade e presa a um terminal de conector. Nesta maneira, os condutores axiais internos se estendem na direção para dentro dos elementos condutores em forma de anel para um terminal de saída ou terminal de entrada sem interferir com o movimento rotacional relativo dos elementos condutores interno e externo em forma de anel em torno do eixo longitudinal.

[0013] Em uma maneira similar, cada elemento condutor do corpo externo pode compreender pelo menos, uma parte do condutor se projetando radialmente na direção para fora presa a um condutor axial externo que se estende na direção para fora a partir dos elementos condutores em forma de anel em uma direção axial uma parte de extremidade acima ou abaixo do elemento condutor mais superior e mais inferior do corpo externo, a qual parte de extremidade está presa a um terminal de conector. Preferencialmente os terminais de conector do corpo interno e corpo externo estão situados em partes de extremidades opostas dos condutores axiais, tal que espaço suficiente esteja disponível para acomodar os conectores no final dos cabos de energia que se conectam a junta giratória.

[0014] Os terminais de conector do corpo interno e / ou do corpo externo podem ser axialmente direcionados e podem ser presos ao longo de um contorno circular em um flange radial. Os cabos de energia conectados às

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 12/51 / 17 partes do estator e rotor da junta giratória nesta modalidade se estendem, pelo menos, na vizinhança da junta giratória, na direção axial.

[0015] Alternativamente, os terminais de conector nas partes de extremidades dos condutores axiais do corpo interno e / ou do corpo externo podem ser radialmente direcionados e presos ao longo de um contorno de um suporte em forma de anel. Nesta maneira, os cabos de energia perto da parte do rotor ou estator parte da junta giratória podem ser orientados na direção radial.

[0016] Em uma modalidade, flange radial do corpo interno ou externo é conectada a uma parte do alojamento cilíndrico inferior, o suporte em forma de anel do outro corpo sendo preso via um rolamento rotacional à parte do alojamento inferior e a uma tampa para formar um recinto estanque a líquido em torno dos membros condutores. Dentro do recinto, um fluido dielétrico, tal como óleo, é acomodado. Em uma modalidade preferida, os corpos interno e externo são presos a uma tampa superior e a uma tampa inferior, respectivamente, as quais tampas estão interconectadas via uma parede cilíndrica interna, uma das tampas sendo rotacional relativa à parede cilíndrica em torno do eixo vertical, uma parede cilíndrica externa envolvendo a parede interna, a qual parede interna é fornecida com aberturas e vedações que são adaptados para abrir as aberturas quando uma pré-determinada pressão na vedação é excedida. Nesta maneira, um alojamento de confinamento extra é formado para o fluido dielétrico pelo espaço entre a primeira e segunda paredes cilíndricas, o qual alojamento é somente acessível após as vedações - por exemplo formado por discos de ruptura - terem sido rompidos devido a um aumento súbito de pressão, que pode ser causado por um curto-circuito e um aumento súbito na pressão devido à vaporização do fluido dielétrico. Nesta maneira, os efeitos de um curto circuito interno devido à pressão construída, tal como liberação de gás explosivo ou projeção de óleo quente, podem ser evitados. As dimensões internas da junta giratória tendo

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 13/51 / 17 uma parede de confinamento externo de acordo com a invenção, pode permanecer relativamente pequena, como os efeitos adversos de um curto circuito interno são fortemente reduzidos.

[0017] Em uma modalidade preferida de uma junta giratória de alta voltagem, placas de molas são fixadas ao elemento condutor em uma superfície de contato do elemento condutor interno ou externo, arranjadas lado a lado, uma direção de comprimento das placas de molas se estendendo na direção da circunferência do elemento condutor. Colocando as placas de molas, que têm uma construção como uma clarabóia, com sua direção de comprimento na direção da circunferência da junta giratória, uma resistência igual em ambas direções rotacionais é alcançada. Isto resulta em distribuição uniforme de força e desgaste reduzido das placas de molas, enquanto bom contato condutivo é mantido todo tempo entre os elementos condutores em forma de anel internos e externos.

