BR112015029490B1

BR112015029490B1 - Conjunto de mancal magnético e turbomáquina

Info

Publication number: BR112015029490B1
Application number: BR112015029490-1A
Authority: BR
Inventors: Andrea Massini; Luca Lombardi; Manuele Bigi; Giuseppe Sassanelli; Luciano Mei
Original assignee: Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2022-01-25
Also published as: US20160108967A1; BR112015029490A2; CN105658977A; AU2014273105A1; BR112015029490B8; JP2016522372A; EP2808572B1; WO2014191454A1; RU2015149338A; RU2668505C2; AU2014273105B2; CA2912961A1; US11261916B2; EP2808572A1; RU2015149338A3; KR20160011641A

Abstract

CONJUNTO DE MANCAL MAGNÉTICO E TURBOMÁQUINA. Trata-se de um conjunto de mancal magnético para uma máquina giratória que tem um eixo de rotor (12), que compreende 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, que tanto é adaptado em um alojamento anular protetor que deixa descoberta uma superfície de revolução do dito corpo ferromagnético (22) quanto a uma superfície de revolução da dita uma bobina, sendo que o conjunto de mancal magnético compreende um colar de empuxo anular (16) preso ao eixo de rotor (12) e que se estende radialmente para o circuito magnético de estator através de uma porção radial (16b), sendo a dita porção radial (16b) voltada para as superfícies descobertas do dito corpo ferromagnético e a dita uma bobina. O colar de empuxo anular (16) compreende pelo menos um canal de fluxo (30).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a mancais, geralmente mancais magnéticos usados em máquinas giratórias que tem um rotor. Em particular, a presente invenção se refere a mancais magnéticos de empuxo axial ativos que têm elementos eletromagnéticos dispostos na direção radial e adaptados para cooperar com um colar de empuxo preso ao rotor.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os mancais magnéticos axiais usam forças eletromagnéticas que puxam na direção oposta sobre o colar de empuxo para manter a posição relativa de um conjunto giratório (rotor) para um componente estacionário (estator). Um colar de empuxo é, geralmente, um disco ferromagnético plano, sólido, preso ao rotor. Com formato de disco, os elementos eletromagnéticos são localizados em ambos os lados do colar de empuxo e aparafusado ao alojamento de máquina giratória, formando-se o mancal magnético axial ativo.

[003] O uso de mancais magnéticos em máquinas giratórias está se tornando mais e mais difundido, em particular no caso de fluido corrosivo e quente. A ventilação interna do mancal magnético é, assim, importante para aumentar a vida de serviço do mancal.

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

[005] Entretanto, tal fluxo é dependente do atrito entre dois componentes e da velocidade rotacional do rotor, e, assim, não é confiável. Além disso, devido ao fato da incerteza quanto à distribuição de pressão, pode surgir um refluxo que levaria à falta de fluxo radial de fluido.

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

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] Um objetivo da presente invenção consiste em sanar as desvantagens acima.

[008] Um objetivo particular da presente invenção é fornecer um conjunto de mancal magnético axial que tem fluxo de resfriamento acentuado, embora seja fácil de fabricar.

[009] Outro objetivo da presente invenção é assegurar a recirculação do fluxo de fluido de resfriamento, mesmo no caso de pressão diferencial deficiente no interior do mancal.

[010] Em uma realização, o conjunto de mancal magnético para uma máquina giratória que tem um eixo de rotor, que compreende 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, que tanto é adaptado em um alojamento anular protetor que deixa descoberta uma superfície de revolução do dito corpo ferromagnético quanto a uma superfície de revolução da dita uma bobina, sendo que o conjunto de mancal magnético compreende um colar de empuxo anular preso ao eixo de rotor e que se estende radialmente para o circuito magnético de estator através de uma porção radial, sendo a dita porção radial (16b) voltada para as superfícies descobertas do dito corpo ferromagnético e a dita uma bobina.

[011] O colar de empuxo anular compreende pelo menos um canal de fluxo.

[012] Tais canais de fluxo facilitam o bombeamento do fluxo de fluido de resfriamento, acentuando-se o resfriamento do mancal magnético.

[013] Vantajosamente, o dito um canal de fluxo se estende a partir da superfície cilíndrica externa da porção radial para o eixo de rotor.

[014] Em uma realização, o dito um canal de fluxo é uma ranhura fornecida sobre pelo menos uma dentre as superfícies laterais da porção radial do colar de empuxo anular.

[015] Em outra realização, o dito um canal de fluxo é uma ranhura fornecida no interior da porção radial do colar de empuxo anular.

[016] Por exemplo, a dita ranhura é oblíqua e/ou radial e pode abrir sobre a superfície cilíndrica externa do eixo de rotor.

