BR112015009629B1

BR112015009629B1 - Bomba de lóbulo rotativo, sistema de hidropotência com um motor de pistão rotativo, método para bombear um líquido com uma bomba de lóbulo rotativo e método para gerar energia elétrica

Info

Publication number: BR112015009629B1
Application number: BR112015009629-8A
Authority: BR
Inventors: Paul Krampe; Hugo Vogelsang
Original assignee: Hugo Vogelsang Maschinenbau Gmbh
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2021-04-06
Also published as: MY187704A; AU2013340894B2; JP6364419B2; KR20150081317A; BR112015009629A2; MX356285B; WO2014067988A2; JP2015535045A; CN104870750A; MX2015005469A; DE202012010401U1; KR102146591B1; HK1211071A1; CA2889938A1; AU2013340894A1; CN104870750B; CA2889938C; EP2914812A2; WO2014067988A3; US9719507B2

Abstract

bomba de pistão giratório que tem acionamento direto. a presente invenção refere-se a uma bomba de lóbulo giratório que compreende um alojamento de bomba com uma câmara de bomba, uma abertura de entrada e uma abertura de saída, um primeiro pistão giratório multilóbulo disposto na câmara de bomba e montado de maneira giratória ao redor de um primeiro eixo geométrico e um segundo pistão giratório multilóbulo disposto na câmara de bomba que está montada de maneira giratória ao redor de um segundo eixo geométrico separado do primeiro eixo geométrico e se engata ao primeiro pistão giratório, em que o primeiro e o segundo pistões giratórios, através do giro ao redor do primeiro e do segundo eixos geométricos, respectivamente, criam um fluxo de fluido a partir da abertura de entrada para a abertura de saída, uma unidade de acionamento que está mecanicamente acoplada com os pistões giratórios a fim de acionar os pistões giratórios. de acordo com a invenção, a unidade de acionamento compreende um primeiro motor de acionamento elétrico, que está mecanicamente acoplado ao primeiro pistão giratório para acionar o primeiro pistão giratório e um segundo motor de acionamento elétrico, que está mecanicamente acoplado ao segundo pistão giratório para acionar o segundo pistão giratório.

Description

BOMBA DE LÓBULO ROTATIVO, SISTEMA DE HIDROPOTÊNCIA COM UM MOTOR DE PISTÃO ROTATIVO, MÉTODO PARA BOMBEAR UM LÍQUIDO COM UMA BOMBA DE LÓBULO ROTATIVO E MÉTODO PARA GERAR ENERGIA ELÉTRICA

[0001] A invenção refere-se a uma bomba de lóbulo rotativo que compreende um alojamento de bomba com uma câmara de bomba, uma abertura de entrada e uma abertura de saída, um primeiro pistão rotativo multilóbulo disposto na câmara de bomba e montado de maneira giratória ao redor de um primeiro eixo geométrico e um segundo pistão rotativo multilóbulo disposto na câmara de bomba que está montada de maneira giratória ao redor de um segundo eixo geométrico separado do primeiro eixo geométrico e se engata ao primeiro pistão rotativo, em que o primeiro e segundo pistões rotativos, através do giro ao redor do primeiro e do segundo eixos geométricos, respectivamente, criam um fluxo de fluido a partir da abertura de entrada para a abertura de saída, uma unidade de acionamento que está mecanicamente acoplada aos pistões rotativos a fim de acionar os pistões rotativos.

[0002] As bombas de lóbulo rotativo do tipo supracitado são usadas para transportar líquidos. Os líquidos que podem ser transportados com a bomba de lóbulo rotativo podem ser de uma grande faixa de viscosidades. Em particular, as bombas de lóbulo rotativo também podem ser usadas para transportar líquidos que contêm sólidos.

[0003] O documento EP 1519044 B1 descreve uma bomba de lóbulo rotativo que compreende duas hastes em que os pistões rotativos interligados são montados de uma maneira resistente ao torque. Cada haste é acionada por um motor hidráulico. Fundamentalmente, esse tipo de acionamento pode fazer com que a sincronização dos dois pistões rotativos necessários para a operação de uma bomba de lóbulo rotativo seja gerada pela engata dos dois pistões rotativos entre si, o que permite que cada pistão rotativo individual seja acionado diretamente pelo motor hidráulico separado. Durante uma operação normal de tal bomba de lóbulo rotativo, o torque que ocorre em cada pistão rotativo individual, cuja média é calculada ao longo de um período de tempo mais longo, é igual para ambos os pistões rotativos, uma observação de períodos de tempo mais curtos revela diferenças no torque entre os dois pistões rotativos ao observar períodos de tempo que são mais curtos do que o tempo necessário para uma revolução completa. Tais diferenças de torque são absorvidas pela interligação dos dois pistões rotativos, porém, com a consequência de que o desgaste ocorre nos pistões rotativos devido a seu contato um com o outro e de que o esforço sobre os rolamentos em que as hastes dos pistões rotativos estão montadas aumenta como um resultado. A vantagem alcançada pelo acionamento direto hidráulico é, portanto, parcialmente diminuído em termos da eficácia da bomba de lóbulo rotativo.

[0004] O objetivo da invenção é fornecer uma bomba de lóbulo rotativo que pode ser operada com uma eficácia de economia maior que as bombas de lóbulo rotativo conhecidas anteriormente.

[0005] Tal objetivo é alcançado pelo primeiro e o segundo pistões rotativos, sendo que cada um compreende um número de N lóbulos, em que N é maior ou igual a dois e os lóbulos do primeiro e o segundo pistões rotativos se deslocam de modo helicoidal ao longo da superfície periférica do pistão rotativo e, fazendo isso, abrange um ângulo de pelo menos 300° dividido por N, preferencialmente 360° dividido por N e pelo fato de que a unidade de acionamento compreende um primeiro motor de acionamento elétrico que está mecanicamente acoplado ao primeiro pistão rotativo para acionar o primeiro pistão rotativo e um segundo motor de acionamento elétrico que está mecanicamente acoplado ao segundo pistão rotativo para acionar o segundo pistão rotativo.

