ITMI20060191A1 - Macchina elettrica a provas di esplosione - Google Patents

Description

"MACCHINA ELETTRICA A PROVA DI ESPLOSIONE"

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad una macchina elettrica a prova di esplosione di media o alta tensione, cioè per tensioni di esercizio superiori ad 1kV; più precisamente, la presente invenzione riguarda una macchina elettrica rotante a prova di esplosione avente migliorate struttura e caratteristiche, in particolare per ciò che concerne la configurazione della sua carcassa.

Come noto, le macchine elettriche a prova di esplosione, siano esse motori o generatori, sono apparecchiature specificamente studiate e configurate per l'impiego in determinati ambienti ad elevato rischio di esplosione ("hazardous area"), ad esempio installazioni nei settori petrolifero, chimico, petrolchimico, gas ed altri ancora.

Tali ambienti a rischio di esplosione sono appositamente classificati in zone secondo vari standards e normative internazionali che tengono conto della probabile presenza di sostanze infiammabili nei siti operativi in modo continuativo oppure temporaneo; sulla base di tale classificazione, vengono stabilite ulteriori sottoclassi o gruppi in funzione dapprima del tipo specifico di installazione, ad esempio mineraria carbonifera o industriale di superficie, e quindi ulteriormente in base al tipo di sostanze infiammabili presenti, in particolare per ciò che concerne la presenza di specifici vapori o gas, quali ad esempio etilene, acetilene, idrogeno, miscele, eccetera.

Laddove la presenza di tali sostanze infiammabili non sia permanente o comunque non avvenga per tempi molto lunghi, le normative autorizzano l'impiego delle sopra citate macchine elettriche "a prova di esplosione" ( "explosion-proof electrical machines") così dette proprio perché loro peculiarità è quella di dover garantire che un'esplosione che si verifichi al loro interno, innescata ad esempio da un corto circuito, sia ivi contenuta, prevenendo inoltre qualsiasi propagazione di fiamma all'esterno.

Pertanto, accanto alle usuali parti attive della macchina, tipicamente lo statore ed il rotore, nella costruzione di tali macchine gioca un ruolo fondamentale la carcassa a cui viene appunto demandato il compito di resistere ad una esplosione interna senza subire deformazioni permanenti e prevenendo la propagazione di fiamma verso l'ambiente esterno.

Tali carcasse devono avere quindi una struttura ad hoc che, oltre a fornire le prestazioni meccaniche generalmente richieste a tutte le macchine elettriche rotanti, quali ad esempio adeguata resistenza a sforzi torsionali, bassi livelli di vibrazione, eccetera, deve superare prove di certificazione specifiche particolarmente severe,- in particolare, una tipica prova prevede che la carcassa, una volta sigillata, sia riempita di liquido, generalmente acqua, che viene portato ad alta pressione. In tali condizioni la struttura della carcassa può deformarsi solo elasticamente e non deve in nessun modo permettere fuoriuscita di liquido all'esterno.

Allo stato attuale, le macchine elettriche a prova di esplosione di tipo noto, pur assolvendo adeguatamente alle funzionalità che sono chiamate a svolgere, in determinate circostanze, in particolare quando si vogliono offrire soluzioni con prestazioni migliorate, presentano aspetti non pienamente soddisfacenti ed alcuni inconvenienti tecnici meritevoli di ulteriori perfezionamenti .

In particolare, una tipica struttura di carcassa prevede attualmente l'adozione di una coppia di cilindri metallici cavi che sono disposti coassiali tra loro lungo l'asse della macchina e sono strutturalmente accoppiati, ad esempio mediante ordinate e nervature di irrigidimento. Nella cavità del cilindro interno vengono alloggiati, tra gli altri, il rotore e lo statore che viene fissato al cilindro interno stesso; nell'intercapedine tra i due cilindri coassiali vengono alloggiati i tubi di uno scambiatore di calore che, come intuibile, gioca un ruolo essenziale per il corretto e sicuro funzionamento della macchina.

Nel corso degli anni, il mercato ha continuamente richiesto la fornitura di macchine quanto più performanti possibile, in particolare in termini di velocità e potenza, il che ha comportato l'adozione di parti attive, rotore e statore, più grandi; chiaramente, tali macchine "maggiorate" hanno richiesto di pari passo carcasse più robuste e resistenti ed anche sistemi di raffreddamento potenziati e più efficienti . Di conseguenza è stato necessario aumentare anche le dimensioni degli scambiatori di calore, andando ad aumentare il numero dei tubi necessari.

