BR102017027716A2 - sistema de mancal e turbomáquina - Google Patents

Abstract

trata-se de um sistema de mancal (600) que compreende um mancal fluido (610), uma haste (620) com uma porção sólida (624) e uma bucha (630) localizada em volta da dita porção sólida (624) e na frente do coxim ou coxins (612) do mancal fluido (610); a bucha (630) compreende uma porção oca (632) e uma pluralidade de elementos de sustentação (634) que fixam a porção oca (632) da bucha (630) à porção sólida (624) da haste (620).

Description

(54) Título: SISTEMA DE MANCAL E TURBOMÁQUINA (51) Int. Cl.: F16C 13/02; F01D 25/16; F16F 15/023; F02C 7/06.

(30) Prioridade Unionista: 22/12/2016 IT 102016000130216.

(71) Depositante(es): NUOVO PIGNONE TECNOLOGIE SRL.

(72) lnventor(es): MICHELANGELO BELLACCI; DANIELE PANARA; MARCO MAGNASCO; PIERLUIGI TOZZI.

(57) Resumo: Trata-se de um sistema de mancai (600) que compreende um mancai fluido (610), uma haste (620) com uma porção sólida (624) e uma bucha (630) localizada em volta da dita porção sólida (624) e na frente do coxim ou coxins (612) do mancai fluido (610); a bucha (630) compreende uma porção oca (632) e uma pluralidade de elementos de sustentação (634) que fixam a porção oca (632) da bucha (630) à porção sólida (624) da haste (620).

1/18 “SISTEMA DE MANCAL E TURBOMÁQUINA”

Campo da Técnica [001] As realizações da matéria revelada no presente documento correspondem a métodos para uniformizar a temperatura em uma haste sustentada por um mancai fluido, sistemas de mancai e turbomáquinas.

Antecedentes da Técnica [002] O rotor de uma máquina giratória é sustentado de modo rotativo por dispositivos específicos; em particular, a haste da máquina é sustentada por um ou mais mancais.

[003] A Figura 1 mostra, esquematicamente, uma turbomáquina 100 que compreende um estator 110 e um rotor 120. Por exemplo, o rotor 120 tem uma haste giratória com uma primeira porção de extremidade da haste 121 que se projeta a partir de um primeiro lado e uma segunda porção de extremidade da haste 122 que se projeta a partir de um segundo lado, e o estator 110 tem um primeiro mancai fluido 111 que sustenta de maneira rotativa a primeira porção de extremidade da haste 121 e o segundo mancai fluido 112 que sustenta de maneira rotativa a segunda porção de extremidade da haste 122.

[004] Existem diversos tipos de “mancais fluidos” (também conhecidos como “mancais de filme fluido” que podem ser amplamente classificados em dois tipos: “mancais fluidos dinâmicos” e “mancais hidrostáticos”): mancais simples, mancais ovais, mancais de segmento basculante, etc.

[005] A Figura 2 mostra, esquematicamente, um sistema de mancai fluido simples 200 de acordo com a técnica anterior. O mesmo compreende uma haste giratória 210 (parcialmente mostrada na Figura 2) com um moente 211 (que corresponde a uma porção axial da haste que é delimitada por duas linhas pontilhadas na Figura 2) e um mancai fluido simples

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220; o moente 211 está localizado dentro do mancai 220. O mancai 220 tem um coxim giratório de mancai cilíndrico 221 (tal “coxim” é geralmente chamado de “bucha” devido a seu formato cilíndrico) em torno do moente giratório 211, e existe um pequeno espaço de ar entre o coxim 221 e o moente 211 em torno do moente 211. Durante a rotação da haste 210, um fluido lubrificante LF é injetado entre o coxim 221 e o moente 211 de modo a evitar contato e reduzir atrito; o fluido lubrificante LF tipicamente flui do meio (algumas vezes do centro, como na Figura 2) do coxim 221 para os dois lados do mancai 220.

[006] A Figura 2 mostra uma situação teórica (que pode ser considerada ideal) em que o eixo geométrico da haste 210 e o eixo geométrico 230 do assento do moente do mancai 220 coincidem; nesse caso, o espaço de ar entre o coxim 221 e o moente 211 é uniforme em torno de todo o moente

211.

[007] De qualquer modo, em uma máquina giratória durante a rotação da haste 210, os dois eixos geométricos não coincidem: eles podem estar distantes e/ou inclinados entre si.

[008] A título de exemplo, a Figura 3 mostra quatro posições sucessivas do moente 211 dentro do coxim 221 à medida que a haste 210 gira em volta de seu eixo geométrico; o moente 211 faz um movimento de rotação em volta de seu eixo geométrico e um movimento orbital em torno do eixo geométrico 230 do mancai; partindo da posição na Figura 3A, o moente faz um movimento de rotação de 90° em sentido horário e um movimento orbital de 90° em sentido horário e alcança a posição da Figura 3B, então, o moente faz um movimento de rotação de 90° em sentido horário e um movimento orbital de 90° em sentido horário e alcança a posição da Figura 3C, então, o moente faz um movimento de rotação de 90° em sentido horário e um movimento orbital de 90° em sentido horário e alcança a posição da Figura 3D.

