BR112015029486B1

BR112015029486B1 - Conjunto de rolamento magnético e turbomáquina

Info

Publication number: BR112015029486B1
Application number: BR112015029486-3A
Authority: BR
Inventors: Andrea Massini; Luciano Mei; Manuele Bigi
Original assignee: Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2021-10-05
Also published as: AU2014273308A1; KR20160018503A; EP2808571B1; RU2015149781A; CN105378314A; WO2014191311A1; BR112015029486A2; EP2808571A1; CA2912950A1; RU2015149781A3; AU2014273308B2; BR112015029486B8; RU2668382C2; US20160102712A1; CN105378314B; US10119572B2; JP2016522369A

Abstract

CONJUNTO DE ROLAMENTO MAGNÉTICO E TURBOMÁQUINA A presente invenção refere-se a um conjunto de rolamento magnético para uma máquina rotativa, que tem um circuito de rotor (17) e um circuito magnético de estator (18) preso a um elemento de suporte estacionário (26) que tem pelo menos um corpo de material ferromagnético (22) e pelo menos uma bobina (20), sendo que ambos são encaixados em um alojamento anular protetor (24) que deixa descoberta uma superfície de revolução (22a) do dito corpo ferromagnético (22) e uma superfície de revolução (20a) da dita uma bobina (20) que está voltada para uma superfície de revolução (16d, 16e) do circuito de rotor (17). O conjunto de rolamento (10) compreende pelo menos uma fileira de lâminas (30, 32) presa no circuito de rotor (17) para gerar um fluxo de fluido para resfriar o rolamento magnético ativo (10).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a rolamentos, em particular, a rolamentos magnéticos usados em máquinas rotativas que têm um rotor. Em particular, a presente invenção se refere a rolamentos magnéticos ativos que têm elementos eletromagnéticos dispostos na direção radial e adaptados para cooperar com um circuito de rotor preso ao rotor.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os rolamentos magnéticos axiais usam forças eletromagnéticas que puxam em oposição ao colar de impulso preso ao eixo de rotor para manter a posição relativa de um conjunto de rotação (rotor) para um componente estacionário (estator). Um colar de impulso é, de modo geral, um disco ferromagnético sólido plano preso ao rotor. Os elementos eletromagnéticos em formato de disco são localizados em ambos os lados do colar de impulso e aparafusados ao alojamento da máquina rotativa, que forma o rolamento magnético axial ativo.

[003] O uso de rolamentos magnéticos em máquinas rotativas está se tornando mais e mais difundido, em particular, no caso de fluido corrosivo ou quente. A ventilação interna do rolamento magnético é, portanto, importante para aumentar a vida útil do rolamento.

[004] O atrito gerado pelo movimento relativo do colar de impulso, em relação aos elementos eletromagnéticos, cria um fluxo radial de fluido que leva ao resfriamento do rolamento magnético.

[005] Entretanto, tal fluxo é dependente do atrito entre dois componentes e a velocidade rotacional do rotor, e não é, portanto, confiável. Adicionalmente, visto que uma incerteza na distribuição de pressão, um fluxo reverso poderia aparecer que poderia levar a um vazamento de fluxo do fluido de resfriamento.

[006] Os rolamentos magnéticos atuais não fornecem ventilação interna suficiente, de modo que o fluxo de fluido se torna insuficiente para resfriar o rolamento magnético axial.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] Um objetivo da presente invenção é remediar as desvantagens acima.

[008] É um objetivo particular da presente invenção fornecer um conjunto de rolamento magnético que tenha um fluxo de resfriamento aprimorado, embora seja fácil de fabricar.

[009] É outro objetivo da presente invenção garantir a recirculação do fluxo de fluido de resfriamento mesmo no caso de pressão diferencial insatisfatória dentro do rolamento.

[010] Em uma realização, um conjunto de rolamento magnético para uma máquina rotativa, que compreende um circuito de rotor e um circuito magnético de estator preso a um elemento de suporte estacionário e que compreende pelo menos um corpo de material ferromagnético e pelo menos uma bobina, ambos sendo encaixados em um alojamento anular protetor que deixa descoberta uma superfície de revolução do dito corpo ferromagnético e de uma superfície de revolução da dita uma bobina que está voltada para uma superfície de revolução do circuito de rotor.

