BR112017006186B1

BR112017006186B1 - Sistema de montagem para apoiar maquinaria rotativa e método de montagem de uma armação de base

Info

Publication number: BR112017006186B1
Application number: BR112017006186-4A
Authority: BR
Inventors: Domenico ZAFFINO; Francesco CAPANNI; Emanuele CHECCACCI; Stefano Rossin; Daniele Marcucci
Original assignee: Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2021-06-22
Also published as: CN107002507B; CA2963854A1; AU2015332181A1; BR112017006186A2; RU2017111879A3; BR112017006186B8; CN107002507A; RU2017111879A; JP6871853B2; WO2016059468A1; AU2015332181B2; JP2017537249A; EP3207299A1; RU2688637C2; US20170241293A1; NO3207299T3; SA517381339B1; KR102397026B1; EP3207299B1; CA2963854C

Abstract

SISTEMA DE MONTAGEM PARA APOIAR MAQUINARIA ROTATIVA E MÉTODO DE MONTAGEM DE UMA ARMAÇÃO DE BASE. Trata-se de um sistema de montagem para apoiar maquinaria rotativa. O sistema compreende uma armação de base (9) que tem um lado superior para montar a maquinaria rotativa (3, 5, 7) e um lado inferior. Um conjunto de membros de apoio principais (13) é disposto de acordo com uma disposição triangular e formando-se uma disposição de montagem de três pontos que define um plano de montagem. Ademais, é fornecido um conjunto de membros de apoio auxiliares (15), que tem uma rigidez variável (S1, S2) em pelo menos uma direção, e tais membros são configurados e dispostos de modo a aumentar a rigidez do mesmo quando a armação de base (9) é submetida a uma sobrecarga, reduzindo-se, assim, a carga nos membros de apoio principais (13).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se, de modo geral, a sistemas e aparelhos de montagem para máquinas rotativas, tais como mecanismos motores de turbina a gás, motores elétricos, geradores, turbocompressores e similares. Mais particularmente, a invenção refere-se a aperfeiçoamentos de tais aparelhos e sistemas de montagem para uso na indústria de gás e petróleo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Sistemas de montagem especializados têm sido desenvolvidos para várias disposições de maquinaria em diferentes campos técnicos. Verificou-se que para máquinas relativamente grandes e volumosas tais como turbinas a gás, grandes geradores elétricos e turbocompressores, frequentemente sistemas de montagem precisam ser desenvolvidos, os quais podem fornecer apoio e estabilidade consistentes aos componentes da maquinaria, ao mesmo tempo em que são customizados para projetos específicos de máquina. As estratégias de montagem frequentemente precisam considerar, adicionalmente, as condições ambientais nas quais uma máquina particular operará.

[003] A indústria de petróleo e gás fornece uma série de situações, em que condições de operação particulares de máquinas rotativas muito grandes exigem sistemas de montagem especiais. As disposições de máquina rotativa tipicamente incluem um motor primário, tal como uma turbina a gás, que aciona uma carga composta por uma máquina rotativa, por exemplo, um gerador elétrico ou um turbocompressor. No contexto da presente invenção e reivindicações anexas, o termo turbocompressor é usado para designar um compressor do tipo dinâmico, tal como um compressor axial ou centrífugo.

[004] As máquinas rotativas são frequentemente dispostas em uma placa de base ou armação de base, formando-se uma disposição modular. A armação de base é, por sua vez, montada em uma estrutura de apoio, tal como uma plataforma marítima, ou o convés de uma embarcação marítima, ou qualquer outra estrutura de aço em geral.

[005] Aplicações típicas de máquinas rotativas grandes na indústria de petróleo e gás incluem instalações de liquefação de gás natural. O gás natural extraído de um campo de gás marítimo é resfriado e liquefeito para fins de transporte. Refrigerantes são processados em um processo de resfriamento para esfriar e liquefazer o gás natural. Turbocompressores acionados por mecanismos motores de turbina a gás são usados para processar o refrigerante no ciclo de refrigeração. Mecanismos motores de turbina a gás também são usados para fins de produção de energia elétrica, para acionar um gerador elétrico. Turbocompressores rotativos grandes também são usados no campo de petróleo e gás para aplicações de elevação do tipo elevação a gás e injeção de gás.

[006] Placas de base para máquinas rotativas desse tipo precisam ser projetadas para resistir a altas cargas estáticas e dinâmicas, devido à carga das máquinas rotativas, bem como à operação das mesmas. Cargas dinâmicas incluem cargas operativas relacionadas à operação normal da máquina, bem como cargas acidentais e ambientais. As primeiras se devem às condições anormais de operação das máquinas rotativas, por exemplo, em virtude de desequilíbrios causados pelas perdas de hélice na turbina. As últimas podem resultar, por exemplo, da ação das ondas e do vento na embarcação ou plataforma marítima em que as máquinas rotativas estão instaladas.