[009] Nesse caso, o espaço de ar entre o coxim 221 e o moente

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211 não é uniforme; em particular, se um ponto A em um diâmetro D do moente 211 é considerado, a distância entre o ponto A e o coxim 221 permanece o mesmo (ou não muda muito) em qualquer momento; isso significa que a temperatura do moente na região do ponto A será maior do que a temperatura em, por exemplo, uma região oposta do moente.

[010] A Figura 4 mostra uma plotagem de temperatura simplificada exemplificativa ao longo do diâmetro D do moente 211: em uma primeira extremidade E1 (próximo ao ponto A) do diâmetro D existe uma temperatura alta T1, em uma segunda extremidade E2 (remota a partir do ponto A) do diâmetro D existe uma temperatura baixa T2; essa plotagem de temperatura é um segmento perfeitamente reto; mais realisticamente, a plotagem de temperatura é um segmento ligeiramente curvo. Tal distribuição de temperatura não uniforme dentro do moente causa dobra da haste no moente e vibrações síncronas do rotor, isto é, o chamado “Efeito Morton”; sob certas condições, especialmente em turbomáquinas de alta velocidade, isso pode levar à instabilidade síncrona do rotor.

[011] Para resolver esse problema, o Documento W02015002924A1 ensina a dispor corpo tubular em torno da haste no moente; o corpo tubular compreende uma barreira térmica que absorve pelo menos uma porção do calor gerado pela rotação da haste. Desta forma, a redução da não uniformidade depende da largura e do material da barreira térmica.

Descrição resumida [012] Portanto, existe uma necessidade geral de evitar a distribuição de temperatura não uniforme dentro de um moente da haste sustentada por um mancai fluido, ou pelo menos de reduzir não uniformidade consideravelmente.

[013] Essa necessidade é particularmente grande para turbomáquinas tais como as usadas no campo de “Gás e Óleo”, isto é,

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4/18 máquinas utilizadas em plantas para exploração, produção, armazenamento, refinamento e distribuição de óleo e/ou gás.

[014] Note-se que uma distribuição de temperatura não uniforme, como a mostrada na Figura 5, não causa dobra da haste no moente e vibrações síncronas do rotor; essa plotagem de temperatura ao longo do diâmetro D é simétrica com relação ao eixo geométrico do moente (por exemplo, as temperaturas na primeira extremidade E1 e na segunda extremidade E2 são iguais à T4 e a temperatura T5 no eixo geométrico é levemente mais baixa do que a temperatura T4); essa plotagem de temperatura é exagerada já que, mais realisticamente, deveria ser um segmento ligeiramente curvo.

[015] As primeiras realizações da matéria revelada no presente documento referem-se a um sistema de mancai.

[016] De acordo com tais primeiras realizações, o sistema de mancai compreende um mancai fluido, uma haste com uma porção cilíndrica sólida, que pode ser chamada de “moente da haste”, e uma bucha localizada em volta da dita porção cilíndrica sólida e na frente do coxim ou coxins do mancai fluido; a bucha compreende uma porção cilíndrica oca e uma pluralidade de elementos de sustentação que fixam a porção cilíndrica oca da bucha à porção cilíndrica sólida da haste.

[017] Tal bucha não fornece apenas isolamento térmico ao moente da haste, mas também permite a transferência de calor de partes da região do moente da haste que são sujeitas a alto aquecimento para outras partes da região do moente da haste sujeitas a menor aquecimento. Desse modo, uma temperatura uniforme pode ser alcançada pelo menos em uma região radialmente periférica do moente da haste.

[018] As segundas realizações da matéria revelada no presente documento referem-se a uma turbomáquina.

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5/18 [019] De acordo com tais segundas realizações, a turbomáquina compreende pelo menos um sistema de mancai; o sistema de mancai compreende um mancai fluido, uma haste com uma porção cilíndrica sólida, e uma bucha localizada em volta da dita porção cilíndrica sólida e na frente do coxim ou coxins do mancai fluido; a bucha compreende uma porção cilíndrica oca e uma pluralidade de elementos de sustentação que fixam a porção cilíndrica oca da bucha à porção cilíndrica sólida da haste.

Breve Descrição das Figuras [020] Os desenhos anexos, que são incorporados ao presente documento e constituem uma parte integral do presente relatório descritivo, ilustram realizações exemplificativas da presente invenção e, juntamente com uma descrição detalhada, explicam essas realizações. Nos desenhos:

A Figura 1 mostra, esquematicamente, uma turbomáquina com sistemas de mancai,

A Figura 2 mostra, esquematicamente, um sistema de mancai de acordo com a técnica anterior,

A Figura 3 mostra quatro posições do moente da haste dentro do coxim do mancai no sistema de mancai da Figura 2,

A Figura 4 mostra uma plotagem de temperatura exemplificativa (simplificada) dentro do moente da haste no sistema de mancai da Figura 2,

A Figura 5 mostra uma plotagem de temperatura exemplificativa (exagerada) dentro de um moente da haste de acordo com a presente invenção,

A Figura 6 mostra um conceito de um sistema de mancai,

A Figura 7 mostra, parcial e esquematicamente, uma primeira realização de um sistema de mancai,