[011] O conjunto de rolamento compreende pelo menos uma fileira de lâminas presa no circuito de rotor.

[012] Tal fileira de lâminas facilita o bombeamento do fluxo de fluido de resfriamento que aprimora o resfriamento do rolamento magnético.

[013] De modo vantajoso, a dita uma fileira de lâminas compreende uma pluralidade de lâminas que se estende a partir do circuito de rotor.

[014] Em uma realização, o circuito de rotor compreende um colar de impulso anular que tem uma porção axial presa a um eixo de rotor e se estende radialmente em direção ao circuito magnético de estator por uma porção radial, sendo que a dita porção radial está voltada para as superfícies descobertas do dito corpo ferromagnético e da dita uma bobina.

[015] A dita fileira de lâminas é, por exemplo, presa ao colar de impulso anular e se estende radialmente a partir do colar de impulso anular em direção ao circuito magnético de estator.

[016] Em uma realização, o rolamento é um rolamento magnético axial.

[017] Em outra realização o rolamento é um rolamento magnético radial.

[018] A dita uma fileira de lâminas pode compreender uma pluralidade de lâminas axiais ou uma pluralidade de lâminas radiais ou uma combinação do tipo radial e axial de lâminas.

[019] Em uma realização, o conjunto de rolamento compreende duas fileiras de lâminas.

[020] O dito rolamento magnético radial pode ser localizado axialmente entre as duas fileiras de lâminas.

[021] Em uma realização, o circuito magnético de estator compreende dois corpos de material ferromagnético, sendo que cada um está voltado para a superfície lateral radial da porção radial do dito colar de impulso anular, sendo que cada fileira de lâminas está presa na porção axial do dito colar e localizada radialmente entre o colar de impulso anular e cada um dos circuitos magnéticos de estator.

[022] De acordo com outro aspecto da invenção, uma turbomáquina compreende um estator, um rotor montado em rotação no dito estator, e pelo menos um conjunto de rolamento magnético conforme descrito acima disposto radialmente entre o rotor e o estator.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[023] A presente invenção será mais bem entendida a partir do estudo da descrição detalhada de um número de realizações consideradas a título de exemplos inteiramente não-limitativos e ilustrada pelos desenhos anexos, nos quais:- A Figura 1 é uma metade de corte axial do conjunto derolamento magnético de acordo com uma primeira realização da invenção;- A Figura 2 é uma metade de corte axial do conjunto derolamento magnético de acordo com uma segunda realização da invenção; e- A Figura 3 é um corte de transversal de acordo com a linha III-III da Figura 2.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[024] A seguinte descrição detalhada das realizações exemplificativas se refere aos desenhos anexos. Os mesmos números de referência nos desenhos diferentes identificam elementos iguais ou similares. Adicionalmente, os desenhos não são necessariamente desenhados para serem representados em escala.

[025] Conforme ilustrado na Figura 1, um conjunto de rolamento magnético, projetado pelo número de referência geral 10, é projetado para ser montado em uma máquina rotativa (não mostrada) que compreende um revestimento ou alojamento, um eixo de rotação 12 que se estende ao longo de um eixo geométrico X-X e é adaptado para suportar uma parte de rotor (não mostrada). Por exemplo, se a máquina rotativa é um compressor centrífugo, a parte de rotor compreende impulsores.

[026] Conforme ilustrado na Figura 1, o rolamento magnético 10 é do tipo axial e é projetado para suportar o dito eixo de rotor 12 dentro do revestimento do estator.

[027] O rolamento magnético ativo 10 compreende uma armação de estator 14 fixada ao revestimento do estator e uma armação de rotor 16 ou um colar de impulso anular que tem o formato de um disco preso ao eixo de rotação 12.

[028] O colar de impulso anular 16 e o eixo de rotor 12 formam o circuito de rotor 17. O colar de impulso anular 16 se estende radialmente a partir de uma placa axial 16a presa ao eixo de rotor 12 em direção ao circuito magnético de estator 18 por uma porção radial 16 b que tem uma superfície cilíndrica externa 16c e duas superfícies laterais 16d, 16e.