[0018] Para melhorar a facilidade de construção, as placas de molas podem estar situadas em uma superfície de contato do condutor interno, que é facilmente acessível. As placas de molas podem ter um comprimento que é menor do que 0,1 preferencialmente menor do que 0,05 vezes um comprimento da circunferência da superfície de contato do condutor, tal que pelo menos, 10 conjuntos, preferencialmente pelo menos, 20 conjuntos de placas de molas substancialmente em paralelo podem ser colocadas em uma superfície de contato para otimizar o contato condutivo elétrico entre os condutores interno e externo.

[0019] Em uma modalidade adicional, as placas de molas podem ser formadas em um quadro de montagem, um dos condutores tendo em uma superfície de contato um membro de acoplamento para encaixar com o quadro de montagem, os quadros de montagem cobrindo pelo menos, uma parte de uma superfície de contato do elemento condutor. Os quadros de montagem com os condutores podem ser fabricados separadamente com alta precisão e

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 14/51 / 17 podem ser facilmente montados em uma superfície de contato do anel condutor interno ou externo.

DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS [0020] Algumas modalidades de uma junta giratória de alta voltagem de acordo com a invenção serão explicadas em detalhe, por meio de exemplo não limitante, com referência ao desenho anexo. No desenho:

Fig. 1 mostra uma vista transversal seccional de uma primeira modalidade de uma junta giratória de alta voltagem de acordo com a invenção,

Fig. 2 mostra um detalhe dos elementos condutores da Fig. 1 em uma escala ampliada,

Fig. 3 mostra uma vista cruzada seccional de uma pilha de condutores interna de uma segunda modalidade de uma junta giratória de alta voltagem de acordo com a invenção,

Fig. 4 mostra uma vista em perspectiva da pilha de condutores interna da Fig. 3,

Fig. 5 mostra uma vista transversal seccional de uma pilha de condutores externa da segunda modalidade de uma junta giratória de alta voltagem de acordo com a invenção para cooperação com a pilha de condutor interno das Figs. 3 e 4,

Fig. 6 mostra uma vista em perspectiva da pilha de condutores externa da Fig. 5,

Fig. 7 mostra uma vista em perspectiva de uma junta giratória de alta voltagem, com as pilhas de condutores internas e externas da Fig. 3-6 em uma configuração montada,

Fig. 8 mostra uma vista transversal seccional da junta giratória de alta voltagem da Fig. 7,

Fig. 9 mostra uma vista em perspectiva do alojamento externo da junta giratória de alta voltagem,

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Fig. 10 mostra uma vista plana de topo esquemática da junta giratória da Fig.8 mostrando o arranjo agrupado dos terminais de conector da junta giratória,

Fig. 11 mostra uma vista em perspectiva de uma terceira modalidade de uma junta giratória de alta voltagem com todos os terminais de conector em uma configuração orientada axialmente,

Fig. 12 mostra uma modalidade de uma junta giratória de alta voltagem tendo um alojamento interno alojamento e um alojamento de confinamento externo,

Fig. 13 mostra um elemento condutor interno em forma de anel compreendendo um número de placas de molas montadas em quadros de montagem, presos a uma superfície de contato,

Fig. 14 mostra um detalhe da placa de montagem suportando placas de molas do tipo como uma clarabóia de acordo com a Fig. 13,

Fig. 15 mostra uma vista de topo do elemento condutor interno, as placas de molas e o elemento condutor externo, e