A Figura 8 mostra, parcial e esquematicamente, uma segunda realização de um sistema de mancai,

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A Figura 9 mostra, parcial e esquematicamente, uma terceira realização de um sistema de mancai,

A Figura 10 mostra, parcial e esquematicamente, uma quarta realização de um sistema de mancai,

A Figura 11 mostra, parcial e esquematicamente, uma quinta realização de um sistema de mancai,

A Figura 12 mostra, parcial e esquematicamente, uma sexta realização de um sistema de mancai,

A Figura 13 mostra, parcial e esquematicamente, uma sétima realização de um sistema de mancai,

A Figura 14 mostra, parcial e esquematicamente, uma oitava realização de um sistema de mancai,

A Figura 15 mostra, parcial e esquematicamente, uma nona realização de um sistema de mancai,

A Figura 16 mostra, parcial e esquematicamente, uma décima realização de um sistema de mancai,

A Figura 17 mostra, parcial e esquematicamente, uma décima primeira realização de um sistema de mancai, e

A Figura 18 mostra, parcial e esquematicamente, uma décima segunda realização de um sistema de mancai.

Descrição Detalhada [021] A descrição a seguir das realizações exemplificativas se refere às Figuras anexas.

[022] A descrição a seguir não limita a presente invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas.

[023] A referência por todo o relatório descritivo a “uma (1) realização” ou “uma realização” significa que uma função, estrutura ou

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7/18 característica particular descrita em conexão com uma realização está incluída em pelo menos uma realização da matéria revelada. Portanto, a aparição das frases “em uma (1) realização” ou “em uma realização” em vários lugares ao longo do relatório descritivo não se refere necessariamente a mesma realização. Adicionalmente, as funções particulares, estruturas ou características podem ser combinadas de qualquer modo adequado em uma ou mais realizações.

[024] Conforme já foi explicado com a ajuda da Figura 4, uma porção do moente de uma haste giratória localizada dentro de um mancai fluido está sujeita a aquecimento não uniforme; a porção do moente é uma porção da haste voltada para o coxim ou coxins do mancai fluido; em outras palavras, algumas partes, isto é, primeiras partes, da porção do moente calor mais do que outras partes (diferentes), isto é, segundas partes, da porção do moente; portanto, durante a rotação, as primeiras partes alcançam certas temperaturas e as segundas partes alcançam temperaturas mais baixas. Tal calor se desenvolve no fluido do mancai (um fluido lubrificante LF) no espaço de ar entre a porção do moente (211 na Figura 2 e 611 na Figura 6) da haste e, geralmente, nos coxins (221 na Figura 2 e 621 na Figura 6) do mancai.

[025] Um primeiro modo de reduzir a não uniformidade é reduzir a transferência de calor do fluido quente do mancai (um fluido lubrificante LF) para a porção do moente.

[026] Um segundo modo de reduzir a não uniformidade é remover calor das primeiras partes da porção do moente e fornecer o calor removido em outro lugar. Em particular, um modo de reduzir a não uniformidade é remover calor das primeiras partes da porção do moente e fornecer o calor removido para as segundas partes (diferentes) da porção do moente. Consequentemente, o calor é transferido das primeiras partes da porção do moente.

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8/18 [027] Em referência à Figura 6, um método de uniformizar a temperatura em uma haste 620 sustentada de modo rotativo por um mancai fluido 610 durante a rotação da haste 620 em torno de um eixo geométrico 622 é baseado em uma bucha giratória 630; a bucha 630 compreende uma porção cilíndrica oca 632 e uma pluralidade de elementos de sustentação 634 que fixam a porção cilíndrica oca (giratória) 632 da bucha 630 à uma porção cilíndrica sólida (giratória) 624 da haste 620; a porção cilíndrica sólida 624 da haste 620 está na frente do coxim ou coxins 612 do mancai fluido 610; um espaço de ar 640 está entre a porção cilíndrica oca 632 e o coxim ou coxins 612. Na Figura 6, o sistema de mancai, como um todo, é identificado como 600. Na Figura 6, a pluralidade de elementos de sustentação é mostrada esquematicamente com uma única caixa (em linha tracejada) e identificada como 634.

[028] Note-se que, de maneira alternativa ao formato cilíndrico, a porção sólida da haste pode ser, por exemplo, levemente cônica por todo o seu comprimento, ou cilíndrica em um lado e levemente cônica no outro lado, ou levemente cônica no primeiro e segundo lados e cilíndrica no meio.

[029] Note-se que, de maneira alternativa ao formato cilíndrico, a porção oca da bucha pode ser, por exemplo, levemente cônica por todo o seu comprimento, ou cilíndrica em um lado e levemente cônica no outro lado, ou levemente cônica no primeiro e segundo lados e cilíndrica no meio.

[030] A porção cilíndrica oca 632 fornece isolamento térmico entre o fluido quente lubrificante LF no espaço de ar 640 e a porção cilíndrica sólida giratória 624 da haste 620.

[031] Dentro da porção cilíndrica oca 632 um fluido, por exemplo, um fluido lubrificante LF ou um fluido de troca de calor HEF, pode fluir; tal fluxo de fluido permite a transferência calor de partes da região da porção cilíndrica sólida 624 sujeitas ao alto aquecimento para outras partes da região da porção

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9/18 cilíndrica sólida 624 sujeitas ao baixo aquecimento.

