BR112020003936A2

BR112020003936A2 - máquina dotada de uma bomba de óleo e um método para iniciar tal máquina

Info

Publication number: BR112020003936A2
Application number: BR112020003936-5A
Authority: BR
Inventors: Wim Meeusen; Edwin ROSKAM
Original assignee: Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2020-09-08
Also published as: EP3676482B1; JP2020531727A; KR102541222B1; BE1025520A1; BE1025520B1; KR20200042531A; EP3676482A1; US20200232355A1; US11506093B2; JP7185683B2

Abstract

Máquina dotada de um elemento de máquina (2) e uma bomba de óleo (4) e um motor (3) para acionar o elemento de máquina (2) e a bomba de óleo (4), em que a bomba de óleo (4) é dotada de um eixo (13) com um rotor (12), em que a bomba de óleo (4) é fornecida para bombear óleo de um reservatório de óleo (5) por meio de um canal de entrada (8) para bocais que levam para dentro do motor (3) e/ou elemento de máquina (2) para lubrificar e/ou resfriar um ou mais mancais ou outros componentes de máquina, caracterizada pelo fato de que, no canal de entrada (8), perto da bomba de óleo (4) uma barragem (16) é fornecida, a qual é superior à altura (A) do eixo geométrico central (18) do eixo (13) da bomba de óleo (4) menos o menor diâmetro (B) do rotor (12) da bomba de óleo (4) dividido por dois. Figura 3.

Description

“MÁQUINA DOTADA DE UMA BOMBA DE ÓLEO E UM MÉTODO PARA INICIAR TAL MÁQUINA”

[0001] A presente invenção se refere a uma máquina dotada de uma bomba de óleo.

[0002] Sabe-se que a maquinaria de rotação de alta velocidade, como, por exemplo, compressores de parafuso livres de óleo, sopradores (de parafuso) livres de óleo ou compressores de turbo livres de óleo, frequentemente usam mancais de esfera e engrenagens.

[0003] Em altas velocidades, esses mancais e engrenagens exigem lubrificação de óleo bem dosada: sem óleo demais, que causaria perdas hidráulicas e até mesmo superaquecimento, mas igualmente, sem demasiadamente pouco óleo, que causaria lubrificação insatisfatória e superaquecimento.

[0004] Por essa razão, a lubrificação a jato de óleo é usada, em que os bocais são usados com um furo muito preciso que é direcionado à localização exata em que a lubrificação é necessária.

[0005] A localização em questão é a pista de corrida para mancais de esfera e o engate de engranzamento de engrenagem para engrenagens.

[0006] Os bocais precisam ser dotados de óleo que foi filtrado e resfriado e é suprido à pressão correta. Para esse propósito, um circuito de óleo é frequentemente fornecido na máquina, que tipicamente compreende um reservatório de óleo, uma bomba de óleo, um resfriador de óleo, um filtro de óleo e canos de interconexão que podem ser ou podem não ser integrados em outras partes da máquina. As válvulas de pressão mínima, derivações, sensores de pressão de óleo e sensores de temperatura também são frequentemente fornecidos.

[0007] A dita bomba de óleo desempenha um papel crítico: se óleo insuficiente for fornecido no devido tempo aos bocais, a lubrificação insatisfatória pode resultar em danos ou falha dos mancais e/ou engrenagens.

[0008] É possível usar uma bomba de óleo que é acionada por um motor separado.

[0009] A vantagem disso é que a bomba de óleo pode ser controlada, porém, a desvantagem é que um motor separado e controle ou unidade de direcionamento são necessários.

[0010] Isso é, não apenas mais dispendioso, mas também aumenta o tamanho da máquina e implica em componentes extras que precisam ser mantidos e podem falhar.

[0011] Portanto, é muito interessante usar o motor que aciona o elemento de máquina para acionar a bomba de óleo também. Isso garante que a bomba de óleo sempre irá funcionar quando a máquina estiver funcionando.

[0012] As bombas de óleo adequadas são bombas de engrenagem, bombas de engrenagem internas, como bombas gerotor e bombas de palheta giratória.

