PT1406040E

PT1406040E - Estrutura de base para um mecanismo agitador de motor submersível provido de pás de rotor

Info

Publication number: PT1406040E
Application number: PT03027655T
Authority: PT
Inventors: Manfred Dirla; Rolf Trimborn; Klaus Becker; Wilfried Wasser
Original assignee: Abs Pump Ct Gmbh
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2007-07-18
Also published as: PT980704E; DK1406040T3; DE59913069D1; ES2257832T3; EP0980704A3; EP1406040A3; DE59914306D1; EP1406040A2; ATE359860T1; ES2286374T3; DE29814958U1; EP1406040B1; EP0980704B1; EP0980704A2; DK0980704T3; ATE316419T1

Description

DESCRIÇÃO "ESTRUTURA DE BASE PARA UM MECANISMO AGITADOR DE MOTOR SUBMERSÍVEL PROVIDO DE PÁS DE ROTOR" A invenção refere-se a uma estrutura de base para um mecanismo agitador de motor submersível, provido de pás de rotor, em especial para a utilização em tanques de mistura e de activação ou em poços de bomba ou similares, com um lado inferior que pode assentar no fundo de um tanque e um lado superior, no qual pode ser fixado um elemento de guia para o mecanismo agitador de motor submersível, que se estende, no essencial, na vertical e que é constituído por um primeiro material, sendo que a estrutura de base é suficientemente alta para impedir um contacto das pás de rotor com o fundo do tanque, em caso de assentamento do mecanismo agitador de motor submersível no lado superior (documento US 4.671.872 A).

As estruturas de base dessa natureza para mecanismos agitadores de motor submersível são já conhecidas no estado actual da técnica, em diversas formas de realização. As estruturas de base são constituídas por construções feitas de aço e formadas a partir de perfis soldados uns aos outros, por exemplo, perfis ocos de secção quadrada. Estas construções de aço são ligadas, por um lado, ao elemento de guia para o mecanismo agitador de motor submersível, configurado, de um modo preferido, como tubo de guia e fixadas na extremidade oposta da estrutura de base no fundo do tanque, mediante buchas para cargas pesadas. 1

No tanque ocorrem correntes de água não uniformes, de modo que a hélice do mecanismo agitador de motor submersível está sujeita a um afluxo irregular. Além disso, são problemáticas as turbulências produzidas com base na estrutura. Este afluxo irregular e as turbulências provocam vibrações no interior da estrutura, de modo que tanto o mecanismo agitador de motor submersível como também a estrutura suportam esforços superiores ao normal. Estes esforços podem, em última análise, conduzir à danificação da estrutura e do mecanismo agitador de motor submersível.

Cabe à invenção, por conseguinte, o objectivo de melhorar uma estrutura de base do género referido na introdução, de modo que se torna possível obter um apoio do mecanismo agitador de motor submersível tanto quanto possível isento de vibrações.

De acordo com a invenção, este objectivo é resolvido por a estrutura de base ser produzida pelo menos por um segundo material, distinto do primeiro material e que apresenta uma característica de vibração distinta da do primeiro material, para amortecer as vibrações induzidas pelo mecanismo agitador. A estrutura de base concebida de acordo com a invenção actua, por conseguinte, como amortecedor das vibrações que ocorrem no mecanismo agitador de motor submersível e no tubo de guia, sem que fiquem danificados. A estrutura de base de acordo com a invenção é, por conseguinte, estável e à prova de vibrações. Para além disso, a estrutura de base de acordo com a invenção apresenta a vantagem de a mesma proporcionar uma melhoria do rendimento do mecanismo agitador de motor submersível, devido à redução das turbulências. É possível conseguir uma melhoria do rendimento que pode ir até 5%. 2

Do ponto de vista hidrodinâmico, é especialmente vantajoso se a estrutura de base apresentar uma forma que permita reduzir a pré-rotação do lado do afluxo do mecanismo agitador de motor submersível. Desta maneira, são suprimidas, em especial, as turbulências que ocorrem entre as pás de rotor e a estrutura de base, turbulências essas que ocorrem quando as pás de rotor passam junto da aresta da estrutura de base. A estrutura de base pode ser produzida rígida e económica, de forma quase ideal, se é feita de betão. As grandes secções transversais de betão podem, além disso, ser bem fixadas ao fundo, devido à grande superfície de assentamento e massa.

De um modo preferido, a estrutura de base tem uma configuração inteiriça.

Verificou-se ser especialmente vantajoso, neste caso, se a estrutura de base apresenta, no essencial, a secção transversal com o perfil de uma gota ou de uma asa, à semelhança de uma asa de avião. Neste caso, a estrutura de base, tal como a asa de um avião, está posicionada no tanque de tal maneira que o afluxo da água se faz junto da extremidade em forma de tronco de cone. A água circula em torno da estrutura de base, na direcção da extremidade, no essencial afilada, da estrutura de base, na qual actuam as pás de rotor do mecanismo agitador de motor submersível. Contrariamente ao que acontece com uma asa de avião, a secção transversal do perfil de base da estrutura de base deve ter, de acordo com a invenção, no entanto, uma configuração simétrica em relação a um plano longitudinal central, de modo que, quando a extremidade anterior em forma de tronco de cone recebe o afluxo na direcção da corrente, não se produzem quaisquer forças transversais, como seria o caso numa 3 asa de avião, cujo perfil está configurado de modo a criar uma força de sustentação e que apresenta um ponto de aplicação que depende do ângulo de afluxo.

