BRPI0902916A2 - aperfeiçoamentgos introduzidos em turbina hidráulica - Google Patents

Abstract

APERFEIçOAMENTOS INTRODUZIDOS EM TURBINA HIDRáULICA. Mais precisamente trata-se de uma turbina hidráulica 1) desenvolvida para pequenas usinas hidrelétricas; dita turbina idráulica (1) é composta por um conjunto estator fixo (CE), formado or corpo principal anelar (2) dotado dos dutos de entrada

Description

"APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM TURBINAHIDRÁULICA".

CAMPO TÉCNICO

Trata a presente invenção deaperfeiçoamentos em turbina hidráulica, mais particularmente emturbina desenvolvida para pequenas usinas hidrelétricas, a qualapresenta diversos aperfeiçoamentos, tanto no conjunto rotor, comono conjunto estator que, além de apresentar reduzido dimensional,resulta em excelente performance devido à sua construtividade,montagem e funcionamento.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

A energia hidráulica é uma das formas maispuras de energia disponível, pois não é contaminante e pode produzirtrabalhos sem produzir resíduos. É relativamente fácil de controlar eseu rendimento de transformação é muito alto (maior que 80%).

De uma forma geral as turbinas hidráulicassão projetadas para transformar a energia hidráulica (a energia depressão e a energia cinética) de um fluxo de água, em energiamecânica. Atualmente são mais encontradas em usinas hidrelétricas,onde são acopladas a um gerador elétrico, o qual é conectado a redede energia. Contudo também podem ser usadas para geração deenergia em pequena escala, para as comunidades isoladas.

São conhecidas também as mini centraishidroelétricas, configuradas por pequenos geradores de energiaelétrica montados em turbinas hidráulicas de dimensiònamentoadequado, alimentada por corrente de água fluente, passível deprovocar os efeitos necessários da energia hidráulica (pressão eenergia cinética).As convencionais turbinas hidráulicas,geralmente, apresentam uma configuração básica composta pormancais de escora e contra-escora e conformada por um receptáculodotado de aberturas dispostas de forma opostas configurando umaabertura de entrada e outra abertura de saída de fluxo de água; ditoreceptáculo recebe um rotor conformado por um eixo central e umsistema de palhetas guias móveis, as quais controlam a vazãovolumétrica da corrente de água.

Desta forma, o fluxo de água garante amovimentação do rotor convertendo a potência hidráulica empotência mecânica no eixo da turbina; em alguns casos, o diâmetroda abertura da saída de água apresenta-se mais avantajado que odiâmetro da abertura de entrada de água, permitindo a diminuição deaceleramento do fluxo da água para a devolução na corrente de água.

Muitos são os modelos de turbinas hidráulicas,particularmente voltadas para mini-usinas elétricas, onde o principalobjetivo é a performance da mesma, pois, conforme é deconhecimento, um dos principais inconvenientes das convencionaisturbinas hidráulicas consiste de os componentes das mesmasproporcionarem perda mecânica em função do atrito entre as partesmóveis da turbina e o calor dispersado por meio do aquecimento dosmancais.

BREVE DESCRIÇÃO DO OBJETO

Pensando em proporcionar melhorias aomercado consumidor, o requerente desenvolveu aperfeiçoamentos emturbina hidráulica, mais particularmente em turbina desenvolvidapara pequenas usinas hidrelétricas, a qual apresenta-se de reduzidodimensional e excelente performance devido à sua fácilconstrutividade, montagem e funcionamento.Dita turbina hidráulica é composta por umconjunto estator fixo, formado por corpo principal anelar dotado dosdutos de entrada e saída da água, bem como de base principal e eixocentral, sendo que sobre a base principal e dentro do estator émontado um conjunto rotativo formado por um cilindro mestreseccionado que, por sua vez, recebe um conjunto de cilindrossatélites, adequadamente interligados a um conjunto de engrenagensplanetárias dispostas numa caixa estanque, a qual é provida deparede periférica passível de ser sobreposta por uma tampa commancai cilíndrico que suporta a ponta do eixo central de umconvencional gerador de energia elétrica

É, portanto, objetivo desta invenção,apresentar uma turbina hidráulica onde os elementos que a compõemapresentam complementaridade entre si por meio da integração darotatividade individual dos cilindros satélites e conseqüentemovimentação das engrenagens planetárias em relação àrotatividade, em sentido inverso, do conjunto rotativo do cilindromestre, rotações estas decorrentes do duplo fluxo da água de entradae dupla saída de água.

