BR112014007202B1

BR112014007202B1 - Unidade de compressor de motor

Info

Publication number: BR112014007202B1
Application number: BR112014007202-7A
Authority: BR
Inventors: Pierre Laboube; Patrick Friez; Thomas Alban
Original assignee: Thermodyn Sas
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2021-04-13
Also published as: EP2761187B1; FR2980538A1; US10527063B2; CN103975164A; BR112014007202A2; US20140234136A1; WO2013045459A1; CN103975164B; FR2980538B1; EP2761187A1

Abstract

unidade de compressor de motor. a presente invenção refere-se a um motor elétrico de alta velocidade do tipo integrado e, mais especificamente, a um compressor de motor de alta velocidade ou a uma unidade de turbocompressor do tipo integrado com um cartucho removível. a unidade de compressor de motor, que compreende um motor (1), um compressor (2) e um alojamento comum (3) que é vedado em relação ao gás a ser comprimido, no qual o motor (1) e o compressor (2) são montados, em que o motor (1) é montado em um invólucro interno (12) preso ao alojamento (3) por meios de fixação removíveis de tal maneira que o motor (1) e o invólucro interno (12) formem um cartucho removível.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um motor elétrico de alta velocidade do tipo integrado e, mais especificamente, a um compressor de motor de alta velocidade ou a uma unidade de turbocompressor do tipo integrado com um cartucho removível.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Um motor de alta velocidade é um motor cuja frequência de rotação é superior à frequência da rede de potência elétrica. Um motor de alta velocidade tem, tipicamente, uma velocidade de rotação maior que 3600 rpm.

[003] Uma unidade de compressor do motor convencional integrado é mostrada em parte na Figura 1. Essa compreende um alojamento vedado C no qual são montados um motor elétrico M e uma unidade de compressor que não é mostrada, por exemplo, uma unidade de múltiplo estágio que inclui uma pluralidade de impulsores de compressão carregados em um eixo de saída acoplado a um rotor acionado pelo motor M.

[004] O alojamento C, vedado por um envoltório T, tem um primeiro invólucro EC para conter o compressor, montado junto a um segundo invólucro EV no qual o motor elétrico M é montado. O motor elétrico M tem um rotor R, um estator S e um primeiro e segundo mancais P1 e P2 que sustentam o eixo do motor, o qual é montado, respectivamente, em um primeiro e um segundo suportes de mancais SP1 e SP2 posicionados em cada extremidade do rotor R.

[005] Os suportes dos mancais SP1 e SP2 são montados diretamente no segundo invólucro EV. Nessa disposição, o segundo suporte SP2 impede o acesso ao rotor R, e o primeiro suporte SP1 pode ser acessado apenas mediante a remoção do primeiro invólucro EC do segundo invólucro EV.

[006] O estator S do motor M é ajustado por contração diretamente sobre o invólucro do motor EV e, dessa forma, não pode ser removido. O invólucro do motor EV compreende uma saída de cabeamento de alta tensão O formada de uma maneira vedada em uma parte radial do alojamento C. Essa saída de alta tensão O geralmente é não removível.

[007] Os sistemas de cartucho removível geralmente são usados por fabricantes de compressores e de bombas. Por exemplo, em um compressor com um cartucho removível, as partes do estator aerodinâmico e o rotor são combinados em um cartucho que tem um formato externo cilíndrico que pode ser encaixado no interior do alojamento principal permitindo que a pressão seja ajustada. Os mancais podem ser exteriores a esse cartucho ou podem ser ligados às extremidades do cartucho.

[008] Vários documentos do estado da técnica se referem a essas disposições.

[009] O documento US 3.826.597 descreve o uso de um conceito deste tipo, especificamente, aplicações de máquina de rotação como os compressores do tipo palheta.

[010] As patentes n° US 5.971.702 e US 4.961.260 descrevem princípios de centralização e inserção de cartucho para aplicações de compressor centrífugo.