[0006] A bomba de lóbulo rotativo da invenção, por um lado, permi- te um acionamento direto por meio de acionamentos elétricos, o que leva a um aumento na eficácia devido à alta eficácia de motores elétricos. Tal acionamento direto se torna possível através dos lóbulos do pistão rotativo que se deslocam, de maneira helicoidal, ao longo da superfície periférica do pistão rotativo e, assim, cobrem uma faixa angular que é próxima a uma porção de uma revolução completa correspondente ao atrito dos diversos lóbulos e que é, preferencialmente, igual ou maior que o atrito correspondente de uma revolução completa. Tal curso espiral dos lóbulos do pistão rotativo faz com que as diferenças de torque que ocorrem durante períodos de tempo curtos entre os dois pistões rotativos sejam significativamente reduzidas ou, em caso de um curso helicoidal acima de 360° por N, completamente evitados. Além da redução significativa resultante no desgaste nos pistões rotativos devido a um efeito de dessincronização, teoricamente não mais necessário, produzido pela interligação do pistão rotativo e o esforço, portanto, reduzido e as forças sobre os rolamentos no interior da bomba de lóbulo rotativo, tal redução ou, até mesmo a prevenção de diferenças de torque de curto prazo possibilita o uso de um acionamento direto para cada pistão rotativo, que não precisa ter a tolerância fornecida por motores hidráulicos para tais diferenças de torque e as flutuações de ângulo periódicas associadas às mesmas. Em vez disso, a configuração de acordo com a invenção permite o uso de um acionamento direto elétrico que pode ser operado com um alto grau de eficácia de economia, devido ao fato de que pode acionar o pistão rotativo com um torque praticamente constante e sem as diferenças de torque entre os dois pistões rotativos. Devido ao fato de que a operação aproximada ou completamente isenta de pulsação e as flutuações no torque reduzidas ou completamente evitadas, a inércia aumentada de um motor eletrônico de acionamento direto, que é superior a um motor hidráulico, podem ser implantadas no projeto sem que isso cau- se uma carga-limite crítica nos elementos de conexão entre um motor elétrico e um pistão rotativo.

[0007] Outra vantagem especial da bomba de lóbulo rotativo da invenção é a operação aproximada ou completamente isenta de pulsação, em que o líquido transportado pela bomba de lóbulo rotativo é transportado em um fluxo isento de pulso e constante. Tais resultados em uma redução significativa na aceleração e processos de quebra e no esforço sobre os rolamentos da bomba de lóbulo rotativo e nas cargas sobre as linhas de alimentação conectadas aos mesmos. Embora tal propriedade da configuração dos pistões rotativos da bomba de lóbulo rotativo da invenção permita, em particular, um acionamento elétrico, deve-se entender que, alternativamente, em determinados tipos de aplicações, também é possível que um acionamento hidráulico ou outra forma de acionamento possa ser usada e que isso é benéfico e, consequentemente, alcança eficácias econômicas em determinados casos

[0008] Em princípio, os motores de acionamento da bomba de lóbulo rotativo da invenção podem estar mecanicamente acoplados aos pistões rotativos por meio do aumento ou diminuição da engrenagem e, se for necessário, através de uma engrenagem de sincronização, por exemplo, a fim de usar um motor de acionamento com uma velocidade rotacional particularmente alta ou baixa ou a fim de usar dois motores de acionamento com uma eficácia máxima em diferentes faixas de velocidade rotacional e operar as mesma a uma base de alternação. Entretanto, é particularmente preferencial se o primeiro e o segundo motores de acionamento estiverem mecanicamente acoplados diretamente ao primeiro e ao segundo pistões rotativos, respectivamente, em particular, em que o primeiro motor de acionamento diretamente aciona uma primeira haste em que o primeiro pistão rotativo está fixo de uma maneira resistente ao torque e que o segundo motor de acionamento diretamente aciona uma segunda haste em que o segundo pistão rotativo está fixo de uma maneira resistente ao torque. Através de tal acoplamento mecânico direto, que ocorre sem interpor uma caixa de engrenagem de modo que a velocidade rotacional do motor de acionamento seja igual à velocidade rotacional do pistão rotativo, a eficácia da bomba de lóbulo rotativo é adicionalmente aumentada.

[0009] É particularmente preferencial se a bomba de lóbulo rotativo for sem engrenagem. Tal modalidade sem engrenagem evita que perdas de eficácia sejam causadas pelo atrito em uma engrenagem da bomba de lóbulo rotativo, em particular, uma engrenagem de sincronização entre os dois pistões rotativos é descartada, o que se torna possível através da configuração de acordo com a invenção. Modalidade sem engrenagem significa, neste documento, que os pistões rotativos da bomba de lóbulo rotativo são sincronizados entre si somente através de sua interligação, isto é, se um dos dois pistões rotativos for removido da haste de pistão rotativo, ambas as hastes podem girar independentemente uma da outra. Uma vantagem adicional da modalidade sem engrenagem está no fato de que, como um resultado, o esforço sobre os rolamentos pode ser reduzido e, por tal motivo, os rolamentos podem ser produzidos menores ou, se o tamanho for mantido, os rolamentos podem absorver pressões de bomba superiores.