Numa forma de realização alternativa, a extremidade afilada pode, além disso, ser provida de um prolongamento em forma de nariz, que provoca uma deflexão da água que circula em torno da estrutura de base.

De um modo geral, é possível, consoante as condições hidrodinâmicas requeridas, configurar a estrutura de base em conformidade, para que apresente a forma ideal para aquelas condições hidrodinâmicas.

Verificou-se ser especialmente vantajoso configurar a estrutura de base num betão de alta qualidade, provido de uma armadura de aço.

Num aperfeiçoamento, encontram-se embebidos na estrutura de base parafusos de ancoragem para fixação do mecanismo de acoplamento do mecanismo agitador de motor submersível. Desta maneira, é possível realizar, de forma especialmente simples e rápida, uma fixação do mecanismo agitador de motor submersível e do tubo de guia. De acordo com uma forma de realização preferida, a fixação da estrutura de base no fundo do tanque efectua-se mediante buchas para cargas pesadas. Em alternativa, também é concebível aqui que a estrutura de base esteja directamente betonada ou embebida no fundo do tanque.

Numa forma de realização alternativa, a estrutura de base está realizada em várias partes. Do ponto de vista da tecnologia de fabrico, verificou-se ser especialmente simples se a 4 estrutura de base é constituída por dois suportes com uma secção circular, que estão dispostos de modo co-linear. 0 fabrico destes suportes circulares é especialmente simples, uma vez que o mesmo se pode efectuar com utilização de tubos de escoamento de águas residuais. Para essa finalidade, os parafusos de ancoragem e as armaduras de aço são instalados no tubo e enchidos com betão. Depois de o betão ter feito presa, o tubo pode ser removido.

Para evitar turbulências entre os suportes, num aperfeiçoamento, o suporte situado à frente, em relação à direcção de fluxo, pode apresentar um diâmetro maior do que o do segundo suporte, que, em relação ao primeiro suporte, se encontra a jusante da direcção de fluxo.

Num aperfeiçoamento, entre os suportes circulares podem estar dispostas chapas, que se prolongam na direcção de fluxo, para obter uma corrente uniforme entre os dois suportes. Desta maneira, consegue-se também obter aproximadamente a forma de uma gota optimizada em termos hidrodinâmicos. Assim, fica também assegurado que a corrente não possa romper, devido às turbulências entre os suportes. A superfície de assentamento da estrutura de base no fundo do tanque pode, além disso, ser aumentada, por a estrutura de base ser alargada junto da sua superfície de assentamento no fundo do tanque, em relação à secção transversal restante. No conjunto assim formado, que é embebido numa peça única na estrutura de base, podem ser colocadas as buchas para cargas pesadas, para a ancoragem no fundo. 0 pedestal actua como um órgão que direcciona a corrente e 5 como interrupção da pré-rotação. 0 aumento do rendimento do hélice efectua-se através de um escoamento da corrente na direcção do hélice, isento de pré-rotação e direccionado, de modo que se torna possível um afluxo e um escoamento quase isentos de turbulências. A combinação da forma do hélice com o pedestal permite obter uma passagem das pás de rotor pelo pedestal com poucas pulsações. 0 escoamento direccionado da corrente reduz as vibrações inadmissíveis. Desta maneira, evitam-se as correntes incontroláveis provocadas adicionalmente pelas estruturas de aço, na proximidade imediata do hélice. A corrente direccionada assegura uma longa vida útil e segurança de funcionamento dos componentes da instalação.

No âmbito do objectivo que está na origem da invenção, deve igualmente ser assegurada uma introdução, tanto quanto possível sem folgas, das forças dinâmicas que devem ser recebidas pela estrutura de base. Por conseguinte, deve também ser assegurada uma fixação tanto quanto possível sem folgas da estrutura de base sobre a fundação ou da construção, por exemplo, de um pedestal de um tubo para cabos, sobre a estrutura de base.

