BR112020020668A2 - Unidade de máquina de energia de fluido, em particular unidade de compressor ou unidade de bomba - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a uma unidade de máquina de energia de fluido (1) com uma máquina de energia de fluido (2) com pelo menos duas rodas propulsoras (3, 4) ou conjuntos de rodas propulsoras que estão acopladas entre si, com uma máquina de acionamento (5), a qual está acoplada, pelo menos indiretamente, a um eixo de entrada (e3, e4) de uma das rodas propulsoras (3, 4) ou de um conjunto de rodas propulsoras; com um alojamento (7) que recebe a máquina de acionamento (5) e a máquina de energia de fluido (2); com pelo menos uma conexão (11) no alojamento (7) para alimentação de um fluido à máquina de energia de fluido (2). a invenção está especificada pelo fato de que a máquina de acionamento (5) está ligada aos respectivos eixos de entrada (e3, e4) de pelo menos duas rodas propulsoras (3, 4) separadas ou conjuntos de respectivas rodas propulsoras acopladas entre si através de um respectivo trem de força (l1, l2), sendo que, em pelo menos uma das barras de potência (l1, l2), está previsto um dispositivo (12) para conversão número de rotações/torque.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “UNIDADE DE MÁQUINA DE ENERGIA DE FLUIDO, EM PARTICULAR UNIDADE DE COMPRESSOR OU UNIDADE DE BOMBA".

[001] A presente invenção refere-se a uma unidade de máquina de energia de fluido, especialmente uma unidade de compressor ou unidade de bomba, detalhadamente com as características do preâmbulo da reivindicação 1. A unidade de máquina de energia de fluido está concebida em aplicação especialmente preferida para o uso sob água.

[002] Uma unidade de máquina de energia de fluido em forma de uma unidade de compressor, especialmente uma unidade de compressão subaquática, a qual, quando da compressão de fluido, realiza o princípio da sobreposição hidráulica através de acionamento em sentidos contrários de duas rodas de compressor dispostas coaxiais entre si está descrita no documento WO 2014/083055 A2. Com tal disposição é possível uma boa misturação de fluido presente em diferentes fases durante a operação, evitando-se as desvantagens de desprendimento de camadas limites. A unidade de compressor subaquática apresenta, para isso, duas rodas de compressor dispostas coaxiais, as quais são acionadas em sentidos opostos através de um sistema de máquina de acionamento, o qual está acoplado mecanicamente às rodas de compressor individuais. O sistema condiciona duas máquinas de acionamento, as quais estão configuradas como motores elétricos, bem como os sistemas de controle associados àqueles. Os motores elétricos estão dispostos em direção vertical um acima do outro, sendo que o motor elétrico superior verticalmente, com sua extremidade de eixo inferior e o motor elétrico verticalmente inferior, com sua extremidade de eixo superior, estão ligados a rodas de pás em lados alternados. Entre as rodas de pás é gerada uma velocidade relativa correspondendo à adição das velocidades de rotação dos motores elétricos. Nesse caso, através do controle dos dois motores elétricos por respectivos conversores de frequência, existe a possibilidade de ajustar uma pluralidade de diversos pontos de operação no compressor bem como alcançar uma melhor misturação na presença de diversas fases do fluido a ser comprimido e evitar solturas de camadas limites. Porém, a provisão de motores elétricos separados bem como a disposição e o controle dos conversores de frequência associados aos mesmos tem como consequência que a compacidade desejada da totalidade só é alcançada com dificuldade, bem como uma possibilidade de livre ajuste do número de rotações relativas e o controle complexo de duas máquinas de acionamento são relativamente dispendiosos.

[003] Outras configurações com rodas de compressor que giram em sentidos contrários e de máquinas de acionamento separadas são conhecidas, por exemplo, do documento DE 1628383.

[004] Portanto, o objetivo da invenção é aperfeiçoar uma unidade de máquina de energia de fluido, especialmente unidade de compressor ou de bomba do tipo mencionado inicialmente, de tal modo, que as desvantagens mencionadas sejam evitadas. A unidade de máquina de energia de fluido, especialmente unidade de compressor ou de bomba, deve estar configurada de modo tão compacto, simples e robusto quanto possível e o dispêndio com técnica de controle para garantir uma funcionalidade ótima bem como a previsão do equipamento necessário para isso devem ser mantidos tão baixo quanto possível. Em unidades de compressor subaquáticas o dispêndio com técnica de controle para alcançar uma boa misturação deve ser mantido tão baixo quanto possível. Solturas de camadas limites quando da passagem de corrente devem ser evitadas.

[005] Esse objetivo é alcançado, de acordo com a invenção, através das características da reivindicação 1. Configurações vantajosas estão descritas nas reivindicações dependentes.

[006] De acordo com a invenção uma unidade de máquina de energia de fluido, especialmente unidade de compressor - ou bomba, com pelo menos uma máquina de fluido em forma de um compressor ou de uma bomba com pelo menos duas rodas propulsoras individuais ou conjuntos de respectivas rodas propulsoras acopladas entre si (em uma unidade de compressor - ou bomba com pelo menos duas rodas de compressor ou bomba individuais ou conjuntos de respectivas rodas de compressor ou bomba acopladas entre si), está caracterizada pelo fato de que está prevista apenas uma máquina de acionamento, a qual está ligada às respectivas rodas ou aos respectivos conjuntos de rodas propulsoras através de pelo menos duas barras potência, sendo que pelo menos uma das barras de potência está configurada como trem de força variável, isto é, trem de força com percentagem de potência transmissível de modo variável.

[007] Por “trem de força” entende-se, no sentido mais amplo, qualquer tipo de ligação para transmissão de força entre máquina de acionamento e uma roda propulsora ou um conjunto de rodas propulsoras. Ela serve para a transmissão de uma percentagem de força a uma das rodas propulsoras ou conjunto de rodas propulsoras. O conceito “trem de força” não está limitado a uma realização construtiva concreta, mas sim descreve, como uma ligação de transmissão de força, a trajetória da transmissão de força.