[007] Um convés de embarcação geralmente planar, ou plano, pode experimentar um movimento de torção sob a influência da ação das ondas ou outras tensões mecânicas e de vibração, e pode transmitir, por sua vez, o movimento de torção à placa de base, na qual as máquinas rotativas estão montadas.

[008] Embora em aplicações em terra as máquinas rotativas sejam normalmente montadas por meio de um sistema hiperestático de múltiplos pontos (também chamado sistemas estaticamente indetermináveis ou estaticamente indeterminado) no solo, uma montagem hiperestática é inadequada em aplicações em terra, devido aos movimentos mencionados acima, por exemplo, aqueles gerados pela ação das ondas ou similares.

[009] A rotação do convés de uma embarcação devido à ação das ondas, por exemplo, pode fazer com que os pontos de montagem de um sistema de múltiplos pontos hiperestáticos na verdade se movam para fora do plano de montagem originalmente desejado. Isso, por sua vez, causa o desalinhamento dos eixos de rotação do trem de máquinas rotativas montado na armação de base ou na placa de base. No caso do equipamento ter baixas tolerâncias para o desalinhamento de componentes, a situação acima pode ser fatal.

[010] Buscando-se resolver os problemas supramencionados, sistemas de montagem de três pontos foram desenvolvidos. Um sistema de montagem de três pontos inclui uma placa de base ou armação de base que tem uma superfície superior, em que as máquinas rotativas são instaladas, e uma superfície inferior, em que três membros de apoio são dispostos. Os membros de apoio conectam a armação de base ao convés de uma embarcação, ou plataforma marítima, ou a qualquer outra estrutura de apoio. Os membros de apoio estão localizados nos vértices de um triângulo isósceles, o qual pode ser centralizado à linha central da placa de base, ou à linha de eixos das máquinas rotativas dispostas no topo da placa de base.

[011] O projeto dos membros de apoio é destinado a proporcionar uma conexão isostática entre a placa de base e a estrutura de apoio. Para essa finalidade, cada membro de apoio fornece restrições tais como permitir todos os movimentos de rotação, mas impedir todo movimento de translação, exceto em uma direção horizontal, isto é, em uma direção paralela à armação de base. O único grau de liberdade deixado por cada membro de apoio permite, por exemplo, expansão térmica da armação de base em relação ao convés ou outra estrutura de apoio, devido ao calor gerado pela turbomaquinaria durante a operação. Essa conexão isostática acomoda qualquer deslocamento entre a armação de base e a estrutura de apoio, sem induzir tensões adicionais na armação de base que afetariam negativamente o alinhamento das máquinas rotativas. Ademais, o uso de uma conexão isostática de três pontos simplifica o projeto da estrutura de apoio, à medida que não modifica a rigidez global da mesma.

[012] Tipicamente, cardans, isto é, juntas esféricas montadas em pinos articulados, ou montagens antivibratórias podem ser usados como membros de apoio nesse tipo de disposições de montagem isostáticas de três pontos.

[013] Sistemas de conexão isostática de três pontos têm, entretanto, algumas desvantagens. Em particular, visto que toda a carga dinâmica e estática precisa ser apoiada pelos três membros de apoio apenas, esses últimos frequentemente têm grandes dimensões. Cargas excessivas podem ser acidentalmente aplicadas aos membros de apoio, levando a falhas. A armação de base pode sofrer deformações excessivas, ou ter planicidade insuficiente. Ademais, cargas estáticas e dinâmicas no convés da embarcação, ou plataforma marítima, em que o trem de turbomaquinaria está instalado, são concentradas em três pontos.

[014] A concentração de carga requer que os membros de apoio e o convés sejam dimensionados para suportar cargas de operação normais, bem como cargas acidentais ou de emergência.

[015] Essas realizações se tornam particularmente cruciais no caso de componentes de máquina muito grandes. A necessidade de usar sistemas de montagem de três pontos, a fim de evitar as desvantagens de sistemas hiperestáticos de múltiplos pontos, limita a dimensão das máquinas rotativas que podem ser usadas.

[016] Além disso, o embalado que circunda as máquinas rotativas montadas em uma placa de base pode ser apoiado pela placa de base e contribuir para o peso geral do sistema. Assim, o use de sistemas de montagem de três pontos pode ser difícil no caso de embalados pesados apoiados pela placa de base, ou pode limitar a dimensão e peso máximos do embalado.

[017] Tensões dependentes do ambiente, isto é, tensões geradas por fatores ambientais externos, também atuam sobre o sistema de montagem. Por exemplo, forças geradas pelo movimento do vento ou das ondas podem gerar forças no sistema de montagem. No caso de sistemas de montagem de três pontos, essas cargas adicionais precisam ser levadas em consideração.