[032] Desse modo, uma temperatura uniforme pode ser alcançada pelo menos em uma região radialmente periférica da porção cilíndrica sólida 624.

[033] A porção cilíndrica oca 632 na realização da Figura 6 é completamente coberta por uma camada 636 de material termicamente isolante. Alternativamente, essa porção pode ser produzida a partir de material termicamente isolante. Desse modo, o calor é impedido de fluir na direção radial em direção ao eixo geométrico 622.

[034] A porção cilíndrica oca 632 na realização da Figura 6 é completamente coberta por uma camada 636 que tem uma superfície externa com saliências e/ou reentrâncias (preferivelmente, que têm uma altura/profundidade na faixa de 0,01 mm a 0,1 mm). Alternativamente, essa porção pode ter uma superfície externa com saliências e/ou reentrâncias (preferivelmente, que têm uma altura/profundidade na faixa de 0,01 mm a 0,1 mm). Desse modo, essa porção pode ser usada também para guiar um fluido lubrificante do mancai fluido. Por exemplo e vantajosamente, tais saliências e/ou reentrâncias podem ter formato de espinha de peixe. Note-se que as saliências e/ou reentrâncias podem estar na superfície externa da porção cilíndrica oca 632 ou em sua camada de cobertura 636 e/ou na superfície interior do coxim do mancai 612.

[035] A porção cilíndrica oca 632 pode ser produzida a partir de aço, pode ter uma largura de 10 a 50 mm (seu diâmetro externo pode ser de 10 a 15% maior do que seu diâmetro interno), pode ter um comprimento de 0,4 a 1,0 vezes o diâmetro do coxim do mancai ou da porção do moente da haste. Pode ser encaixado por compressão na haste na porção do moente.

[036] A camada 636 pode ser produzida a partir de material termicamente isolante, em particular PEEK (= Poli Éter-Éter Cetona) ou PTFE

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10/18 (= Politetrafluoretileno), pode ter uma largura de 0,1 a 1,0 mm, pode ter um comprimento de 0,4 a 1,0 vezes o diâmetro do coxim do mancai ou a porção do moente. Pode ser aplicada (por exemplo, depositada) na luva antes de montar a luva na haste.

[037] Na realização da Figura 6, um fluido lubrificante flui no espaço de ar 640 entre o coxim 612 e a camada 636 da porção 632 de modo a evitar contato e reduzir atrito.

[038] Oito realizações serão descritas a seguir; as mesmas diferem no que diz respeito às suas buchas e no que diz respeito a seus fluxos do fluido lubrificante e/ou no que diz respeito a um fluido de troca de calor.

[039] Note-se que outras realizações estão dentro do escopo da presente invenção.

[040] Nos sistemas de mancai 700, 800, 900, 1000 das Figuras 7 a 10, existe um primeiro conjunto de elementos de sustentação 734A, 834A, 934A, 1034A localizado em uma primeira extremidade de uma porção cilíndrica oca 732, 832, 932, 1032 e um segundo conjunto de elementos de sustentação 734B, 834B, 934B, 1034B localizado em uma segunda extremidade da porção cilíndrica oca 732, 832, 932, 1032; desse modo, uma câmara anelar 738, 838, 938, 1038 é definida entre a porção cilíndrica oca 732, 832, 932, 1032 da bucha e a porção cilíndrica sólida 624 da haste 620.

[041] Alternativamente, um ou mais dos elementos de sustentação pode não estar localizado em uma extremidade da porção oca, mas, por exemplo, em uma posição que está a uma distância a partir da extremidade.

[042] Os sistemas de mancai 1500 e 1600 das Figuras 15 e 16 são similares ao sistema de mancai da Figura 9, mas alcançam um efeito técnico adicional e serão descritos mais adiante na presente descrição.

[043] Os sistemas de mancai 1700 e 1800 das Figuras 17 e 18

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11/18 são similares ao sistema de mancai da Figura 9, mas alcançam um efeito técnico adicional e serão descritos mais adiante na presente descrição.

[044] Nos elementos de sustentação 734A, 734B, 834A, 834B, 934A, 934B, 1034A, 1034B do primeiro conjunto e do segundo conjunto existem paletas.

[045] Os elementos de sustentação 734A, 734B, 834A, 834B, 934A, 934B, 1034A, 1034B podem formar uma coroa em torno da porção 624 e podem ser igualmente espaçadas entre si.

[046] À medida que os elementos de sustentação 734A, 734B, 834A, 834B, 934A, 934B, 1034A, 1034B são espaçados entre si um fluido pode entrar e sair da câmara anelar 738, 838, 938, 1038. Tal fluido pode ser um fluido lubrificante LF ou um fluido de troca de calor HEF; se o fluido for selecionado apropriadamente, o mesmo pode agir tanto como fluido lubrificante quanto como fluido de troca de calor.

[047] Na realização da Figura 7, as paletas 734A e 734B são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer o fluxo de um fluido de troca de calor HEF durante a rotação da haste 620 a partir de um primeiro lado S2 do mancai fluido para um segundo lado S1 do mancai fluido.