[011] Com referência à aplicação desse conceito para máquinas elétricas, as patentes US 5.117.138 e US 5.627.420 descrevem um estator com motor elétrico removível. No entanto, essa patente tem como foco as aplicações de bomba submersível. Além disso, o estator removível é encapsulado a fim de isolá-lo do gás de processo, e os mancais são completamente separados desse estator.

[012] Finalmente, a patente US 7.458.214 refere-se ao uso de um turbocompressor composto por uma roda de turbina e uma roda de compressor montadas de uma maneira projetada, e são equipadas com um motor elétrico auxiliar com um estator removível.

[013] Nos últimos três documentos, o estator não é encapsulado e, no documento US 7.458.214, os mancais sempre são separados do estator.

[014] Em vista das considerações acima, propõe-se que as desvantagens das unidades de compressor do motor integrado do estado da técnica sejam superadas ao propor-se uma unidade de compressor do motor que compreende um cartucho que inclui todos dentre o estator, os mancais e o rotor, e que possa ser removida facilmente do alojamento para facilitar a manutenção do mesmo.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[015] De acordo com um aspecto da invenção, propõe-se uma unidade de compressor do motor que compreende um motor, um compressor e um alojamento comum vedado em relação ao gás a ser comprimido, em que o motor e o compressor são montados.

[016] De acordo com uma característica geral, o motor é montado em um invólucro interno preso ao alojamento por meios de fixação removíveis, de modo que o motor e o invólucro interno formem um cartucho removível.

[017] A combinação do motor e do invólucro interno em um cartucho removível facilita a remoção de todo o motor sem a necessidade de remover outros elementos do compressor do motor como, especialmente, o acoplamento entre o invólucro externo do motor e o invólucro do compressor, em casos em que o alojamento é composto por um invólucro de compressor e um invólucro de motor externo.

[018] Além disso, ainda que o motor esteja completamente montando em um cartucho removível, é possível propor o uso de um alojamento que compreende um invólucro de compressor e um invólucro de motor externo. É possível que o alojamento seja composto por um único invólucro, no qual o invólucro interno que contém o motor é inserido. Nesse caso, a eliminação de um plano de acoplamento vertical entre o invólucro do compressor e o invólucro do motor externo reduz o risco de escapamento devido ao envelhecimento das articulações nesse acoplamento e reduz o custo de produção devido à eliminação das articulações e dos sulcos associados.

[019] Além disso, ainda que todos os elementos do motor estejam contidos no invólucro interno, o acesso a todos os componentes do motor é facilitado.

[020] O estator do motor, preferencialmente, forma uma peça única com o invólucro interno do motor. O ajuste por contração do estator sobre o invólucro interno e, mais particularmente, sobre a superfície interna do invólucro interno faz com que o estator seja imobilizado em relação ao invólucro interno, por um lado, e em relação ao alojamento, por outro, uma vez que o invólucro interno foi preso ao alojamento.

[021] A unidade de compressor do motor compreende, de maneira vantajosa, um membro de chave entre o invólucro interno e o alojamento, por meio do que o invólucro interno é fixado ao alojamento, sendo que o torque do motor é recuperado, e qualquer rotação do invólucro interno dentro do alojamento é impedida.

[022] De maneira vantajosa, o alojamento compreende um ombro sobre o qual uma extremidade do invólucro interno voltada para o compressor se sustenta.

[023] Preferencialmente, o alojamento compreende um primeiro suporte de mancal para o motor, sendo que o dito primeiro suporte é preso a uma extremidade do invólucro interno voltado para o compressor. O primeiro suporte do mancal pode ser fixado aparafusando-o ao invólucro interno sem qualquer folga, de tal maneira que o cartucho removível compreenda o primeiro suporte do mancal que pode, então, ser retirado junto com o cartucho removível.

[024] O alojamento pode compreender um segundo suporte de mancal para o motor, sendo que o dito segundo suporte é preso a uma extremidade do invólucro interno oposto à extremidade voltada para o compressor, por meio de um elo semirrígido que pode compensar a expansão relativa entre o invólucro interno e o segundo suporte do mancal.