[017] Vantajosamente, a dita ranhura pode ser em formato radial e tangencial.

[018] Em uma realização, o conjunto de mancal compreende uma pluralidade de canais de fluxo.

[019] Vantajosamente, o circuito magnético de estator compreende dois corpos de material ferromagnético, cada um voltado para uma superfície lateral da porção radial do dito colar de empuxo anular.

[020] O mancal é, por exemplo, um mancal magnético axial.

[021] 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 mancal magnético, conforme descrito acima, radialmente disposto entre o rotor e o estator.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[022] A presente invenção será mais bem compreendida a partir do estudo da descrição detalhada de diversas realizações consideradas a título de exemplos completamente não limitativos e ilustradas pelos desenhos anexos.

[023] A Figura 1 é um meio corte axial do conjunto de mancal magnético axial, de acordo com uma primeira realização da invenção, montado entre dois componentes de um motor.

[024] A Figura 2 é um meio corte axial de um colar de empuxo ao longo da linha II-II da Figura 1, de acordo com uma primeira realização da invenção.

[025] A Figura 3 é uma meia-vista do colar de empuxo da figura 1 montado sobre um rotor, de acordo com a primeira realização da invenção.

[026] A Figura 4 é um meio-corte axial de um colar de empuxo, de acordo com uma segunda realização da invenção.

[027] A Figura 5 é uma meia-vista do colar de empuxo da figura 4 montado sobre um rotor, de acordo com a segunda realização da invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

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

[029] Conforme ilustrado na Figura 1, um mancal magnético, projetado pelo número de referência geral 10, é projetado para ser montado em uma máquina giratória (não mostrada) que compreende um revestimento ou alojamento, um eixo giratório 12 que se estende ao longo de um eixo geométrico X-X e é adaptado para dar suporte a uma peça de rotor (não mostrada). Por exemplo, se a máquina giratória é um compressor centrífugo, a peça de rotor compreende propulsores. O eixo giratório 12 e a peça de rotor associada formam um conjunto de rotor.

[030] Conforme ilustrado na Figura 1, o mancal magnético 10 é do tipo axial e é projetado para dar suporte ao dito eixo de rotor 12 no interior do revestimento de estator. Um tipo de mancal magnético radial (não mostrado) também pode ser associado ao mancal magnético axial 10 para dar suporte ao eixo giratório 12.

[031] O mancal magnético ativo 10 compreende uma blindagem de estator 14 fixa ao revestimento de estator e uma blindagem de rotor 16 ou colar de empuxo anular que tem o formato de um disco preso ao eixo giratório 12. O colar de empuxo 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 através de uma porção radial 16b que tem uma superfície cilíndrica externa 16c e duas superfícies laterais 16d, 16e.

[032] A blindagem de estator 14 compreende um circuito magnético de estator 18 que inclui, de maneira convencional, uma ou mais bobinas anulares 20 e dois corpos ferromagnéticos 22 que podem ser localmente maciços ou laminados. No exemplo da figura 1, cada corpo ferromagnético 22 envolve duas bobinas anulares 20. A blindagem de estator 14 também compreende um suporte anular ou alojamento anular de proteção 24 no interior do qual é colocado o circuito magnético de estator 18, que deixa descoberta uma superfície de revolução 22a dos ditos corpos ferromagnéticos 22 e uma superfície 20a de revolução de cada uma das bobinas 20. O suporte 24 é preso a um elemento de suporte estacionário 26 em que o próprio é fixo ao revestimento.

[033] Conforme ilustrado, a porção radial 16b do colar de empuxo 16 é voltada para as superfícies descobertas 20a, 22a,respectivamente de cada um dos corpos ferromagnéticos 22 e cada uma das bobinas 20. Em outras palavras, o circuito magnético de estator 18 é colocado axialmente voltado para o colar de empuxo anular 16 sem contato mecânico, que deixa um vão axial 28 entre o colar de empuxo anular 16 e o circuito magnético de estator 18.

[034] O eixo giratório 12 pode ser dotado de um perfil geométrico 12a para um posicionamento do colar de empuxo 16. O colar de empuxo anular 16 pode, por exemplo, ser feito integralmente com o eixo de rotor 12.

[035] Conforme ilustrado nas figuras 2 e 3, o colar de empuxo anular 16 compreende uma pluralidade de ranhuras 30 sobre cada superfície lateral radial 16d, 16e da porção radial 16b. As ditas ranhuras 30 atuam como canais de fluxo para o fluxo do fluido. Os canais de fluxo 30 se estendem a partir da superfície cilíndrica externa 16c da porção radial 16b para o eixo de rotor 12 e são ranhuras inclinadas radialmente direcionadas para o eixo 12 e são fornecida sobre a superfície lateral 16d da porção radial 16b do colar de empuxo 16. Conforme ilustrado, as ditas ranhuras 30 tem formato radial e tangencial para a superfície cilíndrica externa 16c da porção radial 16b.

