BR102013025730A2 - Anel de mancal, máquina dinamoelétrica e método para formação de um mancal isolado - Google Patents

Abstract

Anel de mancal, máquina dinamoelétrica e método para formação de um mancal isolado trata-se de um mancal isolado, uma máquina dinamoelétrica que inclui o mancal isolado e um método de formação do mancal isolado. Em uma realização, o mancal inclui um anel externo, um anel interno disposto dentro do anel externo e concêntrico com o mesmo. Um anel isolante é disposto entre o anel interno e o anel externo e inclui um recorte circunferencial externo que se estende radialmente para fora de uma superfície externa do anel isolante, e um recorte circunferencial interno que se estende radialmente para dentro de uma superfície interna do anel isolante. Esses recortes correspondem aos traços das respectivas superfícies dos anéis internos e externos.

Description

“ANEL DE MANCAL, MÁQUINA DINAMOELÉTRICA E MÉTODO PARA FORMAÇÃO DE UM MANCAL ISOLADO” Antecedentes Da Invenção A invenção refere-se geralmente a mancais utilizados em máquinas dinamoelétricas e, mais particularmente, a mancais eletricamente isolados para a utilização em tais máquinas.

As máquinas dinamoelétricas de alta velocidade grandes convencionais tipicamente incluem um estator e um rotor que giram em torno de um eixo geométrico longitudinal dentro do estator para converter energia mecânica em energia elétrica. O rotor pode incluir um eixo e um corpo de rotor que pode incluir bobinas que carregam corrente. Os mancais são tipicamente utilizados para assegurar o eixo com o mancai em cada extremidade do eixo e, permitir que o mesmo gire livremente. Dependendo do tipo de máquina dinamoelétrica, correntes elétricas podem ser baseadas intencionalmente ou produzidas por, por exemplo, instabilidades magnéticas, armazenamento estático, aplicação direta de potência externa do eixo de rotor e, eletricidade induzida gerada no rotor com a utilização de uma fonte de potência retificada.

Independentemente de como se produz, é desejável isolar correntes de eixo dos mancais.

Na ausência de isolamento, as correntes de eixo fluem do eixo através do mancai à blindagem final ou a um quadro através de um mancai no outro final do eixo. Tal corrente que flui através dos mancais pode resultar em corrosão e degradação dos mancais, dano do eixo, enegrecimento de óleo lubrificante, dano ou queima do mancai, e outras consequências indesejáveis.

Os anéis isolados de mancai, tais como coberto com cerâmica ou material isolante são utilizados para salvaguardar os mancais de tal degradação e dano, mas os anéis isolados de mancai existentes tem um número de desvantagens que inclui o longo tempo de prazo para fabricação, e falta de flexibilidade em tamanho e dimensões. Outro método de mancais isolantes do eixo inclui fornecer uma cobertura cerâmica sobre o eixo. Esse método sofre por defeito de cerâmica lascada, e, portanto, diminui a capacidade isolante e o ajuste de mancai como um resultado de substituição de mancai rotineira.

Breve Descrição Da Invenção Um primeiro aspecto da revelação fornece um anel de mancai que tem: um anel externo que tem um canal circunferencial interno disposto em uma superfície radialmente para dentro da mesma; um anel interno disposto dentro do anel externo e concêntrico com o mesmo, o anel interno que tem um canal circunferencial externo disposto em uma superfície radialmente para fora da mesma; e um anel isolante disposto entre o anel interno e o anel externo. O anel isolante inclui: um recorte circunferencial externo que se estende radialmente para fora de uma superfície externa do anel isolante, e um recorte circunferencial interno que se estende radialmente para dentro de uma superfície interna do anel isolante. O canal circunferencial externo e o recorte circunferencial interno são traços correspondentes, isto é, tem formas complementares, e o canal circunferencial interno e o recorte circunferencial externo são traços correspondentes.