[0013] O documento US 3.995.978 descreve uma bomba gerotor.

[0014] Tais bombas podem ser projetadas para bombear a quantidade correta de óleo quando acionadas na velocidade do motor que aciona o elemento de máquina, escolhendo-se uma largura de bomba adequada e/ou número de dentes ou palhetas, possibilitando que a bomba de óleo seja montada diretamente no eixo do motor resultando em uma máquina muito compacta, robusta, eficaz e econômica.

[0015] Entretanto, uma desvantagem de tal instalação em que a bomba de óleo é encaixada diretamente no eixo do motor, é o fato de que a bomba de óleo deve, então, ser encaixada bem alta na máquina, e é, portanto, elevada em relação ao reservatório de óleo.

[0016] Isso significa que na inicialização, a bomba de óleo deve, primeiro, evacuar o ar do tubo de sucção que conecta a mesma ao reservatório de óleo e subsequentemente deve sugar e bombear o óleo do reservatório.

[0017] Isso funciona melhor se já houver algum óleo presente na bomba de óleo, de modo que, quando for iniciada a bomba de óleo, esse óleo seja espirrado ao redor e ajude a vedar os vãos na bomba imediatamente otimizando a potência de sucção da bomba de óleo.

[0018] Portanto, durante a montagem da bomba de óleo, uma pequena quantidade de óleo é frequentemente aplicada à bomba de óleo.

[0019] Entretanto, quando a bomba é iniciada pela primeira vez muito tempo após sua montagem, essa quantidade inicial de óleo pode já ter evaporado parcial ou completamente e, portanto, não é mais suficiente para iniciar a bomba de óleo adequadamente.

[0020] O documento US 3.859.013 descreve uma bomba de óleo, em que um tipo de estrutura tipo sifão é fornecida no cano de entrada entre a bomba de óleo e o reservatório de óleo, que assegura que uma pequena quantidade de óleo permaneça capturada no cano de entrada perto do reservatório de óleo. Entretanto, ao dar a iniciar, a bomba de óleo ainda precisa absorver uma grande quantidade de ar antes que o óleo possa ser sugado para fora do sifão.

[0021] O propósito da presente invenção é fornecer uma solução para pelo menos uma das desvantagens anteriormente mencionadas ou outras desvantagens.

[0022] O objetivo da presente invenção é uma máquina que é dotada de um elemento de máquina e uma bomba de óleo e um motor para acionar o elemento de máquina e a bomba de óleo, em que a bomba de óleo é dotada de um eixo com um rotor, em que a bomba de óleo é fornecida para bombear óleo de um reservatório de óleo por meio de um canal de entrada para bocais que levam para dentro do motor e/ou do elemento de máquina para lubrificar e/ou resfriar um ou mais mancais ou outras partes da máquina, caracterizada pelo fato de que no canal de entrada, perto da bomba de óleo uma barragem é fornecida, a qual é superior à altura do eixo geométrico central do eixo da bomba de óleo menos o menor diâmetro do rotor da bomba de óleo dividido por dois.

[0023] Uma vantagem é que isso garante que, uma vez que a máquina for interrompida, uma quantidade considerável de óleo permanece na bomba de óleo e no canal de entrada entre a bomba de óleo e a barragem, de modo que a cavidade interna completa da bomba de óleo possa ser umedecida com óleo quando a máquina é (re)iniciada e de modo que a potência de sucção da bomba de óleo seja imediatamente muito alta.

[0024] Dessa forma, o fluxo de óleo será iniciado rapidamente e suavemente mediante a (re)iniciação da máquina.

[0025] De preferência, a altura da barragem é menos que a altura do eixo geométrico central do eixo da bomba de óleo menos o diâmetro do eixo da bomba de óleo dividido por dois.

[0026] Isso irá impedir que o óleo vaze por meio do eixo da bomba de óleo e/ou prevenir a necessidade de vedação adicional do dito eixo.

[0027] A invenção também se refere a um método para iniciar uma máquina de acordo com a invenção, sendo o método caracterizado por compreender as seguintes etapas: - despejar um lubrificante menos volátil do que óleo na cavidade interna da bomba de óleo; - subsequentemente iniciar o motor.