Per far fronte a tale necessità, una soluzione adottata è stata quella di costruire direttamente macchine di taglia più elevata andando ad aumentare, non solo lo sviluppo longitudinale, ma anche e soprattutto l'altezza delle macchine definita come la distanza tra il suo asse ed un piano di appoggio della stessa.

Per i costruttori, l'adozione di macchine di taglia diversa ha avuto come prima ed inevitabile conseguenza quella di dover sottoporre le nuove versioni alle prove dì certificazione che, come precedentemente accennato, sono particolarmente restrittive e probanti; inoltre, tale soluzione ha comunque comportato una serie di ulteriori problematiche in quanto si sono dovute costruire macchine più pesanti ed ingombranti con conseguente impatto sui costi di produzione. Infine, l'adozione di macchine di altezza maggiorata comporta spesso problemi di compatibilità dimensionale con i componenti a cui la macchina deve essere collegata; ad esempio, se l'utilizzatore ha già installato una pompa ad una determinata altezza, la fornitura di una macchina di potenza più elevata e altezza maggiorata comporta modifiche del sito installativo ricorrendo ad esempio all'utilizzo di basamenti di supporto, quali travi e similari, che consentano di allineare i due componenti.

Un'altra soluzione nota prevede invece l'adozione di una carcassa con corpo cilindrico esterno di diametro maggiorato in modo da aumentare lo spazio disponibile per lo scambiatore di calore; questo cilindro viene poi tagliato nella zona corrispondente al basamento di appoggio e chiuso con delle pareti piane orizzontali in modo da non modificare l'altezza della macchina; tale soluzione comporta comunque un appesantimento della struttura ed inoltre richiede l'adozione di appositi rinforzi e nervature di irrigidimento con conseguente impatto sui costi ed anche sulla complessiva affidabilità della macchina.

Compito precipuo della presente invenzione è quello di realizzare una macchina elettrica a prova di esplosione in grado di ovviare agli inconvenienti precedentemente citati, ed in particolare che, rispetto alle soluzioni note, permetta di avere prestazioni migliorate a parità di taglia con una struttura relativamente semplice e che garantisca elevati standard ed affidabilità.

Questo compito viene raggiunto da una macchina elettrica a prova di esplosione comprendente un rotore, uno statore, ed una carcassa, caratterizzata dal fatto che detta carcassa comprende un primo corpo cavo disposto attorno a detti rotore e statore ed avente forma sostanzialmente cilindrica rispetto ad un primo asse di riferimento, ed un secondo corpo cavo avente almeno una porzione a sviluppo cilindrico rispetto ad un secondo asse di riferimento, detto secondo corpo cavo essendo disposto esternamente al primo corpo cavo con detti primo e secondo assi di riferimento non coincidenti tra loro.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, della macchina elettrica a prova di esplosione secondo l'invenzione, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 è una sezione frontale illustrante schematicamente la macchina elettrica a prova di esplosione secondo l'invenzione;

la figura 2 è una vista laterale della macchina elettrica a prova di esplosione secondo l'invenzione; la figura 3 è una vista di dettaglio della parte cerchiata di figura 1.

Con riferimento alle figure 1 e 2, la macchina elettrica a prova di esplosione secondo l'invenzione, indicata complessivamente dal numero di riferimento 100, comprende un rotore 1 ed uno statore 2 di forma e montaggio noti (rappresentati schematicamente solo in figura 2 per maggior chiarezza illustrativa), ed una carcassa 3 che è configurata in modo da formare nel suo complesso un involucro a prova di esplosione.