[025] Em uma primeira e uma segunda realização, a unidade de compressor do motor compreende, preferencialmente, um envoltório que pode vedar o alojamento em uma extremidade através da qual o invólucro interno é inserido no alojamento, sendo que o envoltório é preso ao segundo suporte do mancal por aparafusamento.

[026] Na primeira realização, o invólucro interno é mantido em posição, axialmente mediante chaveamento ao alojamento em uma extremidade através do que o invólucro interno é inserido no alojamento. O segundo suporte do mancal e o envoltório são retidos, axialmente, por meio de um anel (Circlip®) inserido em um sulco formado no alojamento. O cartucho removível pode ser extraído do alojamento ao remover simplesmente o membro de chave e, nesse caso, o cartucho removível compreende o invólucro interno e seus conteúdos, o segundo suporte do mancal e o envoltório.

[027] Na segunda realização, o segundo suporte é preso ao dito alojamento na extremidade através da qual o invólucro interno é inserido no alojamento. Na segunda realização, o cartucho removível pode ser extraído do alojamento ao separar simplesmente o segundo suporte do mancal do alojamento, sem separar do invólucro interno o segundo suporte do mancal ao qual o envoltório é preso.

[028] De maneira vantajosa, nas primeira e segunda realizações, o envoltório pode compreender uma saída de cabeamento de alta tensão vedada axial.

[029] Adicionalmente, nas primeira e segunda realizações, o envoltório pode compreender uma entrada de fornecimento de gás axial.

[030] Em uma terceira realização, a unidade de compressor do motor pode compreender um envoltório que pode vedar o alojamento em uma extremidade através da que o invólucro interno é inserido no alojamento, sendo que o envoltório é preso ao alojamento por aparafusamento. Nessa realização, o cartucho removível pode ser extraído do alojamento ao separar simplesmente o envoltório do alojamento.

[031] Nessa terceira realização, o alojamento pode compreender uma saída de cabeamento de alta tensão vedada radial que passa através do invólucro interno do motor e do alojamento.

[032] Nessa terceira realização, o alojamento também pode compreender uma entrada de fornecimento de gás radial que passa através do invólucro do motor externo e do alojamento.

[033] Em várias realizações, o compressor pode compreender uma pluralidade de estágios de compressão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[034] Outras vantagens e recursos da invenção se tornarão claros através da descrição detalhada das realizações que não são limitadoras de nenhuma maneira e dos desenhos anexos, em que: A Figura 1 descrita acima mostra parte de uma unidade de compressor do motor integrado que inclui o motor, de acordo com o estado da técnica; A Figura 2 mostra uma unidade de compressor do motor com um cartucho removível de acordo com uma primeira realização; A Figura 3 mostra parte de uma unidade de compressor do motor com um cartucho removível de acordo com uma segunda realização; A Figura 4 mostra parte de uma unidade de compressor do motor com um cartucho removível de acordo com uma terceira realização.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[035] A Figura 2 mostra uma unidade de compressor do motor com um cartucho removível de acordo com uma primeira realização.

[036] Toda a unidade de compressor do motor e, em especial, o motor 1 e a unidade de compressor 2, são montados em um alojamento comum 3 que é vedado em relação ao gás interno tratado pelo compressor. No exemplo ilustrado, o alojamento comum 3 compreende um conjunto de alojamentos 3a e 3b que são fixados juntos e sustentam e protegem o compressor 2 e o motor 1, respectivamente. Os alojamentos 3a e 3b são fixados juntos por meios de fixação apropriados (não mostrados), o que permite que os alojamentos sejam presos entre si de uma maneira rígida e vedados. O alojamento comum 3 também pode ser produzido em uma peça.

