ES2337196T3 - Maquina electrica a prueba de explosiones. - Google Patents

Abstract

Máquina eléctrica a prueba de explosiones (100) que comprende un rotor (1), un estator (2) y una carcasa (3), dicha carcasa (3) comprende un primer cuerpo vacío (4) situado alrededor de dicho rotor (1) y estator (2) y teniendo una forma sustancialmente cilíndrica respecto a un primer eje de referencia (9), comprendiendo dicha carcasa (3) un segundo cuerpo vacío (5) que tiene al menos una parte con configuración cilíndrica respecto a un segundo eje de referencia (10), estando posicionado dicho segundo cuerpo vacío (5) en posición externa respecto al primer cuerpo vacío (4) sin coincidir entre si dicho primer (9) y segundo eje de referencia (10), estando posicionado dicho segundo cuerpo vacío (5), respecto a una superficie de soporte de la máquina, alrededor de dicho primer cuerpo vacío (4) estando el segundo eje (10) posicionado sobre y sustancialmente alineado con el primer eje de referencia (9) a lo largo de una dirección vertical, comprendiendo dicho segundo cuerpo vacío (5) una primera parte (5'') y una segunda parte (5'''') conectadas entre sí y teniendo ambas una configuración cilíndrica, caracterizada por el hecho de que dicha primera (5'') y segunda parte (5'''') están conectadas entre si de modo que al menos una sección de los respectivos bordes terminales están superpuestos entre sí, teniendo dicha primera parte (5'') y segunda parte (5'''') una configuración cilíndrica con radios diferentes (R1,R2) entre sí.

Description

Máquina eléctrica a prueba de explosiones.

La presente invención se refiere a un medio o máquina eléctrica a prueba de explosiones de alta tensión, es decir, para voltaje operativo superior a 1 kV; más específicamente, la presente invención se refiere a una máquina eléctrica giratoria a prueba de explosiones que tiene estructura y características mejoradas, en particular, acerca la configuración de la carcasa de la misma.

Como sabemos, las máquinas eléctricas a prueba de explosiones, ya sean motores o generadores, son aparatos específicamente diseñados y configurados para el uso en áreas específicamente peligrosas, por ejemplo, instalaciones de petróleo, químicas, petroquímicas, gas y sectores similares.

Estas áreas peligrosas están específicamente clasificadas en áreas según diferentes estándares y normas internacionales que tienen en cuenta la probable presencia continua u ocasional de sustancias inflamables en sitios operativos; con base en esta clasificación son establecidas otras subclases o grupos como función, en primer lugar del tipo específico de instalación, es decir, carbón minero o industria de asfalto, y en segundo lugar según el tipo de sustancias inflamables presentes, en particular con respecto a la presencia de vapores o gases específicos, tales como etileno, acetileno, hidrógeno, mezclas, etc.

Cuando la presencia de estas sustancias inflamables no es permanente o, en cualquier caso, no tiene lugar durante tiempos muy largos, las normas autorizan el uso de las máquinas eléctricas a prueba de explosiones mencionadas, llamadas así porque éstas son diseñadas para asegurar que una explosión que tuviera lugar allí dentro, desencadenada, por
ejemplo, por un cortocircuito, sea contenida allí dentro, previniendo también que las llamas se propaguen al exterior.

En consecuencia, además de las usuales partes activas de la máquina, normalmente el estator y el rotor, la carcasa juega un papel fundamental en la construcción de éstas máquinas, al asignarle la tarea de resistencia de una explosión interna sin estar sujeta a ninguna deformación permanente y previniendo la propagación de llamas hacia el medio exterior.

Estas carcasas deben tener en consecuencia una estructura ad hoc que, además de suministrar los rendimientos mecánicos generalmente requeridos por todas las máquinas eléctricas giratorias, así como resistencia suficiente a las tensiones torsionales, niveles bajos de vibración, etc., debe pasar pruebas de certificado específicas, particularmente estrictas; en particular, en una prueba típica la carcasa es sellada y llenada de líquido, generalmente agua, que es llevada a alta presión. En estas condiciones la estructura de la carcasa debe haber solo ser deformada elásticamente y no debe permitir bajo ninguna circunstancia que el líquido se escape al exterior.

Normalmente, aunque se hayan realizado adecuadamente las funciones que se deben ejecutar, en circunstancias específicas, en particular, cuando las soluciones con rendimientos mejorados son deseables, las máquinas eléctricas a prueba de explosiones conocidas tienen aspectos que no son satisfactorios en su totalidad y algunos inconvenientes técnicos son dignos de otras mejoras.

