PT1384516E

PT1384516E - Motor de turbina de um atomizador rotativo

Info

Publication number: PT1384516E
Application number: PT03016336T
Authority: PT
Inventors: Harry Krumma; Michael Baumann; Frank Herre; Stefano Giuliano; Hans-Juergen Nolte; Bjoern Lind
Original assignee: Duerr Systems Gmbh
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2012-02-07
Also published as: EP1384516A3; DE10233199A1; ES2603059T3; EP2407247A1; EP2407247B1; ATE533563T1; EP1384516A2; US7322793B2; ES2376196T3; EP1384516B1; US20040164190A1

Description

ΕΡ 1 384 516 /PT

DESCRIÇÃO O invento refere-se a um motor de turbina que pode ser utilizado como accionamento para a taça de pulverização de um atomizador rotativo de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. 0 invento refere-se, além disso, a um atomizador rotativo com um motor de turbina deste tipo.

Trata-se, mais especificamente, de um atomizador de alta rotação para o revestimento electrostático em série de peças, como, por exemplo, carroçarias de veículos. As turbinas radiais accionadas com ar comprimido e as quais apresentam um veio oco de suporte da taça de pulverização e que rodam numa chumaceira de ar, são utilizadas para o accionamento da taça de pulverização deste tipo de atomizadores (DE 43 06 800 C2, EP 0 796 663 B19). A turbina radial pode receber um escoamento de ar tangencial ou ser atravessada radialmente pelo mesmo. Neste último caso, a roda da turbina consiste num disco, o qual roda num espaço interior cilíndrico fechado da unidade de chumaceira do veio de accionamento, e o qual apresenta pás de turbina formadas numa sua superfície de extremidade na proximidade da periferia. O ar de accionamento escoa-se através das pás da turbina radialmente num canal que numa das suas faces é limitado pela roda da turbina e, num caso conhecido, no seu lado oposto por uma parte fixa da unidade de chumaceira. 0 ar de accionamento alcança o interior deste canal de accionamento através de um ou vários canais de alimentação que abrem num injector, cuja abertura em secção transversal, por exemplo, com uma secção transversal rectangular, no caso conhecido, representa a menor secção transversal da correspondente alimentação de ar de accionamento. Entre as extremidades axiais das pás da turbina e da parte estacionária da caixa da unidade de chumaceira existe uma folga, através da qual uma parte do ar de accionamento se perde. Uma outra desvantagem é também a formação de uma camada limite turbulenta, entre o escoamento de ar de accionamento e a parte de caixa estacionária das turbinas radiais conhecidas observadas que provoca elevadas perdas por atrito. Por conseguinte a eficiência das turbinas radiais conhecidas é limitada. 2

ΕΡ 1 384 516 /PT É também conhecido a partir de EP 0 567 436 AI um atomizador rotativo para o revestimento em série de peças, com uma taça de pulverização montada num veio oco, o qual é accionado por uma roda de turbina que compreende elementos de pá, atravessados radialmente pelo escoamento um fluido. É conhecido a partir US 3 968 935 A um injector convergente e divergente de um motor de turbina para a expansão supersónica do fluido de accionamento, como exemplo de uma bomba de fluido de accionamento em aviões.

Em GB 1 474 134 A é conhecido um motor de turbina accionado por ar comprimido, que serve como accionamento de veios de máquinas têxteis de elevada rotação. A roda de turbina, fixa na extremidade do veio de accionamento deste motor tem, na superfície de extremidade afastada do veio, elementos de pá, com os quais estão alinhadas duas entradas de injectores localizadas opostamente.

Em EP 0 984 136 A é conhecido um accionamento turbo para ferramentas manuais com uma roda de turbina, em cujos elementos de pá estão dispostos radiais injectores dentro da periferia da turbina alinhados com secção transversal alterável. 0 objectivo do invento e proporcionar um motor de turbina para um atomizador rotativo, que possibilita eficiências de accionamento mais elevadas do que com as turbinas radiais conhecidas comparáveis.

Esta objectivo será conseguido com o motor de turbina indicado nas reivindicações. A turbina é substancialmente melhorada termos técnicos pelo invento. Em particular, devido ao canal de accionamento não ser limitado apenas num dos lados como até agora, mas em vez disso é também fechada no outro lado por um elemento que roda com a turbina, o ar de accionamento pode escoar-se através do canal fechado sem perdas e com reduzido atrito. Uma concretização vantajosa consiste em limitar o canal de accionamento por meio de um disco, o qual está fixo na roda de turbina e/ou no veio de accionamento e que roda com a 3 ΕΡ 1 384 516 /PT mesma, que, pelo menos, pode formar ou conter uma abertura de saída para o ar de accionamento localizada internamente no sentido radial.