[018] A presente invenção é direcionada a um ou mais dos problemas ou deficiências apresentadas acima.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[019] De acordo com algumas realizações, é fornecido um sistema de montagem para apoiar maquinaria rotativa, o qual compreende uma armação de base que tem um lado superior para montar a maquinaria rotativa e um lado inferior. O sistema pode compreender, além disso, um conjunto de membros de apoio principais, disposto de acordo com uma disposição triangular e formando- se uma disposição de montagem de três pontos que define um plano de montagem. Por exemplo, sistemas antivibratórios ou cardans podem ser usados como os membros de apoio principais. Os mesmos formam um sistema de montagem de três pontos. De acordo com realizações da presente invenção, o sistema de montagem compreende, além disso, um conjunto de membros de apoio auxiliares que tem uma rigidez variável em pelo menos uma direção, configurados e dispostos de modo a aumentar a rigidez do mesmo, quando a armação de base é submetida a uma sobrecarga. Os membros de apoio auxiliares reduzem, assim, a carga nos membros de apoio principais no caso de um deslocamento excessivo.

[020] Os membros de apoio principais que formam o sistema de apoio de três pontos podem, assim, ser dimensionados para apoiar cargas que ocorrem sob condições normais de operação. Cargas extraordinárias ou anômalas são, por sua vez, absorvidas pelos membros de apoio auxiliares. Esses têm uma rigidez variável, de modo que, sob condições normais de operação, quando a intervenção dos membros de apoio auxiliares não é requerida, os mesmos apliquem uma força de reação limitada na armação de base. A última é apoiada quase apenas pelos membros de apoio principais e, assim, se comporta como se fosse apoiada por um sistema de montagem de três pontos isostático comum, beneficiando-se dos recursos de tais sistemas. Se uma carga extra for aplicada, que os membros de apoio principais não sejam projetados para apoiar, os membros de apoio auxiliares se tornarão ativos e atuarão juntamente com os membros de apoio principais para suportar a carga extra.

[021] Assim, é obtido um sistema de montagem que se comporta como um sistema de montagem de três pontos sob condições normais de operação e como um sistema de múltiplos pontos hiperestático sob condições de sobrecarga.

[022] De acordo com uma realização adicional, é revelado um método de montagem de uma armação de base para apoiar máquinas rotativas em uma estrutura de apoio no presente documento. O método compreende as seguintes etapas:dispor um conjunto de membros de apoio principais em uma face inferior da armação de base, sendo que os membros de apoio principais formam um sistema de apoio isostático de três pontos; dispor um conjunto de membros de apoio auxiliares na face inferior da armação de base, sendo que os membros de apoio auxiliares são travados em uma condição pré-carregada, e os ditos membros de apoio auxiliares têm uma rigidez menor que os membros de apoio principais;colocar a armação de base em uma estrutura de apoio, sendo que os membros de apoio principais estão em contato com a estrutura de apoio e os membros de apoio auxiliares pré-carregados são afastados da estrutura de apoio;realizar o encunhamento dos membros de apoio auxiliares criando- se um contato entre os membros de apoio auxiliares e a estrutura de apoio;destravar os membros de apoio auxiliares.

[023] Recursos e realizações são revelados no presente documento e são adicionalmente apresentados nas reivindicações anexas, as quais formam uma parte integral da presente invenção. A invenção resumida acima apresenta recursos das várias realizações da presente invenção a fim de que a invenção detalhada a seguir possa ser mais bem entendida e a fim de que as presentes contribuições para a técnica possam ser mais bem apreciadas. Há, evidentemente, outros recursos da invenção que serão descritos doravante e que serão apresentados nas reivindicações anexas. Neste sentido, antes de explicar diversas realizações da invenção em detalhes, entende-se que as várias realizações da invenção não são limitadas na aplicação das mesmas aos detalhes da construção e às disposições dos componentes apresentados na seguinte descrição ou ilustrados nos desenhos. A invenção pode ter outras realizações e pode ser praticada e realizada de diversas maneiras. Além disso, deve-se entender que a fraseologia e terminologia empregadas no presente documento são para fins de descrição e não devem ser interpretadas como limitantes.

[024] Assim, os técnicos no assunto observarão que o conceito que serve de fundamento da invenção pode ser prontamente utilizado como base para o projeto de outras estruturas, métodos e/ou sistemas para realizar as diversas finalidades da presente invenção. É importante, portanto, que as reivindicações sejam consideradas como abrangentes de tais construções equivalentes na medida em que não se distanciem do escopo da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[025] Uma observação mais completa das realizações reveladas da invenção e muitas das vantagens correspondentes das mesmas será prontamente obtida à medida que a mesma se torna mais bem entendida em referência à seguinte descrição detalhada, quando considerada em conexão com as figuras anexas, em que:A Figura 1 ilustra uma vista lateral de uma armação de base com uma maquinaria rotativa relevante montada na mesma;As Figuras 2A e 2B ilustram uma vista de planta esquemática da armação de base da Figura 1, com as máquinas removidas e uma realização modificada das mesmas;As Figuras 3 e 4 ilustram realizações de montagens antivibratórias para uso em um sistema de montagem de acordo com a presente invenção;A Figura 5 ilustra uma vista em corte de um cardan ou junta esférica, o qual pode ser usado no sistema de montagem revelado no presente documento;A Figura 6 ilustra um diagrama de deslocamento versus carga de uma realização de um membro de apoio auxiliar;A Figura 7 ilustra um diagrama esquemático de uma realização de um membro de apoio auxiliar.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[026] A seguinte descrição detalhada das realizações se refere às figuras anexas. Algarismos de referências similares em figuras diferentes identificam elementos semelhantes ou iguais. Além disso, as figuras não são necessariamente desenhadas em escala. Além disso, a seguinte descrição detalhada não limita a invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas.

