BR112019022022B1 - Ventilador axial de torre de resfriamento em uma configuração de disco/anel com vazio - Google Patents

Abstract

Um cubo de ventilador de torre de refrigeração que tem um anel e um disco no qual os vazios e os recessos são abertos no anel e/ou no disco a fim de diminuir as frequências naturais do ventilador e evitar a excitação pelos diversos tipos de carregamentos que afetam um ventilador durante a operação. O número, tamanho e formato dos vazios podem ser ajustados para adaptar as frequências naturais do ventilador em torno do valor original.

Description

ANTECENDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a ventiladores de torre de resfriamento.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0002] A presente invenção refere-se a ventiladores axiais de torre de resfriamento, cujos diâmetros variam tipicamente entre 152,4 e 396,24 cm (60 e 156 polegadas). Os ventiladores normalmente têm um bojo central, um cubo e algumas pás distribuídas uniformemente. Um problema comum para esses ventiladores é a alta vibração e até a falha estrutural em determinadas frequências de rotação/velocidades de rotação (chamadas "rotações de bloqueio") nas quais o ventilador não pode operar por um longo período. Ou seja, com o uso de acionadores de frequência variável, a velocidade de rotação do ventilador pode ser aumentada entre 0 RPM e seu valor nominal. Em certas frequências, uma ressonância eventual pode causar altos deslocamentos e fortes tensões nas várias partes que constituem o ventilador. Geralmente, o resultado final da ressonância é a falha por fadiga do componente.

[0003] Esta invenção surgiu a partir de um desejo por parte dos inventores de uma torre de resfriamento que não possui rotações de bloqueio. De acordo com um objeto da invenção, um ventilador da torre de resfriamento operará com um nível de vibração aceitável (definido pelo cliente) em toda a faixa de velocidades de rotação 0 RPM e sua rotação nominal ou velocidade máxima de rotação segura.

[0004] Esta invenção é um cubo para ventiladores de torre de resfriamento constituídos por um disco aparafusado ao bojo central, na qual vazios e recessos são abertos (através de corte a laser ou água) para diminuir as frequências naturais dos ventiladores e evitar a excitação pelos vários tipos de carregamentos que afetam um ventilador durante a operação. O número, tamanho e forma dos vazios podem ser ajustados para adaptar as frequências naturais do ventilador em torno do valor original. A invenção inclui uma modalidade na qual os vazios e recessos "colapsam" um no outro, resultando em um rotor em forma de estrela. De acordo com uma outra modalidade, o rotor pode ser constituído apenas por vazios sem recessos. O anel pode ser modificado da mesma forma, no qual apenas os vazios podem ser aplicados. Os recessos no anel podem ter a direção de concavidade igual ou oposta dos vazios correspondentes no disco. Em todas as modalidades apresentadas, é fornecido um disco de vedação para evitar o retorno de escoamento.

[0005] Dessa forma, é fornecido, de acordo com a invenção, um cubo de ventilador axial de torre de resfriamento, incluindo um primeiro disco configurado para conectar com um bojo central; um segundo disco aparafusado ao primeiro disco por meio de elementos de conexão de uma pluralidade de pás de ventilador, os referidos elementos de conexão posicionados entre o referido primeiro disco e o referido segundo disco; um disco de vedação fixado ao referido segundo disco para inibir o retorno de escoamento; no qual o primeiro disco é um anel externo anular fixado a um anel interno através de uma pluralidade de raios, em que os referidos raios definem uma pluralidade de espaços vazios no referido primeiro disco, o referido anel interno sendo configurado para conectar com o referido bojo central, em que o referido segundo disco consiste apenas de um anel anular que tem um diâmetro interno e um diâmetro externo, e em que o referido diâmetro externo do anel anular é substancialmente igual a um diâmetro externo do referido anel externo anular do primeiro disco. (Figs. 1-4)

[0006] Também é fornecido, de acordo com a invenção, um cubo de ventilador axial de torre de resfriamento, no qual o primeiro e o segundo discos têm diâmetros externos constantes, com bordas de perímetro externo sem indentações ou recessos. (Fig. 2)

[0007] Também é fornecido, de acordo com a invenção, um cubo de ventilador axial de torre de resfriamento no qual o anel anular do segundo disco tem um diâmetro interno constante e uma borda de perímetro interno sem indentações ou recessos. (Fig. 3)

[0008] Também é fornecido, de acordo com a invenção, um cubo de ventilador axial de torre de resfriamento no qual o primeiro disco tem uma borda de perímetro externo com indentações regularmente espaçadas. (Figs. 1 e 2)

