BR112014012373B1 - Máquina reciprocante e bloco de máquina - Google Patents

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Abstract

máquina reciprocante e bloco de máquina. uma máquina reciprocante (1) compreendendo um bloco de máquina (2) tendo cilindros (3) e um canal de entrada (5) para conduzir, ar de entrada, para dentro dos cilindros (3). o canal de entrada (5) é provido com um receptor de entrada de ar principal (6) e pelo menos um receptor de entrada de ar auxiliar (7), com o receptor de entrada de ar auxiliar (7) sendo arranjado a jusante do receptor de entrada de ar principal (6), e a montante dos cilindros (3).

Description

Campo técnico
[001] A invenção diz respeito a uma máquina reciprocante a qual compreende um bloco de máquina tendo cilindros e um canal de entrada para conduzir ar de entrada, para dentro dos cilindros. A invenção também diz respeito a um bloco de máquina de uma máquina reciprocante.
Técnica anterior
[002] É conhecido que pulsação de pressão em entrada de ar existe em canais de entrada de máquinas reciprocantes. Por exemplo, em máquinas reciprocantes turbo, a pulsação de pressão de ar de entrada pode mover o ponto operante do turbo-compressor (“turbocharger”) repetidamente à área de pulsação, o que impede a operação do turbo-compressor, e assim afeta de forma adversa, a operação da máquina. Além disso, a pulsação de pressão no canal de entrada tem um efeito adverso no preenchimento dos cilindros. Isto ocorre porque o nível de pressão nos arredores de cada válvula de entrada flutua e a quantidade de ar remanescente no cilindro é regulada pelo nível de pressão local quando a válvula de entrada se fecha. O nível de pressão local pode variar consideravelmente, especificamente em máquinas turbo. Sumário
[003] Um objetivo da presente invenção é reduzir a pulsação de pressão em um canal de entrada de uma máquina reciprocante.
[004] Este objetivo pode ser alcançado conforme indicado na reivindicação 1. Uma máquina reciprocante, de acordo com a invenção, compreende um bloco de máquina tendo cilindros e um canal de entrada para conduzir ar de entrada para dentro dos cilindros. O canal de entrada é provido com um receptor de entrada de ar principal e um receptor de entrada de ar auxiliar. O receptor de entrada de ar auxiliar é arranjado a jusante do receptor de entrada de ar principal e a montante dos cilindros. O receptor de entrada de ar auxiliar está em comunicação fluida com o receptor de entrada de ar principal através de pelo menos um canal de conexão, o qual passa entre dois cilindros consecutivos.
[005] Em um bloco de máquina, de acordo com a invenção, um receptor de entrada de ar principal para ar de entrada é arranjado em um bloco de máquina e em canais de conexão para descarregar ar de entrada do receptor de entrada de ar principal, tais canais de conexão sendo arranjados em um bloco de máquina entre cilindros consecutivos.
[006] Os receptores de ar de entrada auxiliar amortecem a pulsação de pressão no canal de entrada. Consequentemente, o preenchimento dos cilindros pode ser melhorado e a pulsação do turbo reduzida se a máquina for turbo-alimentada.
[007] De acordo com uma configuração da invenção, os cilindros são arranjados em dois bancos e o canal de entrada de ar é provido com dois receptores de entrada de ar auxiliar, os quais estão arranjados a jusante do receptor de entrada de ar principal e a montante dos cilindros. Cada um dos bancos de cilindros é provido com um receptor de entrada de ar auxiliar separado. Nesta configuração, a pulsação de pressão de ar de entrada pode ser efetivamente reduzida em uma máquina, onde os cilindros são arranjados em uma configuração de formato em “V”.
[008] De acordo com outra forma construtiva da invenção, em configuração do cilindro em formato “V”, o receptor de entrada de ar principal é arranjado entre os bancos de cilindro. Os receptores de entrada de ar auxiliares podem ser posicionados em lados opostos dos bancos de cilindros em relação ao receptor de entrada de ar principal e ao(s) canal(is) de exaustão entre os bancos de cilindro. Esta forma construtiva provê um arranjo compacto que não requer espaço extra em uma direção transversal da máquina. Ainda, é mais seguro posicionar o(s) canal(is) de exaustão quente entre os bancos de cilindro.