[048] Na realização da Figura 8, as paletas 834A e 834B são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer o fluxo de um fluido de troca de calor HEF durante a rotação da haste 620 a partir do lado S1 para o lado S2.

[049] Preferencialmente, as paletas 734A, 734B, 834A, 834B são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer um fluxo de fluido com caminhos de fluido em formato de hélice dentro da câmara anelar 738, 838 durante a rotação da haste 620 a partir do lado S1 para o lado S2.

[050] Na realização da Figura 9, as paletas 934A e 934B são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer o fluxo de fluido de uma

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12/18 câmara anelar 938 para um primeiro lado S1 do mancai fluido e para um segundo lado S2 do mancai fluido durante a rotação da haste 620. Na realização da Figura 9, esse fluido (que age como um fluido de troca de calor) é o mesmo fluido lubrificante LF que flui no espaço de ar 640; o fluido lubrificante entra na câmara anelar 938, por exemplo, através uma pluralidade de orifícios na porção cilíndrica oca 932. Alternativamente, esse fluido pode ser um fluido diferente do fluido lubrificante LF que flui no espaço de ar 640.

[051] Na realização da Figura 10, as paletas 1034Ae 1034B são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer o fluxo de fluido a partir de um primeiro lado S1 do mancai fluido e a partir de um segundo lado S2 do mancai fluido para uma câmara anelar 1038 durante a rotação da haste 620. Na realização da Figura 10, esse fluido (que age como um fluido de troca de calor) é o mesmo fluido lubrificante LF que flui no espaço de ar 640; o fluido lubrificante sai da câmara anelar 1038, por exemplo, através uma pluralidade de orifícios na porção cilíndrica oca 1032. Alternativamente, esse fluido pode ser um fluido diferente do fluido lubrificante LF que flui no espaço de ar 640.

[052] Preferencialmente, as paletas 934A, 934B, 1034A, 1034B são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer dois fluxos de fluido com caminhos de fluido em formato de hélice dentro da câmara anelar 938, 1038 durante a rotação da haste 620.

[053] Nos sistemas de mancai 1100, 1200, 1300, 1400 das Figuras 11 a 14, os elementos de sustentação são um ou dois conjuntos de paredes em formato de hélice 1134, 1234, 1334A, 1334B, 1434A, 1434B que definem passagens em formato de hélice para fluir um fluido.

[054] Tal fluido pode ser um fluido lubrificante LF ou um fluido de troca de calor HEF; se o fluido for selecionado apropriadamente, o mesmo pode agir tanto como fluido lubrificante quanto como fluido de troca de calor.

[055] Nos sistemas de mancai 1100 e 1200 da Figura 11 e Figura

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12, os elementos de sustentação são um conjunto de paredes em formato de hélice 1134 e 1234 que definem uma pluralidade de passagens em formato de hélice 1138 e 1238 que se estendem pelo menos entre um primeiro lado S1 do mancai fluido e um segundo lado S2 do mancai fluido; essas passagens 1138 e 1238 são dispostas para um fluxo de um fluido de troca de calor HEF de um lado do mancai fluido para o outro lado do mancai fluido durante a rotação da haste 620.

[056] Na realização da Figura 11, as paredes 1134 são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer o fluxo de um fluido de troca de calor HEF durante a rotação da haste 620 a partir de um primeiro lado S2 do mancai fluido para um segundo lado S1 do mancai fluido.

[057] Na realização da Figura 12, as paredes 1234 são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer o fluxo de um fluido de troca de calor HEF durante a rotação da haste 620 a partir do lado S1 para o lado S2.

[058] Nos sistemas de mancai 1300 e 1400 da Figura 13 e Figura 14, os elementos de sustentação são um primeiro conjunto de paredes em formato de hélice 1334A e 1434A que definem uma primeira pluralidade de passagens em formato de hélice que se estendem pelo menos entre uma zona central 1338 e 1438 do mancai fluido e um primeiro lado S1 do mancai fluido, e um segundo conjunto de paredes em formato de hélice 1334B e 1434B que definem uma segunda pluralidade de passagens em formato de hélice que se estendem pelo menos entre a zona central 1338 e 1438 do mancai fluido e um segundo lado S2 do mancai fluido; sendo que as passagens são dispostas para um fluxo de um fluido entre a zona central 1338 e 1438 do mancai fluido para os lados S1 e S2 do mancai fluido.

[059] Nas realizações da Figura 13 e Figura 14, esse fluido (que age como um fluido de troca de calor) é o mesmo fluido lubrificante LF que flui

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14/18 no espaço de ar 640.

[060] Na realização da Figura 13, o fluido flui a partir da zona central 1338 do mancai fluido para o primeiro lado S1 do mancai fluido e para o segundo lado S2 do mancai fluido durante a rotação da haste 620.

[061] Na realização da Figura 14, o fluido flui do primeiro lado S1 do mancai fluido e a partir do segundo lado S2 do mancai fluido para a zona central 1438 do mancai fluido durante a rotação da haste 620.