Fig. 16, de forma esquemática, mostra um sistema em alto mar com uma usina de energia flutuante compreendendo uma junta giratória de alta voltagem da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção [0021] Fig. 1 mostra uma junta giratória de alta voltagem 1 compreendendo um corpo externo estacionário e um corpo interno rotacional. Os corpos externo e interno são formados de pilhas de condutores internas e externas 2, 3 que são coaxialmente alinhados em torno do eixo longitudinal 4 e estão inclusas em um alojamento 5. As pilhas externa e interna 2, 3 são cada uma compreendidas de quatro elementos condutores em forma de anel 7, 7', 8, 8', 9, 9' e,10, 10', um elemento condutor para cada fase e um para conexão ao nível de voltagem de aterramento. Os condutores elementos 7 - 10 e 7' - 10' são fornecidos com furos alinhados através dos quais uma haste de conexão

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 16/51 / 17 isolante 12, 13 é orientada. Em torno das hastes de conexão 12, 13, espaçadores isolantes 15, 15', 16, 16', 17, 17', 18 18', 19, 19' são fornecidos, que entram em contato com faces de extremidade 45,45',46,46' (ver fig. 2) de pares de elementos condutores adjacentes 7,8; 7',8'; 8,9; 8',9' e 9,10; 9',10' e mantém uma pré-determinada distância axial entre esses elementos condutores adjacentes. O espaçador inferior 15 da pilha de condutor interno 3 é conectado a um membro de suporte inferior 22, e o espaçador superior 19 é adjacente a um membro de suporte superior 23. A haste de conexão 13 prende os espaçadores isolantes 15-19 e os condutores em forma de anel 7-10 entre os membros de suporte superior e inferior 22, 23 tal que os membros de suportes, as hastes de conexão, os espaçadores isolantes e os condutores em forma de anel formam uma unidade integral. O mesmo se mantém para a pilha de condutor externo 2 onde os condutores em forma de anel 7'-10' são interconectados via a haste de conexão externa 12, e os espaçadores isolantes 15 '-19' que são presos entre o membro de suporte superior 25 e membro de suporte inferior 26.

[0022] Cada um dos elementos condutores internos 7-10 compreende uma parte de condutor 30 formando uma extensão radial, a qual parte de condutor suporta um condutor axial interno 31 que é fornecido com um invólucro isolante 32. O condutor axial 31 se estende dentro dos elementos condutores internos em forma de anel 7-10 e tem uma parte de extremidade 34 situada acima do condutor mais superior, o contorno fechado dos elementos 19, 19', a qual parte de extremidade 34 é presa a um terminal de conector orientado radialmente 33. Os elementos condutores externos 7'-10' compreendem uma parte de condutor externo orientado radialmente 35 que é conectado ao condutor axial externo 36 tendo uma extremidade inferior 37 situada abaixo dos elementos condutores mais inferiores em forma de anel 10,10'. O condutor axial externo 36 se estende com uma extremidade inferior 37 abaixo do elemento condutor mais inferior em forma de anel 10' e está

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 17/51 / 17 preso a um terminal de conector 38 que está radialmente orientado. Para cada elemento condutor interno em forma de anel 7-10 e para cada elemento condutor externo em forma de anel 7'-10' dois condutores internos e dois condutores axiais externos 32, 36 assim como dois terminais de conector 33, 38 são fornecidos para uma distribuição uniforme de correntes de entrada e saída.

[0023] O alojamento 5 da junta giratória de alta voltagem fornece um confinamento selado de fluido de óleo dielétrico. Uma parte de alojamento externa 40, suportando a pilha de condutor externa 2 é conectada via um rolamento radial axial 42 a uma parte de alojamento interno 43 suportando a pilha de condutor interno 3.

[0024] Após desconectar o rolamento 42 e destacando os condutores axiais 32, 36 de seus respectivos terminais de conector 33, 38, a pilha de condutor externa 2 pode ser elevada na direção do eixo longitudinal 4, para desconectar as pilhas de condutor 2,3 para manutenção ou reparo. O espaço aberto entre os elementos condutores 7-10; 7'-10' e entre espaçadores isolantes adjacentes 15,15'; 16,16'; 17,17' e 18,18' que estão situadas nas mesmas posições axiais, deixa livre acesso para circulação de óleo dielétrica e previne detritos de serem presos entre pares de elementos condutores adjacentes em forma de anel 7,7'-10, 10' e então evita curtos-circuitos de serem formados. O livre transporte de detritos pelo óleo por convecção natural assegura que detritos não são presos em uma posição fixa tal que chances de um curto circuito ser causado pelos detritos é fortemente reduzida. Também calor, gerado quando da transferência de corrente entre as pilhas de condutor interna e externa, é transportado por convecção para o óleo envolvente e pelo óleo para o alojamento de metal 5. Calor transportado para o alojamento 5 será transferido para o ar ambiente por convecção. O óleo dentro do alojamento 5 não é ativamente circulado.