[037] Nesse caso, a unidade de compressor 2 compreende um primeiro estágio de compressão 4 e um segundo estágio compressão 5. Cada um dos estágios de compressão 4 e 5 compreendem impulsores 7 que comprimem o gás recebido entregue na entrada por uma abertura de entrada de gás 6 formada no alojamento 3a, enquanto uma abertura de saída 8 coleta o gás processado. Uma seta F indica a direção do fluxo do gás. Os impulsores 7 são montados em um eixo de saída 9 acoplado ao motor 1 através de uma peça de acoplamento 10. O eixo de saída 9 é mantido em posição com a ajuda de dois mancais radiais 11 montados em cada extremidade do eixo de saída 9.

[038] O motor 1 inclui um rotor 13, um estator 14 e dois mancais 15 e 16 montados, respectivamente, em um primeiro suporte 17 e um segundo suporte 18 em qualquer extremidade do rotor 13. O conjunto é montado em um invólucro interno cilíndrico 12 montado de forma removível em relação ao alojamento 3b.

[039] O estator 14 é ajustado por contração na superfície interna do invólucro interno 12 de tal forma que o mesmo forme uma peça única com o invólucro interno 12. Um membro de chave entre o invólucro interno 12 e o alojamento 3b é usado para recuperar o torque do motor e impedir qualquer rotação do estator 14.

[040] Os mancais 15 e 16 fornecem suporte radial para o rotor 13. Nessa primeira realização exemplificativa, o primeiro mancal 15 é montado no primeiro suporte 17 o qual está, propriamente, preso a uma extremidade do invólucro interno 12 voltada para o compressor 2. O segundo mancal 16 é montado no segundo suporte 18 que é preso a uma extremidade do invólucro interno 12 oposta à extremidade voltada para o compressor 2 por meio de um elo semirrígido, permitindo que a expansão axial do invólucro interno 12 seja compensada. O primeiro suporte 17 e o segundo suporte 18, portanto, são presos, respectivamente, a cada uma das extremidades do invólucro interno 12.

[041] O invólucro 3b compreende um ombro 19 sobre o qual a extremidade do invólucro interno 12 está voltada para o compressor 2, em outras palavras, a extremidade na qual o motor 1 é acoplado ao compressor 2 está suportada.

[042] O alojamento 3b também compreende um envoltório 20 que permite que o alojamento 3b seja vedado em uma extremidade através da qual o invólucro interno 12 é inserido no alojamento 3b. O envoltório 20 é aparafusado ao suporte de mancal 18. Quando o cartucho removível que compreende o invólucro interno 12 e o motor 1 for acoplado ao envoltório 20, esse é inserido no alojamento 3b. O envoltório 20 e o suporte de mancal 18, então, são mantidos em posição com a ajuda de um membro de chave, por exemplo, um Circlip® 21 inserido em um sulco 22 fornecido para esse fim no alojamento 3b.

[043] Então, a disposição mostrada no primeiro exemplo torna possível fornecer um cartucho removível que compreenda o invólucro interno 12, o rotor 13, o estator 14, o envoltório 20 e os mancais 15 e 16 que sejam montados, respectivamente, no primeiro suporte 17 e no segundo suporte 18 que são fixados ao invólucro interno 12. Quando o membro de chave 21 e, depois, o envoltório 20 forem retirados, o cartucho removível pode então ser retirado para qualquer operação de manutenção necessária e pode, depois, ser reinserido no alojamento sem a necessidade de remover outros elementos da unidade de compressor do motor.

[044] O envoltório 20 também compreende uma saída de cabeamento de alta tensão axial 23. Essa saída axial 23 é vedada de tal forma que o interior do alojamento 3 é mantido pressurizado durante a operação. A saída axial 23, então, permite que o cartucho removível seja retirado sem desconexão preliminar de cabeamento. Na realidade, uma vez que o Circlip (R) tenha sido retirado, o cartucho pode ser extraído do alojamento 3b sem qualquer necessidade de remover o cabeamento de alta tensão entre o motor e o envoltório 20.