[027] Ao longo do relatório descritivo, referência a “uma realização” ou “algumas realizações” significa que a característica, estrutura ou recurso particular descrito em conexão com uma realização é incluído em pelo menos uma realização da presente invenção. Assim, a aparência da expressão “em uma realização” ou “em algumas realizações” em vários locais ao longo do relatório descritivo não está se referindo, necessariamente, à(s) mesma(s) realização/realizações. Além disso, as características, estruturas ou recurso particulares podem ser combinados de qualquer maneira adequada em uma ou mais realizações.

[028] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma vista lateral de um sistema de turbomáquina, o qual pode ser instalado em uma plataforma marítima, uma embarcação marítima ou similares. Em algumas realizações, o sistema de turbomáquina, identificado como 1 como um todo, pode compreender um mecanismo motor de turbina a gás 3, composto de uma seção de compressor 3A e uma seção de turbina 3B. O mecanismo motor de turbina a gás 3 pode acionar uma carga, por exemplo, um trem de turbocompressor ou um turbocompressor, um gerador elétrico ou qualquer outra carga rotativa. Na realização da Figura 1, um eixo de acionamento 4 do mecanismo motor de turbina a gás 3 transmite um movimento rotativo através de uma caixa de marcha 5 a um eixo acionado 6 de uma carga 7, por exemplo, um turbocompressor, por exemplo, um turbocompressor centrífugo de um sistema de refrigeração de sistema de GNL, isto é, para liquefação de gás natural.

[029] Em outras realizações, dois ou mais turbocompressores podem ser dispostos em série no mesmo trem e podem ser acionados pelo mesmo mecanismo motor de turbina a gás 3.

[030] Em algumas realizações, a caixa de marcha 5 pode ser descartada e o mecanismo motor de turbina a gás pode ser acoplado diretamente à carga.

[031] Máquinas rotativas adicionais podem ser conectadas de maneira acionável à extremidade quente ou extremidade fria do mecanismo motor de turbina a gás 3, por exemplo, uma máquina elétrica reversível, a qual pode operar como uma chave de partida, auxiliar ou gerador, mediante as condições de operação e necessidades do trem de maquinaria rotativa.

[032] As máquinas rotativas são apoiadas na superfície superior 9A de uma armação de base ou placa de base 9. No esquema da Figura 1, as máquinas rotativas são montadas diretamente na armação de base 9. Em outras realizações, uma armação ou um estrado intermediário pode ser disposto entre uma ou mais máquinas rotativas e a armação de base 9.

[033] A armação de base 9 pode ser montada em uma estrutura de apoio, geralmente mostrada em 11. Tipicamente, a estrutura de apoio 11 pode ser o convés de uma embarcação marítima, ou uma plataforma marítima. Uma disposição de montagem que inclui membros de apoio é fornecida entre a superfície inferior 9B da armação de base 9 e a estrutura de apoio 11. A disposição de montagem é configurada e disposta de modo que deformações de flexão da estrutura de apoio 11, por exemplo, devido à ação das ondas, não cause desalinhamentos das máquinas rotativas montadas na armação de base 9, conforme será descrito em maiores detalhes abaixo.

[034] Com referência às Figuras 2A e 2B, com referência continuada à Figura 1, a disposição de montagem compreende um conjunto de membros de apoio principais 13. Vantajosamente, há três membros de apoio principais 13 dispostos nos vértices de um triângulo isósceles T. O triângulo isósceles T, por sua vez, pode ser substancialmente centralizado em relação à linha central LC da armação de base 9 (Figura 2A). Em outras realizações, o triângulo isósceles T pode ser deslocado para os lados em relação à linha central LC, se isso for conveniente, por exemplo, no caso da carga na armação de base 9 não estar centralizada ao longo da linha central LC da mesma. Por exemplo, o mecanismo motor de turbina a gás 3 e o compressor 7 podem ser deslocados para os lados em relação à linha central LC real da placa de base 9. Pode ser conveniente, então, centralizar o triângulo isósceles T em relação à linha de eixos das máquinas rotativas, em vez de em relação à linha central LC da armação de base 9.

[035] Na realização ilustrada nas Figuras 1 e 2, o vértice Vx do triângulo isósceles T está localizado aproximadamente sob o centro do mecanismo motor de turbina a gás 3. A linha de base B do triângulo isósceles T está localizada sob o compressor 7, estendendo-se transversalmente ao eixo geométrico de rotação do mesmo e a aproximadamente 90° em relação ao último. Essa disposição permite, portanto, dois membros de apoio principais 13 sob a máquina mais pesada dentre as máquinas rotativas 3, 5, 7 montadas na armação de base 9.