Descrição dos desenhos
[009] A seguir a invenção será descrita por meio de um exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:
[0010] A figura 1 mostra esquematicamente uma configuração de uma máquina reciprocante, de acordo com a invenção; e
[0011] A figura 2 mostra um bloco de máquina, receptores de entrada de ar e canais de exaustão da máquina reciprocante da figura 1, como vista do extremo do bloco de máquina.
Descrição detalhada
[0012] A figura 1 descreve uma máquina reciprocante 1 multicilindros. A máquina 1 pode ser uma máquina reciprocante grande, tanto uma máquina de dois ciclos quanto uma de quatro ciclos. Máquinas reciprocantes grandes aqui referem-se a tais máquinas que possam ser usadas, por exemplo, coma máquinas principal e auxiliar em navios ou em plantas de energia para produção de calor e/ou eletricidade. A máquina 1 compreende um bloco de máquina 2 tendo cilindros 3 arranjados em dois bancos 4 em uma configuração de formato em “V”. Tipicamente a máquina 1 compreende 6-24 cilindros 3.
[0013] A máquina reciprocante 1 compreende um canal de entrada 5 para conduzir ar de entrada para dentro dos cilindros 3. A máquina 1 pode ser turbo-alimentado 8 em um ou mais estágios. Na configuração da figura 1 a máquina é turbo- alimentado em um estágio e provido com um turbo 8 mas, se necessário, cada banco de cilindro 4 pode ser provido com um turbo 8 separado. O canal de entrada 5 é provido com um receptor de entrada de ar principal 6 e dois receptores de entrada de ar auxiliar 7. Os receptores de entrada de ar principal e auxiliar são tanques que são projetados para sistemas de ar comprimido e ambos utilizados para armazenar ar comprimido e para permitir que a pressão seja equalizada no canal de entrada 5. O receptor de entrada de ar principal 6 é arranjado a jusante do turbo 8. Os receptores de entrada de ar auxiliar 7 são arranjados a jusante do receptor de entrada de ar principal 6 e a montante dos cilindros 3. Cada um dos bancos de cilindro 4 é provido com um receptor de entrada de ar auxiliar 7 separado. O volume do receptor de entrada de ar principal 6 é maior do que os volumes dos receptores de entrada de ar auxiliar 7. Ambos o receptor de entrada de ar principal 6 e receptores de entrada de ar auxiliar 7 são alongados e paralelos aos bancos de cilindro 4. O diâmetro interno do receptor de entrada de ar auxiliar 7 é 0,45 a 0,65 vezes o diâmetro interno do cilindro 3.
[0014] O receptor de entrada de ar principal 6 é posicionado entre os bancos de cilindro 4. O receptor de entrada de ar principal 6 é arranjado dentro do bloco de máquina 2. O receptor de entrada de ar principal 6 pode ser integrado com o bloco de máquina 2. O receptor de entrada de ar principal 6 pode assim estar dentro de um molde de fundição que forma o bloco de máquina 2, ou o bloco de máquina 2 pode formar algumas das paredes do receptor de entrada de ar principal 6. Os receptores de entrada de ar auxiliar 7 estão posicionados nos lados opostos dos bancos de cilindros 4 em relação ao receptor de entrada de ar principal 6 (isto é, fora do “V” formado pelos bancos de cilindro 4). Os receptores de entrada auxiliar 7 e o receptor de entrada principal 6 estão assim em lados opostos do eixo médio dos cilindros 3. Os receptores de entrada de ar auxiliar 7 podem ser montados no bloco de máquina 2. Os receptores de entrada de ar auxiliar 7 estão em comunicação fluida com o receptor de entrada de ar principal 6 através de canais de conexão 9, os quais estão posicionados entre os cilindros 3. Cada canal de conexão 9 passa entre dois cilindros 3 consecutivos do banco de cilindro 4. Parte dos canais de conexão 9 pode se estender acima dos cilindros 3, em cujo caso estas partes dos canais de conexão 9 estão entre as extensões de cilindros 3. Adicionalmente, os canais de conexão 9 podem ser arranjados em um ou ambos os extremos dos bancos de cilindro 4. Os canais de conexão 9 podem ser arranjados pelo menos parcialmente no bloco de máquina 2. Na figura 2, cada canal de conexão 9 compreende uma porção 9a que está no bloco de máquina 2. A porção 9a daqueles canais de conexão 9, que não estão nos extremos da máquina 1, passa entre dois cilindros adjacentes do banco de cilindro 4. Os receptores de entrada de ar auxiliares 7 são fechados em ambos os extremos.