É outro objetivo desta invenção prever umaturbina hidráulica com duas entradas e duas saídas de água,permitindo o equilíbrio do peso da coluna de água sem atritos ouaríete, ou seja, o funcionamento da turbina é uniforme.

Outro objetivo alcançado com os presentesaperfeiçoamentos foi permitir que a rotação dos cilindros satélitesresponde à uma proporção de 2x1. Este movimento interrompe apassagem de água e a obriga a fazer pressão total de Ix altura dacoluna de água.DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A complementar a presente descrição de modoa obter uma melhor compreensão das características do presenteinvento e de acordo com uma preferencial realização prática domesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto dedesenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, serepresentou o seguinte:

A figura 1 representa uma vista emperspectiva explodida dos elementos que compõem a turbinahidráulica ora inovada;

A figura 2 revela uma vista em perspectivaexplodida do conjunto estator e conjunto rotativo;

A figura 3 ilustra uma vista em perspectivamontada da turbina hidráulica;

A figura 4 mostra uma vista em corte parcialda turbina montada; e

A figura 5 representa uma vista superior daturbina ilustrando as engrenagens e movimentações.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO OBJETO

Com referências aos desenhos, a presenteinvenção se refere a "APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EMTURBINA HIDRÁULICA", mais precisamente trata-se de uma turbinahidráulica (1) desenvolvida para pequenas usinas hidrelétricas.

Segundo a presente invenção, de uma turbinahidráulica (1) a qual é composta por um conjunto estator fixo (CE),formado por corpo principal anelar (2) dotado dos dutos de entrada(DE) e saída da água (DS), bem como de base principal (2A) e eixocentral (2b), sendo que sobre a base principal (2A) e dentro doestator (CE) é montado um conjunto rotativo (CR) formado por umcilindro mestre seccionado (3) que, por sua vez, recebe um conjuntode cilindros satélites (3A), adequadamente interligados a um conjuntode engrenagens planetárias (4A) dispostas numa caixa estanque (5),a qual é provida de parede periférica (5a) passível de ser sobrepostapor uma tampa (6) com mancai cilíndrico (6a) que suporta a ponta doeixo central (7) de um convencional gerador de energia elétrica (GE).

Dito conjunto estator (CE) é configurado poruma base plana (2A) a qual é conformada por uma placapreferencialmente de formato discóide cuja porção central contemplade eixo ortogonal de sustentação (2b) cuja extremidade livreapresenta-se roscada. A partir da borda periférica da placa discóide(2b) se desenvolve uma parede de sustentação (2c) onde sãomontados dois pares de dutos tangenciais (2d) os quais permanecemdispostos de forma espelhada entre si, sendo um par de duto deentrada (DE) do fluxo de água e outro par de duto de saída (DS) dofluxo de água. Entre cada par de dutos de entrada (DE) e saída (DS)de água é previsto uma parede separadora (2e) as quais direcionam ofluxo de água, sendo que ditos pares de dutos tangenciais (2d)possibilitam o equilíbrio do peso da coluna da água sem atritos ouaríete, ou seja, o funcionamento da turbina apresenta-se uniforme.

O eixo de sustentação (2b) do conjuntoestator (CE) recebe um disco deslizante (2f) que permite amovimentação giratória do conjunto rotativo (CR), ou seja, ditoconjunto rotativo (CR) é montado no eixo de sustentação (2b) doconjunto estator (CE) sobre o disco deslizante (2f) de forma apermanecer liberado para movimentação rotativa (MR).