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 18/51 / 17 [0025] A altura H1 da junta giratória 1 pode ser entre 0,7 m e 2,0 m, por exemplo, cerca de 1,5 m. A distância axial H2 entre elementos condutores adjacentes em forma de anel pode estar entre 6 cm e 25 cm, por exemplo, 15 cm. Uma espessura H3 dos elementos condutores em forma de anel 7,7'10,10' pode variar de 3 cm a 10 cm, por exemplo, 5 cm. A largura W dos elementos condutores pode estar entre 10 cm e 20 cm, por exemplo, 15 cm. O diâmetro externo Dl da junta giratória é por exemplo, entre 1,5 m e 2.5 m, por exemplo, 2m, ao passo que o diâmetro externo D2 da pilha de condutor externa 2 pode estar entre 1 m e 2 m, por exemplo, 1,3 m [0026] Fig. 2 mostra um detalhe ampliado de dois elementos condutores adjacentes 7,7'. Os espaçadores isolantes 19, 19'; 18,18' entram em contato com as faces de extremidade superior 45, 45' e as faces de extremidade de inferior 46, 46' dos elementos condutores 7,7'. Cada elemento condutor 7,7' tem uma superfície de contato em curva 48,48' as quais superfícies de contatos são colocadas em relação deslizante oposta para transferir correntes de um elemento condutor para o outro.

[0027] As pilhas de condutores internas e externas 2,3 constituem uma estrutura estável e robusta na qual forças mecânicas e forças eletro dinâmicas, assim como as correntes são distribuídas uniformemente sobre a total circunferência dos elementos condutores em forma de anel.

[0028] Ao mesmo tempo, total liberdade rotacional é fornecida entre a parte de rotação da junta giratória (e.g. a pilha externa 2) que é fixa para a estrutura em alto mar flutuante, a qual estrutura pode compreender uma unidade de geração de energia de alto mar baseado no tempo, tal como uma unidade de turbina eólica, um FPSO e o similar, e a parte estacionária da junta giratória (e.g. a pilha de condutor interna 3) que pode ser conectado a um cabo de energia submarino.

[0029] Fig. 3 mostra uma modalidade onde a pilha de condutor interno forma uma unidade integral 50 tendo quatro elementos condutores

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 19/51 / 17 interconectados em forma de anel 51,52,53 e 54. Os elementos condutores 51 - 54 são interconectados pelos espaçadores isolantes 55, 66, 67 que são distribuídos ao longo da circunferência dos elementos condutores. O elemento condutor inferior 54 é suportado via os espaçadores isolantes mais inferiores 55 em um flange transversal 56 perto de uma extremidade inferior 58' de um membro de suporte central 57. Os dois condutores axiais internos 58, 59 se estendem na direção para cima, ao longo do interior dos elementos condutores em forma de anel 51 - 54 a partir do condutor de elemento inferior 54 para os terminais de conector 60, 61. O mesmo se aplica para cada elemento condutor 51 e 53, tal que no total seis terminais de conector são fornecidos para os três elementos condutores 51, 53 e 54. O elemento condutor 52 define um nível de voltagem de aterramento, e é acoplado a um único terminal de conectar de aterramento 62 (ver fig. 4).