[036] Em algumas realizações, cada membro de apoio principal 13 pode ser composto de uma montagem antivibratória. A Figura 2B ilustra esquematicamente uma realização que usa três montagens antivibratórias 13. Setas de ponta dupla indicam os graus de liberdade proporcionados por duas das três montagens antivibratórias 13 ilustrada. A terceira montagem antivibratória 13 é fixa e não permite qualquer grau de liberdade no plano horizontal. O movimento permitido pelas outras duas montagens antivibratórias 13 considera a necessidade da armação de base 9 sofrer contrações e expansões térmicas, por exemplo.

[037] Esquemas de montagens antivibratórias adequadas são mostrados nas Figuras 3 e 4 e identificados como 13X como um todo. Uma montagem antivibratória normalmente compreende uma primeira placa 13A, uma segunda placa 13B e uma camada resiliente intermediária 13C ensanduichada entre as mesmas. A primeira placa 13A e a segunda placa 13B são presas à armação de base 9 e à estrutura de apoio 11, ou vice-versa, respectivamente. As duas placas 13A, 13B são mantidas juntas com fechos adequados, não mostrados em detalhes. A camada resiliente 13C pode ser fabricada a partir de qualquer material conhecido que tem a capacidade de absorver vibrações. Por exemplo, a camada resiliente 13C pode ser produzida a partir de um material resistente a combustão, por exemplo, uma malha de fio resiliente, quando usada em um ambiente vulnerável a incêndios.

[038] A placa superior 13A e a placa inferior 13B podem ser substancialmente rígidas e formadas de qualquer material conhecido, incluindo- se, por exemplo, aço. A montagem antivibratória pode ser projetada de modo a permitir um movimento relativo em uma direção, paralela à armação de base 9, entre as duas placas 13A, 13B e, assim, entre a armação de base 9 e a estrutura de apoio 11.

[039] Em outras realizações, cada membro de apoio principal 13 pode ser composto de um assim chamado cardan, que é uma junta esférica montada em um eixo que permite a translação da junta em uma direção horizontal paralela à armação de base 9 e que impede movimentos de translação nas outras direções. As Figuras 1 e 2A ilustram esquematicamente uma realização que usa três cardans.

[040] A Figura 5 ilustra esquematicamente uma vista em corte de um cardan, o qual pode ser usado de maneira adequada como um membro de apoio principal 13 para a armação de base 9. O cardan da Figura 5, globalmente identificado como 13Y, compreende um flange superior 13D e um flange inferior 13E. Os flanges 13D e 13E podem ser aparafusados à armação de base 9 e à estrutura de apoio 11, respectivamente. O flange superior 13D é preso a um borne superior 13F e o flange inferior 13E é preso a um par de bornes superiores 13G. Uma junta esférica 13H é montada no borne superior 13F e em um pino 13I, o qual conecta o borne superior 13F e os bornes superiores 13G entre si. O borne superior 13F e, assim, o flange superior 13D, podem se mover em relação aos bornes superiores 13G e ao flange inferior 13E de forma limitada paralelos ao eixo geométrico do pino 13I, graças ao intervalo entre o borne superior 13F e os bornes superiores 13G.

[041] O cardan 13Y fornece, portanto, uma limitação entre a armação de base 9 e a estrutura de apoio 11, o que permite todos movimentos de rotação e apenas um movimento de translação de acordo com a seta f13.

[042] Os três membros de apoio principais 13 são montados entre a armação de base 9 e a estrutura de apoio 11, de modo que a armação de base 9 seja conectada isostaticamente à estrutura de apoio 11 e que movimentos relativos da armação de base 9 em relação à estrutura de apoio 11, por exemplo, devido à expansão térmica, sejam permitido pela capacidade de movimento de cada membro de apoio principal 13. Na Figura 2, os movimentos permitidos por cada membro de apoio principal 13 são representados por uma seta dupla respectiva f13. Por exemplo, os dois membros de apoio principais 13 dispostos sob o compressor 7 permitem um movimento transversalmente à linha central LC e, portanto, à linha de eixos da disposição de turbomáquina. O membro de apoio principal 13 localizado sob o mecanismo motor de turbina a gás 3 permite um movimento de translação em uma direção paralela à linha de eixos e, assim, à linha central LC.

[043] Em algumas realizações, os três membros de apoio principais 13 são projetados de modo a suportar cargas, o que pode surgir durante a operação normal do equipamento montado na armação de base 9. Operação normal deve ser entendida como a operação da maquinaria sob condições normais, na ausência de cargas acidentais devido, por exemplo, ao mal funcionamento de qualquer uma das máquinas rotativas e/ou a fatores ambientais externos, tais como atividades de ondas e ventos excepcionais no caso de aplicações marítimas, as quais não são relacionadas à operação das máquinas.