Um segundo aspecto da revelação fornece uma máquina dinamoelétrica que tem: um rotor e um estator, pelo menos, parcialmente, que envolve o rotor, em que o rotor inclui: uma primeira blindagem final disposta em uma primeira extremidade axial do rotor, e uma segunda blindagem final disposta em uma segunda extremidade axial do rotor; e um mancai disposto axialmente para fora de cada da primeira blindagem final e da segunda blindagem final. Pelo menos um dos mancais é isolado utilizando um anel de mancai que inclui: um anel externo que tem um canal circunferencial interno disposto em uma superfície radialmente para dentro da mesma; um anel interno disposto dentro do anel externo e concêntrico com o mesmo, o anel interno que tem um canal circunferencial externo disposto em uma superfície radialmente para fora da mesma; e um anel isolante disposto entre o anel interno e o anel externo. Pelo menos um da primeira blindagem final e da segunda blindagem final é eletricamente isolado do mancai disposto axialmente para fora da mesma.

Um terceiro aspecto da revelação fornece um método para formação de um anel de mancai isolado, o método inclui: fornecer um anel externo que tem um primeiro diâmetro e um canal circunferencial interno disposto em uma superfície radialmente para dentro da mesma; fornecer um anel interno que tem um segundo diâmetro que é menor que o primeiro diâmetro, e um canal circunferencial externo disposto em uma superfície radialmente para fora da mesma; inserir o anel interno no anel externo, de tal modo que o anel interno e o anel externo são substancialmente concêntricos; e injetar um material isolante em um espaço anular entre o anel interno e o anel externo.

Esses e outros aspectos, vantagens e traços salientes da invenção se tornarão evidentes pelas descrições detalhadas a seguir, que, quando tomada em conjunto com os desenhos anexados, onde partes iguais são designadas por caracteres de referência iguais por todos os desenhos, revela realizações da invenção.

Breve Descrição Dos Desenhos As Figuras 1 a 3 mostram uma vista em perspectiva de porções de um anel de mancai, de acordo com as realizações da invenção. A Figura 4 mostra uma vista em perspectiva de um anel de mancai, de acordo com as realizações da invenção. A Figura 5 mostra uma vista em perspectiva de corte parcial de um anel de mancai, de acordo com as realizações da invenção. A Figura 6 mostra uma vista em perspectiva parcial de uma porção de um anel de mancai, de acordo com as realizações da invenção. A Figura 7 mostra uma vista de corte transversal de uma porção de uma máquina dinamoelétrica que inclui um mancai, de acordo com as realizações da invenção. A Figura 8 retrata a vista de corte transversal de um gerador ou motor que tem um rotor e um estator, de acordo com as realizações da invenção.

Nota-se que os desenhos da revelação não estão necessariamente em escala. Os desenhos destinam-se a retratar apenas aspectos típicos da revelação, e então, não deve ser considerado como um limitador do escopo da revelação. Nos desenhos, a numeração igual representa elementos iguais entre os desenhos.

Detalhada Descrição Da Invenção Pelo menos uma realização da presente invenção é descrita abaixo em referência a esta aplicação em conexão com a operação de uma máquina dinamoelétrica. Ainda que as realizações da invenção sejam ilustradas referindo-se a uma máquina dinamoelétrica na forma de um gerador, e é compreendido que as instruções são igualmente aplicáveis a outras máquinas elétricas que incluem, mas não se limitam a, outros tipos de geradores e motores. Adicionalmente, pelo menos uma realização da invenção é descrita abaixo com referência a um tamanho nominal e que inclui um grupo de dimensões nominais. No entanto, deve ser evidente a aqueles versados na técnica que a presente invenção é da mesa forma aplicável a qualquer gerador e/ou motor adequado. Adicionalmente, deve ser evidente, para aquele versado na técnica, que a presente invenção é da mesma forma aplicável a várias escalas do tamanho nominal e/ou dimensões nominais.

Como indicado abaixo, aspectos da invenção fornecem um anel de mancai isolado e uma máquina dinamoelétrica que tem um anel de mancai isolado. As Figuras 1 a 8 mostram diferentes aspectos de um anel de mancai e o ambiente de máquina dinamoelétrica em que pode ser utilizado.