Dito conjunto rotativo (CR) é configurado poruma base plana (3a) de formato discóide onde é praticado um orifíciocentral (3b), sendo que na superfície plana da referida base (3a) sãoprevistos quatro rebaixos circulares (3c) os quais permanecempróximo à borda periférica; a porção central da base plana (3a)apresenta uma curta projeção circular (3d) de forma a conformar emcada rebaixo circular um degrau de desnível. A partir da bordaperiférica da projeção circular (3d) e alinhado com cada porçãocentral de cada rebaixo circular (3c) se desenvolvem eixos guias (3e)cujas extremidades livres apresentam-se roscadas e onde são fixadaspor meio adequado paredes complementares (3f) do cilindro mestre(3) que, por sua vez, é montado na porção central da base plana(3a).

Cada eixo guia (3e) recebe, também, umcilindro satélite (3g) por meio do acoplamento do eixo tubular (3g')previsto na base superior do dito cilindro (3g) o qual apresenta-seoco cuja parede periférica contempla de um recorte de acesso (3g").Ditos cilindros satélites (3g) acondicionam as paredescomplementares (3f) do cilindro mestre (3), que por sua vez, éconfigurado por um suporte em formato de cruz o qual contempla dequatro compartimentos semicirculares (3h) onde são acoplados osreferidos cilindros satélites (3g).

Sobrepondo o cilindro mestre (3) e osreferidos cilindros satélites (3g) e acoplado no eixo de sustentação(2b) do conjunto estator (CE) é montada a caixa de engrenagem (5)planetária a qual é configurada por um suporte estrutural (5b) emcuja base plana são praticados quatro orifícios (5c) os quais recebemas extremidades dos eixos tubulares (3g') dos cilindros satélites (3g)onde são fixadas engrenagens rotativas (4b).

Cada engrenagem rotativa (4b) opera pormeio de uma engrenagem intermediária (4c) com movimentação anti-horária (MA) desenvolvida através da movimentação do conjuntorotativo (CR) as quais contornam uma engrenagem principal (4d)que, por sua vez, permanece fixa no eixo de sustentação (2b) doconjunto estator (CE).

Assim, por transmissão de movimentação cadaengrenagem rotativa (4b) gira no sentido anti-horário e,consequentemente, movimentam os cilindros satélites (3g).

Dita caixa de engrenagem planetária (5)recebe a referida tampa suporte (6) do eixo central (7) doconvencional gerador de energia (GE) a qual é fixada por meio doacoplamento nas extremidades livres de cada eixo guia (3e) doconjunto rotativo (CR).

Desta forma, a rotatividade dos cilindrossatélites (3g) e conseqüente movimentação das engrenagensplanetárias (4A) apresenta-se inversa da rotatividade do conjuntorotativo (CR) do cilindro mestre (3), rotações estas decorrentes doduplo fluxo (DF) da água de entrada e dupla saída de água.

É certo que quando o presente invento forcolocado em pratica, poderão ser introduzidas modificações no que serefere a certos detalhes de construção e forma, sem que isso impliqueafastar-se dos princípios fundamentais que estão claramentesubstanciados no quadro reivindicatório, ficando assim entendido quea terminologia empregada teve a finalidade de não limitação.

Claims (5)

1.) "APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM TURBINAHIDRÁULICA", mais precisamente trata-se de uma turbina hidráulica(1) desenvolvida para pequenas usinas hidrelétricas; caracterizadapelo fato da turbina hidráulica (1) ser composta por um conjuntoestator fixo (CE), formado por corpo principal anelar (2) dotado dosdutos de entrada (DE) e saída da água (DS), bem como de baseprincipal (2) e eixo central (2b), sendo que sobre a base principal (2)e dentro do estator (CE) é montado um conjunto rotativo (CR)formado por um cilindro mestre seccionado (3) que, por sua vez,recebe um conjunto de cilindros satélites (3A), adequadamenteinterligados a um conjunto de engrenagens planetárias (4A) dispostasnuma caixa estanque (5), a qual é provida de parede periférica (5a)passível de ser sobreposta por uma tampa (6) com mancai cilíndrico(6a) que suporta a ponta do eixo central (7) de um convencionalgerador de energia elétrica (GE).

