Este pedido reivindica benefício do Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos número 61/825.778, depositado na data de 21 de maio de 2013.
[001] CAMPO DA INVENÇÃO
[002] A presente invenção refere-se aos reatores de núcleo de ar do tipo seco do tipo usado em serviços públicos de subministro e aplicações de energia e, mais particularmente, a um projeto de reator que atenua o som gerado pelas camadas de enrolamento e outros componentes dentro dos reatores.
[003] ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[004] Reatores de núcleo de ar são dispositivos indutivos utilizados na transmissão de energia de alta-tensão, distribuição e aplicações industriais. Configurações e projetos incluem dispositivos que têm uma série de aplicações, incluindo filtragem de harmônicos, dispositivos de derivação que compensem introdução de potência reativa capacitiva, e dispositivos que limitam as correntes de curto-circuito. Reatores de núcleo de ar, normalmente colocados em ambientes ao ar livre, são formados com uma série de camadas de enrolamento espaçadas, concentricamente posicionadas, designadas por pacotes, cada uma tendo uma configuração cilíndrica. Estes projetos permitem algum arrefecimento das camadas de enrolamento pelo movimento de correntes de convecção do ar entre as camadas espaçadas do enrolamento. As camadas de enrolamento estão posicionadas entre elementos de transporte de corrente superior e inferior, algumas vezes citados como unidades aranha. As unidades aranha compreendem uma série de braços irradiando ao longo de um plano e afastados de uma posição central em uma configuração em estrela.
[005] Entre outras funções, as unidades aranha podem servir como terminais de linha para ligar linhas de energia e para ligar as camadas de enrolamento em uma configuração eletricamente paralela. Os reatores são normalmente instalados com as unidades aranha ocupando uma orientação horizontal com respeito a um plano de terra horizontal subjacente de modo que o eixo principal da configuração cilíndrica se estende verticalmente para cima a partir do plano de terra. Para um único reator, ou para o reator mais baixo em uma configuração empilhada de dois ou mais reatores, as camadas de enrolamento são apoiadas acima do solo pela unidade aranha mais baixa e uma série de isoladores e de elementos de perna estruturais os quais se estendem a partir da unidade aranha mais baixa para o chão.
[006] O som irradiado a partir de reatores de núcleo de ar pode ser um fator irritante sério para os grupos populacionais que vivem nas proximidades. No passado, estes níveis de som foram reduzidos com blindagens de som, normalmente sob a forma de invólucros de fibra de vidro autoportantes, que rodeiam completamente um ou mais reatores. Para atenuar de forma eficaz o som, estas blindagens devem ser substancialmente maiores do que os reatores e utilizar material de absorção de som, por exemplo, espuma acusticamente isolante. Consequentemente, o custo da blindagem pode exceder o custo do reator que rodeia.
[007] BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[008] A invenção é explicada na descrição que se segue, em vista dos desenhos que mostram:
[009] A Figura 1A é uma vista parcial em perspectiva de um recorte de um reator de núcleo de ar, de tipo seco de acordo com uma concretização da invenção, mostrando uma série de camadas de enrolamento posicionadas em torno de um eixo;
[010] A Figura 1B é uma vista em corte parcial de um reator de núcleo de ar tomada ao longo de um plano que passa através de um eixo vertical central;
[011] A Figura 2A é uma vista em perspectiva de um reator de núcleo de ar que ilustra as características de um conjunto integrado de blindagem contra som; e
[012] A Figura 2B é uma vista em planta parcial de um reator de núcleo de ar mostrado ilustrando ainda painéis modulares e outros componentes no conjunto de blindagem contra som.
[013] DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[014] A Figura 1A é uma vista parcial em perspectiva de um recorte de um reator de núcleo de ar, do tipo seco 10, de acordo com uma série de concretizações da invenção. O reator é mostrado em uma orientação comum, posicionado acima de um plano de terra horizontal, G, com o eixo central, A, estendendo-se verticalmente acima do plano de terra. Tal como aqui utilizado, o termo radial refere-se a uma direção que se estende para fora a partir ou na direção do eixo A. Radialmente para fora se refere a uma direção para fora a partir do eixo e radialmente para dentro refere-se a uma direção no sentido do eixo. Referência a uma superfície interna radial refere-se a uma superfície que está virada para o eixo A, e a referência a uma superfície externa radial refere-se a uma superfície que está virada para fora a partir do eixo, A.