[044] Referindo-se novamente às Figuras 1 e 2, o sistema de montagem compreende, adicionalmente, um conjunto de membros de apoio auxiliares 15, os quais são dispostos entre a armação de base 9 e a estrutura de apoio 11 e conectam as mesmas entre si. Na realização das Figuras 1 e 2, seis membros de apoio auxiliares 15 são fornecidos. Em outras realizações, menos de seis membros de apoio auxiliares podem ser fornecidos, por exemplo, entre dois e cinco, ou então mais de seis desses podem ser previstos.

[045] Em algumas realizações, os membros de apoio auxiliares 15 são dispostos simetricamente em relação à linha central LC da armação de base 9, ou em relação à linha de eixos das máquinas rotativas montadas na armação de base 9.

[046] Cada membro de apoio auxiliar 15 é projetado para fornecer uma força de reação de apoio, a qual é orientada em uma direçãosubstancialmente vertical, isto é, substancialmente ortogonal à armação de base 9. Forças de reação na direção horizontal podem ser negligenciáveis.Vantajosamente, sob condições normais de operação, os membros de apoio auxiliares 15 têm rigidez na direção vertical, a qual é substancialmente menor que a rigidez dos membros de apoio principais 13 na mesma direção. Em algumas realizações, a rigidez de cada membro de apoio auxiliar 15 é pelo menos cerca de uma ordem de magnitude menor que a rigidez dos membros de apoio principais 13.

[047] De acordo com algumas realizações, a rigidez de cada membro de apoio auxiliar 15 é não linear e aumenta com a deformação. A Figura 6 ilustra um diagrama de força versus deslocamento possível de um membro de apoio auxiliar adequado 15. A força de reação F gerada pelo membro de apoio auxiliar 15 é plotada no eixo geométrico vertical em função do deslocamento (D) plotado no eixo geométrico horizontal. Em algumas realizações, cada membro de apoio auxiliar 15 pode ser montado em uma condição pré-carregada adequada. Nas situações retratadas no diagrama da Figura 6, o membro de apoio auxiliar 15 é submetido a uma pré-carga Fp que corresponde a um deslocamento D1. Sob condições de operação, as cargas aplicadas à limitação representada pelo membro de apoio auxiliar 15 causam deslocamentos entre D1 e D2. Nessa faixa de operação, o membro de apoio auxiliar 15 pode ter um comportamento linear e tem uma rigidez pequena. A última é representada pelo ângulo S1 na Figura 6.

[048] Acima de uma deformação D2 do membro de apoio auxiliar 15, a rigidez do mesmo aumenta, conforme mostrado pela inclinação da curva na Figura 6. Na realização da Figura 6, o membro de apoio auxiliar 15 tem uma curva de característica de força/deslocamento que mostra um comportamento adicionalmente linear com uma rigidez superior S2 acima do deslocamento D2. Em termos práticos, isso significa que se o membro de apoio auxiliar 15 for submetido a um deslocamento maior que D2, o membro de apoio auxiliar 15 se torna muito rígido e fornece uma força de reação maior.

[049] Visto que sob condições normais de operação a rigidez dos membros de apoio auxiliares 15 é substancialmente menor que a rigidez dos membros de apoio principais 13, sob tais condições o sistema de apoio como um todo se comporta substancialmente como um sistema isostático, isto é, as forças de restritivas que conectam a armação de base 9 à estrutura de apoio 11 são fornecidas em grande medida pelos membros de apoio principais 13.

[050] Se, por exemplo, devido a um evento anormal tal como ação das ondas ou ventos, ou condições anormais de operação de uma ou mais das máquinas rotativas dispostas na armação de base 9, os membros de apoio auxiliares 15 sofrerem um deslocamento extra, acima de D2, os membros de apoio auxiliares 15 se tornarão mais rígidos e fornecerão uma força de reação maior, o que sintetiza a força de reação fornecida pelos membros de apoio principais 13. O sistema se torna hiperestático, isto é, estaticamente indeterminado, mas a carga aplicada a membro de apoio 13, 15 se trona menor do que no caso em que apenas os membros de apoio principais 13 foram fornecidos. Os últimos podem, assim, ser projetados para apoiar uma carga, a qual é menor que a carga para a qual seriam projetados, enquanto a armação de base 9 é apoiada apenas pelo sistema de apoio isostático de três pontos.

[051] O diagrama da Figura 6 ilustra a curva força versus deslocamento característica de uma realização de um membro de apoio auxiliar 15. A curva da Figura 6 mostra três áreas principais da operação do membro de apoio auxiliar 15, sendo que a primeira (para valores de deslocamento menores que D1) não está sendo usada. A segunda e a terceira áreas de operação são distinguidas por um comportamento linear da curve, mas com um comportamento mais rígido acima de D2. Em outras realizações, os membros de apoio auxiliares 15 com curvas características não lineares mais complexas podem ser fornecidos. É importante apenas que a rigidez do membro de apoio auxiliar 15 aumente à medida que o deslocamento aumenta.

