BR112017000490B1

BR112017000490B1 - Componente condutor de fluxo

Info

Publication number: BR112017000490B1
Application number: BR112017000490-9A
Authority: BR
Inventors: Alexander Böhm; Franz Gerhard Bosbach; Christoph Emde; Ewald Hölzel; Holger RAUNER; Patrick THOME; Björn Will
Original assignee: KSB SE & Co. KGaA
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2022-08-16
Also published as: EP3175119B1; KR101879734B1; PT3175119T; CN106662114B; US20170218969A1; WO2016016223A1; CN106662114A; ES2702211T3; IL250009B; IL250009A0; EP3175119A1; RU2689060C2; DE102014215089A1; US10393133B2; RU2017106527A; BR112017000490A2; JP2017522496A; RU2017106527A3; TR201819488T4; KR20170039647A

Abstract

A invenção descreve um componente condutor de fluxo, sendo que as passagens entre as seções individuais no componente são marcadas com entalhes, em que o espectro de carga do entalhe pode ser calculado, em que os entalhes, que são difíceis e/ou mesmo impossíveis de acessar diretamente a partir do exterior, são conformados geometricamente de acordo com a sua carga mecânica.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se à configuração geométrica de um componente condutor de fluxo com particular consideração da carga mecânica, em que nas transições de componente entre as regiões individuais têm entalhes, em que o espectro de carga dos entalhes e a produção de tal componente podem ser estabelecidos aritmeticamente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os componentes condutores de fluxo são conhecidos em várias realizações. Dependendo das condições de uso, isto é, a pressão de funcionamento, meio de transporte, temperatura média ou semelhante, o componente é produzido a partir de materiais específicos. A construção estática do alojamento é também altamente dependente do campo de uso.

[003] As regiões que são submetidas a cargas particulares e, em particular, nas transições entre as regiões diferentes, podem ser formadas a partir das tensões mecânicas particulares que conduzem a uma vida útil reduzida. Como resultado de uma realização vantajosa do entalhe, as tensões podem ser significativamente reduzidas, mas isso requer o processamento da região de transição usando ferramentas.

[004] O documento no EP 1.785.590 A1 estabelece a construção e a produção de um impulsor de uma bomba ou turbina, em que a atenção particular é mostrada à configuração dos entalhes. O impulsor é soldado em várias camadas, em que as tensões são impedidas diretamente. O procedimento requer acesso aos entalhes usando as ferramentas correspondentes durante a produção.

[005] Tanto a tecnologia de moldagem quanto a tecnologia de junção atingem rapidamente os limites para os componentes condutores de fluxo, uma vez que os entalhes no lado exterior são parcialmente acessíveis diretamente apenas com dificuldade e/ou não por inteiro. Isso leva a limitações consideráveis em termos da configuração da geometria do componente.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[006] Um objetivo da invenção é, para a carga mecânica nos locais de transição de um componente condutor de fluxo, particularmente na região dos entalhes, encontrar e usar uma configuração geométrica que pode ser produzida de uma maneira simples e econômica.

[007] A solução prevê que o espectro de carga do entalhe seja estabelecido aritmeticamente, para que os entalhes sejam formados geometricamente de acordo com a sua tensão mecânica, em particular em locais onde os mesmos são acessíveis a partir do lado exterior apenas com dificuldade e/ou não por inteiro.

[008] É vantajoso, nesse caso, que o componente condutor de fluxo, que pode, por exemplo, ser um impulsor para uma bomba centrífuga, possa ser construído livre de provisões convencionais. As limitações resultantes da tecnologia de moldagem e/ou dos métodos de junção não têm de ser levadas em conta durante a construção do componente uma vez que apenas as propriedades mecânicas e hidráulicas são significativas. Tal liberdade dos princípios de construção tradicionais permite uma configuração completamente nova do impulsor.

