ES2573691T3

ES2573691T3 - Tubo de entrehierro y procedimiento para su producción

Info

Publication number: ES2573691T3
Application number: ES08804460.7T
Authority: ES
Inventors: Ralf Bode; Sebastian Lang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: CN101803151A; CN101803151B; RU2533183C2; WO2009040308A1; EP2040353A1; RU2010115736A; US20130094950A1; BRPI0818527B1; BRPI0818527A2; EP2188882B1; EP2188882A1; US20100295396A1

Abstract

Tubo (39) de entrehierro, que está compuesto al menos en parte por una matriz polimérica, que está reforzada por medio de fibras, caracterizado porque está compuesto al menos en parte por una matriz polimérica reforzada con fibras cerámicas, estando configuradas las fibras como fibras sin fin con una longitud de al menos 30 mm.

Description

DESCRIPCION

Tubo de entrehierro y procedimiento para su produccion

La invencion se refiere a un tubo de entrehierro y a un procedimiento para la produccion del mismo.

Las turbomaquinas y sus motores de accionamiento electrico estan alojados en la mayorla de los casos en carcasas 5 separadas. De este modo, en las turbomaquinas son necesarias obturaciones para arboles, que pretenden impedir fugas hacia fuera del fluido transportado.

La turbomaquina y el motor de accionamiento pueden alojarse sin obturacion para arbol en una carcasa, cuando en el motor electrico entre el rotor, con el que entra en contacto el fluido, y el estator tiene lugar una separacion mediante un componente tubular. El componente se denomina debido a su posicion en el entrehierro “tubo de 10 entrehierro”.

Los tubos de entrehierro usados hasta la fecha tienen una o varias de las siguientes desventajas:

a) Conductividad electrica: El tubo de entrehierro se calienta debido a corrientes parasitas. El calor debe evacuarse y la maquina esta muy limitada en general en su rendimiento.

b) Resistencia reducida: El tubo de entrehierro solo puede absorber diferencias reducidas entre la presion interna y 15 la externa. La tecnica no es adecuada para maquinas de alta presion.

c) La tecnica de fabricacion solo permite un tamano constructivo reducido del tubo de entrehierro, con lo que se limita el tamano constructivo de la maquina.

Hasta la fecha solo han podido construirse maquinas pequenas (en particular bombas) de rendimiento reducido con tubo de entrehierro o cubeta de entrehierro. En este sentido, hasta la fecha se han utilizado los siguientes 20 materiales:

a) superaleaciones o aleaciones especiales metalicas, tales como Hastelloy o Inconel (desventaja: la conductividad electrica induce corrientes parasitas, que reducirlan la eficacia de compresores de alto rendimiento de manera inaceptable)

b) CFK, plasticos reforzados con fibras de carbono (desventaja: la fibra de carbono tambien tiene una conductividad 25 electrica todavla demasiado elevada, que reducirla demasiado la eficacia de compresores de alto rendimiento,

debido a las corrientes parasitas inducidas)

c) pollmeros de alto rendimiento reforzados con partlculas o con fibra de vidrio as! como pollmeros de alto rendimiento no reforzados (por ejemplo FORTRON de la empresa Ticona) (desventaja: para la utilizacion en compresores de alta presion, la rigidez y la solidez que pueden alcanzarse son demasiado reducidas)

30 d) ceramica tecnica monolltica, tal como dioxido de circonio (por ejemplo FRIALIT de la empresa Friatec) (desventaja: durante la produccion de cubetas de entrehierro hasta la fecha en primer lugar se ha comprimido de manera isostatica en frlo polvo ceramico (comprimido no sinterizado) y a continuacion se ha sinterizado. A este respecto, el proceso de sinterizacion provoca una contraccion del 18-25% as! como errores estructurales que reducen la solidez. Ademas, durante la sinterizacion de tubos de entrehierro grandes, tal como se requieren para 35 compresores de alta presion, se producirlan desde deformaciones condicionadas por la masa hasta formaciones de grietas. Por estos motivos, hasta la fecha no era posible producir tubos de entrehierro o cubetas de entrehierro con una longitud claramente por encima de los 300 mm de una pieza. Ademas, la tolerancia a danos que puede conseguirse por medio de este procedimiento de produccion a presiones de hasta 150 bar es demasiado reducida).