Como mostra a Figura 1, um anel externo 110 que é fornecido, tem um canal circunferencial interno 115 disposto em uma superfície radiaímente para dentro 112 de anel externo 110. Adicionalmente, o que se fornece é um anel interno 120, mostrado na Figura 3. O anel interno 120 pode incluir um canal circunferencial externo 125 disposto em uma superfície radialmente para fora122 de anel interno 120. Cada anel interno 120 e anel externo 110 pode compreender um metal. Em algumas realizações, o metal pode ser de aço ou de outro metal.

Em um anel de mancai completo 100, o anel interno 120 é disposto dentro anel externo 110 e posicionado, de tal modo que o anel interno 120 e anel externo 110 são substancialmente concêntricos. O diâmetro externo de anel interno 120 é menor que o diâmetro interno de anel externo 110, de tal modo quando o anel interno 120 é disposto dentro anel externo 110, um espaço anular permanece entre o anel interno 120 e anel externo 110. O anel isolante 130, mostrado na Figura 2, é disposto entre anel interno 120 e o anel externo 110, no espaço anular criado quando o anel interno 120 está posicionado no anel externo 110. O anel isolante 130 pode compreender um dentre um polímero isolante ou uma borracha, e em algumas realizações podendo ser politetrafluoretileno (PTFE). Polímeros frágeis e borracha podem ajudar em vibração abafada no resultado do anel de mancai 100.

Como mostrado na Figura 2, o anel isolante 130 pode incluir um recorte circunferencial externo 140 que se estende radialmente para fora de uma superfície externa 132 do anel isolante 130. O anel isolante 130 pode, adicionalmente, incluir um recorte circunferencial interno 150 que se estende radialmente para dentro de uma superfície interna 134 do anel isolante 130.

Como mostrado nas Figuras 4 a 5, quando o anel de mancai 100 é montado, o recorte circunferencial externo 140 corresponde ao canal circunferencial interno 115, e o recorte circunferencial interno 150 corresponde ao canal circunferencial externo 125. O anel isolante 130 pode adicionalmente incluir pelo menos um canal axial externo 160, mostrado na Figura 6, que se estende longitudinalmente ao longo de uma superfície externa 132 de anel isolante 130. O anel isolante 130 pode adicionalmente incluir, pelo menos, um canal axial 170 que se estende longitudinalmente ao longo de uma superfície interna 134 do anel isolante 130. Juntos, o recorte circunferencial interno 150, o recorte circunferencial externo 140, o canal axial externo 160, e um canal axial interno 170 servem para interromper o momento relativo de anel interno 120, anel externo 110, e anel isolante 130 durante a utilização. O anel isolante 130 pode adicionalmente incluir um flange substancialmente circunferencial 180 disposto em uma extremidade do anel isolante 130, como mostrado nas Figuras 2, 4, e 5 a 6. O Flange 180 pode se estender tanto radialmente para dentro e radialmente para fora do anel isolante 130. Quando o anel de mancai 100 é montado, o flange 180 isola, substancialmente, uma face de extremidade axialmente interna do anel de mancai, como mostrado na Figura 7. O anel de mancai 100 pode ser utilizado em uma máquina dinamoelétrica, tal como o gerador 400 ou motor para auxiliar o rotor 300 e isolar o mancai. A Figura 8 mostra uma vista esquemática de corte transversal de um gerador 400, que inclui o estator 240, e o rotor 300 posicionado dentro do estator 240. O estator 240 inclui grupos de bobinas 245, e pode compreender qualquer estrutura de estator, agora conhecido ou desenvolvido tardiamente.

Como mostrado, o rotor 300 pode ter o fuso 220 e os grupos de bobinas 230 dispostos em torno do fuso. O fuso pode ser formado de ferro, por exemplo, ou aço. O rotor 300 gira em torno de um eixo geométrico longitudinal dentro estator 240.