En particular, una estructura típica de carcasa, habitualmente tiene un par de cilindros metálicos vacíos posicionados coaxialmente a lo largo del eje de la máquina y están estructuralmente acoplados, por ejemplo, mediante tramas y nervios de refuerzo. Alojados en la cavidad del cilindro interno, entre otras cosas, están el rotor y el estator que se fijan a dicho cilindro interno; alojados en el espacio vacío entre los dos cilindros coaxiales están los tubos de uno o más intercambiadores térmicos que, como se intuye, juega un papel esencial en el manejo correcto y seguro de la máquina. Un ejemplo de esta carcasa típica es descrito en la solicitud de patente JP 57095149.

A lo largo de los años el mercado ha solicitado continuamente suministros de máquinas con el máximo rendimiento posible, en particular en términos de velocidad y potencia, lo que ha llevado al uso de partes activas mayores, rotor y estator; naturalmente, estas máquinas con "rendimiento aumentado" han requerido, al mismo tiempo, una carcasa más sólida y más fuerte, al igual que sistemas de refrigerado más potentes y eficaces. Por consiguiente, también ha sido necesario aumentar las dimensiones de los intercambiadores térmicos, aumentando el número de tubos requeridos.

Para tratar esta necesidad, una solución utilizada ha sido construir directamente máquinas de mayor tamaño, aumentando no sólo la extensión longitudinal, sino también y ante todo la altura de la máquina definida como la distancia entre su eje y una superficie de soporte de la misma.

Para los fabricantes, el uso de máquinas de diferente tamaño tuvo una primera e inevitable consecuencia al tener que someter las nuevas versiones a pruebas de certificación que, como previamente mencionado, son particularmente restrictivas y probatorias. Además, esta solución ha provocado, en cualquier caso, una serie de problemas adicionales al ser necesario fabricar máquinas más pesadas y más voluminosas con un impacto consiguiente en los costes de producción. Finalmente, el uso de máquinas de altura aumentada causa frecuentemente problemas de compatibilidad dimensional con los componentes a los que la máquina ha de ser conectada; por ejemplo, si el usuario ya ha instalado una bomba a una altura determinada, el suministro a una máquina de más potencia y altura aumentada implica modificaciones al sitio de la instalación recurriendo, por ejemplo, al uso de bloques de soporte, tales como barras y similares, que permiten que los dos componentes sean alineados.

En cambio, otra solución conocida utiliza una carcasa con un cuerpo cilíndrico externo de diámetro aumentado de forma que aumente el espacio disponible para el intercambiador térmico; este cilindro es después cortado en el área que corresponde al bloque de apoyo y cerrado con paredes planas horizontales de modo que la altura de la máquina no sea modificada; sin embargo, esta solución aumenta el peso de la estructura y también requiere el uso de moldes específicos y nervios de refuerzo con impacto consiguiente en los costes y también en la fiabilidad global de la máquina.

La tarea principal de la presente invención es producir una máquina eléctrica a prueba de explosiones capaz de superar los inconvenientes mencionados, y en particular, en comparación con las soluciones del estado de la técnica, que hace posible obtener rendimientos mejorados dado el mismo tamaño con una estructura relativamente simple que asegure fiabilidad y estándares altos.

La presente invención se refiere a una máquina eléctrica a prueba de explosiones tal y como se define en la reivindicación independiente 1. Otras formas de realización de la invención se reivindican en las reivindicaciones dependientes.

Otras características y ventajas de la invención serán más obvias a partir de la descripción de formas de realización preferidas, pero no exclusivamente, de la máquina eléctrica a prueba de explosiones, ilustradas a modo de un ejemplo no limitativo en los dibujos anexos, donde:

Figura 1 es una primera sección que ilustra esquemáticamente la máquina eléctrica a prueba de explosiones según la invención;

Figura 2 es una vista lateral de la máquina eléctrica a prueba de explosiones según la invención;

Figura 3 es una vista detallada del área, resaltada en un círculo en la Figura 1.

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Con referencia a las figuras 1 y 2, la máquina eléctrica a prueba de explosiones, según la invención, indicada como un conjunto con la referencia numérica 100, consta de un rotor 1 y un estator 2 de formas conocidas y ensamblaje (representado esquemáticamente sólo en la figura 2 para mejor claridad ilustrativa), y una carcasa 3 que se configura para formar en conjunto un armazón a prueba de explosión.