[0010] De acordo com uma modalidade adicionalmente preferencial, prevê-se que pelo menos uma das hastes seja montada de maneira giratória sobre pelo menos um rolamento deslizante que é lubrificado por meio do meio de fluido transportado, preferencialmente, que a primeira e a segunda hastes sejam montadas sobre rolamentos deslizantes lubrificados pelo meio de fluido transportado. Uma montagem em rolamentos deslizantes lubrificadas através do meio de fluido transportado em si é, em geral, preferencial devido à redução associada nos custos de manutenção. Em particular, tal tipo de montagem pode ser benéfica para a bomba de acordo com a invenção, pois, devido à estática, as condições de pressão não pulsante no interior da bomba, a pressurização dos rolamentos deslizantes através do fluido transportado é um parâmetro de projeto calculável para o ciclo de vida do rolamento e o projeto dos rolamentos em relação às forças que agem sobre os mesmos. Ademais, tal modalidade permite uma operação sem óleo, que é vantajosa, em particular, na aplicação de água potável, que é possível com a bomba de lóbulo rotativo da invenção. Nesse caso, o uso de rolamentos deslizantes de cerâmica parcialmente lubrificados que têm uma durabilidade suficiente e uma resistência a uma variedade de fluidos transportados, em particular, a água, é particularmente preferencial. Uma vantagem adicional de usar rolamentos deslizantes está nas classificações de carga superiores que podem ser alcançadas com os mesmos no mesmo espaço de instalação, de modo a permitir que a bomba absorva pressões de bomba superiores.

[0011] É particularmente preferencial se a sincronização mecânica do movimento rotativo do primeiro e do segundo pistões rotativos ocorre através da interligação do primeiro e do segundo pistões rotativos. Devido a tal sincronização mecânica através dos pistões rotativos interligados, uma engrenagem de sincronização que seria fornecida separadamente do pistão rotativo pode ser omitida evitando, assim, as perdas de eficácia devido ao atrito no interior de tal engrenagem. Ademais, o motor de pistão rotativo de acordo com a invenção pode ser construído de uma maneira particularmente compacta e durável devido a tal tipo de sincronização. Por fim, tal modalidade é particularmente vantajosa quando uma operação sem óleo é desejada, devido ao fato de que uma transmissão que possivelmente exige lubrificação a óleo pode ser omitida em tal caso.

[0012] Em princípio, os pistões rotativos da bomba de lóbulo rotativo de acordo com a invenção podem ter, preferencialmente, três, qua- tro, cinco, seis, sete ou mais que sete lóbulos. Entretanto, as modalidades preferenciais da invenção sugere que cada pistão rotativo tenha três lóbulos, sendo que cada lóbulo se estende de maneira helicoidal por um ângulo de pelo menos 100°, preferencialmente, 120° ou que cada pistão rotativo tenha quatro lóbulos e sendo que cada lóbulo se estende de maneira helicoidal por um ângulo de pelo menos 75°, preferencialmente 90° ou que cada pistão rotativo tenha seis lóbulos e que cada um se estenda de maneira helicoidal por um ângulo de pelo menos 50°, preferencialmente, 60°. Com essas três modalidades adicionais, um projeto particularmente vantajoso é alcançado para uma operação isenta de pulsação com pouca ou nenhuma flutuação de torque entre os dois pistões rotativos se dois, três ou quatro lóbulos forem fornecidas em cada pistão rotativo. De tal modo, é importante entender que em um projeto normal, a redução e prevenção de pulsação ideais de picos de torque são alcançadas em 120°, 90° e 60°, respectivamente, para os pistões rotativo de três, quatro ou seis lóbulos.

[0013] Adicionalmente, é preferencial que o alojamento de bomba limite a câmara de bomba entre a abertura de entrada e a abertura de saída em pelo menos um lado com uma primeira seção de parede periférica interna e os lóbulos do primeiro pistão rotativo se estendam de maneira helicoidal por um ângulo que é tão grande que em qualquer posição giratória do primeiro pistão rotativo, uma linha de contato entre o lóbulo e a primeira seção de parede periférica interna forme uma linha de vedação entre a abertura de entrada e a abertura de saída e que, preferencialmente, o alojamento de bomba limite a câmara de bomba entre a abertura de entrada e a abertura de saída com uma primeira e uma segunda seções de parede periférica interna e os lóbulos do segundo pistão rotativo se estendam de maneira helicoidal por um ângulo que é tão pequeno que em qualquer posição giratória do segundo pistão rotativo, uma linha de contato entre o lóbulo e a se- gunda seção de parede periférica interna forme uma linha de vedação entre a abertura de entrada e a abertura de saída.

[0014] Uma bomba giratória bombeia, tipicamente, o líquido transportado da abertura de entrada para a abertura de saída através de duas seções periféricas internas tipicamente abrangendo acima de 180°, em que o líquido transportado é transportado nos espaços entre os lóbulos dos pistões rotativos. A interligação do pistão rotativo causa um deslocamento do líquido na parte do meio, entre os dois eixos geométricos do pistão rotativo e, consequentemente, o bombeamento não ocorre. Para garantir um fluxo atravessante seguro através das bombas de lóbulo rotativo, isto é, para prevenir um refluxo do lado de saída para o lado da entrada quando a bomba permanece imóvel, é preferencial que os pistões rotativos bloqueiem a trajetória da abertura de saída para a abertura de entrada. Se, entretanto, conforme a invenção fornece, os lóbulos forem projetados para se deslocarem ao longo de uma linha helicoidal, pode ser que, em determinados projetos, em particular se a linha helicoidal tiver apenas um pequeno declive, não seja possível que uma linha de vedação contínua seja formada pela área de contato entre o lóbulo e a parede interna da câmara de bomba, o que significa que um fluxo atravessante seguro não é garantido. Embora para uma operação com pulsação reduzida e otimizada em termos da diferença entre os torques seja desejável que os lóbulos tenham um declive moderado, isso não é desejável por razões de segurança de fluxo atravessante, de modo que a redução no declive dos seja limitada pelo ângulo de enrolamento da parede interna do alojamento.