In particolare, la carcassa 3 comprende, in aggiunta ad una serie di componenti -quali ad esempio le tenute spegni fiamma non descritte in dettaglio in quanto non facenti parte del concetto inventivo e comunque di forma di per sé nota- un primo corpo cavo 4 al cui interno sono alloggiati il rotore 1 e lo statore 2, ed un secondo corpo cavo 5 (o mantello) disposto attorno al primo corpo cavo 4; lo statore 2 è connesso alla superficie interna del primo corpo cavo 4, mentre i due corpi cavi 4 e 5 sono tra loro strutturalmente connessi lungo lo sviluppo longitudinale della macchina mediante una serie di elementi, quali ad esempio ordinate 6 e nervature di irrigidimento, in modo che tra loro sia definita una intercapedine 7 in cui vengono fatti correre i tubi 8 dello scambiatore di calore (di cui per semplicità illustrativa in figura 1 è mostrata solo una parte) .

Vantaggiosamente, nella macchina 100 secondo l'invenzione, il primo corpo cavo 4 ha una forma tubolare sostanzialmente cilindrica preferibilmente regolare, cioè di sezione trasversale circolare, rispetto ad un primo asse di riferimento 9 che coincide sostanzialmente con l'asse geometrico della macchina lungo cui è disposto il suo albero; a sua volta, il secondo corpo cavo 5 ha almeno una porzione 5' a sviluppo cilindrico rispetto ad un secondo asse di riferimento 10; in particolare, il secondo corpo cavo 5 è disposto attorno al primo corpo cilindrico 4 in modo tale che i due rispettivi assi di riferimento 10 e 9, che costituiscono in pratica i relativi assi di simmetria cilindrica, non siano coincidenti, cioè non siano coassiali tra loro.

Preferibilmente, come illustrato in figura 1, il secondo corpo cavo 5 è posizionato attorno al primo corpo cavo 4 con il secondo asse di riferimento 10 che, rispetto ad un piano di appoggio della macchina stessa indicato in figura 1 dal numero di riferimento 20, è disposto superiormente al primo asse di riferimento 9 ed è ad esso sostanzialmente allineato lungo una direzione verticale 30.

Secondo una forma particolarmente preferita di realizzazione della macchina 100 secondo l'invenzione, come illustrato in figura 1, il secondo corpo cavo 5 comprende una prima porzione 5' ed una seconda porzione 5'' operativamente collegate tra loro ed aventi entrambe una configurazione a sviluppo cilindrico, preferibilmente rispetto al medesimo asse di riferimento o simmetria comune 10.

Più in dettaglio, il secondo corpo cavo 5 è vantaggiosamente costituito da due settori di tubo cilindrico cavo le cui rispettive sezioni trasversali sono formate entrambe da un arco di cerchio rispetto al medesimo asse di simmetria 10; in particolare, la prima porzione 5' e la seconda porzione 5'' hanno raggi, rispettivamente ed R2, diversi tra loro relativamente all' asse di riferimento 10.

Inoltre, dette due porzioni 5' e 5'' hanno spessore 13 sostanzialmente uguale tra loro; preferibilmente, tale spessore è sostanzialmente pari alla differenza tra i raggi R1ed R2di dette prima e seconda porzioni 5' e 5' '.

In questo modo è possibile utilizzare una medesima lastra per ottenere le due porzioni con conseguente beneficio in termini di costi produttivi; ad esempio può essere utilizzata una lastra metallica di acciaio tipo S275 .

Vantaggiosamente, la prima porzione 5' e la seconda porzione 5'' sono tra loro connesse in modo che almeno un tratto dei rispettivi lembi di estremità siano tra loro sovrapposti, come ad esempio evidenziato nella zona cerchiata di figura 1; in particolare, come illustrato nelle figure 1 e 3, la seconda porzione 5'' è preferibilmente fissata internamente alla prima porzione 5, in una zona inferiore di quest'ultima rispetto all'asse di riferimento 9 (o 10) in prossimità cioè dei piedi (o basamento) 11 di appoggio della macchina sul piano di riscontro 20. Inoltre, come illustrato in figura 2, la prima porzione 5' presenta almeno una apertura passante 12 disposta in corrispondenza di almeno una delle zone di sovrapposizione superficiale con la seconda porzione 5''; preferibilmente, su entrambe le zone di sovrapposizione è prevista una pluralità di aperture passanti (o asole o fori) 12 disposte lungo lo sviluppo longitudinale della prima porzione 5'.

In questo modo la connessione tra le due porzioni 5' e 5'' può essere vantaggiosamente realizzata non solo fissando, i.e. saldando le due parti lungo i bordi dei lembi sovrapposti come schematicamente rappresentato in figura 3, ma saldando anche in corrispondenza delle aperture 12 in modo da aumentare l'efficacia della tenuta e la resistenza delle zone di giunzione alle sollecitazioni meccaniche.