[062] Nos sistemas de mancai 1300 e 1400 da Figura 13 e Figura 14, uma câmara anelar é definida entre a porção cilíndrica oca 1332 e 1432 da bucha e a porção cilíndrica sólida 624 da haste 620 e, compreende uma primeira porção lateral (em que as paredes 1334Ae 1434A estão localizadas), uma segunda porção lateral (em que as paredes 1334B e 1434B estão localizadas) e uma porção central 1338 e 1438.

[063] Cada uma das passagens acima mencionadas pode compreender um número de voltas em torno do eixo geométrico 622 da haste 620; o número de voltas pode ser na faixa de 0,1 a 10,0, preferivelmente de 0,25 a 4,0, mais preferivelmente de 0,5 a 2,0, [064] Um afastamento de cada uma das passagens acima mencionadas pode ser igual a um número de vezes o comprimento axial do mancai fluido; o número de vezes pode ser na faixa de 10,0 a 0,1, preferivelmente de 4,0 a 0,25, mais preferivelmente de 2,0 a 0,5. Nas realizações das Figuras 6 a 14, o comprimento axial do mancai fluido pode ser considerado o comprimento do coxim ou coxins 612 ou o comprimento da porção cilíndrica oca 632.

[065] Note-se que a rotação da haste 620 bombeia fluido ao longo da câmara anelar definida entre e a porção cilíndrica oca 632 da bucha 630 para a porção cilíndrica sólida 624 da haste 620.

[066] Nos sistemas de mancai 1500 e 1600 das Figuras 15 e 16,

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15/18 existe um primeiro conjunto de elementos de sustentação 1534A e 1634A localizados em uma primeira extremidade de uma porção cilíndrica oca 1532 e 1632 e um segundo conjunto de elementos de sustentação 1534B e 1634B localizados em uma segunda extremidade da porção cilíndrica oca 1532 e 1632 (elementos de sustentação 1634B podem ser uma única peça); desse modo, uma câmara anelar 1538 e 1638 é definida entre a porção cilíndrica oca 1532, 1632 da bucha e a porção cilíndrica sólida 624 da haste 620.

[067] Nos elementos de sustentação 1534A, 1534B, 1634A existem paletas.

[068] Os elementos de sustentação 1534A, 1534B, 1634A podem formar uma coroa em torno da porção 624 e podem ser igualmente espaçados entre si.

[069] À medida que os elementos de sustentação 1534A, 1534B, 1634A são espaçados entre si, um fluido pode sair da câmara anelar 1538 e 1638. Tipicamente, quando a haste 620 não gira, a câmara anelar 1538 e 1638 está cheia de fluido lubrificante LF, quando a haste 620 começa a girar, um fluxo de fluido lubrificante se estabelece e fluido lubrificante LF começa a sair da câmara anelar 1538 e 1638, quando a haste 620 gira, a câmara anelar 1538 e 1638 está totalmente ou parcialmente vazia de fluido lubrificante LF (“vazia” inclui a possibilidade de que a pressão do fluido lubrificante LF dentro da câmara anelar 1538 e 1638 é menor do que do lado de fora da câmara anelar 1538 e 1638). Desse modo, um efeito técnico de isolamento do fluido quente lubrificante LF no espaço de ar do sistema de mancai 1500 e 1600 e, na cilíndrica porção 624 da haste 620, é alcançada.

[070] Na realização da Figura 15, as paletas 1534Ae 1534B são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer fluxo de fluido de uma câmara anelar 1538 para um primeiro lado S1 do mancai fluido e para um segundo lado S2 do mancai fluido.

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16/18 [071] Na realização da Figura 16, as paletas 1634Ae o elemento, ou elementos, de sustentação 1634B são conformados e posicionados de modo a estabelecer fluxo de fluido de uma câmara anelar 1638 para apenas um lado do mancai fluido, em particular para um primeiro lado S1 do mancai fluido.

[072] Um efeito técnico similar a um nas realizações da figura 15 e 16, pode ser alcançada também quando passagens em formato de hélice são usadas.

[073] Considerando a figura 11 ou 12, o sistema de mancai pode ser disposto de modo que as passagens em formato de hélice estejam totalmente ou parcialmente vazias durante a rotação da haste.

[074] Considerando a figura 13, o sistema de mancai pode ser disposto de modo que as passagens em formato de hélice do primeiro e segundo conjuntos estejam vazias durante a rotação da haste.

[075] Nos sistemas de mancai 1700 e 1800 das Figuras 17 e 18, existe um primeiro conjunto de elementos de sustentação 1734A e 1834A localizados em uma primeira extremidade de uma porção cilíndrica oca 1732 e 1832 e um segundo conjunto de elementos de sustentação 1734B e 1834B localizados em uma segunda extremidade da porção cilíndrica oca 1732 e 1832 (elementos de sustentação 1834B podem ser uma única peça); desse modo, uma câmara anelar 1738 e 1838 é definida entre a porção cilíndrica oca 1732, 1832 da bucha e a porção cilíndrica sólida 624 da haste 620.

[076] Nos elementos de sustentação 1734A, 1734B, 1834A existem paletas.

[077] Os elementos de sustentação 1734A, 1734B, 1834A podem formar uma coroa em torno da porção 624 e podem ser igualmente espaçados entre si.