[0028] Dessa forma, sempre haverá um pouco do dito lubrificante presente quando a máquina for iniciada, de modo que a potência de sucção da bomba de óleo seja aprimorada, o circuito de óleo possa ser iniciado e a bomba de óleo e o canal de entrada entre a bomba de óleo e a barragem sejam preenchidos com óleo.

[0029] Isso é de vantagem particular para assegurar uma primeira inicialização bem-sucedida da máquina.

[0030] Como lubrificantes menos voláteis, o óleo, a graxa ou similares com um peso molecular superior ao óleo podem ser usados, incluindo, por exemplo, óleo de parafina, vaselina, graxa de vácuo e similares.

[0031] Com a intenção de mostrar melhor as características da invenção, algumas modalidades preferidas de uma máquina dotada de uma bomba de óleo de acordo com a invenção e um método para iniciar tal máquina são descritos doravante, a título de um exemplo sem qualquer natureza limitante, com referência aos desenhos anexos, em que: a figura 1 mostra esquematicamente uma máquina de acordo com a invenção; a figura 2 mostra esquematicamente o motor e a bomba de óleo na figura 1 em maiores detalhes; a figura 3 mostra uma vista de acordo com a seta F3 na figura 2, com corte parcial do alojamento da bomba; a figura 4 mostra em maiores detalhes a parte que é indicada na figura 3 com F4; a figura 5 mostra uma modalidade alternativa da figura

4.

[0032] A máquina 1 mostrada na figura 1 é, nesse caso, um dispositivo compressor 1. Entretanto, não é excluído que a máquina 1 seja um dispositivo de bomba a vácuo ou dispositivo expansor.

[0033] O dispositivo compressor 1 compreende principalmente um elemento compressor 2 para a compressão de gás, um motor 3, uma bomba de óleo 4, um reservatório de óleo 5 e um circuito de óleo 6.

[0034] O motor 3 irá acionar diretamente tanto o elemento compressor 2 quanto a bomba de óleo 4. A figura 2 mostra que o eixo do motor 7 será capaz de acionar diretamente a bomba de óleo 4.

[0035] O circuito de óleo 6 irá permitir que a bomba de óleo 4 bombeie óleo a partir do reservatório de óleo 5 por meio de um canal de entrada 8, após o qual o óleo pode ser enviado por meio dos canos 9 no circuito de óleo 6 para os bocais que levam a localizações específicas no motor 3 e/ou no elemento compressor 2 para a lubrificação e/ou o resfriamento de um ou mais mancais ou outras partes da máquina 1.

[0036] Considerando-se que a bomba de óleo 4 é acionada pelo motor 3 do elemento compressor 2, a mesma estará localizada em um nível consideravelmente mais alto que o reservatório de óleo 5. Isso significa que o canal de entrada 8, que percorre a partir do reservatório de óleo 5 para a bomba de óleo 4, é relativamente longo.

[0037] A bomba de óleo 4 compreende um alojamento 10 em que um estator 11 e um rotor 12 são fixados. O rotor 12 é fixado a um eixo 13, que é acionado pelo eixo do motor 7.

[0038] A bomba de óleo 4 é do tipo “gerotor”, embora isso não seja essencial para a invenção.

[0039] O alojamento 10 é dotado de uma entrada 14 para óleo, à qual um canal de entrada 8 é conectado, e com uma saída 15 para o óleo bombeado.

[0040] Na figura 3, a entrada 14 e a saída 15 são claramente visíveis.

[0041] Como mostrado na figura 4, uma barragem 16 é fornecida no canal de entrada 8, perto da bomba de óleo 4.

[0042] A “barragem 16” se refere, no presente documento, a uma estrutura que irá assegurar que, uma vez que o motor 3 for desligado, uma certa quantidade de óleo irá permanecer na cavidade 17 que é fechada ou isolada pela barragem 16.

[0043] “Perto da bomba de óleo 4” se refere, no presente documento, ao fato de que o dito óleo restante irá permanecer em uma localização de tal modo que o óleo possa ser imediatamente bombeado pela bomba de óleo 4 quando a bomba de óleo 4 for iniciada.