[0015] A máquina reciprocante 1 compreende dois canais de exaustão 10 para descarregar gás de exaustão dos cilindros 3. Cada um dos bancos de cilindro 4 é provido com um canal de exaustão 10 separado. Os canais de exaustão 10 são arranjados entre os bancos de cilindro 4. Os canais de exaustão 10 podem ser montados no bloco de máquina 2. Na configuração mostrada nos desenhos, os canais de exaustão 10 são posicionados em ambos os lados do receptor de entrada de ar principal 6. Adicionalmente, os canais de exaustão 10 são localizados acima do receptor de entrada de ar principal 6. Os canais de exaustão 10 são paralelos aos bancos de cilindro 4. Ao invés de dois canais de exaustão, a máquina 1 pode compreender somente um canal de exaustão 10 para o qual os cilindros 3 de ambos os bancos 4 estão conectados.
[0016] Cada cilindro 3 é provido com um cabeçote 11 separado tendo uma porta de entrada 12 para conduzir ar de entrada para dentro do cilindro 3 e uma porta de exaustão 13 para descarregar gás de exaustão do cilindro 3. O cabeçote 11 tem um formato de seção transversal de fluxo (“cross flow design”) onde a entrada da porta de entrada 12 e a saída da porta de exaustão 13 estão em lados opostos do cabeçote 11. O receptor de entrada de ar auxiliar 7 está conectado às entradas da porta de entrada e o canal de exaustão 10 às saídas de porta de exaustão.
[0017] O receptor de entrada de ar auxiliar 7 e o canal de exaustão 10 estão posicionados em lados opostos do cabeçote 11. A área de seção transversal de fluxo combinada dos canais de conexão 9 conectados aos receptores de ar de entrada auxiliar 7 é igual a ou maior que as portas de entrada 12, às quais ditos receptores de entrada de ar auxiliares 7 estão conectados.
[0018] Quando a máquina 1 está rodando, a pressão do ar de entrada é aumentada pelo turbo-compressor 8. Portanto, o ar de entrada é conduzido para dentro do receptor de entrada de ar principal 6, a partir do qual ar de entrada é conduzido através dos canais de conexão 9 para dentro dos receptores de entrada de ar auxiliares 7. Dos receptores de entrada de ar auxiliares 7, ar de entrada é conduzido através das portas de entrada 12 para dentro dos cilindros 3. Gás de exaustão é descarregado dos cilindros 3 através das portas de exaustão 13, para dentro dos canais de exaustão 10. Portanto, gás de exaustão é conduzido através dos canais de exaustão 10 para dentro do turbo-compressor 8.
[0019] A invenção pode ter configurações desviando daquelas descritas acima. A máquina reciprocante pode ser uma máquina em linha tendo cilindros arranjados em um único banco. Nesta configuração, o canal de entrada é provido com um receptor de entrada de ar principal e um receptor de entrada de ar auxiliar. O receptor de entrada de ar auxiliar é arranjado a jusante do receptor de entrada de ar principal e a montante dos cilindros. O receptor de entrada de ar principal e o receptor de entrada de ar auxiliar podem ser colocados em lados opostos da linha de cilindro e arranjados em comunicação fluida através de canais de conexão, os quais são arranjados entre os cilindros. A máquina é provida com um canal de exaustão, que pode ser posicionado no mesmo lado de um banco de cilindro como o receptor de entrada de ar principal. Em outros aspectos, a configuração corresponde àquela descrita acima.