[0015] De acordo com tal modalidade, sugere-se que em cada posição do pistão rotativo, uma linha de vedação contínua seja alcançada através de tal seção de parede periférica interna com o ângulo de enrolamento predeterminado pelo projeto de alojamento. É importante entender que para um bombeamento eficaz por meio da bomba de ló- bulo rotativo deve ser meramente garantido que entre o lóbulo de um pistão rotativo e a porção de parede periférica interna entre a abertura de entrada e a abertura de saída duas linhas de vedação contínuas devam ser formadas ao longo de todo o comprimento da câmara de bomba em pelo menos uma posição giratória, de modo que uma linha de vedação contínua seja formada em qualquer posição do pistão rotativo. Embora para um pistão rotativo de quatro lóbulos, sendo que com cada lóbulo tem um curso helicoidal acima de 90° através do comprimento do pistão rotativo, isso pé alcançado se a seção de parede periférica interna tiver um ângulo de enrolamento de pelo menos 180°, para um pistão rotativo de três lóbulos que tem um curso helicoidal acima de 120°, isso pode ser alcançado apenas com uma abertura de entrada e uma abertura de saída muito pequenas e para um pistão rotativo de dois lóbulos que tem um curso helicoidal acima de 180°, não é mais possível ser alcançado. Embora, em particular na configuração anterior, uma linha de vedação completa do lóbulo contra a seção de parede periférica seja alcançada em, exatamente, uma posição, um fluxo para trás através da bomba já pode ocorrer se o pistão rotativo girar a apenas alguns graus de tal posição de vedação, devido ao fato de que a linha de vedação formada de modo completo anteriormente está, agora, parcialmente interrompida e o lóbulo que recentemente passa a entrar em contado com a seção de parede periférica acumulou apenas uma pequena porção de sua linha de vedação.

[0016] Ainda adicionalmente, é preferencial que uma pluralidade de pistões rotativos estejam coaxialmente dispostos lado a lado na câmara de bomba, em que os ditos pistões rotativos coaxialmente dispostos lado a lado preferencialmente compreendem lóbulos que se extendem em direções opostas. Através de tal configuração, o desempenho da bomba pode ser aumentado sem abrir mão das propriedades positivas em relação à redução de pulsação e à prevenção de di- ferenças de torque entre os pistões rotativos. É importante entender que cada um dos pistões rotativos que estão axialmente desalinhados, um atrás do outro, deve compreender lóbulos com um curso helicoidal em uma faixa angular discutida anteriormente a fim de alcançar as vantagens de acordo com a invenção. Os pistões rotativos conectados um ao outro de tal maneira podem ser produzidos em uma peça ou em diversas peças.

[0017] Ademais, prevê-se preferencialmente que a câmara de bomba está disposta entre o primeiro e o segundo motores de acionamento elétrico. Em tal disposição, os motores de acionamento elétrico estão dispostos em lados opostos do alojamento de bomba, isto é, a uma haste se estende através de uma cobertura de alojamento esquerda para seu motor de acionamento e a haste do outro pistão rotativo se estende através de uma cobertura de alojamento direita para seu motor de acionamento. Estando dispostos de tal maneira, os motores de acionamento são facilmente acessíveis para propósitos de manutenção e seu diâmetro não é limitado por uma disposição adjacente dos dois motores de acionamento permitindo, assim, que um projeto compacto de modo geral com motores de acionamento elétrico altamente eficazes seja alcançado.

[0018] Por fim, é ainda adicionalmente preferencial se em um primeiro modo de operação, o primeiro e o segundo motores de acionamento forem conectados como um motor para a conversão de energia elétrica em energia de fluxo e em um segundo modo de operação como um gerador para converter energia de fluxo em energia elétrica. Nessa modalidade específica, a bomba de lóbulo rotativo é usada em um primeiro modo de operação como uma bomba para mover um líquido e, consequentemente, os pistões rotativos são colocador em rotação pelos motores de acionamento elétrico em tal modo de operação. No segundo modo de operação, entretanto, a bomba de lóbulo rotativo é usada como um mecanismo motor ou turbina giratória. Em tal segundo modo de operação, os pistões rotativos são colocados em rotação através de um diferencial de pressão que existe entre a abertura de entrada e a abertura de saída e tal rotação é transferida através de acoplamento mecânico ao motor de acionamento, que, em tal modo de operação, funciona como um gerador elétrico que gera energia elétrica a partir de tal rotação. A possibilidade de operar em tais dois modos de operação pode ser especificamente vantajosa em aplicações em que o líquido deve, por outro lado, ser transportado contra uma resistência, enquanto por outro lado, o mesmo pode e deve fluir de volta em fluxo reverso com a diferença de pressão, mas deve, em particular, ser restringida aqui, por exemplo, a fim de evitar altas velocidades de fluxo ou para reduzir a pressão. Nesse caso, a ação de bombeamento pode ser fornecida pela bomba de lóbulo rotativo no primeiro modo de operação e no segundo modo de operação, a bomba de lóbulo rotativo é usada como um restringente de modo a gerar, ao mesmo tempo, a energia elétrica que pode, opcionalmente, ser armazenada temporariamente em uma rede de tensão interna, por exemplo, em um acumulador correspondente ou em um capacitor correspondentemente dimensionado ou a mesma pode ser alimentada em uma rede pública aprimorando, assim, o desempenho econômico do usuário da bomba giratória.