[0044] Isso significa, por exemplo, que o dito óleo restante estará pelo menos parcialmente localizado na bomba de óleo 4 ou que o dito óleo restante estará localizado exatamente na entrada 14 da bomba de óleo 4.

[0045] A figura 3 também mostra claramente que a barragem é mais alta que a altura A do eixo geométrico central 18 do eixo 13 da bomba de óleo 4 menos a metade do menor diâmetro B do rotor 12 da bomba de óleo 4.

[0046] Produzindo-se a barragem 16 pelo menos tão alta quanto essa altura mínima indicada com a linha C, óleo suficiente irá permanecer na cavidade 17 fechada ou isolada pela barragem no canal de entrada 8 entre a barragem 16 e a bomba de óleo 4, em que a cavidade interna da bomba de óleo 4 pode ser imediatamente umedecida mediante a iniciação. Com esse umedecimento imediato da cavidade interna com óleo, o rotor 12 e o estator 11 se tornarão imediatamente vedados por esse óleo, de modo que a potência de sucção da bomba de óleo 4 seja imediatamente maximizada.

[0047] Nesse caso, e de preferência, a altura D da barragem 16 é menor que a altura A do eixo geométrico central 18 do eixo 13 da bomba de óleo 4 menos a metade do diâmetro E do eixo 13 da bomba de óleo 4.

[0048] Se a barragem 16 for mais alta que essa altura máxima, indicada com a linha F, o nível do óleo restante seria mais alto que o fundo do eixo 13 da bomba de óleo 4. Isso permitiria que o óleo vazasse ao longo do eixo 13 da bomba de óleo 4 e/ou vedações precisariam ser fornecidas no eixo 13 da bomba de óleo 4 para que isso fosse evitado.

[0049] Além de uma altura mínima e máxima D da barragem 16, o projeto da barragem 16 é, nesse caso, e de preferência, de modo que o volume do óleo que pode ser contido na bomba de óleo 4 e no canal de entrada 8 entre a bomba de óleo 4 e a barragem 16, seja no mínimo duas vezes o volume de curso da bomba de óleo 4.

[0050] A vantagem disso é que há imediatamente óleo suficiente presente na bomba de óleo 4 e no canal de entrada 8 ao iniciar a bomba de óleo 4, de modo que, não apenas a cavidade interna possa ser imediatamente umedecida, mas também, uma quantidade de óleo possa ser imediatamente bombeada para cima ou através da saída 15 para o circuito de óleo 6 e continue para as partes da máquina 1 que exigem lubrificação e/ou resfriamento.

[0051] Apesar do fato de que a barragem 16 nas figuras 3 e 4 é projetada como um declive inclinado para o rotor 12 e o estator 11 da bomba de óleo 4, não é excluída a possibilidade de a barragem 16 ser projetada de modo diferente.

[0052] Na figura 5, uma forma alternativa é mostrada, em que a barragem 16 esteja na forma de degraus, em que um degrau 19 ou escada, conforme for, seja encaixada no canal de entrada 8.

[0053] Embora essa modalidade tenha a vantagem de que mais óleo irá permanecer na cavidade 17 entre a barragem 16 e a bomba de óleo 4, a mesma também tem a desvantagem de que o óleo pode ser despejado, como estava, ao longo da escada 19 enquanto é sugado para cima, o que poderia causar turbulência indesejada. Na modalidade das figuras 3 e 4, o óleo, como estava, irá fluir ou correr para baixo a partir da barragem 16.

[0054] A operação da máquina 1 é muito simples e como a seguir.

[0055] Antes de iniciar a máquina 1, as seguintes etapas são preferencialmente seguidas:

- o óleo é despejado no circuito de óleo 6 a jusante da bomba de óleo 4 e mais alto que a bomba de óleo 4; - subsequentemente é iniciado o motor 3.

[0056] O óleo despejado pode fluir para a bomba de óleo 4 e preencher tanto a bomba de óleo 4 quanto o canal de entrada 8 na cavidade 17 entre a barragem 16 e a bomba de óleo 4 para o nível D da barragem 16.