Referindo-se novamente à Figura 7, uma primeira blindagem final 200 pode ser disposta em uma extremidade primeira de rotor 300. Uma segunda blindagem final, não mostrada, pode ser disposta em uma extremidade segunda de rotor 300. Um anel de mancai 100 pode ser disposto axialmente para fora em cada da primeira blindagem final 200 e da segunda blindagem final para auxiliar o rotor e permitir que o mesmo gire. Como descrito acima, o anel de mancai 100 pode incluir um anel externo 110, um anel interno 120 disposto dentro do anel externo 110 e concêntrico com o mesmo, e um anel isolante 130 disposto em um espaço anular entre o anel interno 120 e o anel externo 110. Anel interno 120 atua como um assento de mancai. Isolando o anel 130, isola-se eletricamente a blindagem final 200 do mancai 310 disposta axialmente para fora da mesma, o lavador 320 disposto axialmente para fora de mancai 310, e tampa de mancai 330 posta sobre a montagem em uma extremidade de axialmente para fora. O Flange 180, descrito acima, se estende radialmente para dentro e radialmente para fora do anel isolante 130, substancialmente cobrindo uma face de extremidade axialmente interna de cada anel interno 120 e anel externo 110, fornecendo isolamento.

Um método para formação de anel de mancai isolado 100 é também fornecido. Um anel externo 110 (Figura 1) é fornecido, tendo um primeiro diâmetro e um canal circunferencial interno 115 disposto em uma superfície radialmente para dentro da mesma. Um anel interno 120 (Figura 3) é adicionalmente fornecido, tendo um segundo diâmetro e um canal circunferencial externo 125 disposto em uma superfície radialmente para fora da mesma. O segundo diâmetro é menor que o primeiro diâmetro, de tal modo que o diâmetro externo do anel interno 120 é menor que o diâmetro interno do anel externo 110. O anel interno 120 é inserido no externo 110 de tal modo que o anel interno 120 e o anel externo 110 são substancialmente concêntricos.

Como resultado dos traços do diâmetro discutido anteriormente, um espaço anular existirá entre os anéis internos e externos 120, 110. Um material isolante pode então ser injetado no espaço anular entre o anel interno 120 e o anel externo 110, formando o anel isolante 130. O material isolante pode ser uma borracha ou um polímero isolante frágil, tal como, por exemplo, o PTFE. O anel isolante 130 é fornecido com um recorte circunferencial externo 140 que se estende radialmente para fora de uma superfície externa do anel isolante 130. O recorte externo 140 é formado quando o material isolante injetado é forçado no canal circunferencial interno 115. Como resultado, recorte externo 140 e o canal circunferencial interno 115 têm formas e dimensões correspondentes, isto é, o recorte externo 140 e canal circunferencial interno 115 são complementares um a outro. O anel isolante 130 é adicionalmente fornecido com um recorte circunferencial interno 150 que se estende radialmente para dentro de uma superfície interna do anel isolante 130, em que o recorte interno 150 corresponde ao canal circunferencial externo 125. O recorte circunferencial interno 150 é similarmente formado quando o material isolante injetado é forçado no canal circunferencial externo 125.

Como mostrado na Figura 6, o anel isolante é adicionalmente fornecido com pelo menos um canal axial 160 que se estende longitudinalmente ao longo de uma superfície externa do anel isolante 130, e pelo menos um canal axial 170 que se estende longitudinalmente ao longo de uma superfície interna do anel isolante 130. Uma vez solidificado, o recorte circunferencial interno 150, recorte circunferencial externo 140, canal axial externo 160, e um canal axial interno 170 servem para interromper e o momento relativo do anel interno 120, anel externo 110, e anel isolante 130 durante a utilização. Adicionalmente, a injeção de material isolante pode ser executada em um dentre pelo menos um recorte axial que se estende longitudinalmente ao longo da superfície externa do anel isolante 130, ou um dentre pelo menos um recorte axial que se estende longitudinalmente ao longo da superfície interna do anel isolante 130.

Uma vez montado, o anel de mancai 100 (Figura 4) pode ser usinado em pelo menos uma superfície de anel interno 120 e/ou anel externo 110 a fim de alcançar uma dimensão deseja. A forma ou dimensão desejada pode ser a forma ou dimensão pedida por uma particular máquina dinamoelétrica, para acomodar o anel de mancai 100 no cabo de blindagem final e no mancai, assim, permite a customização da forma depois da montagem. O anel de mancai isolado 100 pode então ser adaptado por prensa no cabo de blindagem final.