El documento DE 20 2004 013 081 U1 da a conocer un tubo de entrehierro, que esta compuesto por un material 40 ceramico o vltreo. El documento DE 200 07 009 U1 y el documento US 2003/193260 A1 describen tubos de entrehierro ceramicos sinterizados. Los tubos de entrehierro de este tipo son demasiado fragiles para el fin de utilizacion perseguido. Un tubo de entrehierro descrito en el documento US 6.293.772 B1 esta compuesto por una matriz polimerica reforzada con fibras, que presenta en particular fibras polimericas y puede estar reforzado por medio de ceramica. De la misma manera, los documentos DE 38 23 113 C1 y US 4.952.429 A dan a conocer una 45 proteccion, en particular superficial, frente a la abrasion por medio de partlculas ceramicas, por ejemplo oxido de circonio. Tambien se describen cubetas de entrehierro con partes parcialmente ceramicas en el documento DE 39 41 444 A1, el documento DE 197 44 289 A1 y el documento DE 34 13 930 A1. Todas las soluciones presentadas cumplen de manera insuficiente el perfil de requisitos expuesto anteriormente, en particular con respeto a los requisitos de elasticidad y solidez. Por el documento EP 1 281 696 A1 se conoce el uso, para componentes de una 50 instalacion de alta temperatura, tal como por ejemplo un reactor nuclear, de un material compuesto de carburo de

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10

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silicio, SiC.

Por tanto, la invencion se ha planteado el objetivo de crear un tubo de entrehierro y un procedimiento para la produccion del mismo, que pueda soportar presiones diferenciales altas.

Para la solucion, segun la invencion se propone que el tubo de entrehierro este compuesto al menos en parte por una matriz polimerica reforzada con fibras ceramicas, estando configuradas las fibras como fibras sin fin, con una longitud de al menos 30 mm. Las reivindicaciones dependientes contienen perfeccionamientos ventajosos.

El tubo de entrehierro puede producirse porque se enrollan de manera correspondiente fibras ceramicas adecuadas en una orientacion adecuada con la adicion de un aglutinante sobre un mandril, pudiendo estar compuesto el aglutinante por un polvo ceramico o vltreo o una barbotina a partir de un polvo ceramico/vltreo, y mediante un tratamiento termico a continuacion, que puede tener lugar a la atmosfera o al aire o en una instalacion HIP, el aglutinante se sinteriza o se funde. A este respecto, el proceso puede guiarse o bien de tal manera que el cuerpo de fibras arrollado en primer lugar solo obtiene una solidez de base mecanica y todavla puede mecanizarse mecanicamente, o bien de tal manera que el tubo de entrehierro obtiene inmediatamente la solidez y la estanqueidad requeridas para la aplicacion.

Alternativamente a esto, la estanqueidad puede conseguirse cerrando los poros del cuerpo de fibras tratado termicamente a continuacion del proceso descrito anteriormente. Esto puede tener lugar, por ejemplo, mediante infiltracion a alta presion de vidrio llquido o mediante un proceso de esmaltado con inmersion en una barbotina llquida (frita) y la coccion o el vidriado a continuacion de la superficie o mediante otros procesos adecuados.

Las desventajas de las construcciones de tubo de entrehierro hasta la fecha pueden evitarse cuando se usa un tubo de entrehierro de una matriz polimerica reforzada con fibras de vidrio. En este sentido, pueden utilizarse, entre otras, fibras de carburo de silicio, o fibras de dioxido de circonio o fibras de oxido de aluminio altamente puras, o tambien fibras de mullita. Todas estas fibras se encargan de una alta resistencia a la traccion. La resistencia puede aumentarse ademas, cuando se optimiza el tipo de interconexion de las fibras, en particular, cuando se usan fibras aleatorias o fibras sin fin o haces de fibras (rovings, mechas) as! como esteras de fibras (tejidos, materiales no tejidos, etc.). La resistencia a la abrasion de la matriz polimerica puede aumentarse ventajosamente, cuando la superficie del tubo de entrehierro ademas se entremezcla o se recubre adicionalmente con partlculas ceramicas.

A continuacion se explicara mas detalladamente la invencion mediante un ejemplo de realizacion especial haciendo referencia a dibujos. Muestra:

la figura 1 una representation esquematica de un corte longitudinal a traves de una unidad de compresor con un tubo de entrehierro segun la invencion.