[008] Por “conjunto de rodas propulsoras” entende-se especialmente rodas propulsoras individuais, ligadas entre si através de uma ligação não rotatória, ou rodas propulsoras montadas sobre um eixo comum ou ligadas através deste. Igualmente um conjunto de rodas propulsoras pode-se entender também disposições de coroas de pás dispostas distanciadas uma da outra, as quais estão ligadas entre si através de um eixo comum.

[009] A roda propulsora individual de um compressor ou de uma bomba pode consistir então em uma coroa de pás, aletas, pás de rotor, etc, as quais estão fixadas em um eixo ou ligadas a um eixo.

[0010] A solução de acordo com a invenção oferece a vantagem de uma possibilidade de ajuste simples e fino da transmissão hidráulica, especialmente hidrodinâmica, na máquina de energia de fluido mesmo no caso de construção simultaneamente compacta. Isto é alcançado através de pelo menos um trem de força variável, preferivelmente um trem de força constante e um trem de força variável para ligação entre máquina de acionamento e máquina de fluido, sendo que as percentagens de potência na máquina de energia de fluido são reunidas novamente quando efeito sobre o fluido. Nesse caso, só está prevista uma única máquina de acionamento, cuja potência é distribuída, através de pelo menos duas barras de potência, sobre as rodas propulsoras individuais ou conjuntos de rodas individuais. Em relação a uma realização genérica, portanto, pode-se dispensar outra máquina de acionamento bem como conversores de frequência associados, o que simplifica bastante o dispêndio com técnica de controle.

[0011] Como fluidos são possíveis gases, líquidos ou misturas gás- líquido.

[0012] Por “máquina de energia de fluido” entende-se especialmente uma máquina na qual trabalho mecânico é trocado com um fluido. Dependendo da sua realização a máquina de energia de fluido transmite o trabalho ou de fora para o fluido ou retira energia do fluido, a qual é entregue então para fora como trabalho mecânico. Nesse caso, são possíveis também máquinas de energia de fluido que assumem também diversas funções, isto é, comprimem gases, mas promovem misturas gás-líquido, em diversos campos de operação com a presença de fluidos em diversos estados de agregação.

[0013] A solução de acordo com a invenção encontra aplicação preferivelmente em unidades de máquina de energia de fluido, nas quais a máquina de energia de fluido está presente como compressor ou bomba.

[0014] Por “máquina de energia de fluido” em forma de um compressor entende-se especialmente uma máquina que alimenta trabalho mecânico a um fluido, especialmente gás, isto é, usada para para compressão de gases. Elas elevam a pressão e a densidade do gás. Na configuração da unidade de máquina de energia de fluido como unidade de compressor, esta compreende pelo menos um compressor com pelo menos duas rodas de compressor configuradas como rodas propulsoras individuais ou conjuntos de rodas de compressor acopladas entre si. Uma roda de compressor tem como tarefa comprimir um fluido e assim elevar a pressão após a roda e transportar o fluido.

[0015] Na configuração da unidade de máquina de energia de fluido como unidade de compressor, especialmente para o uso em aplicações subaquáticas, a pelo menos uma conexão ao alojamento está configurada como conexão para alimentação de um fluido diferente do fluido que circunda o alojamento ao compressor. Tais realizações encontram aplicação sobretudo no campo subaquático.

[0016] Na configuração da unidade de máquina de energia de fluido como unidade de compressor a máquina de acionamento está ligada aos respectivos eixos de entrada de pelo menos duas rodas de compressor separadas ou conjunto de rodas de compressor acopladas entre si, sendo que em pelo menos uma das barras de potência está previsto um dispositivo para conversão número de rotações/torque. Preferivelmente o compressor compreende duas respectivas rodas de compressor ou conjuntos de rodas de compressor, sendo que cada uma das rodas de compressor está ligada à máquina de acionamento através de um trem de força. Nesse caso, a distribuição da potência pode ocorrer diretamente na máquina de acionamento, mas também em qualquer ponto entre máquina de acionamento e compressor.

[0017] Por “roda de compressor” entende-se especialmente componente que apresenta um elemento rotatório em torno de um eixo de rotação ou um ou vários elementos de guia para fluido. Uma roda de compressor tem como tarefa comprimir um meio e assim elevar a pressão após a roda e transportar o fluido.

[0018] Se a unidade de máquina de energia de fluido está configurada como unidade de bomba, esta apresenta pelo menos duas rodas de bomba ou conjuntos de respectivas rodas de bomba acopladas entre si. Função principal da bomba é o transporte de fluido incompressível, isto é, líquidos.

[0019] Na realização da máquina de acionamento como motor elétrico pode-se dispensar completamente o uso de conversores de frequência através da previsão de um dispositivo para conversão número de rotações/torque em pelo menos uma das barras de potência e, em vez disso, recorrer a sistemas mecânicos ou hidrodinâmicos robustos para esta finalidade. Assim pode-se realizar uma construção especialmente compacta de toda a unidade de máquina de energia de fluido, a qual pode ser produzida ainda de maneira segura, robusta em relação a influências do ambiente e econômica.

[0020] A sobreposição hidrodinâmica pode ser realizada ou usada de maneira diferente, dependendo da realização da máquina de energia de fluido.