[009] Em outra realização, no componente condutor de fluxo, o entalhe é construído de tal maneira que uma transição no componente de uma primeira região A para uma segunda região B encerra um ângulo α, em que a bissetriz do ângulo α é estabelecida, em que ao longo dessa bissetriz um ponto P é determinado, em que em cada caso uma perpendicular a partir de um dos lados (A, B) que formam o ângulo α cai do ponto P, em que é colocado através do ponto P na perpendicular respectiva, uma linha reta com um ângulo de 45°, em que, como resultado da intersecção dessa linha reta com os respectivos lados (A, B), é determinado uma trajetória (S, S ') cujos respectivos centros dos pontos Q, Q' determinam, em que são colocados em cada caso nos pontos Q, Q' em linhas retas com um ângulo de 22,5° nas trajetórias S, S' que intersectam os lados (A, B) nos pontos R, R', em que o invólucro E, E' dessa construção predetermina a configuração geométrica do entalhe.

[010] Esse método de construção simples permite o estabelecimento de uma maneira muito simples de uma geometria que leva em conta a carga mecânica no componente de uma maneira diferenciada dependendo da direção. As forças atuantes são analisadas sob a ação do meio transportado e as condições de funcionamento fornecidas, em que os valores mínimo e máximo são estabelecidos. De acordo com esses valores, é estabelecida a exigência do impulsor em termos de estabilidade mecânica. O método de cálculo predetermina a configuração geométrica e consequentemente também o uso do material e o processamento da peça.

[011] Em uma realização vantajosa, o componente condutor de fluxo é produzido usando um método generativo, em que, em particular, os pós metálicos são conectados para formar um componente por meio de um método de fusão por feixe, como, por exemplo, fusão de feixe de elétron ou laser. Isso tem a vantagem de que o impulsor pode ser produzido de uma maneira muito simples e, no entanto, muito estável. Os métodos mencionados permitem a produção de componentes de estanque de fluidos com um alto nível de possibilidade de detalhamento. Usando esses métodos, é possível, adicionalmente, transferir uma estrutura de superfície especial aos componentes, por exemplo, uma estrutura de pele de tubarão, a qual melhora adicionalmente as propriedades mecânicas e hidráulicas.

[012] Em outra realização vantajosa, no componente condutor de fluxo pelo menos um entalhe está disposto dentro do componente, em particular em um espaço oco e/ou em uma porção rebaixada. Isso tem a vantagem de que os locais na configuração geométrica do componente que não são acessíveis para a operação de acabamento mecânico podem ser vantajosamente conformados. Essa configuração detalhada permite a produção de componentes mecanicamente mais resilientes usando menos material.

[013] Em outra realização, o componente condutor de fluxo é um componente de bomba, em particular de uma bomba centrífuga. A configuração geométrica é particularmente vantajosa em impulsores e/ou rodas de guiamento de bombas centrífugas. Esses componentes são submetidos a cargas mecânicas particularmente pesadas. As transições entre uma roda de guiamento/palheta de impulsor e uma placa de cobertura são, por vezes, muito difíceis de acessar. Com um impulsor de bomba centrífuga, para além da estrutura geral geométrica pura, é naturalmente também possível que as superfícies das palhetas de impulsor individuais sejam construídas livremente de modo que a camada limite entre o impulsor e o fluido possa ser influenciada. Nomeadamente com os indutores, é também vantajoso que os componentes sejam construídos de uma maneira oca, em que é possível uma economia de material considerável. O componente, então, tem de obter a sua estabilidade mecânica por meio da construção correspondente dos suportes dentro dos espaços ocos e das transições entre as regiões de estabilização mecânica de acordo com a regra de construção acima.

[014] Em outra realização vantajosa, o componente é produzido a partir de um material à base de ferro. Isso permite uma produção simples e econômica em ferramentas que já são adequadas para a produção de lotes grandes. Vantajosamente, o material à base de ferro é um material austenítico ou martensítico ou ferrítico ou duplo. Isso permite a produção de componentes resistentes à corrosão. A produção dos pós necessários para os métodos de feixe de alta energia mencionados é também econômica e simples. Isso se torna ainda mais claro quando o material à base de ferro é vantajosamente um material de ferro fundido cinzento ou material de ferro de grafite esferoidal.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015] A invenção é explicada em maior detalhe com referência a uma realização. O desenho 1 mostra o método de acordo com a invenção para a construção do entalhe entre duas regiões de um componente condutor de fluxo. O desenho 2 (2a e 2b) explica o uso do método de acordo com a invenção para a construção de um impulsor de bomba centrífuga e as vantagens de uma produção genérica.