[045] Adicionalmente, a unidade de compressor do motor também compreende uma entrada para fornecimento de gás refrigerante. Esse fornecimento de gás, que não é mostrado, pode ser fornecido radial ou axialmente através do alojamento 3b e do invólucro interno 12, caso em que o envoltório 20 compreende uma entrada de fornecimento de gás axial.

[046] A Figura 3 mostra parte de uma unidade de compressor do motor com um cartucho removível, de acordo com uma segunda realização. Apenas a parte do alojamento 3 que contém o motor 1, nesse caso o alojamento 3b, é mostrada na Figura 3, sendo que a parte da unidade de compressor do motor que contém o compressor 2 é semelhante àquele mostrado na Figura 2.

[047] Os elementos idênticos aos elementos da primeira realização mostrados na Figura 2 têm as mesmas referências.

[048] Nesse exemplo, o alojamento 3 compreende um segundo suporte 180 preso ao alojamento 3b em uma extremidade através da qual o invólucro interno 12 é inserido, e o envoltório 190 é preso por aparafusamento a esse segundo suporte 180. Esse suporte fixado 180 geralmente tem formato anular e tem uma extensão essencialmente central que sustenta um mancal 16 para o eixo do motor. Esse segundo suporte 180 também é conectado ao invólucro interno 12 por meio de uma fixação semirrígida que permite que a expansão axial do dito invólucro interno seja compensada.

[049] Quando o suporte 180 é separado do alojamento 3d, pode ser retirado o cartucho removível que compreende o invólucro interno 12, o rotor 13, o estator 14, o envoltório 20, e os mancais 15 e 16 que são montados, respectivamente, no primeiro suporte 17 e no segundo suporte 180.

[050] Nesse exemplo, o envoltório 200 compreende uma saída de cabeamento de alta tensão axial 230. Essa saída axial 230 é vedada de tal forma que o interior do alojamento 3 seja mantido pressurizado durante a operação. Então, a saída axial 230 permite que o cartucho removível seja retirado sem desconexão preliminar de cabeamento. Na realidade, o cartucho pode ser extraído do alojamento 3b no mesmo momento que o envoltório 200 sem qualquer necessidade de remover o cabeamento de alta tensão entre o motor e o envoltório 200.

[051] Adicionalmente, a unidade de compressor do motor também compreende uma entrada para fornecimento de gás. Esse fornecimento de gás, que não é mostrado, pode ser fornecido radial ou axialmente através do alojamento 3b e do invólucro interno 12, caso em que o envoltório 200 compreende uma entrada de fornecimento de gás axial.

[052] A Figura 4 mostra parte de uma unidade de compressor do motor com um cartucho removível, de acordo com uma terceira realização. Apenas a parte do alojamento 3 que contém o motor 1, a saber, o alojamento 3b, é mostrada na Figura 4, sendo que a parte da unidade de compressor do motor que contém o compressor 2 é semelhante a essa mostrada na Figura 2.

[053] Os elementos idênticos aos elementos da primeira realização, mostrados na Figura 2, têm as mesmas referências.

[054] Nesse exemplo, o alojamento 3b compreende um segundo suporte 1800 que transmite o mancal 16 e preso a uma extremidade do invólucro interno 12 oposta à extremidade voltada para o compressor 2, e um envoltório 2000 preso por aparafusamento a uma extremidade do alojamento 3 através do que o invólucro interno 12 é inserido no alojamento 3b.

[055] Nesse exemplo, o cartucho removível não compreende o envoltório 2000, visto que o último está em contato apenas com o alojamento 3. Ao invés de ser aparafusado ao alojamento 3, o envoltório 2000 pode ser retido axialmente em relação ao alojamento 3 com a ajuda de um Circlip® inserido em um sulco fornecido para esse fim no invólucro do motor 3b, no mesmo princípio como aquele ilustrado na Figura 2.