[0021] De acordo com uma primeira realização especialmente vantajosa, o eixo de entrada de uma das pelo menos duas rodas propulsoras ou de um conjunto de rodas propulsoras está ligado a um eixo de acionamento da máquina de acionamento com configuração do primeiro trem de força. O eixo de entrada de uma outra das pelo menos duas rodas propulsoras ou de um conjunto dos pelo menos dois conjuntos de rodas propulsoras está ligado a um eixo de acionamento da máquina de acionamento com configuração de um segundo trem de força. O dispositivo de conversão número de rotações/torque disposto em uma dessas duas barras de potência está configurado e disposto para acionar o eixo de entrada acoplado a este trem de força em sentido contrário ao eixo de entrada acoplado ao outro trem de força. Esta realização permite velocidades relativas especialmente altas. Especialmente na configuração da máquina de energia de fluido como compressor, esta permite velocidades relativas especialmente altas entre as rodas de compressor e assim relações de fluxo correspondentes em relação ao transporte ótimo do fluido.

[0022] De acordo com uma segunda realização o dispositivo de conversão número de rotações/torque disposto em uma dessas duas barras de potência está configurado e disposto para acionar o eixo de entrada acoplado a esse trem de força em sentido contrário ao outro eixo de entrada acoplado à outro trem de força. Aqui também podem ser alcançadas relações de fluxo vantajosas para aplicações correspondentes.

[0023] Em realização à variabilidade da percentagem de potência transmissível em uma das duas barras de potência que ligam a máquina de acionamento aos eixos de entrada das rodas propulsoras ou aos eixos de entrada dos conjuntos individuais de rodas propulsoras (rodas propulsoras em forma de rodas de compressor ou rodas de bomba) existem basicamente duas possibilidades. A percentagem de potência transmissível de acordo com uma primeira configuração pode ser transmitida em estágios ou, de acordo com uma segunda configuração vantajosa, sem estágios.

[0024] No caso mencionado primeiramente o dispositivo de conversão número de rotações/torque está configurado de tal modo a poder converter o número de rotações e/ou o torque em estágios, isto é, em estágios de multiplicação fixos e selecionáveis predefinidos,

enquanto que no segundo caso o dispositivo de conversão número de rotações/torque está configurado de modo a poder converter o número de rotações e/ou o torque sem estágio. A possibilidade de conversão sem estágio oferece a vantagem de uma ajustabilidade muito fina das percentagens de potência transmissíves através de ambas as barras de potência e, dependendo do desenho das rodas propulsoras (rodas de compressor ou rodas de bomba), das forças resultantes que atuam sobre o fluido.

[0025] Em uma forma de construção especialmente vantajosa da unidade de máquina de energia de fluido a máquina de acionamento e a máquina de energia de fluido estão dispostas coaxiais entre si. Nesse caso, as duas barras de potência podem ser dispostas igualmente de modo coaxial ou excêntrico em relação à máquina de acionamento e à máquina de energia de fluido. Em uma aplicação vantajosa da unidade de máquina de energia de fluido como unidade de compressor subaquática a máquina de acionamento e o compressor estão dispostos coaxiais entre si.

[0026] Em uma configuração especialmente vantajosa as pelo menos duas rodas propulsoras, na configuração como unidade de compressor as pelo menos duas rodas de compressor ou conjuntos de rodas propulsoras acopladas entre si ou rodas de compressor estão dispostas coaxiais entre si. Esta construção está caracterizada através de pequenas dimensões axial e radial bem como de um alto grau de compacidade.

[0027] Realizações com construção coaxial podem ser feitas de maneira diferente.

[0028] Em uma configuração vantajosa, que é combinável também com as configurações mencionadas precedentemente, a primeiro trem de força está formada por uma ligação configurada como eixo contínuo entre um eixo de acionamento da máquina de acionamento ao eixo de entrada de uma das pelo menos duas rodas propulsoras ou de um conjunto de rodas propulsoras, com configuração como unidade de compressor das rodas de compressor ou de um conjunto de rodas de compressor. No segundo trem de força está previsto o dispositivo de conversão número de rotações/torque. O segundo trem de força é a ligação configurada como eixo contínuo mecânico entre eixo de acionamento da máquina de acionamento e o eixo de entrada de uma das pelo menos duas rodas propulsoras ou de um conjunto de rodas propulsoras com configuração como unidade de compressor de uma das pelo menos duas rodas de compressor ou de um conjunto de rotas de compressor.

[0029] O segundo trem de força, especialmente o dispositivo para conversão número de rotações/torque, pode estar disposta, neste caso, coaxialmente ou excentricamente à primeiro trem de força. Nesse caso a variante coaxial oferece a vantagem de uma unidade de máquina de energia de fluido construída especialmente compacta, especialmente para o uso como unidade de compressor subaquática.

[0030] Uma construção especialmente compacta e robusta quanto à ativação é dada com configuração do dispositivo para conversão número de rotações/torque como engrenagem de fluxo hidrodinâmico, especialmente conversor número de rotações/torque hidrodinâmico. Este compreende pelo menos uma roda de bomba, uma roda de turbina e uma roda de guia, as quais formam um espaço de trabalho preenchível com fluido operacional entre si. Para ajuste variável de número de rotações ou torque o conversor número de rotações/torque hidrodinâmico está configurado como conversor de ajuste, compreendendo pelo menos uma pá de ajuste prevista em uma roda de pás ou uma parte de roda de pás e/ou um segmento de pá ajustável, sendo que a pá de ajuste individual e/ou o segmento de pá deslocável individual está disposta em pelo menos uma das rodas de pás,

selecionada a partir do grupo de rodas de pás mencionado a seguir: - roda de bomba - roda de turbina - roda de guia.

[0031] O tipo e a disposição das pás de ajuste ocorrem de acordo com o caso de aplicação, sendo que preferivelmente realizações com pás de ajuste ou segmentos de pá na roda de guia podem ser usadas. Em relação a um conversor com pás estacionárias, não ajustáveis, no qual se ajustaria automaticamente, em operação, um ponto operacional (ponto torque/número de rotações) de acordo com a característica do conversor, a configuração com pás de ajuste oferece a vantagem de uma ocorrência de influência por fora e, com isso, a regulagem do úmero de rotações ou alteração do comportamento de transporte.