[015] O reator 10 compreende uma série de camadas de enrolamento 12 de forma cilíndrica, espaçadas, posicionadas concentrica- mente em torno do eixo central. A vista parcial ilustra uma camada mais externa 12a, uma camada intermédia 12b e uma camada mais interna 12c, porém, é para ser entendido que a camada intermédia 12b é representativa de várias dessas camadas intermédias com o reator compreendendo um número arbitrário de camadas de enrolamento 12. Cada uma de tais camadas de enrolamento 12, também designada neste documento como um pacote ativo, inclui uma bobina reativa formada, por exemplo, em uma estrutura de composta de resina, para proporcionar uma função elétrica relacionada à transmissão ou entrega de energia elétrica. As camadas de enrolamento 12 normalmente possuem uma faixa de espessura, conforme medida na direção radial em relação ao eixo, da ordem de 0,5 a 5 cm.
[016] O reator 10 inclui uma cavidade oca 13 estendendo-se radialmente para dentro a partir da camada de enrolamento mais interna 12c no sentido do eixo, A. A cavidade 13 e camadas de enrolamento 12 estão posicionadas entre uma unidade aranha superior 14 e uma unidade aranha inferior 16 com as camadas 12 acopladas mecanicamente às unidades aranha. As unidades aranha possuem orientações horizontais com respeito ao plano do solo subjacente, G.
[017] As camadas 12 de enrolamento são, cada uma, separadas uma da outra por uma série de espaçadores 18 posicionados entre cada par de camadas de enrolamento adjacentes. Os espaçadores 18 são mostrados para ter uma orientação vertical exemplificativa, estendendo-se em uma direção paralela ao eixo central, A. Os espaçadores 18 em cada série são espaçados circunferencialmente sobre cada camada de enrolamento para proporcionar espaços entre elas para fornecer coletivamente espaços de ar nas camadas de enrolamento 20 entre pares de camadas 12 adjacentes.
[018] As unidades aranha 14, 16 compreendem cada uma delas uma série de braços 24 que se estendem ao longo de um plano e para fora do eixo A, fazendo contato com as camadas de enrolamento 12. Embora as unidades aranha ilustradas superiores e inferiores 14, 16 são mostradas como tendo quatro de tais braços de aranha 24, o número de braços nas unidades aranha pode variar desde menos de quatro para mais de doze. Entre outras funções, os braços de aranha das unidades 14, 16 servem como terminais de linha (não ilustrados) para efetuar as ligações elétricas e entre as camadas de enrolamento 12, por exemplo, em uma configuração eletricamente paralela. Para um único reator 10, e para pelo menos um reator 10 mais baixo quando disposto em uma configuração de reatores empilhados, as camadas de enrolamento 12 são suportadas acima do plano de terra, G, por uma combinação de braços de aranha 24 da unidade inferior 16 e uma série de elementos de perna estruturais 34.
[019] Fazendo referência à vista em corte parcial do reator 10, mostrado na Figura 1B, o reator 10 inclui também uma primeira camada mais externa de forma cilíndrica 12' posicionada concentricamente em torno das camadas 12. A camada 12' pode ser uma camada de enrolamento 12, por exemplo, idêntica na função a uma das camadas espaçadas 12. Contudo, a primeira camada 12', embora semelhante no tamanho, forma e posicionamento concêntrico como uma camada de enrolamento 12, pode ser formada sem uma bobina reativa, por exemplo, como uma assim chamada camada de pacote fictícia, posici-onada para reduzir a quantidade de ruído transmitido para fora do reator 10. Tal camada de pacote fictícia 12' pode ser acoplada mecanicamente a uma camada de enrolamento adjacente 12 (por exemplo, camada 12a), posicionada radialmente para dentro a partir da camada 12', para formar efetivamente uma massa maior que limita a magnitude do som propagado a partir da camada de pacote ativo 12 mais externa para fora do reator 10. Isto é, com o nível de som produzido sendo proporcional à magnitude do movimento da camada de pacote ativo 12 mais externa (por exemplo, camada de enrolamento 12a), pelo aco-plamento da massa de uma camada de pacote fictícia 12' à camada 12, excursões radiais do pacote ativo mais externo são reduzidas, reduzindo assim os níveis de propagação do ruído.
[020] O reator 10 inclui um conjunto de blindagem integrado contra o som 40, também sob a forma de uma estrutura de forma cilíndrica posicionada radialmente para fora a partir de todas as camadas 12 e posicionada contra a mais externa primeira camada 12'. Para a concretização mostrada na Figura 1B, o conjunto de blindagem contra som 40 compreende três componentes: (i) uma camada de absorção de som 42 que se estende circunferencialmente em torno da primeira camada mais externa 12', (ii) uma camada 44 de material de barreira de som que se estende em torno da camada de material de absorção de som 42, e (iii) uma série de elementos flexíveis 48 que se estende circunferencialmente sobre a primeira camada mais externa 12'. Os elementos flexíveis 48 são posicionados entre a camada de absorção de som 42 e a primeira camada mais externa 12'.