DESCRIÇÃO DE UMA REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

[016] A Figura 1 mostra qualquer local no qual o contorno de um componente se funde a partir de uma primeira região 1 de uma maneira não contínua para uma segunda região 2, em que as duas regiões envolvem um ângulo 3. Nessa localização não contínua, tensões consideráveis se desenvolvem e podem ser influenciadas de uma maneira extremamente significativa por uma trajetória geométrica construída adequadamente. No caso de um local de ruptura desejado, seria desejável usar as tensões para permitir que o componente seja quebrado de uma maneira seletiva no local não contínuo no caso de uma carga limiar. Na maioria dos casos, contudo, o oposto é desejável e o local não contínuo pretende ser suficientemente resiliente em relação às forças atuantes. Convencionalmente, nesse caso, é fornecido um chamado engenheiro de entalhe que constrói o ângulo agudo por meio de um arredondamento com um raio selecionado.

[017] Com relação às diferentes observações na natureza, foi desenvolvido um método para a construção do entalhe que é simples de construir e que, no entanto, absorve as relações de força no local não contínuo, de modo que as cargas do componente posam ser significativamente reduzidas com uma mínima complexidade de produção e construção. Para esse fim, é construído uma bissetriz 4 através do ângulo 3. Um ponto 5 é selecionado sobre essa bissetriz 4. Através desse ponto 5, as linhas retas 6 e 7 são colocadas perpendicularmente às regiões 1 e 2. Com relação a essas linhas retas 6 e 7 são colocadas no ponto 5 em um ângulo 8 a 45° das linhas retas que intersectam as regiões 1 e 2, em que a interseção 11 é determinada na região 2. A trajetória entre o ponto 5 e o ponto 11 é dividida pela metade, pelo que se obtém o ponto 9 no qual, no ângulo 10 a 22,5°, é colocado uma linha reta que intersecta a região 2 em um ponto 13. A trajetória entre o ponto 9 e o ponto 13 é reduzida pela metade novamente, pelo que se obtém o ponto 12 no qual está colocado no ângulo 14 a 12,2° uma linha reta que intersecta a região 2 no ponto 15. O invólucro dessa construção produz um contorno que tem uma variedade de locais não contínuos. Isso seria bastante desvantajoso para uma operação de processamento de corte. Em um método de produção generativo, em que a peça de trabalho é produzida por meio da colocação conjunta de elementos de volume individuais ou camadas de material, onde as operações são assim realizadas em unidades discretas, tal construção pode ser idealmente implantada em uma peça de trabalho.

[018] A construção que foi estabelecida é baseada em uma carga não simétrica de um componente. Se o componente fosse simetricamente carregado, por exemplo, por meio de uma rotação alternada esquerda/direita, a construção poderia ser completada simetricamente na direção da primeira região 1 de uma maneira semelhante.

[019] A Figura 2 mostra uma aplicação exemplificativa para o método de construção e produção de acordo com a invenção. Na Figura 2a, é ilustrado um impulsor 16, tal como é usado, por exemplo, em uma bomba centrífuga. O impulsor 16 tem uma região de cubo 17 e uma placa de cobertura 20. Os detalhes adicionais podem ser tomados a partir da Figura 2b. Nesse caso, as palhetas de impulsor 18 e outra placa de cobertura podem ser vistas. Um tal impulsor com as duas placas de cobertura 20 e 19 é referido como um impulsor fechado. As palhetas de impulsor 18 têm tanto na região do cubo de impulsor 17 quanto na região das placas de cobertura 19 e 20, respectivamente, as transições 21 e 22, que correspondem às descritas na Figura 1. Na região da placa de cobertura 19, a transição 21 pode ser descrita de modo que a face da placa de cobertura 19 constitua a primeira região 1 e o impulsor 16 constitua a segunda região 2. As forças que ocorrem no local não contínuo entre as duas regiões 1 e 2 podem ser estabelecidas a partir dos parâmetros do impulsor, do fluido da bomba e da aplicação. Com relação a essas forças, o ponto 5 é determinado no entalhe que se destina a ser construído. Com esse ponto, o entalhe é construído. Se o impulsor 16 é, por exemplo, produzido com um método de impressão 3D, os contornos das transições 21 e 22 em cada local do impulsor podem ser produzidos com a precisão da resolução do método de impressão sem que seja necessária qualquer operação de processamento de acabamento. Esse contorno particularmente vantajoso, que não seria capaz de ser produzido com a correspondente precisão de formato usando métodos convencionais de remoção de cavacos, pode mesmo ser construído em locais que não podem ser atingidos por inteiro com ferramentas para operações de processamento de acabamento que, em primeiro lugar, não podem ser derivadas diretamente da Figura 2.