[0032] O uso de um conversor número de rotações/torque hidrodinâmico oferece a vantagem de que este pode ser inserido, de maneira especialmente simples, coaxialmente à máquina de acionamento e a máquina de energia de fluido, com realização como unidade de compressor coaxial ao compressor, no espaço construtivo disponível entre as mesmas. A unidade construtiva gerada então está caracterizada através de um grau de compacidade especialmente elevado. Neste caso, os eixos de entrada das pelo menos duas rodas propulsoras ou dos conjuntos de rodas propulsoras estão dispostos coaxiais entre si e a roda de bomba do conversor de número de rotações/torque hidrodinâmico ligada à ligação entre eixo de acionamento da máquina de acionamento e um eixo de entrada de uma roda propulsora ou de um conjunto de rodas propulsoras. A roda de turbina do conversor número de rotações/torque está acoplada, pelo menos indiretamente, preferivelmente diretamente, ao eixo de entrada da segunda roda propulsora ou do conjunto de rodas propulsoras.

[0033] Em relação à configuração do conversor número de rotações/torque existe uma pluralidade de possibilidades. Este pode estar configurado, por exemplo, como conversor de um estágio ou de múltiplos estágios, como conversor monofásico ou multifásico.

[0034] Preferivelmente, em unidades de compressor, especialmente unidades de compressor subaquáticas, está previsto pelo menos um primeiro dispositivo para vedação contra fluido e pressão da máquina de acionamento em relação ao compressor. Dependendo da disposição do primeiro dispositivo de vedação ou de um primeiro sistema de vedação para vedação contrapressão e fluido e isolamento entre máquina de acionamento e compressor, está previsto, em um desenvolvimento, pelo menos um outro dispositivo de vedação ou um outro sistema de vedação.

[0035] Em relação à configuração do alojamento que recebe a máquina de acionamento e o compressor existe uma pluralidade de possibilidades. Se o dispositivo de vedação está disposto diretamente na região de uma condução do eixo de acionamento, a máquina de acionamento pode estar vedada diretamente em relação à engrenagem de fluido e ao compressor. Neste caso, o preferivelmente outro dispositivo de vedação pode ser previsto entre a engrenagem de fluxo e o compressor. No caso mais simples a disposição ocorre diretamente entre roda de bomba e roda de pá de turbina ou entre os componentes acoplado às mesmas.

[0036] Em configuração do dispositivo de conversão número de rotações/torque como engrenagem de fluxo hidrodinâmica, para evitar um transbordamento de meio de fluxo para a máquina de energia de fluido, pelo menos um dispositivo de vedação está disposto entre o meio de fluxo e a máquina de energia de fluido. O dispositivo de vedação entre engrenagem de fluxo hidrodinâmica e máquina de energia de fluido pode estar disposto então entre roda de bomba e roda de turbina ou seu acoplamento aos respectivos eixos de entrada da máquina de energia de fluido, ou diretamente entre os eixos de entrada das rodas propulsoras ou dos conjuntos de rodas propulsoras.

[0037] Alternativamente o conversor pode ser operado também com a fase líquida de um meio transportador.

[0038] Em uma segunda configuração alternativa o dispositivo para conversão número de rotações/ torque está configurado como engrenagem de fluxo hidrostática. A vantagem consiste em uma redução dos componentes mecânicos e na exploração das vantagens inerente à transmissão de força hidrostática. O ajuste ou controle da percentagem de potência transmissível de maneira variável ocorre através do uso de bombas e/ou motores hidrostáticos reguláveis.

[0039] O alojamento que recebe a máquina de acionamento e o compressor está configurado de maneira adequada especialmente para o uso em aplicações subaquáticas. O alojamento pode estar realizado com uma ou mais partes. Este está desenhado e dimensionado de tal modo a resistir às relações de pressão na faixa de aplicação subaquática e/ou de modo a ser enchido com agentes de pressão. O alojamento apresenta pelo menos uma conexão para acoplamento a uma linha de abastecimento para um fluido diferente do fluido que circunda o alojamento. Isto vale, em analogia, para pelo menos uma conexão para indicação de fluido comprimido.

[0040] A solução de acordo com a invenção está esclarecida a seguir com o auxílio de figuras. O seguinte está representado em detalhes:

[0041] Figura 1: ilustra, em representação simplificada de modo esquematizado, uma realização de uma unidade de máquina de energia de fluido em forma de uma unidade de compressor subaquática;

[0042] Figura 2: ilustra, em representação simplificada de modo esquematizado, uma segunda realização de uma unidade de compressor subaquática;

[0043] Figura 3: ilustra, em representação simplificada de modo esquematizado, um desenvolvimento de uma realização de acordo com a figura 1 com um respectivo conjunto de primeiras e segundas rodas de compressor;

[0044] Figura 4: ilustra, em representação simplificada de modo esquematizado, uma realização de uma unidade de compressor subaquática com configuração do alojamento de compressor do alojamento da unidade de compressor subaquática;

[0045] Figura 5: ilustra, em representação simplificada de modo esquematizado, uma realização de uma unidade de compressor subaquática com uma engrenagem hidrostática como membro de potência.

[0046] A figura 1 ilustra, em representação esquematicamente simplificada, uma primeira realização de uma unidade de máquina de energia de fluido 1 configurada de acordo com a invenção, a qual está configurada como unidade de compressor subaquática 1. Esta compreende uma máquina de energia de fluido, especialmente um compressor 2 com pelo menos duas rodas propulsoras em forma de rodas de compressor 3 e 4, como representado na figura 1, ou, como não representado aqui, com pelo menos dois conjuntos de respectivas rodas propulsoras acopladas entre si, especialmente rodas de compressor. No caso das rodas de compressor 3, 4 trata-se das chamadas rodas propulsoras ou rodas de pás. Um conjunto é formado então por várias rodas de pás. As rodas de compressor 3, 4 estão dispostas coaxialmente entre si e montadas de modo rotatório em torno de um eixo de rotação comum teórico R. Cada uma das rodas de compressor 3 ou 4 individual compreende pelo menos um ou vários conjuntos de pás. No caso representado estão previstas várias respectivas pás dispostas em série.