[021] Nas concretizações ilustradas, as camadas 42 e 44 e os elementos flexíveis 48 são montados em uma configuração em que nenhum dos componentes descritos anteriormente do conjunto de blindagem contra som 40 faz contato direto com qualquer um dos braços de suporte de unidade aranha. Ao não fazer contato direto entende-se que nenhuma destas camadas e nenhum dos elementos flexíveis contatam fisicamente as unidades aranha. Esta disposição limita a transmissão de sinais acústicos para a blindagem contra o som.
[022] Como mostrado na Figura 1B, o conjunto de blindagem contra som 40 pode estender-se por cima da unidade aranha superior 14 para absorver, bloquear ou refletir o som irradiado a partir das camadas 12 para uma elevação na unidade aranha 14 ou acima dela. Além disso, uma cobertura convencional 53 pode ser posicionada sobre o reator 10 para limitar ainda mais a emissão de radiação acústica. Tal como indicado na Figura 1B, uma superfície interior da cobertura 53 pode ser revestida com material de isolamento absorvente 54. Para evitar acoplamento mecânico entre partes do conjunto 40 na proximidade da unidade aranha superior 14, as camadas 42 e 44 incluem recortes (não mostrados) para manter uma relação espaçada entre estes componentes acústicos e os braços da aranha 24.
[023] A instalação do conjunto de blindagem de atenuação de som é facilitada pela formação de todo o conjunto 40 como uma série de módulos 40m. Vide as Figuras 2A e 2B. A camada de absorção de som 42, que se estende em torno da primeira camada 12' mais externa, compreende uma pluralidade de painéis de absorção de som 42p cada um tendo primeiro e segundo lados opostos: lado interno radial 46 e lado externo radial 47. Os painéis 42p têm uma largura, conforme medida ao longo da circunferência da camada 42, variando, por exemplo, entre aproximadamente 15 e 45 cm. Quando montado sobre o reator 10, o primeiro lado 46 de cada painel é uma superfície radialmente interna de frente para o eixo A, enquanto que o segundo lado 47 é uma superfície externa radialmente virada para fora do eixo, A. Cada painel 42p compreende um material de absorção de som tal como uma lã mineral densa na forma de um painel resiliente. Os painéis 42p são configurados para posicionamento contíguo ao longo e contra a primeira camada 12' mais externa, cuja camada pode ser uma camada de pacote fictícia ou uma camada de enrolamento de pacote ativo mais externa 12. Para facilitar tal posicionamento, os painéis po-dem ter uma flexibilidade suficiente para estar em conformidade com o raio de curvatura de um contorno cilíndrico posicionado radialmente para o exterior a partir da camada 12'.
[024] Com a camada 44 de material de barreira de som formada como uma série de segmentos discretos 44s, os módulos 40m do conjunto 40 cada um compreende um segmento 44s acoplado ao lado 47 de um painel 42p e, opcionalmente, um par de elementos flexíveis 48 espaçados entre si. Com cada módulo 40m incluindo um segmento 44s de material de barreira formado no segundo lado 47 de um dos painéis 42p, quando os painéis 42p são montados dentro da camada 42, a camada 44 é, simultaneamente, proporcionada como uma forma cilíndrica que compreende uma série contígua dos segmentos 44s. Fazendo notar que os painéis 42p podem ter uma largura circunferen- cial na ordem de 15 - 45 cm, um par de elementos flexíveis 48 pode ser afixado à superfície radialmente interna do painel 42p, isto é, o lado 46 virado para o eixo A, de modo que o módulo 40m resultante contém todos os componentes de uma seção do conjunto 40 para a instalação em uma etapa. Em outras concretizações, os elementos flexíveis 48 podem ser afixados à superfície radial externa 12’ da camada 12’ com o módulo 40m posicionado contra os elementos flexíveis 48. Em ainda outras concretizações, os elementos flexíveis 48 podem ser enrolados no lugar e contra a superfície externa 12'0 com um composto besuntado de resina curável compreendendo um tecido de fibra de vidro. Com um destes arranjos, cada módulo é instalado sequencial-mente sobre a circunferência que define a forma cilíndrica do conjunto 40. Inicialmente, a ligação de cada módulo 40m pode ser efetuada pelo primeiro posicionamento do módulo contra a camada 12' e aplicando um revestimento de resina não curada a uma ou ambas as superfícies de contacto. Por exemplo, quando o módulo 40m contém um par de elementos flexíveis 48, uma superfície do elemento 48 entra em contato com a superfície 12'0 da camada 12' está revestida com uma resina curável, e regiões de superfície do lado interno do painel 46 também são revestidos com resina não curada antes de fazer contato com os elementos flexíveis 48.