Como utilizado no presente documento, os termos “primeiro,” “segundo,” e afins, não denotam qualquer ordem, quantidade ou importância, mas especialmente são utilizados para distinguir um elemento de outro, e os termos “um” e “uns” no presente documento, não denotam uma limitação de quantidade, mas de preferência, denotam a presença de pelo menos um do item referido. O adaptador “sobre” utilizados em conexão com uma quantidade é inclusive do valor fixo e tem o sentido ditado pelo contexto (por exemplo, inclui o grau de erro associado com a medição da quantidade particular). O sufixo “(s)” como utilizado no presente documento tem a intenção de incluir tanto o singular e o plural dos termos que são modificados, através disso, inclui um ou mais desse termo (por exemplo, o metal(s) inclui um ou mais metais). As faixas reveladas no presente documento são inclusivas e independentemente combináveis (por exemplo, faixa de “até cerca de 25 mm, ou, mais especificamente, de cerca de 5 mm a cerca de 20 mm,” é inclusive dos pontos finais e todos os valores intermediários da faixa de “cerca de 5 mm a cerca de 25 mm”, etc.).

Embora várias realizações sejam descritas no presente documento, será apreciado a partir do relatório descritivo que várias combinações de elementos, variações ou melhoras nisso podem ser feitas por aqueles versados na técnica, e estão dentro do escopo da invenção.

Adicionalmente, muitas modificações podem ser adaptadas a um material ou situação particular para os preceitos da invenção sem sair do escopo essencial da mesma. Então, a invenção não deve se limitar à realização particular revelada como a melhor forma contemplada para realizar esta invenção, mas que a invenção irá incluir todas as realizações caindo de dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims (20)

1. ANEL DE MANCAL, que compreende: um anel externo que tem um canal circunferencial interno disposto em uma superfície radialmente para dentro da mesma; um anel interno disposto dentro do anel externo e concêntrico com o mesmo, o anel interno que tem um canal circunferencial externo disposto em uma superfície radialmente para fora da mesma; e um anel isolante disposto entre o anel interno e o anel externo, em que o anel isolante inclui: um recorte circunferencial externo que se estende radialmente para fora de uma superfície externa do anel isolante, e um recorte circunferencial interno que se estende radialmente para dentro de uma superfície interna do anel isolante, em que o canal circunferencial externo e o recorte circunferencial interno são traços correspondentes, e em que o canal circunferencial interno e o recorte circunferencial externo são traços correspondentes.

2. ANEL DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 1, em que o anel isolante, adicionalmente, compreende pelo menos um canal axial que se estende ao longo de uma superfície externa do anel isolante, e pelo menos um canal axial que se estende ao longo de uma superfície interna do anel isolante.

3. ANEL DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 1, em que cada um dentre o anel interno e o anel externo compreende um metal.

4. ANEL DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 3, em que o metal compreende aço.

5. ANEL DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 1, em que o anel isolante compreende uma de um polímero isolante ou uma borracha.

6. ANEL DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 5, em que, no caso do anel isolante compreender o polímero isolante, o polímero isolante compreende politetrafluoretileno (PTFE).

7. ANEL DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 1, em que o anel isolante adicionalmente compreende um flange substancialmente circunferencial disposto em uma extremidade axial do anel isolante, em que o flange se estende radialmente para dentro e radialmente para fora do anel isolante, substancialmente isolante de uma face de extremidade axialmente interna do anel de mancai.