En particular, la carcasa 3 comprende, además de una serie de componentes - tales como juntas a prueba de fuego no descritas en detalle al no formar parte del concepto inventivo y en cualquier caso con una forma conocida per se -, un primer cuerpo vacío 4 alojado dentro de lo que son el rotor 1 y el estator 2; y un segundo cuerpo vacío 5 (o camisa) posicionado alrededor del primer cuerpo vacío 4; el estator 2 es conectado a la superficie interna del primer cuerpo vacío 4, mientras que los dos cuerpos vacíos 4 y 5 son conectados estructuralmente entre sí a lo largo de la extensión longitudinal de la máquina mediante una serie de elementos, tales como moldes 6 y nervios de refuerzo, de modo que hay definido en medio un espacio vacío 7 a través del cual pasan los tubos 8 de los intercambiadores térmicos (de los que solo se muestra parte en la figura 1 para simplicidad ilustrativa).

Ventajosamente, en la máquina 100 según la invención, el primer cuerpo vacío 4 tiene una forma preferiblemente regular, sustancialmente cilíndrica tubular, es decir con una sección transversal circular, con respecto a un primer eje de referencia 9 sustancialmente coincidente con el eje geométrico de la máquina a lo largo de la cual está situado el eje; a su vez, el segundo cuerpo vacío 5 tiene al menos una parte 5' con configuración cilíndrica respecto a un segundo eje de referencia 10; en particular, el segundo cuerpo vacío 5 está posicionado alrededor del primer cuerpo cilíndrico 4 de modo que los dos respectivos ejes de referencia 10 y 9, que en la práctica forman los ejes relativos de simetría cilíndrica, no son coincidentes, es decir, no son coaxiales entre sí.

Como se muestra en figura 1, el segundo cuerpo vacío 5 está posicionado alrededor del primer cuerpo vacío con el segundo eje de referencia 10, el cual, respecto al plano de soporte de la máquina indicada en la figura 1 con la referencia numérica 20, está posicionado encima del primer eje de referencia 9 por lo que está sustancialmente alineado con este a lo largo de una dirección vertical 30.

Como se ilustra en la figura 1, el segundo cuerpo vacío 5 comprende una primera parte 5' y una segunda parte 5'' operativamente conectadas entre sí teniendo ambas una configuración con configuración cilíndrica, preferiblemente con respecto al mismo eje común de referencia o simetría 10.

Más específicamente, el segundo cuerpo vacío 5 está ventajosamente compuesto de dos sectores de tubo cilíndrico vacío, estando las respectivas secciones transversales formadas ambas por un arco de círculo con respecto a dicho eje de simetría 10. La primera parte 5' y la segunda parte 5'' tienen radios, R_{1}1 y R_{2} respectivamente, siendo distintos entre sí en relación al eje de referencia 10.

Además, dichas dos partes 5' y 5'' tienen sustancialmente el mismo espesor 13 tanto la una como la otra; preferiblemente, este espesor es sustancialmente igual a la diferencia entre los radios R_{1} y R_{2} de dichas primeras y segundas partes 5' e 5''.

De esta manera es posible usar la misma placa para obtener las dos partes con consiguiente beneficio en cuanto a costes de producción; por ejemplo, puede ser utilizada una placa hecha de acero S275.

La primera parte 5' y la segunda parte 5'' son conectadas entre sí de modo que al menos una sección de los respectivos bordes termináis estén superpuestos entre sí, como se muestra, por ejemplo, en el área resaltada en un círculo en la Figura 1. En particular, como se ilustra en las Figuras 1 y 3, la segunda parte 5'' es preferiblemente fijada dentro de la primera parte 5', en un área inferior de la misma con respecto al eje de referencia 9 (o 10), en proximidad a los pies (o bloque) 11 con lo cual la máquina reposa sobre el plano de apoyo 20. Además, como se ilustra en la figura 2, la primera parte 5' tiene al menos una abertura 12 pasante, situada en el nivel de al menos una de las áreas de superficie superpuestas con la segunda parte 5''; preferiblemente, en ambas áreas superpuestas son provistas una pluralidad de aperturas 12 pasantes (o ranuras o agujeros) posicionadas a lo largo de la extensión longitudinal de la primera parte 5'.

De esta manera la conexión entre las dos partes 5' y 5'' puede ser producida ventajosamente no sólo por fijación, es decir, soldando las dos partes a lo largo de los bordes terminales superpuestos como se representa esquemáticamente en la figura 3, sino también por soldadura en el nivel de las aberturas 12 para aumentar la eficacia del cierre y la resistencia de las áreas de cierre respecto a la tensión mecánica.