[025] Após cada módulo 40m ser colocado na posição, uma mecha de composto de fibra de vidro curável, isto é, sob a forma de uma camada molhada, é aplicada para envolver os módulos, criando uma estrutura cilíndrica externa 49, que prende firmemente toda a camada 40 no lugar. A mecha pode ser aplicada sequencialmente aos painéis adjacentes 42p conforme 40m cada módulo é instalado. O processo inicialmente fixa cada módulo no lugar para posicionar o conjunto completo 40 e depois mais besuntamento é fornecido para segurar to- talmente a estrutura no lugar. Esta estrutura cilíndrica 49 de mecha de fibra de vidro 49, mostrada na Figura 1B, pode ser curada no mesmo processo que cura as camadas 12.
[026] O material de absorção de som da camada 42 pode ser um material composto produzido em forma de folha para constituir o corpo de cada um dos painéis de 42p de tal modo que os painéis podem ser levantados individualmente no lugar direta ou indiretamente, contra uma seção da camada 12 '. Os painéis posicionados podem, por exemplo, ser conectados como uma série de elementos interligados. Material composto adequado para esta aplicação é uma fibra densa de lã mineral feita de rocha de basalto ou escória. Um produto exemplifi- cativo desse tipo é uma placa de isolamento semirrígida comercializada sob os nomes FabRock 60 e FabRock HT, com densidades de 96 kg / m3e 105 kg / m3, respectivamente, e fabricada por Roxul Inc. de Milton Ontario. Nas concretizações ilustradas a camada de absorção de som 42 pode ter uma espessura, medida no sentido radial, de aproximadamente 10 cm.
[027] Numerosos materiais de barreira de som são adequados para a camada de barreira 44. Estes incluem K-Fonic GV fabricado em Youngsville, North Carolina, USA, bem como compostos de barreira de espuma fabricados em Holliston, Massachusetts USA, revestimentos de enchimento rígido fabricados em Shelbyville, Indiana EUA, e vários produtos de uretano.
[028] Com referência adicional à Figura 1B, cada um dos elementos flexíveis 48 é um elemento alongado, similar a uma vara que pode ser formado como uma estrutura de fibra de vidro de composto de resina. Os elementos flexíveis 48 são cada um deles posicionados entre a superfície externa radial 120 da camada 12' e o lado interno radial 46 da camada de absorção de som 42, de um painel 42p. Os elementos flexíveis 48 têm uma orientação exemplificativa paralela ao eixo A. Is- so resulta em uma dimensão de espessura, conforme medida na direção radial, que proporciona uma série de aberturas 50 entre a camada 12' e a superfície interna radial da camada de absorção de som 42. Os elementos flexíveis 48 definem, assim, uma largura da abertura, G, tal como medido ao longo da direção radial.
[029] Com as aberturas 50 adjacentes à camada 42 de material de absorção, o volume, que contém tanto a camada exemplificativa de absorção de som de 10 cm de espessura 42 e as aberturas 50, define uma cavidade ressonante que absorve o som para um comprimento de onda predefinido. Além disso, a cavidade formada pela combinação da camada 42 e as aberturas 50 é sintonizável, ajustando as posições dos elementos flexíveis 48 em relação ao lado interno radial 46 da camada de absorção de som 42. Ou seja, os elementos flexíveis 48 podem ser embutidos na camada de absorção de som 42, reduzindo assim a dimensão, G, e encolhendo o volume das aberturas 50. Isto, por sua vez, reduz o tamanho da cavidade ressonante formada pela com-binação da camada de absorção de som 42 e as aberturas 50. A título de exemplo, para um 1/4 de comprimento de onda de 14,2 cm, e com a camada de absorção de som 42 sendo de 10 cm de espessura, a abertura, L, pode ser ajustada para 4,2 cm para criar uma cavidade ressonante que corresponde a 1/4 do comprimento de onda desejado.