[029] A armadura de estator 14 compreende um circuito estator magnético 18 que inclui, de maneira convencional, uma ou mais bobinas anulares 20 e dois corpos ferromagnéticos 22 que podem ser massivos ou laminados no local. No exemplo da Figura 1, cada corpo ferromagnético 22 envolve duas bobinas anulares 20. A armação de estator 14 também compreende um suporte anular protetor ou um alojamento anular 24 no qual é localizado o circuito magnético de estator 18, que deixa descoberta uma superfície de revolução 22a dos ditos corpos ferromagnético 22 e uma superfície 20a de volta de cada uma das bobinas 20. O suporte 24 é preso a um elemento de suporte estacionário 26 que é propriamente fixado ao revestimento. Conforme ilustrado, as superfícies de volta 20a, 22a são a superfície lateral axial.

[030] Conforme ilustrado, a porção radial 16b do colar de impulso 16 é voltada para as superfícies descobertas 20a, 22a respectivamente de cada um dos corpos ferromagnético 22 e de cada uma das bobinas 20. Em outras palavras, o circuito magnético de estator 18 é localizado axialmente voltado para uma da superfície lateral radial 16d, 16e da porção radial 16b do colar de impulso anular 16 com nenhum contato mecânico, que leva uma lacuna axial 28 entre o colar de impulso anular 16 e o circuito magnético de estator 18.

[031] O eixo de rotação 12 pode ser dotado de um perfil escalonado 12a para um posicionamento axial do colar de impulso 16. Alternativamente, o colar de impulso anular 16 poderia, por exemplo, ser feito integralmente com o eixo de rotor 12.

[032] Conforme ilustrado na Figura 1, o conjunto de rolamento 10 compreende duas fileiras de lâminas 30, 32 que compreendem uma pluralidade de lâminas (não mostrada) que pode ser axial ou radial ou uma combinação dos mesmos, presa na placa axial 16a do colar de impulso 16. As lâminas 30, 32 se estendem radialmente a partir do colar de impulso anular 16 em direção ao circuito magnético de estator 18. Alternativamente, as fileiras de lâminas 30, 32 podem ser presas diretamente ao eixo de rotor 12. Conforme ilustrado, cada fileira de lâminas 30, 32 pode ser localizada radialmente entre o colar de impulso anular 16 e cada alojamento anular 24 dos circuitos magnéticos de estator 18, que deixa uma lacuna de ar radial 34 entre o alojamento anular 24 e uma das fileiras de lâminas 30, 32.

[033] Tais fileiras de lâminas 30, 32 aumentam a ventilação dentro do rolamento magnético e permitem que o rolamento magnético seja resfriado.

[034] A realização mostrada nas Figuras 2 e 3, nas quais as partes idênticas sustentam a mesma referência, difere da realização da Figura 1 no tipo de rolamento magnético.

[035] Conforme ilustrado nas Figuras 2 e 3, o rolamento magnético 40 é do tipo radial é projetado para sustentar radialmente o dito eixo de rotor 12 dentro do revestimento do estator.

[036] O rolamento magnético radial 40 compreende uma armação de estator 42 fixado ao revestimento do estator e ao eixo de rotação 12 que formam o circuito de rotor 17. Alternativamente, uma armação de rotor adicional pode ser presa ao eixo de rotor 12 voltada para a armação de estator 42.

[037] A armação de estator 42 compreende um circuito magnético de estator 44 que inclui, na maneira convencional, uma ou mais bobinas 46 e um corpo ferromagnético anular 48 que pode ser massivo ou laminado no local. Conforme mostrado na Figura 3, o corpo ferromagnético 48 envolve quatro bobinas espaçadas igualmente circunferencialmente 46. A armação de estator 42 também compreende um suporte anular protetor ou um alojamento anular 50 no qual é localizado o circuito magnético de estator 44, que deixa descoberta uma superfície de revolução 48 a do dito corpo ferromagnético 48 e uma superfície 46 a de volta de cada uma das bobinas 46. O suporte anular protetor 50 é preso a um elemento de suporte estacionário 52 que é propriamente ao revestimento.

[038] Conforme ilustrado, a superfície cilíndrica externa 12b do eixo de rotor 12 está voltada para as superfícies descobertas 46a, 48a respectivamente do corpo ferromagnético 48 e de cada uma das bobinas 46. Em outras palavras, o circuito magnético de estator 44 é localizado radialmente voltado para a superfície cilíndrica externa 12b do eixo de rotor 12, que deixa uma radial lacuna 54 entre o eixo de rotor 12 e o circuito magnético de estator 44.