[0057] Quando o motor 3 é, então, iniciado, o elemento compressor 2 e a bomba de óleo 4 serão acionados e o óleo despejado, que está, agora, localizado na bomba de óleo 4 e na dita cavidade 17, irá assegurar que a bomba de óleo 4 possa bombear o óleo imediatamente para cima e enviar o mesmo de modo atravessante para o circuito de óleo 6, de modo que o elemento compressor 2 seja imediatamente dotado do óleo necessário a partir do momento que a máquina 1 for iniciada.

[0058] Alternativamente, também é possível que um lubrificante menos volátil que o óleo seja primeiramente despejado na cavidade interna da bomba de óleo 4, antes que o motor 3 seja iniciado.

[0059] Tal método é, de preferência, aplicado quando a máquina 1 é montada, de modo que, quando for primeiramente iniciada a máquina 1, o lubrificante menos volátil esteja presente na bomba de óleo 4.

[0060] Obviamente não é excluída a possibilidade de que ambos os métodos sejam combinados, em que, quando é iniciada primeiramente a máquina, um menos volátil é despejado e em que o óleo é despejado no circuito de óleo 6 quando a máquina 1 é subsequentemente reiniciada.

[0061] Assim que o motor 3 for iniciado, a bomba de óleo

4 será imediatamente capaz de bombear óleo a partir do reservatório de óleo 5 por meio do canal de entrada 8.

[0062] O óleo bombeado deixará subsequentemente a bomba de óleo 4 por meio da saída 15 e acabará no circuito de óleo 6, em que é enviado para os vários bocais nos vários componentes a serem lubrificados e/ou resfriados no elemento compressor 2 e/ou no motor 3.

[0063] O elemento compressor 2, portanto, será dotado de óleo quase imediatamente a partir do momento que o motor 3 e a máquina 1 forem iniciados, assegurando, assim, sua operação eficaz.

[0064] Não é excluído que a máquina 1 compreenda um sensor que pode registrar se o óleo está presente na cavidade 17 entre a bomba de óleo 4 e a barragem 16.

[0065] O dito sensor pode ser qualquer tipo de sensor de nível de óleo, mas também um sensor de pressão de óleo ou sensor de temperatura de óleo de acordo com a invenção.

[0066] Antes de iniciar uma máquina 1 com tal sensor, o motor 3, de preferência, é iniciado apenas depois que o óleo tiver sido detectado no canal de entrada 8 entre a bomba de óleo 4 e a barragem 16.

[0067] Se nenhum óleo for detectado, a máquina 1 não é iniciada, mas, em vez disso, por exemplo, um sinal de aviso é fornecido ao usuário.

[0068] É claro que o sensor e o dito método para iniciar a máquina 1 podem ser combinados com os métodos descritos anteriormente. Esse método irá adicionar uma segurança extra para prevenir a possibilidade de iniciar a máquina 1 sem que o óleo esteja presente no canal de entrada 8 entre a bomba de óleo 4 e a barragem 16.

[0069] Também é possível que a máquina 1 compreenda uma conexão entre o reservatório de óleo 5 e a cavidade 17 entre a bomba de óleo 4 e a barragem 16, em que a conexão é fornecida de tal modo que transfira óleo do reservatório de óleo 5 para a cavidade 17 entre a bomba de óleo 4 e a barragem 16.

[0070] Isso, por exemplo, pode ser alcançado com o uso de uma pequena bomba que pode ser operada manual ou eletricamente.

[0071] Quando a máquina 1 é dotada de tal conexão, o seguinte método pode ser adotado para iniciar a máquina 1: - o óleo é transferido do reservatório de óleo 5 para a cavidade 17 entre a bomba de óleo 4 e a barragem 16. - subsequentemente é iniciado o motor 3.

[0072] Obviamente, não se exclui a possibilidade de que a máquina 1 seja, ainda, dotada de um sensor que registra se o óleo está presente no canal de entrada 8 entre a barragem 16 e a bomba de óleo 4.