En la práctica, se ha visto como, particularmente debido a la estructura innovadora de su carcasa, la máquina eléctrica a prueba de explosiones según la invención consigue completamente la tarea preestablecida de proporcionar una serie de ventajas con respecto al estado de la técnica. De hecho, además de las características previamente mencionadas, la máquina 100 es capaz, con el mismo tamaño, de ofrecer rendimientos funcionales mejorados, particularmente, en cuanto a potencia. Más específicamente, al tener la posición de la camisa externa 5 una excentricidad superior con respecto al eje del cilindro interno 4, el espacio destinado a albergar los tubos del intercambiador térmico es aumentado y se vuelve adecuado para asegurar un intercambio térmico correcto también en máquinas con rendimientos aumentados. Además, la producción de la envoltura 5 con las dos partes cilíndricas tubulares 5' y 5'' adecuadamente conectadas entre sí hace posible obtener una estructura con dimensiones y forma optimizadas, que es al mismo tiempo, mecánicamente robusto, estable y capaz de ofrecer niveles altos de resistencia mecánica, en particular en lo que se refiere a resistencia a presiones internas.

Consecuentemente, la altura de la máquina, es decir, la distancia entre el eje 9 de la misma y el plano de soporte 20, y consecuentemente el tamaño, no son alterados y en consecuencia sólo la extensión longitudinal a lo largo del eje 9 de la misma es modificada. Consecuentemente, la máquina 100 según la invención, aunque teniendo la adecuada potencia aumentada como función de los requisitos solicitados, no requiere nuevas pruebas de certificación, ni tiene problemas de compatibilidad dimensional con los componentes a los que se acopla en las aplicaciones.

La máquina eléctrica a prueba de explosiones es concebida de tal manera, siendo susceptible de numerosas modificaciones y variantes dentro del campo de las reivindicaciones anexas. En la práctica, el tipo de materiales dentro del campo de las aplicaciones previstas descritas anteriormente, y las dimensiones, pueden ser cualesquiera según las necesidades y el estado de la técnica.

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Referencias citadas en la descripción

Esta lista de referencias citadas por el solicitante fue recopilada exclusivamente para la información del lector y no forma parte del documento de patente europea. La misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u omisiones.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet JP 57095149 B [0008]

Claims (5)

1. Máquina eléctrica a prueba de explosiones (100) que comprende un rotor (1), un estator (2) y una carcasa (3), dicha carcasa (3) comprende un primer cuerpo vacío (4) situado alrededor de dicho rotor (1) y estator (2) y teniendo una forma sustancialmente cilíndrica respecto a un primer eje de referencia (9), comprendiendo dicha carcasa (3) un segundo cuerpo vacío (5) que tiene al menos una parte con configuración cilíndrica respecto a un segundo eje de referencia (10), estando posicionado dicho segundo cuerpo vacío (5) en posición externa respecto al primer cuerpo vacío (4) sin coincidir entre si dicho primer (9) y segundo eje de referencia (10), estando posicionado dicho segundo cuerpo vacío (5), respecto a una superficie de soporte de la máquina, alrededor de dicho primer cuerpo vacío (4) estando el segundo eje (10) posicionado sobre y sustancialmente alineado con el primer eje de referencia (9) a lo largo de una dirección vertical, comprendiendo dicho segundo cuerpo vacío (5) una primera parte (5') y una segunda parte (5'') conectadas entre sí y teniendo ambas una configuración cilíndrica,

caracterizada por el hecho de que dicha primera (5') y segunda parte (5'') están conectadas entre si de modo que al menos una sección de los respectivos bordes terminales están superpuestos entre sí, teniendo dicha primera parte (5') y segunda parte (5'') una configuración cilíndrica con radios diferentes (R1,R2) entre sí.

2. Máquina eléctrica a prueba de explosiones (100) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que dicha segunda parte (5'') está fijada internamente a dicha primera parte (5') y en un área inferior de la misma con respecto al dicho segundo eje de referencia (10).

3. Máquina eléctrica a prueba de explosiones (100) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que dicha primera parte (5') tiene al menos una abertura pasante, situada en el nivel del área superpuesta sobre la segunda parte.

4. Máquina eléctrica a prueba de explosiones (100) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que dichas primera (5') y segunda parte (5'') con configuración cilíndrica tienen sustancialmente el mismo espesor tanto la una como la otra.

5. Máquina eléctrica a prueba de explosiones (100) según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que dicho espesor es sustancialmente igual a la diferencia entre los radios de dichas primera y segunda parte.