La figura 1 muestra esquematicamente un corte a lo largo de una unidad 1 de compresor, que presenta como componentes esenciales un motor 2 y un compresor 3 en una carcasa 4 configurada de manera estanca a los gases. La carcasa 4 alberga el motor 2 y el compresor 3. En la zona de la transicion del motor 2 al compresor 3, la carcasa 4 esta dotada de una entrada 6 y una salida 7, succionandose a traves de la entrada 6 por medio de una boquilla 8 de suction el fluido que debe comprimirse y fluyendo hacia fuera a traves de la salida 7 el fluido comprimido.

La unidad 1 de compresor esta dispuesta en vertical durante el funcionamiento, estando combinado un rotor 15 de motor del motor 2 a traves de un rotor 9 de compresor del compresor 3 con un arbol 19 comun, que gira alrededor de un arbol 60 de giro vertical comun.

El rotor 15 de motor esta montado en un primer cojinete 21 radial en el extremo superior del rotor 15 de motor. El rotor 9 de compresor esta montado por medio de un segundo cojinete 22 radial en la position inferior. En el extremo superior del arbol 19 comun (es decir en el extremo superior del rotor 15 de motor) esta previsto un cojinete 25 axial.

El compresor 3 configurado como compresor centrlfugo presenta tres escalones 11 de compresor, que en cada caso estan conectados por medio de una ranura 33 de fuga.

Los cojinetes 21, 22, 25 electromagneticos estan enfriados hasta la temperatura de funcionamiento por medio de un sistema 31 de enfriamiento, previendo el sistema 31 de enfriamiento una derivation 32 en una ranura de fuga del compresor 3. Desde la derivacion 32 se conduce, por medio de conductos tubulares, una parte del medio transportado, que es preferiblemente gas natural, a traves de un filtro 35 y a continuacion mediante dos conductos tubulares separados hasta los puntos de cojinete externos (primer cojinete 21 radial y cuarto cojinete 24 radial as! como cojinete 25 axial). Este enfriamiento por medio del medio 80 transportado frlo ahorra conductos de alimentacion adicionales.

El rotor 15 de motor esta rodeado por un estator 16, que presenta un encapsulado configurado como tubo 39 de entrehierro adaptado en cuanto al diametro interno, de modo que el medio 80 transportado agresivo no dana los arrollamientos del estator 16. En este sentido, el tubo 39 de entrehierro esta disenado de tal manera que puede soportar la presion de funcionamiento completa. Esto tambien es asl, porque esta previsto un enfriamiento 40 5 separado para el estator, en el que circula un medio 56 de enfriamiento propio. En este sentido, una bomba 42 se encarga de una circulacion a traves de un intercambiador 43 de calor. El tubo 39 de entrehierro esta realizado al menos de tal manera que el fragmento que se extiende entre el estator 16 y el rotor 15 de motor, aunque presenta un grosor de pared fino, en el caso de un llenado completo del enfriamiento 40 de estator por medio del medio 56 de enfriamiento, puede aguantar la presion proyectada. De esta manera se evitan perdidas mayores por corrientes 10 parasitas en esta zona y se mejora la eficacia de toda la disposicion.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Tubo (39) de entrehierro, que esta compuesto al menos en parte por una matriz polimerica, que esta reforzada por medio de fibras, caracterizado porque esta compuesto al menos en parte por una matriz polimerica reforzada con fibras ceramicas, estando configuradas las fibras como fibras sin fin con una longitud de al menos 30 mm.

5 2. Tubo (39) de entrehierro segun la reivindicacion 2, caracterizado porque las fibras estan compuestas al menos en

parte por carburo de silicio.
3. Tubo (39) de entrehierro segun la reivindicacion 2, caracterizado porque las fibras estan compuestas al menos en parte por oxido de aluminio.
4. Tubo (39) de entrehierro segun la reivindicacion 2, caracterizado porque las fibras estan compuestas al menos en 10 parte por dioxido de circonio.
5. Tubo (39) de entrehierro segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las fibras forman entre si una interconexion aleatoria.
6. Tubo (39) de entrehierro segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las fibras estan configuradas como haz de fibras, en particular como mecha.

15 7. Tubo (39) de entrehierro segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las fibras estan

configuradas como estera de fibras.
8. Tubo (39) de entrehierro segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la superficie del tubo (39) de entrehierro esta entremezclada con partlculas ceramicas.