Claims (15)

1. Máquina reciprocante, compreendendo um bloco de máquina (2) tendo cilindros (3) e um canal de entrada (5) para conduzir o ar de entrada para dentro dos cilindros (3), o canal de entrada (5) sendo provido com um receptor de entrada de ar principal (6) e pelo menos um receptor de entrada de ar auxiliar (7), com o receptor de entrada de ar auxiliar (7) sendo arranjado a jusante do receptor de entrada de ar principal (6) e a montante dos cilindros (3) sendo que o receptor de entrada de ar auxiliar (7) está em comunicação fluida com o receptor de entrada de ar principal (6) através de pelo menos um canal de conexão (9), o qual passa entre dois cilindros (3) consecutivos, o pelo menos um canal de conexão (9) compreendendo uma porção (9a) que está no bloco de máquina (2), caracterizadapelo fato de a citada porção (9a) passar entre dois cilindros (3) adjacentes.
2. Máquina reciprocante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de os cilindros (3) serem arranjados em dois bancos (4), e o canal de entrada (5) ser provido com dois receptores de entrada de ar auxiliares (7), os quais são arranjados a jusante do receptor de entrada de ar principal (6) e a montante dos cilindros (3) e que cada um dos bancos de cilindro (4) é provido com um receptor de entrada de ar auxiliar (7).
3. Máquina reciprocante, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadapelo fato de o receptor de entrada de ar principal (6) ser posicionado entre os bancos de cilindro (4).
4. Máquina reciprocante, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadapelo fato de os receptores de entrada de ar auxiliares (7) serem posicionados em lados opostos dos bancos de cilindros (4) em relação ao receptor de entrada de ar principal (6).
5. Máquina reciprocante, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de o receptor de entrada de ar principal (6) ser arranjado no bloco de máquina (2).
6. Máquina reciprocante, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo fato de o receptor de entrada de ar principal (6) ser integral com o bloco de máquina (2).
7. Máquina reciprocante, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo fato de o receptor de entrada de ar principal (6) ser separado do bloco de máquina (2).
8. Máquina reciprocante, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada pelo fato de o(s) receptor(es) de entrada de ar auxiliar(es) (7) estar(em) em comunicação fluida com o receptor de entrada de ar principal (6) através do canais conectores (9), os quais passam entre os cilindros (3) consecutivos.
9. Máquina reciprocante, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de os canais conectores (9) serem arranjados pelo menos parcialmente no bloco de máquina (2).
10. Máquina reciprocante, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 9, caracterizada pelo fato de a máquina (1) ser provida com um canal de exaustão (10) para descarregar gás de exaustão dos cilindros (3), sendo o canal de exaustão (10) é arranjado entre os bancos de cilindro (4).
11. Máquina reciprocante, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de cada um dos bancos de cilindros (4) ser provido com um canal de exaustão (10) separado, para descarga de gás de exaustão dos cilindros (3), com canais de exaustão (10) sendo arranjados entre os bancos de cilindro (4).
12. Máquina reciprocante, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 de 11, caracterizada pelo fato de cada cilindro (3) compreender um cabeçote (11) tendo uma porta de entrada (12) para ar de entrada e uma porta de exaustão (13) para gás de exaustão, e que uma entrada de uma porta de entrada (12) e uma saída de uma porta de exaustão (13) são arranjadas nos lados opostos do cabeçote (11).
13. Máquina reciprocante, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizada pelo fato de o volume do receptor de entrada de ar principal (6) ser maior do que o(s) volume(s) do(s) receptor(es) de ar auxiliar (7).
14. Bloco de máquina, de uma máquina reciprocante (1) tendo cilindros (3) , caracterizado pelo fato de um receptor de entrada de ar principal (6), para ar de entrada, ser arranjado em um bloco de máquina (2) e que os canais de conexão (9), para descarregar ar de entrada do receptor de entrada de ar principal (6), serem conectados ao receptor de entrada de ar principal (6), cujos canais de conexão (9) são arranjados em um bloco de máquina (2) entre cilindros (3) consecutivos.
15. Bloco de máquina, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de os cilindros (3) serem arranjados em dois bancos (4) e o receptor de entrada de ar principal (6), para ar de entrada, ser arranjado no bloco de máquina (2) entre os bancos de cilindro (4).
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