[0047] As rodas de compressor 3 e 4 individuais estão acopladas a uma máquina de acionamento 5 pelo menos indiretamente com configuração de pelo menos duas barras de potência L1 e L2. Para isso as rodas de compressor individuais 3 e 4 estão acopladas à máquina de acionamento 5 através de eixos de entrada de roda de compressor, doravante chamados abreviadamente de eixos de entrada E3 e E4. Os eixos de entrada individuais E3 e E4 podem estar configurados integralmente com as rodas de compressor 3, 4 ou são formados por componentes separados, os quais estão ligados às rodas de compressor 3, 4.

[0048] Máquina de acionamento 5 e compressor 2 estão dispostos no espaço interno 6 de um alojamento 7. O alojamento 7 está configurado de tal modo, que ele seja adequado para o uso em aplicações subaquáticas e encapsule a máquina de acionamento 5 e o compressor 2 em relação ao ambiente que circunda o alojamento 7. A ligação para fora ocorre através de pelo menos uma entrada 8 para alimentação de um fluido ao compressor 2, sendo que o fluido é diferente do fluido que circunda o alojamento 7 quando do uso subaquático. No caso da configuração não representada aqui da unidade de máquina de energia de fluido como unidade de bomba, especialmente a chamada unidade “water-injection” (de injeção de água) o fluido a ser recebido através da entrada corresponde ao fluido que circunda a unidade de bomba “water-injection”.

[0049] Está previsto ainda, na unidade de compressor subaquática 1 representada, pelo menos uma saída 9 para retirada de líquido comprimido no compressor 2 para fora do alojamento 7. Nesse caso é possível prever apenas uma respectiva entrada 8 dessa ou uma saída 9 dessa, mas, dependendo do compressor 2, também várias. Na realização representada na figura 1 o compressor 2 está realizado com um alojamento próprio 10, o qual circunda as duas rodas de compressor 3 e 4. A entrada 8 no alojamento 7 está acoplada a uma entrada 11 no compressor 2, especialmente no alojamento 10 do compressor, enquanto que a saída 9 no alojamento 7 está acoplada a uma saída 19 no alojamento 10 do compressor 2. A respectiva entrada 8 ou saída 9 no alojamento 7 pode ser acoplada a uma ligação de linha correspondente para fluido que é diferente do fluido que circunda o alojamento 7 normalmente quando do uso subaquático.

[0050] A compressão no compressor 2 ocorre através de sobreposição hidráulica com rotação das duas rodas de compressor 3 e 4 com velocidade relativa entre si. Para isso, os respectivos eixos de entrada E3 e E4 estão acoplados a um eixo de acionamento 13 da máquina de acionamento 5. O acoplamento ocorre através de duas barras de potência L1 e L2. Um primeiro trem de força L1 serve para ligação direta entre a máquina de acionamento 5 e uma das duas rodas de compressor, aqui a primeira roda de compressor 3. A segundo trem de força L2 serve para acoplamento da máquina de acionamento 5, especialmente o eixo de acionamento 13, à segunda roda de compressor 4 ou ao eixo de entrada E4. Em uma das barras de potência, aqui, a título de exemplo, a segundo trem de força L2, está previsto um dispositivo para a conversão número de rotações/torque 12 sem estágio. Esse dispositivo 12 está configurado, no caso mais simples, como conversor número de rotações/torque hidrodinâmico 14. Este compreende pelo menos uma roda de bomba P, uma roda de turbina T e pelo menos uma roda de guia L como membro de rotação entre roda de bomba P e roda de turbina T. De acordo com a realização, o transportador número de rotações/torque hidrodinâmico 14 pode estar configurado com um estágio ou vários estágios, monofásico ou multifásico. Isto significa que ou um dispositivo para influenciar o comportamento de transmissão de força pode estar previstos no próprio conversor número de rotações/torque hidrodinâmico 14 ou o fornecimento ou escoamento de meio operacional ao espaço de trabalho é controlável /regulável.

[0051] Quando de configuração como conversor de ajuste está configurado preferivelmente, pelo menos uma das rodas de pás ou partes de roda de pás está configurada com pelo menos uma pá de ajuste ou um segmento de pá ajustável. No caso representado o conversor de ajuste está caracterizado através de um deslocamento de pás de ajuste 15 na roda de guia L. Esta apresenta pelo menos uma, preferivelmente várias pás de ajuste 15, as quais são acionáveis através de um dispositivo de ajuste 16. Aqui é possível e está indicada apenas com uma linha ininterrupta a previsão de dispositivos de ajuste 17 ou 18 para ajuste de pás de ajuste ou segmento de pás na roda de bomba P e/ou roda de turbina T.

[0052] O conversor número de rotações/torque hidrodinâmico 14 está disposto aqui em ramificação de linha para o compressor 2 entre este e a máquina de acionamento 5. Ou seja, a roda de bomba P está ligada, pelo menos indiretamente, ao eixo de acionamento 13 da máquina de acionamento 5, enquanto que a roda de turbina T está acoplada de modo não rotatório ao segundo eixo de entrada E4. Preferivelmente o acoplamento da roda de bomba P ocorre diretamente à ligação não rotatória entre o eixo de acionamento 13 da máquina de acionamento 5 e a primeira roda de compressor 3. A ligação entre eixo de acionamento 13 da máquina de acionamento 5 e o primeiro eixo de entrada E3 ou à primeira roda de compressor 3 descreve então a primeiro trem de força L1, a qual é designada também como trem de força constante, uma vez que nesta não estão previstos outros membros de transmissão com a possibilidade de uma conversão número de rotações/torque. A ligação entre a máquina de acionamento 5, especialmente o eixo de acionamento 13, a roda de bomba P, a roda de turbina T através do acoplamento hidrodinâmico bem como do segundo eixo de entrada E4 à segunda roda de compressor 4 descreve a segundo trem de força L2. Em virtude da configuração do conversor número de rotações/torque 14 como transportador de ajuste trata-se, no caso deste trem de força L2, de um trem de força variável, isto é, através desta o número de rotações no eixo de entrada E4 pode ser controlado ou, dependendo da exigência, regulado também. Através deste tipo de divisão de potência existe a possibilidade de ajustar os números de rotações dos eixos de entrada E3 e E4 em relação ao número de rotações relativo entre estes. Através do ajuste do número de rotações relativo, por outro lado, a relação de pressão e corrente volumétrica dentro do compressor 2 é ajustável acordo com as particularidades desejadas e exigências.