[052] A Figura 7 ilustra um esquema de uma realização de um membro de apoio auxiliar 15 que tem um comportamento de rigidez crescente adequado. Nessa realização, o membro de apoio auxiliar 15 compreende uma pluralidade de elementos resilientes. Por exemplo, três elementos resilientes 21, 23, 25 podem ser fornecidos. No esquema da Figura 7, os elementos resilientes 21, 23, 25 são representados como molas de compressão, por exemplo, molas de compressão helicoidais. Em outras realizações, molas Belleville podem ser usadas. Em ainda outras realizações, uma combinação de molas diferentes, por exemplo, molas helicoidais e Belleville, pode ser fornecida.

[053] A título de exemplo, na Figura 7 as molas 21, 23, 25 são montadas entre um flange superior 27 e um flange inferior 29. O flange superior 27 é configurado para conexão à armação de base 9 e o flange inferior 29 é configurado para conexão à estrutura de apoio 11, ou vice-versa. A conexão pode ser através de parafusos, solda, aparafusamento ou de qualquer outra maneira adequada. Na Figura 7, são fornecidos parafusos 36, os quais conectam os dois flanges 27 e 29 entre si.

[054] As molas 21, 23, 25 podem ser alojadas em alojamentos de proteção 31, 33, 35. Os alojamentos de proteção 31, 33, 35 podem ser de telescopagem, para permitir a extensão e compressão das molas. A mola 23 pode ser pré-carregada pelos parafusos 36. O deslocamento inicial D1 é o deslocamento sob condições de pré-carga e é obtido aparafusando-se os parafusos 36. A porção inclinada da curva à esquerda do ponto D1 no diagrama da Figura 6 representa o comportamento rígido do membro de apoio auxiliar 15, quando uma carga é aplicada ao flange 27, o qual é orientado para longe do flange 29.

[055] Conforme mostrado esquematicamente na Figura 7, as molas 21, 23, 25 podem ter comprimentos diferentes, de modo que, dependendo da posição mútua dos flanges 27, 29, um número diferente de molas esteja em uma condição comprimida ou parcialmente comprimida. Na realização da Figura 7, uma mola 23 é mais comprida que as molas restantes 21, 25. Na condição de operação da Figura 7, a distância entre o flange superior 27 e o flange inferior 29 é de modo que a mola central 23 seja parcialmente carregada (comprimida), enquanto as molas restantes 21, 25 permanecem inertes, isto é, descarregadas. A compressão das molas 21, 25 começa apenas após um deslocamento de aproximação D2-D1 dos flanges superior e inferior 27, 29 ter sido realizado. Quando esse movimento de aproximação ocorre, as três molas 21, 23, 25 operam em paralelo e transmitem ao membro de apoio auxiliar 15 uma rigidez maior. Assim, a deformação adicional das molas gerará uma força de reação maior entre os flanges superior e inferior 27, 29.

[056] O sistema de apoio descrito acima fornece as vantagens de um sistema de apoio de três pontos isostático sem as limitações do mesmo. Em particular, o sistema de apoio se torna capaz de apoiar uma maquinaria rotativa pesada sem a necessidade de projetar membros de apoio de três pontos de grandes dimensões. Os últimos podem, de fato, ser projetados para apoiar cargas que ocorrem sob condições normais de operação, enquanto sobrecargas, por exemplo, em virtude de condições de operação excepcionais ou acidentais, e que o sistema de apoio precisa ter a capacidade de suportar, são apoiadas pela combinação de membros de apoio principais 13 e membro de apoio auxiliar 15.

[057] O sistema de apoio descrito acima proporciona, ainda, uma instalação particularmente fácil. Um método de instalação de uma armação de base 9 em uma estrutura de apoio 11 que usa um sistema de apoio 13, 15 conforme revelado no presente documento pode ser como indicado a seguir.

[058] A armação de base 9 é primeiramente dotada de membros de apoio principais 13 e dos membros de apoio auxiliares 15 na face inferior dos mesmos.

[059] Os membros de apoio auxiliares 15 podem ser pré- carregados, de modo que a armação de base 9 possa ser instalada na estrutura de apoio 11 que usa o sistema de três pontos formado pelos três membros de apoio principais 13 apenas.

[060] O pré-carregamento dos membros de apoio auxiliares 15 pode ser obtido, por exemplo, por meio de um tirante auxiliar ou outro membro restritivo, o qual mantém os flanges superior e inferior 27, 29 em uma distância mútua de modo que a mola central 23 seja parcialmente comprimida.

[061] A armação de base 9 e a maquinaria rotativa montada na mesma podem, assim, ser montadas na estrutura de apoio 11, por exemplo, no convés de uma embarcação marítima, basicamente da mesma maneira que uma armação de base padrão e um equipamento relevante dotado de um usual sistema de apoio isostático de três pontos.

[062] Visto que os membros de apoio auxiliares 15 são pré- carregados, a extensão vertical dos mesmos é de modo que nenhum contato seja feito entre os membros de apoio auxiliares 15 e a estrutura de apoio 11.

