BR0310030B1 - espiral pertencente a uma turbomáquina. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ESPIRAL PERTENCENTE A UMA TURBOMÁQUINA".

A presente invenção refere-se a uma espiral pertencente a uma turbomáquina, a dita espiral consistindo em um número de segmentos inter- ligados e de pelo menos uma chapa paralela, e também ao uso de uma tal espiral em uma estação de força hidráulica.

As espirais das turbomáquinas, tais como turbinas, turbinas de bombeamento ou bombas, são formadas, como uma regra, de segmentos individuais soldados entre si. Nesse caso, a espiral torna-se mais benéfica em termos de tensão e fluxo, quanto mais segmentos são providos. Por ou- tro lado, quanto mais segmentos são providos, mais onerosa uma espiral se torna. Por essa razão, as espirais são fabricadas, ao invés disso, com me- nos segmentos, os picos de tensão que ocorrem nas transições da espiral para a chapa paralela sendo absorvidos por espessuras correspondentes do metal laminado da camada externa da espiral. As desvantagens relaciona- das com o fluxo são, nesse caso, consideradas.

O objetivo designado da presente invenção, então, é especificar uma espiral que torna possível usar folhas laminadas mais finas para a espi- ral e, ao mesmo tempo, melhorar a espiral em termos de fluxo.

Esse objetivo é atingido, de acordo com a invenção, já que uma folha de reforço, que forma parte do invólucro da espiral, é disposta em pelo menos uma junção de ligação de dois segmentos da espiral e/ou na região da transição da espiral para a chapa paralela.

Graças à folha de reforço na região da transição, a espiral torna- se mais benéfica em termos de tensão, e os picos de tensão são reduzidos, com o resultado que folhas mais finas podem ser usadas para a própria espi- ral. Na prática, portanto, foi possível obter uma redução no peso de uma es- piral de até 10%, o que também é refletido de forma correspondente nos custos de produção.

Além do mais, as folhas de reforço dão origem a uma deflexão menos pronunciada do meio líquido em uma espiral, a conseqüência disso sendo que o contorno de fluxo na espiral é melhorado. Uma modalidade especialmente redutora de tensão e de melho- ra de fluxo é obtida quando a folha de reforço é de desenho triangular.

As folhas de reforço são, nesse caso, vantajosamente usadas em uma tal maneira que, em virtude da folha de reforço, o contorno interno da espiral é essencialmente preservado, assim melhorando o contorno de fluxo da espiral devido às deflexões mais suaves que ocorrem. Conseqüen- temente, as perdas de fluxo diminuem e a eficiência é melhorada.

Por razões de eficiência e de custo, as folhas de reforço são dis- postas somente na região da espiral tendo os maiores diâmetros, desde que as cargas mais altas ocorrem lá e as folhas de reforço podem, portanto, também exercer o maior efeito.

Desde que as cargas ocorrem essencialmente de modo simétri- co ao redor do plano médio, beneficamente pelo menos uma folha de reforço é disposta em cada caso em ambos os lados das transições para a chapa paralela.

Uma espiral de acordo com a invenção pode ser fabricada em uma maneira simples pela soldagem dos segmentos juntos e pela soldagem das folhas de reforço em recessos da espiral ou pela soldagem das folhas de reforço nela.

Por razões de segurança, as localizações na espiral que são submetidas à carga mais alta são deixadas parcialmente livres de modo a permitir verificações subseqüentes dessas localizações. Isso, então, não é mais necessário, desde que o nível de tensão é diminuído devido às folhas de reforço, mas, ao invés disso, a face externa da espiral pode ser solidifica- da completamente na região das folhas de reforço, e isso pode simplificar consideravelmente o desenho de uma estação de força hidráulica.

A presente invenção, então, é descrita com referência às figuras 1 e 2 exemplares, diagramáticas e não restritivas nas quais:

A figura 1 mostra parte de uma espiral com folhas de reforço de acordo com a invenção e

a figura 2 mostra um corte transversal através da espiral com uma chapa paralela. A figura 1 mostra um detalhe de uma espiral 1 pertencente a uma turbomáquina, tal como, por exemplo, uma turbina Francis, uma turbina de bombeamento ou uma bomba, a dita espiral sendo composta de uma plu- ralidade de segmentos 2 por razões de fabricação. Nessa modalidade exem- plar, os segmentos 2 são soldados entre si ao longo das juntas de segmento 5. A espiral 1 é soldada em uma chapa paralela 3, na qual outros compo- nentes da turbomáquina, tais como, por exemplo, uma tampa de turbina, o anel da roda guia, etc., podem ser bordeados. Lâminas de sustentação sufi- cientemente conhecidas, mas não ilustradas aqui, ou outros elementos de conexão adequados, tal como escoras separadoras, etc., poderiam ser da mesma maneira dispostos também entre uma chapa paralela 3 superior e uma inferior.