[0030] Como pode ser claramente visto da fig. 4, os condutores axiais internos 58,59 são conectados ao elemento condutor 54 via a parte de condutor se projetando radialmente em direção para dentro 63. As partes dos condutores 64, 65 dos elementos condutores 51 e 53 são também indicados na Fig. 4. Perto de uma extremidade superior 70 os terminais de conector 60, 61, 62 são montados em um suporte cilíndrico 72. O suporte cilíndrico 72 forma parte do alojamento externo e está em sua borda superior conectado a uma parede de topo 73. A parede de topo 73 é também conectada a uma extremidade superior do membro de suporte central 57 para formar uma unidade integral rígida 50. Ao longo de uma borda inferior do suporte cilíndrica 72, um rolamento 75 é preso para rotacionalmente conectar uma parte do alojamento inferior da junta giratória.

[0031] Fig. 5 mostra a pilha de condutor externa onde uma unidade integral 80 é formado de quatro elementos condutores externos em forma de anel 51', 52', 53' e 54'. Os elementos condutores 51 '- 54' são interconectados via os espaçadores isolantes 81,82,83. Espaçadores adjacentes 81,82 são

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 20/51 / 17 colocados em uma distância mútua relativamente grande S de por exemplo, 40 cm tal que uma configuração largamente aberta dos elementos condutores empilhados 51 '-54' é obtida. Como pode ser visto da Fig. 6, os elementos condutores externos 51 '- 54' são acoplados aos condutores axiais externos 85,86,87,88, onde o condutor 88 é mostrado sem o invólucro de isolamento externo. Os condutores 85 - 88 são acoplados às partes do condutor externo 89, 90 que se projetam a partir dos elementos condutores 51 '- 54' em uma direção radial. Perto da extremidade inferior 92, os condutores axiais externos 85 - 88 são acoplados aos terminais de conector 93, 94 se estendendo em uma direção axial e sendo montados em uma direção axial e sendo montado em um suporte em forma de anel 95. O suporte em forma de anel inferior 95 está com sua borda conectado a uma parte de parede cilíndrica inferior 96 do alojamento externo 101.

[0032] Fig. 7 mostra a vista em perspectiva das unidades integrais 50 e 80 das pilhas de condutores internas e externas na configuração montada, alinhadas coaxialmente em torno da linha central longitudinal 100, ao passo que fig. 8 mostra as unidades integrais montadas 50, 80 em vista transversal seccional. O alojamento externo 101 esquematicamente tem somente sido indicado na Fig. 8.

[0033] Fig. 9 mostra o alojamento externo 101 da junta giratória fornecendo um confinamento selado de fluido do óleo isolante que envolve as pilhas de condutores internas e externas com o suporte cilíndrico 72 de modo rotacional preso à parte da parede cilíndrica inferior 96 via o rolamento 75. O alojamento 101 é fechado pela parede superior 73 e pelo suporte em forma de anel inferior 95. Os terminais de conector 60,62 se projeta através da parede do alojamento em uma maneira à prova de líquidos.

[0034] Fig. 10 mostra uma vista planto de topo de uma junta giratória 110 com a pilha de condutores externa 111 e a pilha de condutores interna 112. Os terminais de conector são arrumados e, dois grupos 113, 114 de três terminais

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 21/51 / 17 de conector cada, cada terminal de conector em um grupo sendo presos a um elemento condutor com uma fase diferente. Os cabos de energia 115, 116 presos aos respectivos terminais de conexão em um grupo de terminais de conector 113, 114 são entrelaçados tal que perdas nos cabos de energia 115, 116 devido aos campos elétricos gerados pelas correntes nesses cabos são reduzidas. O terminal de conexão 117 para conectar a voltagem de aterramento é colocado em uma distância da circunferência a partir dos grupos 113, 114.