[020] O princípio de construção e produção que foi estabelecido liga o efeito de um método de produção de impressão 3D genérico que funciona, em princípio, com elementos discretos nos quais voxels ou camadas individuais são unidas a uma peça de trabalho, com um método para otimizar uma geometria de superfície não contínua. Consequentemente, é possível dispensar uma operação de processamento de acabamento adicional da peça de trabalho, na qual as camadas individuais da produção têm de ser "suavizadas" a fim de formar um corpo contínuo.

[021] O uso no impulsor fechado mostrado já mostra as vantagens na produção e o potencial para economia de material com uma construção cuidadosa. De uma maneira particularmente vantajosa, o método de acordo com a invenção pode ser usado em um espaço interior que, após a produção da peça em bruto, já não é acessível a partir do lado exterior. LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 1 Primeira Região 2 Segunda Região 3 Ângulo 4 Bissetriz 5 Ponto 6 Ângulo Direto 7 Ângulo Direto 8 Ângulo a 45° 9 Ponto 10 Ângulo a 22,5° 11 Interseção 12 Ponto 13 Ponto 14 Ângulo a 12,25° 15 Ponto 16 Impulsor 17 Cubo de Impulsor 18 Palhetas de Impulsor 19 Placa de Cobertura 20 Placa de Cobertura 21 Transição 22 Transição

Claims

1. COMPONENTE CONDUTOR DE FLUXO, em que nas transições de componente entre as regiões individuais há entalhes, em que o espectro de carga do entalhe pode ser estabilizado aritmeticamente, os que entalhes que são acessíveis diretamente do lado externo apenas com dificuldade e/ou não são acessíveis diretamente do lado externo são geometricamente formados em conformidade com a tensão mecânica do mesmo, caracterizado pelo entalhe ser construído de tal maneira que uma transição no componente de uma primeira região (1) para uma segunda região (2) encerra um ângulo (3), em que a bissetriz do ângulo (3) é estabelecida, em que ao longo dessa bissetriz um ponto (5) é determinado, e que, em cada caso, uma perpendicular (6, 7) de uma dentre as primeira e segunda regiões (1, 2) que formam o ângulo α (3) é deixada a partir do ponto (5), em que é colocada através do ponto (5) até a perpendicular uma linha reta com um ângulo (8) de 45°, em que como um resultado da interseção da linha reta, que é colocada na perpendicular (7) a partir da segunda região (2), com a segunda região (2) é determinada uma trajetória cujo centro determina um segundo ponto (9), em que, no segundo ponto (9), uma linha reta com um ângulo (10) de 22,5° é colocada na trajetória que se intersecta com a segunda região (2) no terceiro ponto (13), em que o invólucro dessa construção predetermina a configuração geométrica do entalhe.

2. COMPONENTE CONDUTOR DE FLUXO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo componente ser produzido com o uso de um método generativo em que, em particular, os pós metálicos são conectados para formar um componente por meio de um método de fusão de feixe, como, por exemplo, fusão de feixe de elétron ou laser.

3. COMPONENTE CONDUTOR DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por dito pelo menos um entalhe estar disposto no interior do componente, em particular em um espaço oco e/ou em uma porção rebaixada.

4. COMPONENTE CONDUTOR DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo componente ser um componente de bomba, em particular de uma bomba centrífuga.

5. COMPONENTE CONDUTOR DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo componente ser um impulsor de bomba centrífuga.

6. COMPONENTE CONDUTOR DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo componente ser um indutor.

7. COMPONENTE CONDUTOR DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo componente ser produzido a partir de um material à base de ferro.

8. COMPONENTE CONDUTOR DE FLUXO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo material à base de ferro ser um material austenítico ou martensítico ou ferrítico ou duplo.

9. COMPONENTE CONDUTOR DE FLUXO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo material à base de ferro ser um ferro fundido cinzento ou um material de ferro de grafite esferoidal.