[0019] Um outro aspecto da invenção é um sistema de hidropotên-cia, com um motor de pistão rotativo que compreende um alojamento de motor que tem uma câmara de motor, uma abertura de entrada e uma abertura de saída, um primeiro pistão rotativo multilóbulo que está disposto na câmara de motor e montado de maneira giratória ao redor de um primeiro eixo geométrico e um segundo pistão rotativo multilóbulo disposto na câmara de motor que está montada de maneira giratória ao redor de um segundo eixo geométrico que está separado do primeiro eixo geométrico e é interligado ao primeiro pistão rotativo, em que o primeiro e o segundo pistões rotativos são colocados em rotação ao redor do primeiro ou, respectivamente, do segundo eixo geométrico através de um fluxo de fluido da abertura de entrada para abertura de saída, uma unidade de gerador que está mecanicamente acoplada aos pistões rotativos a fim de ser acionada pelos pistões rotativos, em que o primeiro e o segundo pistões rotativos, sendo que cada um compreende um número de N lóbulos, em que N é maior ou igual a dois e os lóbulos do primeiro e o segundo pistões rotativos se deslocam de maneira helicoidal ao longo da superfície periférica do pistão rotativo abrangendo, assim, um ângulo de pelo menos 300° dividido por N, preferencialmente, 360° dividido por N e a unidade de gerador compreende um primeiro gerador elétrico, que está mecanicamente acoplado ao primeiro pistão rotativo a fim de ser acionado pelo primeiro pistão rotativo e um segundo gerador elétrico, que está mecanicamente acoplado ao segundo pistão rotativo a fim de ser acionado pelo segundo pistão rotativo.

[0020] O sistema de hidropotência, assim projetado, usa a bomba giratória explicada acima de uma maneira construtivamente e geometricamente idêntica, porém, opera o mesmo como um gerador ou turbina. Isso significa que no sistema de hidropotência da invenção, os pistões rotativos são colocados em rotação por uma diferença de pressão entre a abertura de entrada e a abertura de saída, acionados e colocados em rotação através do acoplamento mecânico, os motores de acionamento elétrico conectados como geradores, como um resultado disso, este gera energia elétrica a partir de uma diferença de pressão. Devido a seu projeto construtivo e às características de operação que podem ser alcançadas como um resultado do mesmo, a bomba giratória de acordo com a invenção é particularmente adequada para o uso como tal gerador. Primeiramente, a operação de pulsação extrema- mente baixa da bomba de lóbulo rotativo permite que o líquido seja abastecido através de longas tubulações até mesmo em altas pressões sem que isso cause danos às tubulações, por exemplo, como um resultado de possível pulsação ou forças excessivas a serem aplicadas à bomba devido à inércia da água fluente. Uma vantagem adicional é que a bomba de lóbulo rotativo da invenção pode ser operada sem engrenagems, isto é, as perdas causadas por engrenagems podem ser completamente evitadas e, assim, a eficácia do sistema de hidropotência pode ser aumentada. Por fim, é vantajoso que seja possível realizar, com a bomba de lóbulo rotativo da invenção um acionamento direto de um gerador elétrico de, em cada caso, a partir de um pistão rotativo, isto é, que em particular, em uma configuração da bomba de lóbulo rotativo com dois pistões rotativos interligados, é possível, consequentemente, que dois geradores elétricos sejam acionados diretamente. Isso, por sua vez, reduz a inércia do sistema e quaisquer perdas de atrito causadas por transferir a rotação através de engrenagems, acionamentos por correia ou similares.

[0021] Por fim, uma vantagem significativa adicional da bomba giratória de acordo com a invenção é que a mesma permite uma operação sem óleo por meio de rolamentos deslizantes, que são lubrificados pelo meio na câmara de motor, isto é, em particular, a água. Isso permite que a bomba de lóbulo rotativo seja usada para gerar energia a partir de linhas de alimentação de água potável sem nenhuma necessidade de medidas de purificação a jusante especiais ou similares.

[0022] O sistema de hidropotência de acordo com a invenção pode ser adicionalmente desenvolvido, conforme explicado anteriormente para a bomba de lóbulo rotativo de acordo com a invenção, desde que o alojamento de bomba corresponda ao alojamento de motor, a câmara de bomba para a câmara de motor, a unidade de acionamento para a unidade de gerador e o motor de acionamento elétrico para o gera- dor elétrico. Com tais modalidades adicionais, as vantagens explicadas anteriormente da bomba de lóbulo rotativo são correspondentemente realizadas para o sistema de hidropotência e em relação ao mesmo, faz-se referência à descrição mencionada anteriormente das respectivas vantagens e variantes de projetos. Fundamentalmente, o ponto de início é uma máquina de pistão rotativo que pode ser operada como uma bomba de lóbulo rotativo ou um motor de pistão rotativo e consequentemente, compreende um alojamento de máquina projetado como uma bomba ou alojamento de motor, uma câmara de máquina projetada como uma bomba ou câmara de motor e uma unidade de acionamento ou unidade de gerador assim como motores de acionamento elétrico ou geradores elétricos.

[0023] Um método para bombear um líquido com uma bomba de lóbulo rotativo de acordo com a invenção é preferencialmente caracterizado pelo fato de que o líquido é transportado através de uma câmara de bomba por meio de um primeiro e um segundo pistões rotativos, sendo que cada um compreende um número de N lóbulos, em que N é maior ou igual a dois e os lóbulos do primeiro e do segundo pistões rotativos se deslocam, de maneira helicoidal, ao longo da superfície periférica do pistão rotativo e, fazendo isso, abrangem um ângulo de pelo menos 300° dividido por N, preferencialmente, 360° dividido por N e, pelo fato de que o primeiro pistão rotativo é acionado por meio de um primeiro motor de acionamento elétrico que está mecanicamente acoplado ao primeiro pistão rotativo e o segundo pistão rotativo é acionado por meio de um segundo motor de acionamento elétrico que está mecanicamente acoplado ao segundo pistão rotativo.