[078] À medida que os elementos de sustentação 1734A, 1734B,

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1834Α são espaçados entre si, um fluido pode entrar na câmara anelar 1738 e 1838. Tipicamente, quando a haste 620 não gira, a câmara anelar 1738 e 1838 está parcialmente cheia de fluido lubrificante LF, quando a haste 620 começa a girar um fluxo de fluido lubrificante se estabelece e o fluido lubrificante LF começa a entrar na câmara anelar 1738 e 1838, quando a haste 620 gira a câmara anelar 1738 e 1838 está totalmente cheia de fluido lubrificante LF (“totalmente cheia” inclui a possibilidade de que a pressão de fluido lubrificante LF dentro da câmara anelar 1738 e 1838 é maior do que do lado de fora da câmara anelar 1738 e 1838). Desse modo, um efeito técnico de isolamento do fluido quente lubrificante LF no espaço de ar do sistema de mancai 1700 e 1800 e, na cilíndrica porção 624 da haste 620, é alcançada. Ademais, o fluido dentro da câmara anelar 1738 e 1838 pode fluir em torno da haste 620, uniformizando, portanto, a temperatura na haste 620.

[079] Na realização da Figura 17, as paletas 1734Ae 1734B são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer fluxo de fluido a partir de um primeiro lado S1 do mancai fluido e a partir de um segundo lado S2 do mancai fluido para uma câmara anelar 1738.

[080] Na realização da Figura 18, as paletas 1834Ae o elemento, ou elementos, de sustentação 1834B são conformados e posicionados de modo a estabelecer fluxo de fluido a partir de apenas um lado do mancai fluido, em particular para um primeiro lado S1 do mancai fluido, para uma câmara anelar 1838.

[081] Um efeito técnico similar a um nas realizações da figura 17 e 18, pode ser alcançada também quando passagens em formato de hélice são usadas.

[082] Considerando a figura 11 ou 12, o sistema de mancai pode ser disposto de modo que as passagens em formato de hélice estejam totalmente cheias durante a rotação da haste.

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18/18 [083] Considerando a figura 14, o sistema de mancai pode ser disposto de modo que as passagens em formato de hélice do primeiro e segundo conjuntos estejam totalmente cheias durante a rotação da haste.

[084] Um sistema de mancai, conforme descrito acima, ou similar ao mesmo, pode ser vantajosamente utilizado em uma turbomáquina, como, por exemplo, a mostrada na Figura 1.

[085] Note-se que, no campo de “Petróleo e Gás”, isto é, máquinas utilizadas em plantas para exploração, produção, armazenamento, refinamento e distribuição de petróleo e/ou gás, existe uma necessidade particularmente grande de turbomáquinas que evitam a distribuição de temperatura não uniforme dentro de um moente da haste sustentada por um mancai fluido, ou pelo menos que reduza a não uniformidade consideravelmente e, portanto, que use tais sistema de mancai.

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Claims (4)

Reivindicações

1/7 ο

CN CO

CN

CN

Ó>

CN

CN

CN

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1. SISTEMA DE MANCAL (600) caraterizado pelo fato de que compreende um mancai fluido (610), uma haste (620) com uma porção sólida (624) e uma bucha (630) localizada em volta da dita porção sólida (624) e na frente de coxim ou coxins (612) do mancai fluido (610), em que a bucha (630) compreende uma porção oca (632) e uma pluralidade de elementos de sustentação (634) que fixam a porção oca (632) da bucha (630) à porção sólida (624) da haste (620).

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QQ Ο

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834Β) são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer fluxo de um fluido de troca de calor (HEF) durante a rotação da haste (620) a partir de um primeiro lado (S1, S2) do mancai fluido para um segundo lado (S2, S1) do mancai fluido.

5. SISTEMA DE MANCAL (900), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as paletas (934A, 934B, 1534A, 1534B, 1634A) são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer fluxo de um fluido lubrificante (LF) ou um fluido de troca de calor (HEF) durante a rotação da haste (620) a partir da câmara anelar (938, 1538, 1638) para um primeiro lado (S1) do mancai fluido e para um segundo lado (S2) do mancai fluido.

6. SISTEMA DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a câmara anelar (1538, 1638) está vazia de fluido lubrificante (LF) durante a rotação da haste (620).

7. SISTEMA DE MANCAL (900), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o fluido lubrificante (LF) entra na câmara anelar (938) o espaço de ar (640) entre a bucha (630) e o coxim ou coxins (612) que passa através da porção oca (932).

8. SISTEMA DE MANCAL (1000), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as paletas (1034A, 1034B, 1734A, 1734B, 1834A) são conformadas e posicionadas de modo a estabelecer fluxo de um fluido lubrificante (LF) ou um fluido de troca de calor (HEF) durante a rotação da haste (620) a partir de um primeiro lado (S1) do mancai fluido e/ou a partir de um segundo lado (S2) do mancai fluido para a câmara anelar (1038, 1738, 1838).

9. SISTEMA DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a câmara anelar (1738, 1838) está cheia de fluido lubrificante (LF) durante a rotação da haste (620).