2.) "APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM TURBINAHIDRÁULICA", de acordo com a reivindicação anterior;caracterizado pelo fato do conjunto estator (CE) ser configurado poruma base plana (2) a qual é conformada por uma placapreferencialmente de formato discóide cuja porção central contemplade eixo ortogonal de sustentação (2b) cuja extremidade livreapresenta-se roscada; a partir da borda periférica da placa discóide(2b) se desenvolve uma parede de sustentação (2c) onde sãomontados dois pares de dutos tangenciais (2d) os quais permanecemdispostos de forma espelhada entre si, sendo um par de duto deentrada (DE) do fluxo de água e outro par de duto de saída (DS) dofluxo de água; entre cada par de dutos de entrada (DE) e saída (DS)de água é previsto uma parede separadora (2e) as quais direcionam ofluxo de água; o eixo de sustentação (2b) do conjunto estator (CE)recebe um disco deslizante (2f) para a movimentação giratória doconjunto rotativo (CR), ou seja, dito conjunto rotativo (CR) émontado no eixo de sustentação (2b) do conjunto estator (CE) sobreo disco deslizante (2f).

3.) "APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM TURBINAHIDRÁULICA", de acordo com a Ia e 2a reivindicações;caracterizado pelo fato do conjunto rotativo (CR) ser configurado poruma base plana (3a) de formato discóide onde é praticado um orifíciocentral (3b), sendo que na superfície plana da referida base (3a) sãoprevistos quatro rebaixos circulares (3c) os quais permanecempróximo à borda periférica; a porção central da base plana (3a)apresenta uma curta projeção circular (3d) de forma a conformar emcada rebaixo circular um degrau de desnível; a partir da bordaperiférica da projeção circular (3d) e alinhado com cada porçãocentral de cada rebaixo circular (3c) se desenvolvem eixos guias (3e)cujas extremidades livres apresentam-se roscadas e onde são fixadaspor meio adequado paredes complementares (3f) do cilindro mestre(3) que, por sua vez, é montado na porção central da base plana(3a); cada eixo guia (3e) recebe, também, um cilindro satélite (3g)por meio do acoplamento do eixo tubular (3g') previsto na basesuperior do dito cilindro (3g) o qual apresenta-se oco cuja paredeperiférica contempla de um recorte de acesso (3g"); ditos cilindrossatélites (3g) acondicionam as paredes complementares (3f) docilindro mestre (3), que por sua vez, é configurado por um suporteem formato de cruz o qual contempla de quatro compartimentossemicirculares (3h) onde são acoplados os referidos cilindros satélites(3g); sobrepondo o cilindro mestre (3) e os referidos cilindrossatélites (3g) e acoplado no eixo de sustentação (2b) do conjuntoestator (CE) é montada a caixa de engrenagem planetária (5).

4.) "APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM TURBINAHIDRÁULICA", de acordo com a Ia e 3a reivindicações;caracterizado pelo fato da caixa de engrenagem planetária (5) serconfigurada por um suporte estrutural (5b), em cuja base plana sãopraticados quatro orifícios (5c) os quais recebem as extremidades doseixos tubulares (3g') dos cilindros satélites (3g) onde são fixadasengrenagens rotativas (4b); cada engrenagem rotativa (4b) opera pormeio de uma engrenagem intermediária (4c) com movimentação anti-horária (MA) desenvolvida através da movimentação do conjuntorotativo (CR) as quais contornam uma engrenagem principal (4d)que, por sua vez, permanece fixa no eixo de sustentação (2b) doconjunto estator (CE); dita caixa de engrenagem planetária (5)recebe a referida tampa suporte (6) do eixo central (7) doconvencional gerador de energia (GE) a qual é fixada por meio doacoplamento nas extremidades livres de cada eixo guia (3e) doconjunto rotativo (CR).

5.) "APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM TURBINAHIDRÁULICA", de acordo com as reivindicações anteriores;caracterizado pelo fato da rotatividade dos cilindros satélites (3g) econseqüente movimentação das engrenagens planetárias (4A)apresentar-se inversa da rotatividade do conjunto rotativo (CR) docilindro mestre (3), rotações estas decorrentes do duplo fluxo (DF) daágua de entrada e dupla saída de água.