[0024] Um método para gerar energia elétrica a partir de um diferencial de pressão de líquido com uma bomba de lóbulo rotativo da maneira de acordo com a invenção é, preferencialmente, caracterizada pelo fato de que o diferencial de pressão de líquido, um primeiro pistão rotativo e o segundo pistão rotativo se interligado com o primeiro pistão rotativo e o motor de pistão rotativo são acionados e consequentemente, um primeiro e um segundo eixo geométrico são colocados em rotação, em que o primeiro e o segundo pistões rotativos, cada um, compreendem um número de N lóbulos, em que N é maior ou igual a dois e os lóbulos do primeiro e do segundo pistões rotativos se deslocam, de maneira helicoidal, ao longo da superfície periférica do pistão rotativo e, fazendo isso, abrangem um ângulo de pelo menos 300° dividido por N, preferencialmente, 360° dividido por N e em que o primeiro pistão rotativo de um primeiro aciona um gerador elétrico que está mecanicamente acoplado ao primeiro pistão rotativo e o segundo pistão rotativo aciona um segundo gerador elétrico que está mecanicamente acoplado ao segundo pistão rotativo.

[0025] Ambos os métodos podem ser desenvolvidos adicionalmente, em particular, através da não sincronização da rotação dos pistões rotativos interligados da bomba de lóbulo rotativo ou motor de pistão rotativo por meio de uma engrenagem.

[0026] As modalidades preferenciais da invenção são explicadas através das Figuras a seguir:

[0027] A Figura 1 mostra uma vista em corte longitudinal de uma bomba de lóbulo rotativo de acordo com a invenção.

[0028] A Figura 2 mostra uma vista em perspectiva de um pistão rotativo com uma metade do alojamento em uma primeira modalidade, e

[0029] a Figura 3 mostra uma vista de acordo com a Figura 2 com uma segunda modalidade de um pistão rotativo.

[0030] A Figura 1 mostra um aparelho que pode ser operado como uma bomba de lóbulo rotativo ou motor de pistão rotativo, que consiste em um total de quatro submontagens: Uma armação de fundação 10 e fixada à mesma, uma unidade de alojamento 20, que é flanqueado por um motor de acionamento elétrico esquerdo 40 e um motor de acio- namento elétrico direito 50, ambos os quais são, de modo similar, fixados à armação de fundação 10.

[0031] Os motores de acionamento 40, 50 são projetados como motores trifásicos e podem, em um primeiro modo de operação, ser abastecidos com energia elétrica a fim de que cada um acione um pistão rotativo 21, 22 na bomba de lóbulo rotativo 20 através de uma haste de acionamento 41, 51. Em um segundo modo de operação, os motores de acionamento 40, 50 podem ser operados como um gerador. Em tal segundo modo de operação, um torque é transferido a partir de um pistão rotativo 21 ou 22 através da haste de acionamento 41, 51 para o gerador 40 ou 50 e o gerador 40 ou 50 gera uma energia elétrica que pode ser armazenada temporariamente ou alimentada para uma rede.

[0032] A bomba de lóbulo rotativo 20 compreende um alojamento 30 que é construído em múltiplas partes. No alojamento 30, as aberturas de entrada e de saída estão dispostas, sendo que as mesmas podem estar conectadas, consequentemente, por flanges de conexão; na Figura 1, o flange 31 da abertura de saída está visível.

[0033] Os dois pistões rotativos 21, 22 estão dispostos em uma câmara de bomba que é limitada em todos os lados pelo alojamento de bomba 30. Os pistões rotativos 21, 22 estão fixados às hastes giratórias 23, 24 de uma maneira resistente ao torque.

[0034] Conforme pode ser observado na Figura 1, ambos os pistões rotativos 21, 22 compreendem uma pluralidade de lóbulos 21a/b, 22a/b que se intertravam entre si através de dentes em duas rodas dentadas e, portanto, se interligam um ao outro. Através de tal interligação dos lóbulos dos pistões rotativos, as hastes 23, 24 podem, necessariamente, girar, apenas, a velocidades de rotação compatíveis.

[0035] A haste giratória 23 do pistão rotativo superior 21 está montada em um rolamento deslizante do lado direito 23a e um rolamento de deslize do lado esquerdo 23b. Ambos os rolamentos deslizantes 23a, b são projetados como rolamentos sem óleo e são lubrificados pelo líquido que é transportado através da câmara de bomba. Para esse propósito, linhas de drenagem adequadas 60, 61 são fornecidas. A linha de drenagem 60 se abre em uma cobertura de alojamento 32, a linha de drenagem 61 se abre em uma cobertura de alojamento 33 no lado direito da bomba de lóbulo rotativo.

[0036] A haste giratória 23 se estende através da cobertura de alojamento esquerda 32 para uma unidade de acoplamento 42, por meio da qual a haste giratória 23 é acoplada à haste de acionamento 41 do motor de acionamento 40 de uma maneira resistente ao torque. A haste giratória 23 está montada na cobertura de alojamento direita 33, porém, não se estende através de tal cobertura de alojamento.

[0037] A haste giratória 24 se estende através da cobertura de alojamento direita 33 para um acoplamento 52, por meio do qual a mesma é acoplada à haste de acionamento 51 do motor de acionamento 50 de uma maneira resistente ao torque. Essa haste giratória 24 é, por sua vez, montada na cobertura de alojamento esquerda 32, porém, não se estende através de tal cobertura de alojamento.

[0038] Conforme pode ser observado, o motor de acionamento 40 está acoplado diretamente à haste giratória 21 através do acoplamento 42, de modo a acionar a dita haste giratória ou ser acionado pela mesma no modo de gerador. De modo semelhante, o motor de acionamento 50 está acoplado diretamente à haste giratória 22 através do acoplamento 52, de modo a acionar a dita haste giratória ou ser acionado pela mesma no modo de gerador. A bomba de lóbulo rotativo da invenção de acordo com a Figura 1 não compreende nenhuma engrenagem de redução ou de aceleração ou outra engrenagem para sincronizar o movimento rotativo dos pistões rotativos 21,22.

[0039] A Figura 2 mostra um pistão rotativo de três lóbulos 121 que tem um total de 3 lóbulos 121a, b, c. Cada um dos lóbulos é enrolado ao longo de todo o comprimento que se estende axialmente do pistão rotativo acima de 120° ao longo de uma linha helicoidal.