De acordo com uma característica do invento a área da secção transversal da abertura de entrada, através da qual o ar de accionamento se escoa de um canal de entrada da unidade de chumaceira para o canal de accionamento da turbina, deve ser maior do que a área da secção transversal do canal de alimentação no seu local de menor secção transversal. Em particular, a entrada pode ser configurada como um injector convergente e divergente ou supersónico, cuja secção transversal primeiro afunila e depois alarga-se para conferir velocidades de fluxo de gás que se podem estar localizadas, pelo menos, teoricamente, na gama supersónica. Foi verificado surpreendentemente que as alterações resultantes da velocidade e da pressão do ar de accionamento que entra dão origem a um aperfeiçoamento substancial da eficiência de accionamento da turbina, em comparação com os injectores convencionais. A turbina, em termos técnicos de fluidos, pode ser optimizada por meio do invento, em especial, devido a serem conseguidas rotações mais elevadas do que até agora. No caso de um atomizador rotativo com a velocidade de rotação mais elevada é conseguido uma velocidade de descarga mais elevada do material de revestimento na taça de pulverização accionada pela turbina. A massa global da unidade de motor permutável (sem taça de pulverização), conhecida como o componente modular é, de preferência, menor do que 0,8 Kg, o que até agora só era possível com motores de turbina deste tipo muito menos potentes.

No exemplo de execução representado no desenho, o invento é explicado com mais pormenor. 0 desenho mostra, numa representação esquemática simplificada, um corte através da unidade de chumaceira de um atomizador rotativo ao longo do eixo do veio de accionamento. 4

ΕΡ 1 384 516 /PT A unidade de chumaceira que constitui o motor de turbina aqui descrito tem uma caixa fixa 1, na qual o veio de accionamento 2 roda numa chumaceira móvel, formada entre a caixa e o veio. Numa das extremidades do veio de accionamento 2 está disposta a roda de turbina 3 em forma de disco, na qual é formada a coroa das pás de turbina 5, através da qual circula radialmente o fluido na roda de turbina 3 num sector anelar situado próximo da periferia do disco da sua face frontal 4 axial próxima do veio de accionamento 2. A roda de turbina 3 roda num espaço interior cilíndrico 6 da caixa 1, dimensionado em conformidade com a roda da turbina com paredes adjacentes à superfície de extremidade plana 7 na parte traseira e a superfície periférica 8 cilíndrica da roda da turbina. No lado oposto, na esquerda do desenho, o espaço interior 6 é limitado por uma outra superfície de parede da caixa fixa 1 que se prolonga radialmente, a qual forma a abertura para o veio 2 no centro e a qual está posicionada fora desta abertura, oposta à superfície de extremidade axial 4 da roda de turbina 3 à distância axial ilustrada das extremidades das pás da turbina 5. Fora da periferia da roda de turbina 3 no sentido axial e alinhada com as pás da turbina 5 uma entrada 10 desemboca no espaço interior 6, para 0 ar de accionamento da turbina, proveniente de um canal de alimentação que se prolonga através da caixa 1. Pode ser prevista uma outra entrada de ar em 10'. Normalmente a caixa 1 contém entradas separadas para o ar de accionamento e ar de travagem (pedido EP n.° 02006826.8) . O veio de accionamento pode ser formado como um veio oco em cuja outra extremidade do veio de accionamento está enroscada a taça de pulverização (não representada) do atomizador rotativo.

Como descrito até aqui, a unidade de chumaceira representada corresponde ao estado técnica para atomizadores rotativos normais. No entanto, de acordo com o invento, um disco de cobertura em forma de anel circular 12 está fixo na roda de turbina 3 no lado da superfície de extremidade 4, estando este disco de cobertura fixo em contacto directo com as extremidades das pás da turbina 5, que se projectam da superfície de extremidade 4 na direcção axial e rodam com as pás. Para explicação das diferenças entre o estado da técnica, está apenas representada a sua metade de topo. O disco de cobertura 12 pode, por exemplo, ser colado, soldado 5 ΕΡ 1 384 516 /PT ou fixo de outra forma, por exemplo, às referidas extremidades salientes das pás da turbina 5. Um canal de accionamento 13 fechado axialmente em ambos os lados das pás de turbina 5 é formado entre a superfície de extremidade 4 e este disco de cobertura 12, no qual o ar comprimido proveniente da entrada de ar 10, é conduzido, pelo menos, numa direcção aproximadamente tangencial e eventualmente com um componente orientado para o interior na sentido radial, flui sem perdas e com atrito reduzido entre as pás da turbina. O ar livre de tensão, depois do fornecimento da energia de accionamento ao veio, escoa-se radialmente no interior do sector da superfície em anel, que contém as pás de turbina para um ou mais recessos 15 e canais 16 da caixa 1 que servem como saídas de ar.