[063] Quando a armação de base 9 é corretamente montada na estrutura de apoio 11 com o uso do sistema isostático de três pontos formado pelos membros de apoio principais 13, os membros de apoio auxiliares 15 podem sofrer encunhamento, criando-se, assim, um contato entre o flange inferior 29 e a estrutura de apoio 11. Quando todos os membros de apoio auxiliares 15 passam por um processo correto de encunhamento, o membro restritivo é removido dos membros de apoio auxiliares 15, de modo que a força de resiliência da mola parcialmente carregada seja aplicada à estrutura de apoio 11.

[064] Embora as realizações reveladas da presente invenção tenham sido mostradas nas figuras e completamente descritas acima em particularidade e detalhes em conexão com diversas realizações, será evidente aos técnicos no assunto que muitas modificações, alterações e omissões são possíveis sem que se distancie materialmente dos conceitos, princípios e ensinamentos inovadores apresentados no presente documento, e das vantagens da presente invenção mencionada nas reivindicações anexas. Consequentemente, o escopo apropriado das inovações reveladas deve ser determinado apenas pela interpretação mais ampla das reivindicações anexas de modo a englobar completamente tais modificações, alterações e omissões. Além disso, a ordem ou sequência de quaisquer etapas do processo ou método pode ser variada ou alterada de acordo com realizações alternativas.

Claims

1. SISTEMA DE MONTAGEM PARA APOIAR MAQUINARIAROTATIVA compreendendo:uma armação de base (9) que tem um lado superior para montar e apoiar a maquinaria rotativa (3, 5, 7) e um lado inferior;um conjunto de membros de apoio principais (13), disposto de acordo com uma disposição triangular e formando-se uma disposição de montagem de três pontos que define um plano de montagem;caracterizado por um conjunto de membros de apoio auxiliares (15), que tem uma rigidez variável não linear (S1, S2) em pelo menos uma direção, configurados e dispostos de modo a aumentar a rigidez do mesmo quando a armação de base (9) é submetida a uma sobrecarga, reduzindo-se, assim, a carga nos membros de apoio principais (13).

2. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com a reivindicação1, caracterizado pela rigidez variável não linear (S1, S2) de cada membro de apoio auxiliar (15) ser disposta para aumentar com deformação.

3. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 2, caracterizado pelos membros de apoio principais (13) e os membros de apoio auxiliares (15) serem dispostos no lado inferior da armação de base (9).

4. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 3, caracterizado por, sob condições normais de operação, os membros de apoio auxiliares (15) terem uma rigidez de pelo menos de uma ordem de magnitude inferior à rigidez dos membros de apoio principais (13).

5. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 4, caracterizado por cada membro de apoio auxiliar (15) compreender membros resilientes que têm uma rigidez não linear, que aumenta de acordo com o aumento da compressão dos membros resilientes.

6. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo conjunto de membros de apoio principais (13) formar uma disposição de montagem isostática.

7. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 6, caracterizado pelos membros de apoio auxiliares (15) serem dispostos simetricamente em relação a uma linha central (CL) da armação de base (9), ou em relação a uma linha de eixos da maquinaria rotativa disposta na armação de base (9).

8. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 7, caracterizado pelos membros de apoio principais (13) serem dispostos nos vértices de um triângulo isósceles (T).

9. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com a reivindicação8, caracterizado pelos membros de apoio auxiliares (15) serem dispostos simetricamente em relação a uma altura do triângulo isósceles (T).

10. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por cada membro de apoio principal (13) compreender pelo menos uma junta esférica.

11. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por cada membro de apoio principal (13) compreender pelo menos uma montagem antivibratória.

12. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelos membros de apoio auxiliares (15) compreenderem membros resilientes (21, 23, 25) que geram uma força de reação em uma direção ortogonal à armação de base (9).

13. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelos membros de apoio auxiliares (15) serem resilientemente pré-carregados.

14. SISTEMA DE MONTAGEM, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por incluir pelo menos dois membros de apoio auxiliares (15) e preferencialmente pelo menos quatro membros de apoio auxiliares (15).

15. MÉTODO DE MONTAGEM DE UMA ARMAÇÃO DE BASE (9) para apoiar uma maquinaria rotativa em uma estrutura de apoio (11), o método compreendendo as seguintes etapas:dispor um conjunto de membros de apoio principais (13) e um lado inferior da armação de base (9), sendo que os membros de apoio principais (13) formam um sistema de apoio isostático de três pontos;dispor um conjunto de membros de apoio auxiliares (15) no lado inferior da armação de base (9), sendo que os membros de apoio auxiliares (15) são travados em uma condição pré-carregada;colocar a armação de base (9) em uma estrutura de apoio (11), sendo que os membros de apoio principais (13) estão em contato com a estrutura de apoio (11) e os membros de apoio auxiliares pré-carregados (15) estão afastados da estrutura de apoio (11);realizar o encunhamento dos membros de apoio auxiliares (15) criando-se um contato entre os membros de apoio auxiliares (15) e a estrutura de apoio (11);o método sendo caracterizado por destravar os membros de apoio auxiliares (15), sendo que na condição destravada os membros de apoio auxiliares têm uma rigidez variável não linear inferior à rigidez dos membros de apoio principais (13).