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2. SISTEMA DE MANCAL (700, 800, 900, 1000), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um primeiro conjunto de elementos de sustentação (734A, 834A, 934A, 1034A) está localizado em uma primeira posição da porção oca (732, 832, 932, 1032), preferivelmente, em uma primeira extremidade da porção oca (732, 832, 932, 1032), e um segundo conjunto de elementos de sustentação (734B, 834B, 934B, 1034B) está localizado em um uma segunda posição da porção oca (732, 832, 932, 1032), preferivelmente, em uma segunda extremidade da porção oca (732, 832, 932, 1032), por meio da qual uma câmara anelar (738, 838, 938, 1038) é definida entre a porção oca (732, 832, 932, 1032) da bucha até a porção sólida (624) da haste (620).

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10. SISTEMA DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o fluido lubrificante (LF) sai da câmara anelar (1038) para o interior do espaço de ar (640) entre a bucha (630) e o coxim ou coxins (612) que passa através da porção oca (1032).

11. SISTEMA DE MANCAL (1100, 1200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de sustentação são um conjunto de paredes em formato de hélice (1134, 1234) que definem uma pluralidade de passagens em formato de hélice que se estendem pelo menos entre um primeiro lado (S1) do mancai fluido e um segundo lado (S2) do mancai fluido, sendo que as passagens são dispostas para um fluxo de um fluido de troca de calor (HEF) do primeiro lado (S1, S2) do mancai fluido para o segundo lado (S2, S1) do mancai fluido durante a rotação da haste (620).

12. SISTEMA DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as passagens em formato de hélice estão vazias ou cheias de fluido lubrificante (LF) durante a rotação da haste.

13. SISTEMA DE MANCAL (1300, 1400), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de sustentação são um primeiro conjunto de paredes em formato de hélice (1334A, 1434A) que definem uma primeira pluralidade de passagens em formato de hélice que se estendem pelo menos entre uma zona central (1338, 1438) do mancai fluido e um primeiro lado (S1) do mancai fluido, e um segundo conjunto de paredes em formato de hélice (1334B, 1434B) que definem uma segunda pluralidade de passagens em formato de hélice que se estendem pelo menos entre a zona central (1338, 1438) do mancai fluido e um segundo lado (S2) do mancai fluido, sendo que as passagens são dispostas para um fluxo de um fluido lubrificante (LF) ou um fluido de troca de calor (HEF) a partir da zona central (1338) do mancai fluido para o primeiro lado (S1) do mancai fluido e para o segundo lado (S2) do mancai fluido ou para um fluxo de um fluido lubrificante (LF) ou um

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4/5 fluido de troca de calor (HEF) do primeiro lado (S1) do mancai fluido e a partir do segundo lado (S2) do mancai fluido para a zona central (1438) do mancai fluido durante a rotação da haste (620).

14. SISTEMA DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as passagens em formato de hélice do primeiro e do segundo conjuntos estão vazias ou cheias de fluido lubrificante (LF) durante a rotação da haste.

15. SISTEMA DE MANCAL (1300, 1400), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma câmara anelar é definida entre a porção oca (1332, 1432) da bucha e a porção sólida (624) da haste (620) e compreende uma primeira porção lateral (1334A, 1434A), uma segunda porção lateral (1334B, 1434B) e uma porção central (1338, 1438).

16. SISTEMA DE MANCAL (1100, 1200, 1300, 1400), de acordo com a reivindicação 10 ou 11 ou 12 ou 13 ou 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que cada passagem compreende várias voltas em torno do eixo geométrico da haste, sendo que o número de voltas está na faixa de 0,1 a 10,0, preferivelmente, de 0,25 a 4,0, mais preferivelmente, de 0,5 a 2,0,

17. SISTEMA DE MANCAL (1100, 1200, 1300, 1400), de acordo com a reivindicação 10 ou 11 ou 12 ou 13 ou 14 ou 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que um afastamento de cada passagem é igual a um número de vezes o comprimento axial do mancai fluido, sendo que o número de vezes está na faixa de 10,0 a 0,1, preferivelmente, de 4,0 a 0,25, mais preferivelmente, de 2,0 a 0,5.

18. SISTEMA DE MANCAL (600), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a bucha (630) é coberta externamente por uma camada (636) de material termicamente isolante.

19. SISTEMA DE MANCAL (600), de acordo com qualquer

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5/5 uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a bucha (630) é coberta externamente por uma camada (636) que tem uma superfície externa com saliências e/ou reentrâncias.

20. TURBOMÁQUINA que compreende pelo menos um sistema de mancai (600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800) caracterizada pelo fato de que é conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores de 1 a 19.

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3. SISTEMA DE MANCAL (700, 800, 900, 1000), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os elementos de sustentação (734A, 734B, 834A, 834B, 934A, 934B, 1034A, 1034B, 1534A, 1534B, 1634A, 1734A, 1734B, 1834A) do primeiro conjunto e/ou do segundo conjunto são paletas por meio das quais um fluido lubrificante (LF) ou um fluido de troca de calor (HEF) flui para o interior ou para fora da dita câmara anelar (738, 838, 938, 1038, 1538, 1638, 1738, 1838).

4. SISTEMA DE MANCAL (700, 800), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as paletas (734A, 734B, 834A,

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