[0035] Fig. 11 mostra uma modalidade onde os terminais de conexão na extremidade superior da junta giratória são montados em um flange de suporte horizontal 120, tal que ambos os terminais de conector superiores 121, e terminais de conector inferiores 122 se estendem em uma direção axial. [0036] Fig. 12 mostra uma junta giratória simétrico em torno do eixo longitudinal 123, tendo um alojamento externo em torno dos condutores empilhados 124, com uma parede cilíndrica 126, um parede inferior 125 e uma parede superior 132. Os terminais de conector 130, 131 são presos à parede superior 132 e à parede inferior 125. Uma segunda parede cilíndrica 127 com parede superior 133 e parede inferior 129 é colocada em torno da parede interna 126. Nenhum óleo está presente no espaço definido entre as paredes 126 e 127. Na parede 126, um número de aberturas 134 é fornecido que são fechadas por um disco de ruptura 128 que se quebra quando uma pressão aumenta no espaço definido pela parede 126. Quando, devido a um curto circuito, a pressão aumenta nitidamente no espaço dentro da parede interna 126, o disco de ruptura 128 irá romper com a abertura 134 tal que óleo pode fluir no espaço entre a parede interna 126 e a parede externa 127. Por este meio, o risco de projeção de óleo quente a partir do confinamento da junta giratória e ejeção de gases explosivos a partir da junta giratória é nitidamente reduzido e segurança operacional da junta giratória é aumentado.

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 22/51 / 17 [0037] Figs. 13 mostra um elemento condutor interno em forma de anel 140 em que sua superfície de contato é fornecida com um número de quadros de montagem 150, 151, cada quadro de montagem carregando seis placas de molas 152,153 em uma configuração como um clarabóia, como pode ser visto da Fig. 14. As placas de molas compensam as tolerâncias mecânicas entre os elementos condutores elementos condutores interno e eternos rígidos em forma de anel e fornece um contato de condução seguro entre os elementos condutores. As placas de molas se estendem geralmente com sua direção de comprimento L na direção da circunferência dos elementos condutores, tal que quando da rotação uma distribuição de força uniforme para rotações em ambas as direções é obtida, desgaste reduzido das placas de molas ocorre e um bom contato condutivo é estabelecido com o elemento condutor externo 141.

[0038] Como pode ser visto da Fig.15, os quadros de montagem 150, 151 são em seu lado traseiro fornecidos com sulcos, nos quais saliências 154, 155 na superfície periférica do elemento condutor 140 se encaixam. Em uma modalidade que é mostrada, o membro condutor 140 é coberto ao longo de sua circunferência completa pelos quadros de montagem 150, 15 que podem ser facilmente substituídos em caso de dano às placas de molas. Contudo, é também possível cobrir somente parte da circunferência do elemento condutor com placas de molas, colocando os quadros de montagem 150, 151 em uma distância mútua relativamente grande.

[0039] Fig. 16 mostra um sistema em alto mar compreendendo uma embarcação de Produção Flutuante, Armazenamento e Transbordo (FPSO) 260 que está ancorado ao fundo do mar 261 via uma torre 262, no fundo do qual linhas de ancoragem 263 e 264 estão presas. A embarcação 260 pode flutuar em torno da torre 262, que é estacionária. Um tubo de subida de produção 265 se estende de um poço de hidrocarboneto submarino para uma junta giratória de produção (não mostrado) no FPSO 260 e da junta giratória

Petição 870190005631, de 17/01/2019, pág. 23/51 / 17 de produção via um duto 65' para o equipamento de produção e/ou processamento no FPSO. Em uma unidade de geração de energia 266, gás produzido a partir do poço é convertido em eletricidade que é fornecida para uma junta giratória 267 de acordo com a presente invenção. O cabo de alimentação 268 se estendendo a partir da unidade de geração de energia 266 é preso aos condutores no elemento externo da junta giratória que está estacionário relativo à embarcação 260. O cabo de alimentação 269, se estendendo para o fundo do mar é conectado aos condutores elétricos do elemento interno da junta giratória 267 que é fixamente preso à torre 262. O cabo de alimentação 269 pode se estender para uma plataforma não tripulada 270 presa ao fundo do mar via tubo de subida de produção 270', tal como um tubo de subida de gás, ou pode se estender para uma rede elétrica no litoral 71, ou pode ser conectado aos elementos de aquecimento 275, 276 de um duto de transferência de hidrocarbonetos substancialmente horizontal 277 entre duas estruturas flutuantes 272, 273.