[0040] O pistão rotativo 121 é mostrado na Figura 2 em uma meia carcaça de alojamento 134, que define uma borda limitante superior 134a de uma abertura de entrada e uma borda limitante superior 134b de uma abertura de saída.

[0041] A Figura 3 mostra um pistão rotativo 221 com um total de 4 lóbulos 221a a d. Cada lóbulo é enrolado de maneira helicoidal ao longo de todo o comprimento axial do pistão rotativo 221 por um ângulo circunferencial de 90°.

[0042] O pistão rotativo 221 é, por sua vez, mostrado em uma meia carcaça de alojamento 234, que corresponde à meia carcaça de alojamento 134.

[0043] Basicamente, é importante entender que durante a operação, os pistões rotativos 121, 221 agem em conjunto e se interligam com um pistão rotativo posicionado verticalmente sob o outro. Em termos de seu número de lóbulos e o ângulo pelo qual um lóbulo se estende de maneira helicoidal ao longo do comprimento do pistão rotativo, tal segundo pistão rotativo corresponde aos pistões rotativos 121 ou 221. Entretanto, o pistão rotativo subjacente é projetado de modo que o lóbulo se estenda na direção rotacional oposta, de modo que a interligação dos dois pistões rotativos se torne possível.

Claims

Bomba de lóbulo rotativo que compreende,
- - um alojamento de bomba (20) com uma câmara de bomba,
- - uma abertura de entrada e uma abertura de saída,
- - um primeiro pistão rotativo (21) multilóbulo disposto na câmara de bomba e montado de maneira giratória ao redor de um primeiro eixo geométrico,
- - um segundo pistão rotativo (22) multilóbulo disposto na câmara de bomba, que está montada de maneira giratória ao redor de um segundo eixo geométrico separado do primeiro eixo geométrico, o segundo pistão rotativo (22) multilóbulo interligado com o primeiro pistão rotativo (21) multilóbulo,
- - sendo que o primeiro e o segundo pistões rotativos (21, 22) multilóbulo geram um fluxo de fluido a partir da abertura de entrada para a abertura de saída através do giro ao redor do primeiro e do segundo eixos geométricos, respectivamente, e
- - uma unidade de acionamento (40, 50), que está mecanicamente acoplada aos pistões rotativos (21, 22) para acionar os pistões rotativos (21,22),
caracterizada pelo fato de que o primeiro e o segundo pistões rotativos (21, 22) multilóbulo, cada um, compreendem um número de N lóbulos, em que N é maior ou igual a dois, sendo que cada uma do lóbulos do primeiro e o segundo pistões rotativos (21, 22) multilóbulo compreendem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade distal da primeira extremidade, sendo que cada um dos lóbulos se estende de modo helicoidal ao longo da superfície periférica do pistão rotativo de tal forma que a primeira extremidade seja compensada a partir da segunda extremidade num ângulo de pelo menos 300° dividido por N, e pelo fato de que a unidade de acionamento compreende um primeiro motor de acionamento elétrico (40) que está mecanicamente acoplado ao primeiro pistão rotativo (21) multilóbulo para acionar o primeiro pistão rotativo (21) multilóbulo e um segundo motor de acionamento elétrico (50) que está mecanicamente acoplado ao segundo pistão rotativo (22) multilóbulo para acionar o segundo pistão rotativo (22) multilóbulo.
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro motor de acionamento diretamente aciona uma primeira haste em que o primeiro pistão rotativo (21) multilóbulo está fixo de uma maneira resistente ao torque, e que o segundo motor de acionamento (50) diretamente aciona uma segunda haste em que o segundo pistão rotativo (22) multilóbulo está fixo de uma maneira resistente ao torque.
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a bomba de lóbulo rotativo é isenta de engrenagem.
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que pelo menos um pistão rotativo (21, 22) está montado de maneira giratória a pelo menos um rolamento deslizante que é lubrificado por meio do meio do fluido transportado.
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a sincronização mecânica do movimento rotativo do primeiro e do segundo pistões rotativos (21, 22) multilóbulo ocorre através da interligação do primeiro e do segundo pistões rotativos (21,22) multilóbulo.
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que,
- - cada pistão rotativo (121) tem três lóbulos (121 a, b, c), sendo que cada lóbulo (121 a, b, c) se estende de maneira helicoidal ao longo da superfície periférica de tal forma que a primeira extremi-dade do lóbulo seja compensada a partir da segunda extremidade do lóbulo em um ângulo de pelo menos 100°, ou
- - cada pistão rotativo (221) tem quatro lóbulos (221 a, b, c, d), sendo que cada lóbulo (221 a, b, c, d) se estende de maneira helicoidal ao longo da superfície periférica de tal forma que a primeira extremidade do lóbulo seja compensada a partir da segunda extremidade do lóbulo em um ângulo de pelo menos 75°, ou
- - cada pistão rotativo tem seis lóbulos, sendo que cada lóbulo se estende de maneira helicoidal ao longo da superfície periférica de tal forma que a primeira extremidade do lóbulo seja compensada a partir da segunda extremidade do lóbulo em um ângulo de pelo menos 50°.
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reividnicação 1, caracterizada pelo fato de que,
- - o alojamento de bomba (20) limita a câmara de bomba entre abertura de entrada e abertura de saída em pelo menos um lado através de uma primeira seção de parede periférica interna, e
- - os lóbulos do primeiro pistão rotativo (21) multilóbulo se estendem de maneira helicoidal ao longo da superfície periférica de tal forma que a primeira extremidade do lóbulo seja compensada a partir da segunda extremidade de cada respectivo lóbulo em um ângulo que é tão pequeno que, em cada posição giratória do primeiro pistão rotativo (21) multilóbulo, pelo menos uma linha de contato entre o lóbulo e a primeira seção de parede periférica interna forma uma linha de vedação entre a abertura de entrada e a abertura de saída.
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a câmara de bomba está disposta entre o primeiro e o segundo motores de acionamento elétrico (40, 50).