[0053] A figura 1 ilustra então uma configuração mínima de máquina de acionamento 13, compressor 2 e acoplamento desses através de duas barras de potência L1, L2, sendo que em pelo menos um trem de força está previsto um membro de ajuste de potência variável. Modificações adicionais são possíveis. O alojamento 7 pode estar construído com uma ou várias partes. Todos os componentes – máquina de acionamento 5, compressor 2, rodas de compressor 3, 4 e conversor de número de rotações/torque hidrodinâmico 14 estão dispostos coaxiais entre si, sendo que a disposição do conversor 14, observada em direção axial, ocorre na sequência máquina de acionamento 5, compressor 2 e conversor 14 com realização configurada de modo correspondente.

[0054] Existe a possibilidade de que especialmente no caso de aplicações subaquáticas, a máquina de acionamento 5 no alojamento seja circundada pela percentagem gasosa de uma mistura líquido-gás e assim as perdas sejam reduzidas. Em um desenvolvimento vantajoso o conversor 14 também é operado com o fluido a ser transportado nele.

[0055] O espaço interno do alojamento 7 pode ser dividido em diversas regiões de espaço, dependendo da região de recepção para a máquina de acionamento 5, o conversor 14 e a máquina de energia de fluido 2, sendo que essas regiões de espaço não são entendidas como regiões de disposição delimitadas uma da outra para os respectivos componentes. À máquina de acionamento está associada uma região de espaço 6.1, ao conversor 14 uma região de espaço 6.3 e à máquina de energia de fluido 2 uma região de espaço 6.2. Se for desejado i impedir um transbordamento de fluido do compressor 2 para a região de espaço interno 6.1 restante, então está previsto um dispositivo de vedação 20. Este está disposto, de preferência, diretamente entre máquina de energia de fluido 2 e conversor 14. Neste caso, conversor 14 e máquina de acionamento 5 operam em condições de meio ambiente iguais. O dispositivo de vedação 20 está disposto, para isto, entre alojamento 7 e o lado de acionamento do conversor 14, especialmente a ligação da roda de turbina T com a roda de compressor

4. Máquina de acionamento 5, especialmente motor elétrico e conversor 14, são circundados com o mesmo meio. Neste caso não é necessário outro dispositivo de vedação.

[0056] Adicionalmente pode estar previsto, opcionalmente, um dispositivo de vedação 20’ entre máquina de acionamento 5 e compressor 2. Esse dispositivo está disposto preferivelmente entre eixo de saída 13 da máquina de acionamento 5 e alojamento 7, o que está representado aqui por meio de linha ininterrupta. A vedação 20’ serve também para delimitação de uma primeira região de espaço 6.1 dentro do espaço interno 6 do alojamento 7, o qual recebe a máquina de acionamento 5 em relação ao compressor de modo à prova de pressão e estanque a fluido. O conversor número de rotações/torque hidrodinâmico 14, neste caso pode estar disposto com o compressor 2 em uma região de espaço interno 6.2 comum. Preferivelmente, porém, o dispositivo de vedação 20 também é previsto entre conversor 14 e máquina de energia de fluido 2. Está previsto também outro dispositivo de vedação ou um sistema de vedação 21 entre a roda de bomba P do conversor número de rotações/torque hidrodinâmico 14 ou o primeiro eixo de entrada E3 e a roda de turbina T ou o eixo de entrada E4 acoplado à mesma. Os dispositivos de vedação 20 e 21 vedam o compressor 2 em relação ao conversor 14 com configuração de outra região de espaço interno. O compressor 2 está vedado preferivelmente à prova de pressão e líquido em relação ao espaço interno restante 6 do alojamento 7.

[0057] Em relação à disposição dos dispositivos de vedação 20’, 20, 21 existe uma pluralidade de possibilidades. O dispositivo de vedação 20’ está previsto então preferivelmente entre o alojamento 7 ou uma parte ligada a este e o eixo de acionamento 13 da máquina de acionamento 5. O segundo dispositivo de vedação 21 pode estar previsto, de preferência, diretamente entre roda de bomba P e a roda de turbina T, especialmente o acoplamento da roda de bomba P ao eixo de entrada E3 e ao eixo de entrada E4 ou aos eixos de entrada E3 e E4. Outras configurações são igualmente possíveis.

[0058] O dispositivo de vedação 20 pode estar previsto entre o alojamento 7 e o eixo de entrada E4 ou alojamento 7 e roda de turbina T. Deve ser evitado um transbordamento de fluido entre o compressor 2 para dentro da máquina de acionamento 5 e as regiões parciais 6.1,

6.2 do espaço interno 6 que recebem o conversor número de rotações/torque 14.