[0040] Deve ser notado que em vez de com um FPSO 260, a junta giratória de acordo com a presente invenção também pode ser usada com outras construções de geração de energia em alto mar tal como turbinas eólicas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Junta giratória de alta voltagem (1), compreendendo um corpo interno e externo (2,3,50,80), cada corpo tendo pelo menos, um primeiro e um segundo elemento condutor em forma de anel (7,8,9,10;7',8',9' 10'), os elementos condutores compreendendo duas faces de extremidade separadas (45,46,45',46') e uma superfície de contato em curva (48,48') , os elementos sendo mutuamente interconectados em faces de extremidades opostas via membros isolantes (15, 15', 16,16', 17,17', 18,18', 19,19') em posições axialmente separadas, os corpos interno e externo sendo coaxiais em torno de um eixo longitudinal (4, 100), a superfície de contato (48) de cada elemento condutor interno (7) sendo adjacente a e em contato elétrico com uma superfície de contato oposta (48') de um correspondente elemento condutor externo (7'), os corpos interno e externo (2,3,50,80), sendo rotacionais relativo cada um ao outro em torno do eixo longitudinal (4, 100), onde cada elemento condutor do corpo interno e externo é conectado a uma linha de voltagem (31, 36) se estendendo para um terminal de entrada (33,38) ou um terminal de saída (33,38), caracterizada pelo fato de que os membros do isolante (15, 15', 16, 16', 17, 17', 18, 18', 19, 19') interconectando os elementos condutores (7,8,9,10;7',8',9',10'), estão situados em uma distância mútua na direção da circunferência do elemento condutor, os elementos condutores interconectados do corpo interno e o externo (2,3) cada um sendo suportado por um respectivo membro de suporte (22,23,25,26,56,95) para formar unidades integrais (50,80) tal que os corpos interno e externo são adaptados para serem mutuamente desacoplados ou anexados através de deslocamento relativo das unidades integrais (50,80) na direção do eixo longitudinal (4,100).
2. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o membro de suporte (56,95)

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2 / 5 compreende um flange transversal se estendendo substancialmente paralelo aos elementos condutores em forma de anel (51,51', 52,52', 53,53', 54,54').
3. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o corpo interno (50) compreende ao longo do eixo longitudinal um elemento de núcleo (57) contendo em um lado inferior (58') o flange transversal (56), um elemento condutor inferior (54) do corpo interno sendo com uma face de extremidade inferior conectado ao flange transversal via membros isolantes separados (55).
4. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que cada elemento condutor (51,52,53,54) do corpo interno (50), compreende pelo menos, uma parte de condutor se projetando radialmente na direção para dentro (63,64,65) anexado a um condutor axial interno (58,59) que se estende na direção para dentro dos elementos condutores em forma de anel em uma direção axial para uma parte de extremidade (34) que está situado acima ou abaixo do elemento condutor mais superior ou mais inferior do corpo interno, a qual a parte de extremidade é anexada a um terminal de conector (33,60,61').
5. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com a reivindicação 1, 2, 3 ou 4, caracterizada pelo fato de que cada elemento condutor (51',52',53',54') do corpo externo (80) compreende, pelo menos, uma parte de condutor se projetando radialmente na direção para fora (89,90) anexado a um condutor axial externo (85,86,88) que se estende na direção para fora dos elementos condutores em forma de anel em uma direção axial para uma parte de extremidade (37) acima ou abaixo do elemento condutor mais superior ou mais inferior do corpo externo, que a parte de extremidade é anexada a um terminal de conector (38,93,94).
6. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que os terminais de conector