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro e o segundo motores de acionamento (40, 50),
- - estão, em um primeiro modo de operação, conectados como motor para a conversão de energia elétrica em energia de fluxo, e
- - em um segundo modo de operação, como gerador para converter a energia de fluxo em energia elétrica.
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo afto de que o primeiro e o segundo eixos são montados sobre rolamentos deslizantes lubrificados pelo meio fluido transportado.
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o alojamento da bomba limita a câmara da bomba entre a abertura de entrada e saída com uma primeira e uma segunda seção de parede periférica interna, e na qual os lóbulos do segundo pistão rotativo (22) se estendem helicoidalmente sobre um ângulo tão pequeno que em cada posição rotacional do segundo pistão rotativo (22), pelo menos uma linha de contato entre cada lóbulo e a segunda seção de parede periférica interna forma uma linha de vedação entre a abertura de entrada e saída.
Bomba de lóbulo rotativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro pistão rotativo (21) multi-lóbulo e o segundo pistão rotativo (22) multilóbulo giram em sentido contrário um ao outro.
Sistema de hidropotência com um motor de pistão rotativo, que compreende,
- - um alojamento de motor com uma câmara de motor,
- - uma abertura de entrada e uma abertura de saída,
- - um primeiro pistão rotativo (21) multilóbulo disposto na câmara de bomba e montado de maneira giratória ao redor de um primeiro eixo geométrico, e
- - um segundo pistão rotativo (22) multilóbulo disposto na câmara de motor, que está montada de maneira giratória ao redor do segundo eixo geométrico separada do primeiro eixo geométrico e interligado com o primeiro pistão rotativo (21),
sendo que o primeiro e o segundo pistões rotativos (21, 22) são colocados em rotação ao redor do primeiro e o segundo eixos geométricos, respectivamente, através de um fluxo de fluido a partir da abertura de entrada para a abertura de saída, e
uma unidade de gerador, que está mecanicamente acoplada aos o primeiro e segundo pistões rotativos (21, 22) multilóbulo para serem acionados pelo primeiro e segundo pistões rotativos (21, 22) multilóbulo,
caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo pistões rotativos (21, 22) multilóbulo, cada um, compreendem um número de N lóbulos, em que N é maior ou igual a dois e cada um dos lóbulos do primeiro e do segundo pistões rotativos (21, 22) multilóbulo compreendem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade distal da primeira, em que cada um dos lóbulos se estende helicoidalmente ao longo de uma superfície periférica do pistão rotativo de tal forma que a primeira extremidade é deslocada da segunda extremidade num ângulo de pelo menos 300° dividido por N, e pelo fato de que a unidade de gerador compreende um primeiro gerador elétrico (63) que está mecanicamente acoplado ao primeiro pistão rotativo (21) multilóbulo para ser acionado pelo primeiro pistão rotativo (21) multilóbulo e um segundo gerador elétrico (64) multilóbulo que está mecanicamente acoplado ao segundo pistão rotativo (22) multilóbulo a fim de ser acionado pelo segundo pistão rotativo (22) multilóbulo.
Método para bombear um líquido com uma bomba de lóbulo rotativo,
caracterizado pelo fato de que o líquido é transportado através de uma câmara de bomba por meio de um primeiro e um segundo pistões rotativos (21, 22), sendo que cada um compreende um número de N lóbulos, em que N é maior ou igual a dois, sendo que cada um dos lóbulos do primeiro e do segundo pistões rotativos (21, 22) compreendem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade distal da primeira extremidade, onde cada um dos lóbulos se deslocam, de maneira helicoidal, ao longo da superfície periférica do pistão rotativo de tal forma que a primeira extremidade seja compensada a partir da segunda extremidade em um ângulo de pelo menos 300° dividido por N, e, sendo que o primeiro pistão rotativo (21) é acionado por meio de um primeiro motor de acionamento elétrico (40) que está mecanicamente acoplado ao primeiro pistão rotativo (21) e o segundo pistão rotativo (22) é acionado por meio de um segundo motor de acionamento elétrico (50) que está mecanicamente acoplado ao segundo pistão rotativo (22).
Método para gerar energia elétrica a partir de um diferencial de pressão de líquido com um motor de pistão rotativo,
caracterizado pelo fato de que, com o diferencial de pressão de líquido, um primeiro pistão rotativo (21) e um segundo pistão rotativo (22) que se interliga com o primeiro pistão rotativo (21) e o motor de pistão rotativo são acionados e, correspondentemente, um primeiro e um segundo eixos geométricos são colocados em rotação, em que o primeiro e o segundo pistões rotativos (21, 22), cada um, compreendem um número de N lóbulos, em que N é maior ou igual a dois, sendo que cada um dos lóbulos do primeiro e do segundo pistões rotativos (21, 22) compreendem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade distal da primeira extremidade, onde cada um dos lóbulos se estende de maneira helicoidal ao longo da superfície periférica do pistão rotativo de tal forma que a primeira extremidade seja compensada a partir da segunda num ângulo de pelo menos 300° dividido por N,
e sendo que o primeiro pistão rotativo (21) aciona um primeiro gerador elétrico (63) que está mecanicamente acoplado ao primeiro pistão rotativo (21) e o segundo pistão rotativo (22) aciona um segundo gerador elétrico (64) que está mecanicamente acoplado ao segundo pistão rotativo (22).
Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo pistões rotativos (21, 22) são pistões rotativos interligados e onde a rotação dos pistões rotativos (21, 22) interligados da bomba de lóbulo rotativo não são sincronizados por meio de uma engrenagem.
Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo pistões rotativos (21, 22) são pistões rotativos interligados e onde a rotação dos pistões rotativos (21, 22) interligados da bomba de lóbulo rotativo são sincronizados por meio de uma engrenagem.