[039] Conforme ilustrado na Figura 2, o conjunto de rolamento 40 compreende duas fileiras de lâminas 56, 58 que compreendem uma pluralidade de lâminas (não mostrada) que pode ser axial ou radial ou uma combinação dos mesmos, presa na superfície cilíndrica externa 12b do eixo de rotor 12. As lâminas 56, 58 se estendem axialmente a partir do eixo de rotor 12 em direção ao circuito magnético de estator 44. Conforme ilustrado, o circuito magnético de estator 44 é localizado axialmente entre as duas fileiras de lâminas 56, 58, que deixam uma lacuna de ar axial 59 entre o alojamento anular 50 e cada uma das fileiras de lâminas 56, 58.

[040] Conforme um exemplo, um conjunto de rolamento magnético pode compreender a combinação de um rolamento magnético do tipo radial 40 conforme mostrado na Figura 2 associado ao rolamento magnético do tipo axial 10 conforme mostrado na Figura 1 para sustentar o eixo de rotação 12.

[041] Graças à invenção, cada conjunto de rolamento magnético tem o fluxo de resfriamento aprimorado.

[042] Realmente, as fileiras de lâminas facilitam o bombeamento do fluxo do fluido que aprimora o resfriamento do rolamento magnético ativo. O rolamento magnético é, portanto, dotado de ventilação interna.

Claims

1. CONJUNTO DE ROLAMENTO MAGNÉTICO para umamáquina rotativa que tem um circuito de rotor (17) e um circuito magnético de estator (18, 44) preso a um elemento de suporte estacionário (26, 52) que tem pelo menos um corpo de material ferromagnético (22, 48) e pelo menos uma bobina (20, 46), sendo que ambos são encaixados em um alojamento anular protetor (24, 50) que deixa descoberta uma superfície de revolução (22a, 48a) do corpo ferromagnético (22, 48) e uma superfície de revolução (20a, 46a) da pelo menos uma bobina (20,46) voltada para uma superfície de revolução (16d, 16e) do circuito de rotor (17), o conjunto de rolamento (10, 40) compreendendo pelo menos uma fileira de lâminas (30, 32, 56, 58) presa no circuito de rotor (17); o circuito de rotor (17) compreendendo um colar de impulso anular (16) que tem uma porção axial (16a) presa a um eixo de rotor (12) e que se estende radialmente em direção ao circuito magnético de estator (18, 44) por uma porção radial (16b), sendo que a porção radial (16b) está voltada para as superfícies descobertas (20a, 22a) do corpo ferromagnético (22, 48) e da pelo menos uma bobina (20, 46);o conjunto de rolamento (10, 40) sendo caracterizado por:a pelo menos uma fileira de lâminas (30, 32, 56, 58) ser presa ao colar de impulso anular (16) e se estender radialmente do colar de impulso anular (16) em direção ao circuito magnético de estator (18, 44).

2. CONJUNTO DE ROLAMENTO (10, 40), de acordo com areivindicação 1, caracterizado por:a pelo menos uma fileira de lâminas (30, 32, 56, 58) compreender uma pluralidade de lâminas que se estende a partir do circuito de rotor (17).

3. CONJUNTO DE ROLAMENTO (10, 40), de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por compreender duas fileiras de lâminas (30, 32, 56, 58).

4. CONJUNTO DE ROLAMENTO (10, 40), de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo colar de impulso anular (16) ser localizado axialmente entre as duas fileiras de lâminas (30, 32, 56, 58).

5. CONJUNTO DE ROLAMENTO (10, 40), de acordo comqualquer uma das reivindicações 3 a 4, caracterizado pelo circuito magnético de estator (18, 44) compreender dois corpos de material ferromagnético (22, 48), sendo que cada um está voltado para a superfície lateral radial (16d, 16e) da porção radial (16b) do colar de impulso anular (16), sendo que cada uma das fileiras de lâminas (30, 32, 56, 58) é presa na porção axial (16a) do colar (16) e localizada radialmente entre o colar de impulso anular (16) e o circuito magnético de estator (18, 44).

6. TURBOMÁQUINA, caracterizada por compreender umestator, um rotor montado em rotação no estator, e pelo menos um conjunto de rolamento magnético (10, 40), conforme definido em qualquer uma dasreivindicações 1 a 5, disposto radialmente entre o rotor e o estator.