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3 / 5 (60,61,93,94) dos corpos interno e externo (2,3,50,80) estão situados em partes de extremidade oposta (34,37) dos condutores.
7. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizada pelo fato de que os terminais de conector (93,92,121,122) do corpo interno e / ou do corpo externo estão de forma axial direcionados e anexados ao longo de um contorno circular em um flange radial (95,120).
8. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizada pelo fato de que os terminais de conector (60,61) do corpo interno ou do corpo externo estão de forma axial direcionados e anexados ao longo de um contorno de um suporte em forma de anel (72).
9. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que o flange radial (95) do corpo interno ou externo é conectado a uma parte do alojamento cilíndrico inferior (96), o suporte em forma de anel (72) do outro corpo sendo anexado via um rolamento rotacional (75) a uma parte do alojamento inferior (96) e a uma tampa (73) para formar um recinto estanque a líquido em torno dos membros condutores.
10. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que os corpos interno e externo são anexados a uma tampa superior (132) e a uma tampa inferior (125), respectivamente, tampas as quais são interconectadas via uma parede cilíndrica interna (126), uma das tampas (132) sendo rotacional relativa à parede cilíndrica em torno do eixo longitudinal (123), uma parede cilíndrica externa (127) envolvendo a parede interna (126), a qual parede interna é fornecida com aberturas (134) e vedações (128) que são adaptados para abrir as aberturas quando uma pré-determinada pressão na vedação é excedida.

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11. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que os corpos interno e externo serem presos a uma tampa superior (132) e uma tampa inferior (125), respectivamente, as quais tampas estão interconectadas via uma parede cilíndrica (126), um das tampas sendo rotacional relativa à parede cilíndrica em torno do eixo longitudinal (23), uma parede cilíndrica externa (127) envolvendo a primeira parede, a qual primeira parede é fornecida com aberturas (134) e vedações (28) que são adaptados para abrir as aberturas quando uma pré-determinada pressão na vedação é excedida.
12. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que os elementos condutores (7,7',8,8',9,9',10,10') do corpo interno e externo são cada conectados a um flange transversal inferior (22,26) e superior (23,25) via um isolante se estendendo axialmente (12,13) se estendendo a partir do flange, através de furos alinhados axialmente nos elementos condutores em forma de anel e através de um primeiro membro espaçador isolante (19, 19') situados entre um flange superior (23,25) e um elemento condutor mais superior em forma de anel (7, 7'), um segundo membro espaçador isolante (8, 8', 9, 9') situado entre o pelo menos, dois elementos condutores em forma de anel (7,8,9, 10,7', 8',9', 10') e um terceiro membro espaçador isolante (15,15') situado entre um flange inferior (22,26) e um elemento condutor mais inferior em forma de anel (10,10').
13. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que placas de molas (152,153) são fixadas ao elemento condutor (140) em uma superfície de contato do elemento condutor externo ou interno, arranjadas lado a lado, uma direção de comprimento (L) das placas de molas se estendendo na direção da circunferência do elemento condutor (140).

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14. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada no fato que as placas de molas (152, 153) são fixadas ao elemento condutor (140) na superfície de contato do elemento condutor externo ou interno (140), arranjadas lado a lado, uma direção de comprimento (L) das placas de molas se estendendo na direção da circunferência do elemento condutor (140).
15. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizada pelo fato de que as placas de molas (152,153) têm um comprimento (L) que é menor do que 0,1 vezes, preferencialmente menor do que 0,05 vezes um comprimento da circunferência de uma superfície de contato do elemento condutor (140).
16. Junta giratória de alta voltagem (1) de acordo com a reivindicação 13, 14 ou 15, caracterizada pelo fato de que as placas de molas (152,153) são montadas em um quadro de montagem (150,151), um dos elementos condutores estando em ou perto da superfície de contato, um membro de acoplamento para encaixar com o quadro de montagem, um número de quadros de montagem estando situados na superfície de contato do elemento condutor.
17. Junta giratória de alta voltagem de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que um número de quadros de montagem adjacentes substancialmente cobre a superfície de contato do elemento condutor.