[0009] Também é fornecido, de acordo com a invenção, um cubo de ventilador axial de torre de resfriamento no qual o segundo disco consiste apenas em um anel anular com diâmetro externo constante, uma borda de perímetro externo sem indentações ou recessos e uma borda de perímetro interno com indentações regularmente espaçados. (Figs. 1 e 2)

[0010] Também é fornecido, de acordo com a invenção, um cubo de ventilador axial da torre de resfriamento com um primeiro disco em forma de estrela configurado para conectar a uma saliência central; um segundo disco em forma de estrela aparafusado ao primeiro disco através de elementos de conexão de uma pluralidade de pás de ventilador, em que os elementos de conexão são posicionados entre o primeiro disco e o segundo disco; um disco de vedação fixado ao segundo disco para inibir o retorno de escoamento; em que o primeiro e o segundo disco são caracterizados por uma pluralidade de segmentos/raios correspondentes e regularmente espaçados, de conexão com as pás do ventilador, os segmentos/raios do primeiro disco se estendendo distalmente a uma distância igual a partir de uma conexão de bojo central e os referidos segmentos/raios do segundo disco se estendendo distalmente a uma distância igual a um núcleo central aberto, cada par de raios adjacentes definindo um espaço em forma de ‘V’ entre eles. (Figs. 5 e 6)

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0011] A Figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um lado superior de uma primeira modalidade da invenção.

[0012] A Figura 2 mostra uma vista em perspectiva de um lado inferior de uma primeira modalidade da invenção.

[0013] A Figura 3 mostra uma vista em perspectiva de um lado superior de uma segunda modalidade da invenção.

[0014] A Figura 4 mostra uma vista em perspectiva de um lado inferior de uma primeira modalidade da invenção.

[0015] A Figura 5 mostra uma vista em perspectiva de um lado superior de uma terceira modalidade da invenção.

[0016] A Figura 6 mostra uma vista em perspectiva de um lado inferior de uma terceira modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0017] As Figuras 1 e 2 mostram um ventilador de torre de resfriamento com as pás 3 conectadas ao cubo 5, que por sua vez é conectado ao bojo central 7. O cubo 5 inclui o disco 9, que é preferencialmente aparafusado ao bojo central 7 e o anel 11. Partes de conexão 3 são fixadas ao cubo 5, de preferência posicionados entre o disco 9 e o anel 11. O disco 9 e o anel 11 são elementos planos que têm entre 4mm (5/32 polegadas) a 19mm (3/4 polegadas) de espessura e entre 510mm (20 polegadas) e 1830 mm (72 polegadas) de diâmetro. O anel 11 é geralmente de forma anular, com um perímetro externo de preferência circular 15 tendo um diâmetro externo constante e um perímetro interno 17 que é definido por indentações ou recessos 19 que são regularmente espaçados ao redor do perímetro interno 17. O perímetro interno 17 do o anel 11 define uma abertura 18 que está livre de qualquer estrutura de anel.

[0018] O disco 9 inclui uma porção central 21 configurada para aparafusar ao bojo central 7. A porção central 21 é conectada a uma porção anular externa 23 por uma pluralidade de raios 25. A porção anular externa do disco 23 tem um diâmetro interno constante que é interrompido por os raios 25. O perímetro externo 29 da porção anular 23 do disco 9 é geralmente de forma circular, mas é caracterizado por indentações ou recessos 19 que são regularmente espaçados ao redor do perímetro externo 29 da porção anular. A pluralidade de raios 25 define espaços vazios ou abertos 26 no disco 9 e que estão livres de qualquer estrutura de disco. Conforme descrito acima, o cubo de ventilador 5 (incluindo o anel 11 e o disco 9) é conectado ao bojo central 7 na porção central 21 do disco 9. As pás do ventilador 3 são aparafusadas entre o anel 11 e a porção anular externa 23 do disco 9. O disco de vedação 31 pode ser fixado ao anel 11 (vide Fig. 3) para inibir o retorno de escoamento.

[0019] Uma modalidade diferente é mostrada nas Figuras 3 e 4, nas quais os perímetros externo e interno do anel 11 (15 e 17, respectivamente) têm diâmetros constantes, isto é, não são caracterizados por recessos ou indentações, e o perímetro externo 15 da porção anular do disco 9 também tem um diâmetro constante e não é caracterizado por recessos ou indentações. Em outros aspectos, o cubo 5, incluindo o disco 9 e o anel 11, é conectado ao bojo central 7 e às pás do ventilador 3 da mesma maneira que a descrita com relação às Figuras 1 e 2.