[0073] Nesse caso, mediante a inicialização, se nenhum óleo for detectado, um sinal será fornecido ao usuário para transferir óleo do reservatório de óleo 5 para a cavidade 17 entre a bomba de óleo 4 e a barragem 16 através da operação da pequena bomba ou, se essa pequena bomba for elétrica, a pequena bomba será automaticamente iniciada pela máquina 1, para assegurar que o óleo seja transferido do reservatório de óleo 5 para a cavidade 17 entre a bomba de óleo 4 e a barragem 16, após o qual o motor 3 pode ser iniciado sem problema.

[0074] A presente invenção não é, de forma alguma, limitada às modalidades descritas como exemplo e mostradas nos desenhos, mas, uma máquina dotada de uma bomba de óleo e um método para dar a para iniciar em tal máquina pode ser realizado de todos os tipos de formas e dimensões sem que se afaste do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Máquina dotada de um elemento de máquina (2) e uma bomba de óleo (4) e um motor (3) para acionar o elemento de máquina (2) e a bomba de óleo (4), em que a bomba de óleo (4) é dotada de um eixo (13) com um rotor (12), em que a bomba de óleo (4) é fornecida para bombear óleo de um reservatório de óleo (5) por meio de um canal de entrada (8) para bocais que levam para dentro do motor (3) e/ou do elemento de máquina (2) para lubrificar e/ou resfriar um ou mais mancais ou outros componentes na máquina, caracterizada pelo fato de que no canal de entrada (8), perto da bomba de óleo (4) uma barragem (16) é fornecida, a qual é superior à altura (A) do eixo geométrico central (18) do eixo (13) da bomba de óleo (4) menos o menor diâmetro (B) do rotor (12) da bomba de óleo (4) dividido por dois.

2. Máquina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a altura (D) da barragem (16) é menor que a altura (A) do eixo geométrico central (18) do eixo (13) da bomba de óleo (4) menos o diâmetro (E) do eixo da bomba de óleo (4) dividido por dois.

3. Máquina, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a barragem (16) é de tal modo que o volume do óleo, que pode ser encontrado na bomba de óleo (4) e no canal de entrada (8) entre a bomba de óleo (4) e a barragem (16), é pelo menos duas vezes o volume de curso da bomba de óleo (4).

4. Máquina, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, sendo a máquina (1)

caracterizada por compreender um sensor que pode registrar se o óleo está presente entre a bomba de óleo (4) e a barragem (16).

5. Máquina, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, sendo a máquina (1) caracterizada por compreender uma conexão entre o reservatório de óleo (5) e a cavidade (17) entre a bomba de óleo (4) e a barragem (16), em que a conexão é configurada para transferir óleo do reservatório de óleo (5) para a cavidade (17) entre a bomba de óleo (4) e a barragem (16).

6. Máquina, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, sendo a máquina (1) caracterizada por ser um dispositivo compressor, dispositivo de bomba a vácuo ou dispositivo expansor.

7. Método para iniciar uma máquina (1) conforme definida em uma ou mais das reivindicações anteriores, sendo o método caracterizado por compreender as seguintes etapas: - despejar óleo no circuito de óleo (6) a jusante da bomba de óleo (4) e mais alto que a bomba de óleo (4); - subsequentemente iniciar o motor (3).

8. Método para iniciar uma máquina (1) conforme definida em uma das reivindicações anteriores 1 a 6, sendo o método caracterizado por compreender as seguintes etapas: - despejar um lubrificante menos volátil do que o óleo na cavidade interna da bomba de óleo (4); - subsequentemente iniciar o motor (3).

9. Método para iniciar uma máquina (1) conforme definida na reivindicação 4 caracterizado pelo fato de que o motor (3) é iniciado após o óleo ser detectado no canal de entrada (8) entre a bomba de óleo (4) e a barragem (16).

10. Método para iniciar uma máquina conforme definida na reivindicação 5, sendo o método caracterizado por compreender as seguintes etapas: - transferir o óleo do reservatório de óleo (5) para a cavidade (17) entre a bomba de óleo (4) e a barragem (16). - subsequentemente iniciar o motor (3).