Pode ser concebido proporcionar as pás de turbina no referido canal de accionamento fechado, não apenas num lado, mas em ambos os lados da roda da turbina. É também possível dispor mais que uma turbina num veio comum. A área da secção transversal da abertura na entrada de ar 10, ou seja no ponto de saída do ar de accionamento é, de preferência, maior do que a menor área da secção transversal dos canais localizados a montante da unidade de chumaceira, na qual o ar de accionamento é conduzido, de maneira já conhecida através de, pelo menos, um orifício num canal de alimentação em forma de segmento anelar e deste canal para um ou mais injectores. Ao contrário dos injectores conhecidos até agora com a secção transversal que vai sempre estreitando até à abertura de descarga, nos quais o escoamento do meio só pode ser acelerado até um pouco menos da velocidade do som, a entrada de ar 10 é formada, por exemplo, como injector convergente e divergente, cuja secção transversal se estreita primeiro e depois vai alargando até à abertura de descarga, para produzir velocidades supersónicas na parte alargada. Os injectores supersónicos deste tipo podem ser vantajosos não apenas para a turbina radial aqui descrita, mas também para outros tipos de motores de turbina, a fim de aumentar a sua eficiência. O exemplo de execução descrito pode, no âmbito do invento, ser modificado de várias maneiras. Se a roda da 6

ΕΡ 1 384 516 /PT turbina for constituída por dois elementos de disco, separados axialmente entre si, estes podem ser ligados por cruzetas axiais, por exemplo, na periferia, entre as quais são deixadas livres aberturas de passagem para o escoamento de ar, de modo que o canal de accionamento formado entre os elementos de disco está parcialmente fechado também na periferia da roda da turbina. Para além disso, a saída para o ar de accionamento pode, em vez de ser feita radialmente dentro de um dos elementos de disco, estar localizada em qualquer outro ponto aleatório e, eventualmente também radialmente fora da roda da turbina.

Além disso, o invento não está, limitado ao sentido de escoamento descrito tangencial ou radial, nem a dois discos espacialmente afastados nem também a uma forma determinada dos elementos de pá. Existe a possibilidade de, por exemplo, dispor os elementos de pá entre uma superfície cilíndrica fechada na periferia da roda de turbina e uma superfície cilíndrica igualmente fechada interior radialmente afastada da mesma, de modo que é formado um canal de accionamento limitado radialmente em ambos os lados, em que os elementos de pá recebem axialmente o escoamento de ar e as saídas de ar podem encontrar-se na extremidade axial oposto do canal de accionamento em forma de anel.

Lisboa, 2012-01-27

Claims

ΕΡ 1 384 516/ΕΡ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Motor de turbina de um atomizador rotativo de uma instalação para o revestimento em série de peças, com um veio de accionamento (2), o qual pode accionar a taça de pulverização do atomizador rotativo, com uma unidade de chumaceira para o veio de accionamento (2) do motor, com uma roda de turbina (3), a qual está disposta no veio de accionamento (2) e a qual roda num espaço interior (6) de uma caixa (1) da unidade de chumaceira e apresenta elementos de pá (5), em que é formada uma chumaceira móvel entre a caixa (1) e o veio de accionamento (2), que apresenta uma entrada (10), que desemboca no espaço interior (6) de saída da caixa (1) radialmente fora da periferia da roda de turbina (3), para admissão do gás de accionamento principalmente como ar comprimido, e com uma saída para o gás de accionamento, que sai do espaço interior (6), caracterizado por a área da secção transversal da abertura da entrada (10), através da qual o gás de accionamento se escoa a partir de um canal de alimentação localizado dentro da unidade de chumaceira para o canal de accionamento (13), que contém os elementos de pá (5), ser maior que a área da secção transversal do canal de alimentação na sua secção transversal de menor dimensão.
2 - Motor de turbina de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a roda de turbina (3) em forma de disco estar disposta numa das extremidades do veio de accionamento (2) e por a coroa de pás da turbina (5), através da qual o fluido circula radialmente, ser formada na roda de turbina (3) num sector anelar situado próximo da periferia do disco, da sua face frontal (4) axial próxima do veio de accionamento (2) . ΕΡ 1 384 516/ΕΡ 2/2
3 - Motor de turbina de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por estar prevista, pelo menos, uma abertura de saida para o gás de accionamento na caixa (1) da unidade de chumaceira num local afastado radial do veio de accionamento (2).
4 - Motor de turbina de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por estarem previstos canais de saida (16) atravessando radialmente a caixa (1).
5 - Motor de turbina de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o veio de accionamento (2) ser formado como um veio oco para enroscar a taça de pulverização na sua outra extremidade.
6 - Motor de turbina de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a massa global da unidade de motor permutável como componente do tipo modular sem a taça de pulverização ser inferior a 0, 8 Kg.
7 - Atomizador rotativo de uma instalação para revestimento em série de peças com um motor de turbina de acordo com uma das reivindicações anteriores. Lisboa, 2012-01-27