Na região da espiral 1 tendo os maiores diâmetros transversais, quer dizer, onde as cargas mais altas ocorrem, então, as folhas de reforço 4 são dispostas na região da interseção das juntas do segmento 5 com a cha- pa paralela 3, quer dizer na região na qual as maiores tensões e cargas normalmente ocorrem. As folhas de reforço 4 são de desenho triangular aqui e são soldadas nos recessos no invólucro da espiral 1, de modo que o lado inferior do triângulo é conectado na chapa paralela 3 e os dois lados do tri- ângulo convergem na junta de segmento 5 em um vértice arredondado.

A forma da folha de reforço, naturalmente, não é restrita a um triângulo, mas quaisquer outras formas desejadas, tais como, por exemplo, uma folha de reforço elíptica ou oval, podem também ser previstas.

Como pode ser observado da figura 2, o contorno interno circular da espiral é essencialmente preservado. Naturalmente, por razões relacio- nadas com o fluxo ou induzidas pela tensão, o contorno interno poderia ser variado por meio das folhas de reforço 4, por exemplo o raio selecionado da folha de reforço 4 poderia ser um tanto maior do que o raio da espiral inter- na.

A folha de reforço 4 é mais grossa aqui do que o resto da espiral 1 ou, expresso de modo mais pertinente, devido ao efeito de redução da tensão das folhas de reforço 4, a espessura da folha selecionada da espiral .1 pode ser mais fina do que até agora, assim propiciando uma economia de peso considerável da espiral 1.

Nessa modalidade exemplar, uma folha de reforço 4 é usada em ambos os lados da chapa paralela 3.

Como pode ser observado na figura 1, com relação à chapa pa- ralela 3, o número de segmentos é dobrado pelas folhas de reforço 4, desde que a folha de reforço 4 realmente funciona como um segmento na região da chapa paralela 3. Como resultado, o ângulo de abertura dos segmentos indi- viduais é reduzido, assim levando, por sua vez, a picos de tensão menores. Além do mais, as folhas de reforço 4 também têm um efeito vantajoso em termos de fluxo, desde que a deflexão reduzida do meio reduz o risco do escapamento do meio da camada externa da espiral, o contorno de fluxo, assim, sendo melhorado.

As declarações acima referem-se somente a folhas de reforço inseridas, mas, naturalmente, pode também ser previsto soldar folhas de reforço sobre o invólucro da espiral nas localizações apropriadas, preferi- velmente na parte externa, o que exerceria essencialmente o mesmo efeito.

Graças ao efeito de redução de tensão das folhas de reforço, nesse caso não é mais necessário deixar essas localizações das cargas mais altas livres quando a espiral é solidificada, de modo a tornar as verifi- cações subseqüentes possíveis, mas, ao invés disso, toda a espiral pode ser solidificada, se desejado, e isso, naturalmente, simplifica a construção de uma estação de força hidráulica. Por razões de segurança, entretanto, essas localizações, naturalmente, poderiam ser mantidas livres, como antes, se requerido.

Claims (8)

1. Espiral de uma turbomáquina, a dita espiral (1) consistindo em um número de segmentos (2) dispostos ao longo de um eixo longitudinal da espiral (1) e interligados nas suas faces de extremidade e de pelo menos uma chapa paralela (3), pelo que uma folha de reforço (4), que forma parte do invólucro da espiral, é disposta na região da transição da espiral (1) para a chapa paralela (3), caracterizada pelo fato de que a folha de reforço (4) une a espiral com a chapa paralela (3) na direção do eixo longitudinal da espiral somente parcialmente.

2. Espiral de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a folha de reforço (4) é de desenho triangular.

3. Espiral de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que, em virtude da folha de reforço (4), o contorno interno da espiral (1) é essencialmente preservado.

4. Espiral de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracte- rizada pelo fato de que as folhas de reforço (4) são dispostas na região da espiral (1) tendo os maiores diâmetros.

5. Espiral de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracte- rizada pelo fato de que pelo menos uma folha de reforço (4) é disposta em cada caso em ambos os lados das transições para a chapa paralela (3).

6. Espiral de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracte- rizada pelo fato de que os segmentos (2) são soldados entre si.

7. Espiral de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracte- rizada pelo fato de que a espiral (1) tem recessos, nos quais as folhas de reforço (4) são soldadas na espiral (1).

8. Espiral de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracte- rizada pelo fato de que as folhas de reforço (4) são soldadas sobre o invólu- cro da espiral (1) no lado externo.