[056] Nesse exemplo, a saída de cabeamento de alta tensão é formada radialmente. Para esse fim, o alojamento 3 compreende uma saída de cabeamento de alta tensão vedada radial que passa através do alojamento 3. Essa saída radial 2300 é vedada de tal forma que o interior do alojamento 3 seja mantido pressurizado durante a operação. As conexões internas são formadas de tal forma que o cabeamento possa ser cortado entre a saída vedada radial 2300 e o cartucho removível quando o mesmo for retirado.

[057] Então, durante a desmontagem, primeiramente, o envoltório 2000 é retirado, e em seguida o cabeamento entre o cartucho removível e a saída vedada radial 2300 é desconectado nas conexões internas fornecidas para esse fim, e o cartucho removível é, então, extraído do alojamento 3.

[058] A unidade de compressor do motor também compreende uma entrada para o fornecimento de gás. Esse fornecimento de gás, que não é mostrado, pode ser fornecido radial ou axialmente através do alojamento 3b e do invólucro interno 12, caso em que o envoltório 2000 compreende uma entrada de fornecimento de gás axial.

Claims

1. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, que compreende um motor (1), um compressor (2) e um alojamento comum (3) que é vedado em relação ao gás a ser comprimido, no qual o motor (1) e o compressor (2) são montados, em que o motor (1) é montado em um invólucro interno (12) preso ao alojamento (3) por meios de fixação removíveis de tal maneira que o motor (1) e o invólucro interno (12) formem um cartucho removível, caracterizada pelo alojamento comum (3) compreender um primeiro suporte de mancal (17) para o motor (1), em que o primeiro suporte de mancal (17) é preso em uma extremidade do invólucro interno (12) voltada para o compressor (2).

2. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo estator (14) do motor (1) ser fixado ao invólucro interno (12).

3. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada por compreender um membro de chave entre o invólucro interno (12) e o alojamento (3).

4. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo alojamento (3) compreender um ombro (19) no qual uma extremidade do invólucro interno (12) que fica voltada para o compressor (2) se sustenta.

5. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo alojamento (3) compreender um segundo suporte de mancal (18, 180, 1800) para o motor (1), sendo que o segundo suporte (18, 180, 1800) é preso a uma extremidade do invólucro interno (12) oposta à extremidade voltada para o compressor (2), por meio de um elo semirrígido que pode compensar a expansão relativa entre o invólucro interno (12) e o segundo suporte (18, 180, 1800).

6. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por compreender um envoltório (20, 200) que pode vedar o alojamento (3) em uma extremidade através da qual o invólucro interno (12) é inserido no alojamento (3), sendo que o envoltório (20, 200) é preso por aparafusamento ao segundo suporte do mancal (18, 180, 1800).

7. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 6, caracterizada pelo segundo suporte (18, 180, 1800) ser preso ao alojamento (3) em uma extremidade através da qual o invólucro interno (12) é inserido no alojamento (3).

8. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 6, caracterizada pelo invólucro interno (12) ser mantido em posição axialmente mediante o chaveamento ao alojamento (3) em uma extremidade através da qual o invólucro interno (12) é inserido no alojamento (3).

9. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizada pelo envoltório (20, 200) compreender uma saída de cabeamento de alta tensão vedada axial (23, 230).

10. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer das reivindicações 5 a 9, caracterizada pelo envoltório (20, 200) compreender uma entrada de fornecimento de gás axial.

11. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por compreender um envoltório (2000) que pode vedar o alojamento (3) em uma extremidade através da qual o invólucro interno (12) é inserido no alojamento (3), sendo que o envoltório (2000) é preso por aparafusamento ao alojamento (3).

12. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo alojamento (3) compreender uma saída de cabeamento de alta tensão vedada radial (2300) que passa através do invólucro interno do motor (12) e do alojamento (3).

13. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizada pelo alojamento (3) compreender uma entrada de fornecimento de gás vedada radial que passa através do invólucro interno do motor (12) e do alojamento (3).

14. UNIDADE DE COMPRESSOR DE MOTOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo compressor (2) compreender uma pluralidade de estágios de compressão.