8. MÁQUINA DINAMOELÉTRICA, que compreende: um rotor; e um estator que envolve pelo menos parcialmente o rotor, em que o rotor inclui: uma primeira blindagem final disposta em uma primeira extremidade axial do rotor e uma segunda blindagem final disposta em uma segunda extremidade axial do rotor; um mancai disposto axialmente para fora de cada primeira blindagem final e segunda blindagem final, em que o mancai inclui: um anel externo que tem um canal circunferencial interno disposto em uma superfície radialmente para dentro do mesmo; um anel interno disposto dentro do anel externo e concêntrico com o mesmo, o anel interno tem um canal circunferencial externo disposto em uma superfície radialmente para fora da mesma; e um anel isolante disposto entre o anel interno e o anel externo, em que pelo menos uma dentre a primeira blindagem final e a segunda blindagem final é eletricamente isolada do mancai disposto axialmente para fora da mesma.

9. MÁQUINA DINAMOELÉTRICA, de acordo com a reivindicação 8, em que o anel isolante adicionalmente compreende: um recorte circunferencial externo que se estende radialmente para fora de uma superfície externa do anel isolante, e um recorte interno que se estende radialmente para dentro de uma superfície interna do anel isolante, em que o canal circunferencial externo e o recorte interno são traços correspondentes, e em que o canal circunferencial interno e o recorte circunferencial externo são traços correspondentes.

10. MÁQUINA DINAMOELÉTRICA, de acordo com a reivindicação 8, em que o anel isolante adicionalmente compreende: pelo menos um canal axial que se estende longitudinalmente ao longo de uma superfície externa do anel isolante, e pelo menos um canal axial que se estende longitudinalmente ao longo de uma superfície interna do anel isolante.

11. MÁQUINA DINAMOELÉTRICA, de acordo com a reivindicação 8, em que cada um dentre o anel interno e o anel externo compreende um metal.

12. MÁQUINA DINAMOELÉTRICA, de acordo com a reivindicação 11, em que o metal compreende aço.

13. MÁQUINA DINAMOELÉTRICA, de acordo com a reivindicação 8, em que o anel isolante compreende um dentre um polímero isolante ou uma borracha.

14. MÁQUINA DINAMOELÉTRICA, de acordo com a reivindicação 13, em que, no caso de o anel isolante compreender o polímero isolante, o polímero isolante compreende politetrafluoretileno (PTFE).

15. MÁQUINA DINAMOELÉTRICA, de acordo com a reivindicação 8, em que o anel isolante adicionalmente compreende um flange substancialmente circunferencial disposto em uma extremidade axial do anel isolante, em que o flange se estende radialmente para dentro e radialmente para fora do anel isolante, substancialmente cobre uma face de extremidade axialmente interna de cada anel interno e anel externo.

16. MÉTODO PARA FORMAÇÃO DE UM MANCAL ISOLADO, sendo que o método compreende: fornecer um anel externo que tem um primeiro diâmetro e um canal circunferencial interno disposto em uma superfície radialmente para dentro da mesma; fornecer um anel interno que tem um segundo diâmetro e um canal circunferencial externo disposto em uma superfície radialmente para fora da mesma, em que o segundo diâmetro é menor que o primeiro diâmetro; inserir o anel interno no anel externo, de tal modo que o anel interno e o anel externo são substancialmente concêntricos; e injetar um material isolante em um espaço anular entre o anel interno e o anel externo.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, que adicionalmente compreende, no anel isolante, fornecer um recorte circunferencial externo que se estende radialmente para fora de uma superfície externa do anel isolante, em que o recorte circunferencial externo corresponde ao canal circunferencial interno; fornecer um recorte circunferencial interno que se estende radialmente para dentro de uma superfície interna do anel isolante, em que o recorte interno corresponde ao canal circunferencial externo; fornecer pelo menos um canal axial que se estende longitudinalmente ao longo de uma superfície externa do anel isolante, e fornecer pelo menos um canal axial que se estende longitudinalmente ao longo de uma superfície interna do anel isolante.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, em que a injeção é executada em um dentre o pelo menos um recorte axial que se estende longitudinalmente ao longo da superfície externa do anel isolante, ou um dentre o pelo menos um recorte axial que se estende longitudinalmente ao longo da superfície interna do anel isolante.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, que adicionalmente compreende usinar uma superfície de pelo menos um dentre o anel interno ou o anel externo.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, em que o anel isolante adicionalmente compreende um dentre um polímero isolante ou uma borracha.