[030] Resumidamente, uma cavidade de sintonização ajustável é proporcionada caracterizada pelo fato que a largura de cada abertura 50 pode ser a espessura radial total dos elementos flexíveis 48 ou pode ser menor do que a espessura dos elementos 48 se os elementos 48 são embutidos nos primeiros lados 46 dos painéis 42p. O tamanho da cavidade resultante pode, assim, ser ajustado para larguras ideais ressonantes, tais como, por exemplo, um comprimento de onda de um quarto de uma emissão acústica predominante para facilitar a absorção de energia sonora de um comprimento de onda desejado. A título de exemplo, a cavidade pode ter uma largura na ordem de 0,1 a 1 cm.
[031] Os elementos flexíveis 48 são projetados para reduzir a transmissão de energia de vibração ao longo dos trajetos entre a camada 12' e a camada de absorção de som 42. De acordo com a concretização ilustrada na Figura 1B, os elementos 48 compreendem cada um uma série de ranhuras 51 e aberturas de forma circular 52. A presença destas aberturas ou espaços nos elementos limita os trajetos através dos elementos através dos quais, a energia pode ser transmitida entre a camada 12' e a camada 42.
[032] Foram descritas concretizações que fornecem atenuação de ruído eficaz em várias faixas de frequência. Na faixa relativamente alta, por exemplo, superior a 30 Hz, materiais de isolamento de som incorporados nos painéis 42p absorvem diretamente radiação acústica. Em uma faixa de frequência mais baixa, por exemplo, inferior a 8 kHz, a adição de massa às camadas de pacote ativo e posicionamento da cavidade ressonante ao lado dos painéis de absorção 42p reduz eficazmente a magnitude da radiação acústica. Vantajosamente, o uso de lã mineral como material absorvente fornece resistência ao fogo, retarda a combustão e geração de fumaça, mesmo durante a exposição direta às chamas. A lã mineral tem propriedades repelentes de água tornando os painéis 42p úteis em ambientes onde a umidade é previsível. O conjunto de blindagem contra som 40 é facilmente adaptável para incorporação em processos de fabricação existentes para reatores de núcleo de ar.
[033] Projetos que incorporam conjunto de blindagem contra som 40 eliminam a exigência de construir invólucros separados, por exemplo, como unidades autônomas, para alcançar as especificações de desempenho acústico. Estes projetos também eliminam o uso de grandes volumes de isolamento acústico de células abertas. Em vez disso, o dispositivo de blindagem contra som acima descrito permite a integração do tratamento acústico de atenuação de ruído no processo de fabricação do reator. Uma vez que o conjunto 40 é instalado, o reator inteiro, incluindo o conjunto 40, pode ser colocado em um forno para curar. O conjunto de blindagem contra som 40 pode ser acoplado mecanicamente a uma camada de enrolamento ativa 12, 12’ para adicionar massa ao reator e, assim, limitar o movimento da bobina na camada. O conjunto 40 também pode incluir outra blindagem (não mostrada) colocada radialmente para fora a partir do conjunto 40 na forma, por exemplo, de um painel de fibra de vidro ou cilindro de fibra de vidro de mecha que proporciona um material de barreira denso para atenuar ainda mais a radiação acústica transmitida através das camadas 42 e 44.
[034] Os componentes individuais do conjunto de blindagem contra som 40 fornecem um tratamento mais abrangente e efetivo de ruído irradiado das camadas 12 porque o desenho permite a atenuação em estreita proximidade da fonte, ou seja, no interior do próprio reator. Além disso, o projeto é apropriado para aplicações de modernização para os quais o conjunto de isolamento contra som 40 pode ser fornecido em um kit que compreende uma pluralidade de módulos 40m. Ou seja, o conjunto 40 constitui um invólucro do reator durável, pré- isolado o qual vantajosamente fornece uma atenuação mais econômica em relação à instalação de um invólucro separado.
[035] As concretizações anteriormente divulgadas mostram um conjunto 40, que pode ser integrado com os processos de fabricação convencionais para reatores de núcleo de ar. Outras concretizações, que também podem ser integradas com os processos de fabricação do reator de núcleo de ar podem incorporar as camadas adicionais 42 e 44 de material de barreira e absorção de som que se estende em torno da camada 12'. Com múltiplas camadas 42, 44, camadas individuais podem ser escolhidas para a atenuação de som ótima em frequências acústicas pré-selecionadas. Além disso, cavidades ressonantes adicionais podem ser incorporadas no conjunto 40 para reduzir ainda mais o nível de som propagado.
[036] Enquanto várias concretizações da presente invenção têm sido mostradas e descritas neste documento, será óbvio que tais concretizações são fornecidas apenas a título de exemplo. Numerosas variações, mudanças e substituições podem ser feitas sem afastamento da invenção neste documento. Por conseguinte, se pretende que a invenção seja limitada somente pelo espírito e escopo das reivindicações anexas.