[0059] O compressor 2 está configurado com pelo menos uma entrada 8 para o fluido a ser comprimido e uma saída 9 para o fluido comprimido. No caso representado o compressor 2 está configurado no alojamento 7 da unidade de compressor 1 com um alojamento de compressor 10 próprio. A entrada 11 do alojamento de compressor 10 está ligado pelo menos indiretamente, de preferência diretamente à entrada 8 para o alojamento 7 da unidade de compressor 1, para alimentação de um fluido que pode ser diferente do fluido que circunda o alojamento 7. Em analogia a pelo menos uma saída 18 do alojamento de compressor 10 está acoplada a uma saída 9 do alojamento 7 da unidade de compressor 1 pelo menos indiretamente, de preferência diretamente. Entrada 8 e saída 9 do alojamento 7 estão realizadas e dispostas de modo a apropriadas para serem ligadas a ligações de linha/canais, etc., correspondentes para fornecimento e/ou retirada de fluido.

[0060] Em relação à figura 1 a figura 2 ilustra uma outra configuração de uma unidade de compressor configurada de acordo com a invenção em forma de uma unidade de compressor subaquática

1. A construção básica e a função básica correspondem às descritas na figura 1, pelo que para elementos iguais são usados os mesmos números de referência. A realização distingue-se aqui apenas na configuração do compressor 2, especialmente das rodas de compressor individuais 3 e 4. As rodas de compressor 3 e 4 estão configuradas de tal modo, que cada roda de compressor está caracterizada através de um eixo que está acoplado ao eixo de entrada E3 ou E4, ou forma estes, e porta uma ou várias pás de compressor. Nesse caso, as pás de compressor das duas rodas de compressor 3 e 4 são alternadas, isto é, estão dispostas alternadamente entre si, sendo que as pás de compressor da roda de compressor 3 se estendem em direção radial para fora a partir do eixo de entrada E3, enquanto que o eixo de entrada E4 está configurado como eixo oco e porta a disposição de pás correspondente no perímetro interno. Observadas em direção axial, em estado montado, as pás individuais das rodas de compressor 3 e 4 estão dispostas alternadamente.

[0061] A figura 3 mostra, em um desenvolvimento de acordo com a figura 1, uma configuração com um conjunto de rodas de compressor

3.1, 3.2 e 4.1, as quais estão dispostas em série entre si, sendo que as rodas de compressor individuais 3.1, 3.2 ou 4.1, 4.2 de um conjunto estão acopladas entre si e estão dispostas alternadamente com as rodas de compressor 4.1, 4.2 ou 3.1, 3.2 do outro respectivo conjunto de rodas de compressor. É decisivo que as rodas de compressor individuais de um conjunto de rodas de compressor estejam acopladas com um respectivo eixo de entrada E3 ou E4.

[0062] A figura 4 ilustra, em representação esquematicamente simplificada, a configuração do alojamento 7 em concentração de função como alojamento do compressor 2 no exemplo de uma configuração de acordo com a figura 1. Neste caso, a entrada 8 no alojamento 7 atua simultaneamente como entrada para o compressor 2. Isto vale, em analogia, para a saída 9.

[0063] Todas as configurações de acordo com as figuras 1 a 4 estão caracterizadas através da disposição coaxial de todos os componentes – máquina de acionamento 5, conversor número de rotações/ torque hidrodinâmico 14 e compressor 2. Isto representa uma configuração especialmente vantajosa, com mínima necessidade de espaço construtivo na direção radial. Todas as partes rotatórias estão caracterizadas através de um eixo de rotação R teórico comum. É possível também prever dispositivos adicionais entre máquina de acionamento e conversor número de rotações/torque 14 e entre os eixos de entrada E3 e E4 do compressor 2. Porém isto leva a necessidade adicional de espaço construtivo. Portanto, preferivelmente recorre-se à disposição coaxial.

[0064] A figura 5 ilustra, em representação esquematicamente simplificada, uma outra configuração de uma unidade de compressor subaquático 1, sendo que, porém, o dispositivo para conversão número de rotações/torque está configurado no segundo trem de força L2 como engrenagem hidrostática 23, compreendendo uma bomba hidrostática 24 e um motor hidrostático 25. Nessa configuração não é possível uma disposição coaxial na forma da figura 1. Nesta configuração com engrenagem hidrostática ou a bomba hidrostática 24 ou o motor hidrostático ou ambos são controláveis e/ou reguláveis.

[0065] As configurações nas figuras 1 a 5 mostram configurações especialmente vantajosas de uma unidade de máquina de energia de fluido como unidade de compressor. É possível também uma configuração como unidade de bomba.

Claims (19)

REIVINDICAÇÕES

1. Unidade de máquina de energia de fluido (1) com uma máquina de energia de fluido (2) com pelo menos duas rodas propulsoras individuais (3, 4) ou conjuntos de respectivas rodas propulsoras acopladas entre si; - com uma máquina de acionamento (5), a qual está acoplada, pelo menos indiretamente, a um eixo de entrada (E3, E4) de uma das rodas propulsoras (3, 4) ou de um conjunto de rodas propulsoras; - com um alojamento (7) que recebe a máquina de acionamento (5) e a máquina de energia de fluido (2); - com pelo menos uma conexão (11) no alojamento (7) para alimentação de um fluido à máquina de energia d fluido (2); - com pelo menos uma outra conexão (9) no alojamento (7) para saída de fluido; caracterizada pelo fato de que: - a máquina de acionamento (5) está ligada aos respectivos eixos de entrada (E3, E4) de pelo menos duas rodas propulsoras (3, 4) separadas ou conjuntos de respectivas rodas propulsoras acopladas entre si através de uma respectivo trem de força (L1, L2), sendo que em pelo menos uma das barras de potência (L1, L2) está previsto um dispositivo (12) para conversão número de rotações/torque.

2. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a máquina de acionamento (5) está configurada como motor elétrico.

3. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o eixo de entrada (E3) de uma das pelo menos duas rodas propulsoras (3) ou de conjunto de rodas propulsoras está ligado a um eixo de acionamento (13) da máquina de acionamento (5) com configuração da primeiro trem de força (L1, L2) e o eixo de entrada (E4) de uma outra das pelo menos duas rodas propulsoras (4) ou do conjunto das pelo menos duas livres está ligado a um eixo de acionamento (13) da máquina de acionamento (5) com formação de uma segundo trem de força (L2) e o dispositivo de conversão número de rotações/torque (12) disposto em uma dessas duas barras de potência (L2) está configurado e disposto de modo a acionar o eixo de entrada (E4) acoplado a este trem de força (L2) em sentido contrário ao eixo de entrada (E3) acoplado à outro trem de força (L1).

4. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o eixo de entrada (E3) de uma das pelo menos duas rodas propulsoras (3) ou de conjunto de rodas propulsoras está ligado a um eixo de acionamento (13) da máquina de acionamento (5) com configuração da primeiro trem de força (L1) e o eixo de entrada (E4) de uma outra das pelo menos duas rodas propulsoras (4) ou de conjunto de pelo menos dois conjuntos de rodas propulsoras está ligado a um eixo de acionamento (13) da máquina de acionamento (5) com configuração de uma segundo trem de força (L2) e o dispositivo de conversão número de rotações/torque (12) disposto em uma dessas duas barras de potência (L2) está configurado e disposto de modo a acionar o eixo de entrada (E4) acoplado a esse trem de força (L2) em sentido contrário ao eixo de entrada (E3) acoplado à outro trem de força (L1).

5. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de conversão número de rotações/torque (12) está configurado para conversão, com estágio ou sem estágio, de números de rotação e/ou torque.

6. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que pelo menos duas rodas propulsoras (3, 4) ou conjuntos de rodas propulsoras acopladas entre si estão dispostas coaxiais entre si.

7. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que a primeiro trem de força (L1) está formada por uma ligação, configurada como acionamento contínuo mecânico, entre um eixo de acionamento (13) da máquina de acionamento (5) com o eixo de entrada (E3) de uma das pelo menos duas rodas propulsoras (3) ou de conjunto de rodas propulsoras, e a segundo trem de força (L2) acoplada ao segundo eixo de entrada (E4) está acoplada à ligação, configurada como acionamento contínuo mecânico, entre eixo de acionamento(13) da máquina de acionamento (5) com o eixo de entrada (E3) de uma das pelo menos duas rodas propulsoras ou de conjunto de rodas propulsoras.

8. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o dispositivo (12) para conversão número de rotações/torque está configurado como engrenagem de fluxo hidrodinâmica, especialmente conversor número de rotações/torque hidrodinâmico (14), compreendendo pelo menos uma roda de bomba (P), uma roda de turbina (T) e uma roda de guia (L), as quais formam entre si um espaço de trabalho (A) preenchível com fluido operacional.

9. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o conversor número de rotações/torque hidrodinâmico (14) está configurado como conversor de ajuste, compreendendo pelo menos uma pá de ajuste (15) prevista em uma roda de pás ou uma parte de roda de pás e/ou um segmento de pá ajustável, sendo que as pás de ajuste individuais e/ou o segmento de pá ajustável individual está disposto em pelo menos uma das rodas de pás, selecionada do grupo de rodas de pás mencionados a seguir: -roda de bomba (P) - roda de turbina (T) - roda de guia (L).

10. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que o conversor número de rotações/torque hidrodinâmico (14) e os eixos de entrada (E3, E4) das pelo menos duas rodas propulsoras (3, 4) ou conjuntos de rodas propulsoras estão dispostos coaxiais entre si e - a roda de bomba (P) do conversor número de rotações/torque hidrodinâmico (14) está ligado á ligação entre eixo de acionamento (13) da máquina de acionamento (59) e um eixo de entrada (E3) de uma roda propulsora (3) ou conjunto de rodas propulsoras, e - a roda de turbine (T) do conversor número de rotações/torque hidrodinâmico (14) está acoplado, pelo menos indiretamente, de preferência diretamente, ao eixo de entrada (E4) da segunda roda propulsora (4) ou conjunto de rodas propulsoras.

11. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizada pelo fato de que está previsto pelo menos um dispositivo de vedação (20) para vedação contra fluido e pressão entre a roda de turbina (T) ou um componente ligado fixamente à mesma e a máquina de energia de fluido (2).

12. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizada pelo fato de que um dispositivo de vedação (21) está disposto entre engrenagem de fluxo hidrodinâmica e máquina de energia de fluido (2).

13. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de vedação (21) está entre engrenagem de fluxo hidrodinâmica e máquina de energia de fluido (2) está disposto entre roda de bomba e roda de turbina (P< T), ou seu acoplamento com os respectivos eixos de entrada (E3, E4) da máquina de energia de fluido (2).

14. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de vedação (21) está disposto entre engrenagem de fluxo hidrodinâmica e máquina de energia de fluido (2) entre os eixos de entrada (E3, E4) das pelo menos duas rodas propulsoras ou conjuntos de rodas propulsoras.

15. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o dispositivo para conversão número de rotações/torque está configurado como engrenagem de fluxo hidrodinâmica (23).

16. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de que pelo menos um dispositivo de vedação (20’) está previsto para vedação contra fluido e pressão da máquina de acionamento (5) em relação à máquina de energia de fluido (2).

17. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de que ela está configurada como unidade de compressor (1), especialmente unidade de compressor subaquático, com pelo menos duas rodas de compressor ou conjuntos de respectivas rodas de compressor individuais, acopladas entre si e que formam rodas propulsoras (3, 4).

18. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma conexão (11) no alojamento (7) está configurada como conexão para alimentação de um fluido diferente do fluido que circunda o alojamento (7) ao compressor.

19. Unidade de máquina de energia de fluido (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que ela está configurada como unidade de bomba (1), com pelo menos duas rodas de bomba ou conjuntos de respectivas rodas de bomba individuais acopladas entre si, que formam rodas propulsoras (3, 4).