Si è in pratica constatato come la macchina elettrica a prova di esplosione secondo l'invenzione, grazie in particolare all'innovativa struttura della sua carcassa, assolva pienamente il compito prefissato fornendo una serie di vantaggi rispetto all'arte nota. Infatti, oltre a quanto già precedentemente citato, la macchina 100 è in grado di fornire prestazioni funzionali migliorate, in particolare in termini di potenza, a parità di taglia. Più precisamente, la disposizione del mantello esterno 5 in eccentricità superiore rispetto all'asse del cilindro interno 4, lo spazio destinato ad accogliere i tubi dello scambiatore viene aumentato e reso sufficiente a garantire il corretto scambio di calore anche con macchine a prestazioni potenziate; inoltre, la realizzazione del mantello 5 con le due porzioni tubolari 5' e 5'' cilindriche opportunamente connesse tra loro permette di avere una struttura ottimizzata nelle dimensioni e nella forma ed allo stesso tempo meccanicamente robusta, stabile e capace di avere livelli di resistenza meccanica più alta, in particolare riguardo la resistenza alle pressioni interne .

Ne consegue quindi, che l'altezza della macchina, vale a dire la distanza tra il suo asse 9 ed il piano di appoggio 20, e di conseguenza la taglia, non viene alterata andando quindi a modificare solo lo sviluppo longitudinale lungo l'asse 9 stesso; ne consegue che la macchina 100 secondo l'invenzione, pur adeguatamente potenziata in funzione delle richieste applicative, non necessita di nuove prove di certificazione, né tanto meno presenta alcun problema di compatibilità dimensionale con i componenti a cui va ad essere accoppiata nelle applicazioni.

La macchina elettrica a prova di esplosione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, il tipo di materiali nell'ambito delle applicazioni previste sopra descritte, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina elettrica a prova di esplosione comprendente un rotore, uno statore, ed una carcassa, caratterizzata dal fatto che detta carcassa comprende un primo corpo cavo disposto attorno a detti rotore e statore ed avente forma sostanzialmente cilindrica rispetto ad un primo asse di riferimento, ed un secondo corpo cavo avente almeno una porzione a sviluppo cilindrico rispetto ad un secondo asse di riferimento, detto secondo corpo cavo essendo disposto esternamente al primo corpo cavo con detti primo e secondo assi di riferimento non coincidenti tra loro.
2. 2 . Macchina elettrica a prova di esplosione secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detto secondo corpo cavo comprende una prima porzione ed una seconda porzione collegate tra loro ed aventi entrambe una configurazione a sviluppo cilindrico.
3. 3. Macchina elettrica a prova di esplosione la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che dette prima e seconda porzioni sono tra loro connesse in modo che almeno un tratto dei rispettivi lembi di estremità siano tra loro sovrapposti.
4. 4. Macchina elettrica a prova di esplosione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detta seconda porzione è fissata internamente a detta prima porzione ed in una zona inferiore di quest'ultima rispetto a detto secondo asse di riferimento.
5. 5. Macchina elettrica a prova di esplosione secondo la rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che detta prima porzione presenta almeno una apertura passante disposta in corrispondenza della zona di sovrapposizione con la seconda porzione.
6. 6. Macchina elettrica a prova di esplosione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che dette prima porzione e seconda porzioni a sviluppo cilindrico hanno raggi diversi tra loro.
7. 7. Macchina elettrica a prova di esplosione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che dette prima e seconda porzioni a sviluppo cilindrico hanno spessore sostanzialmente uguale tra loro.
8. 8. Macchina elettrica a prova di esplosione secondo la rivendicazione 10 caratterizzata dal fatto che detto spessore è sostanzialmente pari alla differenza tra i raggi di dette prima e seconda porzioni .
9. 9. Macchina elettrica a prova di esplosione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che, rispetto ad un piano di appoggio della macchina stessa, detto secondo corpo cavo è posizionato attorno a detto primo corpo cavo con il secondo asse disposto superiormente a e sostanzialmente allineato con il primo asse di riferimento lungo una direzione verticale.