[0020] As Figuras 5 e 6 mostram um cubo de ventilador 5 com anel 11 em forma de estrela e disco 9 em forma de estrela correspondente. De acordo com esta modalidade, o anel 11 e o disco 9 têm um número de raios de estrela 33 correspondentes ao número de pás do ventilador anexadas. Nem o anel 11 nem o disco 9 têm um anel externo anular. Em vez disso, as partes distais dos raios são conectadas à parte de conexão da pá do ventilador 13. O disco 9 possui uma porção central configurada para ser aparafusada ao bojo central. O anel 11 define uma abertura central circular 35. O disco de vedação 31 pode ser fixado ao disco para impedir o retorno do escoamento, como mostrado na Fig. 6.

Claims (6)

1. Cubo de ventilador axial de torre de resfriamento (5) caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro disco (9) configurado para conectar com um bojo central (7); um segundo disco (11) aparafusado ao referido primeiro disco (9) por meio de elementos de conexão (13) de uma pluralidade de pás de ventilador (3), os referidos elementos de conexão (13) posicionados entre o referido primeiro disco (9) e o referido segundo disco (11); um disco de vedação (31) compreendendo um anel anular tendo um diâmetro exterior e um diâmetro interior fixado ao referido segundo disco (11); o referido primeiro disco (9) compreendendo dois anéis anulares concêntricos (21, 23) conectados um no outro através de uma pluralidade de raios se estendendo radialmente (25), um eixo central de cada um dentre a referida pluralidade de raios se estendendo radialmente (25) que se estende ao longo de um raio do referido primeiro disco (9), em que os referidos raios (25) definem uma pluralidade de espaços vazios (26) no referido primeiro disco (9), os referidos dois anéis anulares concêntricos compreendendo um anel exterior anular (23) e um anel interior anular (21), o referido anel interior anular (21) configurado para conectar com o referido bojo central (7); o referido segundo disco (11) compreendendo apenas um anel anular tendo um diâmetro interior e um diâmetro exterior, o referido anel anular do referido disco de vedação (31) dimensionado para cobrir uma área aberta entre o referido diâmetro interior do anel anular do segundo disco (11) e o referido bojo central (7).

2. Cubo de ventilador axial de torre de resfriamento (5), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os referidos primeiro e segundo discos (9, 11) têm diâmetros exteriores constantes, tendo as bordas exteriores de perímetro (15) sem indentações ou recessos (19).

3. Cubo de ventilador axial de torre de resfriamento (5), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o referido segundo anel anular do segundo disco tem um diâmetro interior constante, tendo uma borda interior de perímetro (17) sem indentações ou recessos (19).

4. Cubo de ventilador axial de torre de resfriamento (5), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido primeiro disco (9) tem uma borda exterior de perímetro (15) tendo indentações (19) regularmente espaçadas.

5. Cubo de ventilador axial de torre de resfriamento (5), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o referido segundo disco (11) compreende apenas um anel anular que tem um diâmetro exterior constante e uma borda exterior de perímetro (15) sem indentações ou recessos (19), e uma borda interior de perímetro (17) tendo endentações (19) regularmente espaçadas.

6. Cubo de ventilador axial de torre de resfriamento (5) caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro disco (9) configurado para conectar com um bojo central (7); um segundo disco (11) aparafusado ao referido primeiro disco (9) por meio de elementos de conexão (13) de uma pluralidade de pás de ventilador (3), os referidos elementos de conexão (13) posicionados entre o referido primeiro disco (9) e o referido segundo disco (11); um disco de vedação (31) compreendendo um anel anular tendo um diâmetro exterior e um diâmetro interior fixado ao referido segundo disco (11); o referido primeiro disco (9) compreendendo uma pluralidade de segmentos de conexão (33) de pá de ventilador (3) do primeiro disco (9) correspondentes e regularmente espaçados, o referido segundo disco (11) compreendendo uma pluralidade de segmentos de conexão (33) de pá de ventilador (3) do segundo disco (11) correspondentes e regularmente espaçados, os referidos segmentos de conexão de pá de ventilador (3) do primeiro disco (9) cada um se estendendo radialmente ao longo de um raio do referido primeiro disco (9), uma distância igual a partir de uma conexão de bojo central (7), e os referidos segmentos de conexão de pá de ventilador (3) do referido segundo disco (11) cada um se estendendo radialmente, paralelo a um raio do referido segundo disco (11), a uma distância igual a partir de um núcleo central aberto (35), cada par de segmentos de conexão de pá de ventilador (3) do primeiro disco (9) adjacente definindo um espaço em formato de V (26), e cada par de segmentos de conexão de pá de ventilador (3) do segundo disco (11) adjacente definindo um espaço em formato de V (26), o referido anel anular do referido disco de vedação (31) dimensionado para cobrir cada um do referido espaço em formato de V (26) definido pelo referido cada par de segmentos de conexão de pá de ventilador (3) do segundo disco (11).