[036] Conforme ilustrado na Figura 3, os canais de fluxo 30 devem ser fornecidos sobre ambas as superfícies laterais 16d, 16e da porção radial 16b do colar de empuxo 16. Alternativamente, os canais de fluxo podem fornecer apenas sobre uma superfície lateral do colar de empuxo 16.

[037] Conforme ilustrado, os canais de fluxo 30 abrem sobre a placa axial 16a do colar de empuxo 16. Alternativamente, os canais de fluxo podem abrir sobre a superfície cilíndrica externa 12b do eixo de rotor 12. O fluido no interior da turbomáquina flui através do vão de ar 28 e no interior dos canais de fluxo 30. A direção de fluxo é mostrada pela seta F.

[038] Tais canais de fluxo 30 aumentam a ventilação no interior do mancal magnético e permite que o mancal magnético seja resfriado.

[039] A realização mostrada nas Figuras 4 e 5, em que as peças idênticas produzem a mesma referência, é substancialmente diferente da realização das Figuras 2 e 3 na localização dos canais de fluxo.

[040] Conforme ilustrado nas Figuras 4 e 5, o colar de empuxo 16 é dotado de uma pluralidade de ranhuras 32 fornecida no interior da porção radial 16b. As ditas ranhuras 32 atuam como canais de fluxo para o fluido e abrem apenas na superfície cilíndrica externa 16c da porção radial 16b. Alternativamente, os canais de fluxo podem abrir sobre a superfície cilíndrica externa 12b do eixo de rotor 12.

[041] As ranhuras 32 são inclinadas e radialmente direcionadas para o eixo 12. Conforme ilustrado, as ditas ranhuras 32 tem formato radial e tangencial para a superfície cilíndrica externa 16c da porção radial 16b.

[042] Devido à invenção, o conjunto de mancal magnético axial tem acentuado o fluxo de resfriamento.

[043] De fato, os canais de fluxo facilitam o bombeamento do fluxo de fluido acentuando-se o resfriamento do mancal magnético ativo. O mancal magnético é, assim, dotado de ventilação interna.

Claims

1. CONJUNTO DE MANCAL MAGNÉTICO (10) para uma máquina giratória que tem um eixo de rotor (12), que compreende um circuito magnético de estator (18) preso a um elemento de suporte estacionário (26), o conjunto de mancal magnético (10) compreendendo um colar de empuxo anular (16) preso ao eixo de rotor (12) e que se estende radialmente para o circuito magnético de estator (18) através de uma porção radial (16b), em que o conjunto de mancal magnético (10) compreende pelo menos um corpo (22) de material ferromagnético e pelo menos uma bobina (20), que é adaptada tanto a um alojamento anular protetor (24), deixando descoberta uma superfície de revolução (22a) do dito corpo ferromagnético (22), quanto a uma superfície de revolução (20a) da dita uma bobina (20) sendo a que dita porção radial (16b) voltada para as superfícies descobertas (20a, 22a) do dito corpo ferromagnético (22) e a dita uma bobina (20), caracterizado pelo colar de empuxo anular (16) compreender pelo menos um canal de fluxo (30, 32) se estendendo a partir da superfície cilíndrica externa (16c) da porção radial (16b) para o eixo de rotor (12), o dito um canal de fluxo (30) sendo uma ranhura radial fornecida sobre pelo menos uma dentre as superfícies laterais (16d, 16e) da porção radial (16b) do colar de empuxo anular (16) e abrindo sobre a superfície cilíndrica externa (12b) do eixo de rotor (12).

2. CONJUNTO DE MANCAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita ranhura (30, 32) ser oblíqua.

3. CONJUNTO DE MANCAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela dita ranhura (30, 32) ter um formato radial e tangencial.

4. CONJUNTO DE MANCAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender uma pluralidade de canais de fluxo (30, 32).

5. CONJUNTO DE MANCAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo circuito magnético de estator (18) compreender dois corpos (22) de material ferromagnético, cada um voltado para uma superfície lateral (16d, 16e) da porção radial (16b) do dito colar de empuxo anular (16).

6. CONJUNTO DE MANCAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo conjunto de mancal magnético (10) ser um mancal magnético axial.

7. TURBOMÁQUINA, caracterizada por compreender um estator, um rotor montado em rotação no dito estator, e pelo menos um conjunto de mancal magnético (10), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, radialmente disposta entre o rotor e o estator.