Habitualmente, estes componentes são fixados com chumbadores de expansão ou buchas adesivas. Como já foi explicado anteriormente, a fixação da estrutura de base sobre o fundo do tanque, constituído geralmente por betão, efectua-se, por exemplo, com buchas para cargas pesadas. Aqui podem também ter aplicação chumbadores de fixação por aperto e colagem, com uma argamassa endurecível. As hastes de ancoragem concebidas como hastes roscadas são assentes em argamassa, em furos cegos previstos no fundo de betão e atravessam, por exemplo, as furações de fixação da estrutura de base previstas para tal. As 6 medidas conhecidas para a consolidação da estrutura de base na fundação são o aparafusamento das hastes de ancoragem que atravessam as furações de fixação, por meio de porcas auto--blocantes, porcas de castelo com entalhe, anilhas de mola dentadas, anilhas de mola recartilhadas, anilhas elásticas, anilhas de segurança e similares. Muitas vezes não é possível efectuar de forma totalmente plana o assentamento da estrutura de base sobre o fundo de betão, de modo que os dispositivos de segurança descritos anteriormente perdem frequentemente a sua tensão prévia, o que tem como consequência um desaperto das porcas. Por exemplo, as porcas perdem a sua tensão prévia necessária quando desgastam por atrito pontos de assentamento limitados localmente no betão. A invenção prevê, por conseguinte, uma estrutura de base que está fixada sobre uma fundação, do lado do pedestal, através de pelo menos um chumbador de fixação por aperto e colagem com uma argamassa endurecível e/ou do lado da cabeça, suporta uma construção fixada com pelo menos um chumbador de fixação por aperto e colagem com argamassa endurecível, sendo que as hastes de ancoragem dos chumbadores de fixação por aperto e colagem são respectivamente introduzidas em furações de ancoragem da fundação e/ou da estrutura de base e atravessam furações de fixação da estrutura de base e/ou da construção, sendo que a estrutura de base se caracteriza por estar prevista uma fixação por presa na argamassa das hastes de ancoragem, tanto nas furações de ancoragem como também nas furações de fixação. Deste modo, é obtida não só uma união do material da haste de ancoragem respectiva na furação de ancoragem correspondente, mas também na furação de fixação da estrutura de base e/ou da construção. 7

Por este meio se impede, de um modo fiável, que se possa perder a tensão prévia necessária para a fixação segura de porcas. As forças de aperto no aparafusamento são suportadas através da união do material entre a argamassa e a furação de fixação, de modo que resulta também ainda a vantagem de serem evitadas rupturas na zona da furação de fixação, no componente a fixar.

Através da união do material da haste de ancoragem com a estrutura de base ou nas furações de fixação da estrutura de base, abstraindo da segurança da ligação obtida, consegue-se também uma fixação da estrutura de base ao fundo do tanque, especialmente favorável em termos de tecnologia de amortecimento de vibrações, que está muito próxima da fusão da estrutura de base directamente com o fundo do tanque. A dissipação de vibrações induzidas pelo mecanismo agitador no fundo do tanque é melhorada deste modo. A massa da construção (tanque) é incluída na característica de vibração da totalidade do conjunto, devido à união parcial de material entre a estrutura de base e o fundo do tanque.

Para assegurar que a argamassa não possa perder-se através das juntas entre a estrutura de base e a construção e/ou entre a estrutura de base e o fundo do tanque, é conveniente se as juntas entre a estrutura de base e a fundação e/ou entre a estrutura de base e a construção, pelo menos na zona das furações de fixação, são vedadas com uma massa fluida e endurecível ou plástica, sendo que esta massa foi introduzida, de um modo preferido, antes da abertura das furações de ancoragem.

No caso de uma variante especialmente vantajosa da estrutura de base de acordo com a invenção, as furações de ancoragem apresentam entalhes, pelo menos parcialmente, de modo que, adicionalmente à união do material da argamassa com a parede da furação de fixação, é obtida também uma ancoragem positiva, na direcção longitudinal das hastes de ancoragem. Para isso, a parede respectiva da furação de fixação pode ser cónica ou com um diâmetro alargado cilindricamente ou também provida de uma rosca. A invenção está representada no desenho e é descrita em seguida, a titulo de exemplo, com base nas figuras. Mostram:

Fig. 1 uma estrutura de base de acordo com a invenção, numa forma de realização inteiriça, Fig. 2 uma estrutura de base de acordo com a invenção, numa forma de realização com duas partes, Fig. 3 uma representação ampliada da estrutura de base de acordo com a fig. 1, com o mecanismo agitador de motor submersível descido, Fig. 4 um corte transversal através de um dos suportes da estrutura de base de acordo com a fig. 2,

Fig. 5 e 6 vistas em planta de diversas configurações

Fig. 7 geométricas de estruturas de base de construção inteiriça, e uma representação esquemática em corte da fixação, por exemplo, da estrutura de base de acordo com a invenção, sobre um fundo de betão. 9

Como se depreende das figuras, a estrutura 1 de base está montada no fundo 2 do tanque com cavilhas de fixação. Na extremidade que se vê no lado de cima nas figuras, está fixado um sistema de guia concebido como um tubo 3 de guia. Ao longo deste tubo 3 de guia, é mergulhado o mecanismo 4 agitador de motor submersível, designado na sua totalidade por 4. Na sua posição de funcionamento, o mecanismo 4 agitador de motor submersível assenta na extremidade superior da estrutura de base. A estrutura 1 de base tem uma altura tal que as pás de rotor do mecanismo 4 agitador de motor submersível, na posição totalmente descida, não podem entrar em contacto com o fundo 2 do tanque. A fig. 1 representa uma estrutura de base numa forma de realização inteiriça. A estrutura 5 de base apresenta uma secção transversal no essencial em forma de gota. Neste caso, a extremidade em forma de tronco de cone da estrutura 5 de base está disposta no tanque na direcção do afluxo da água. 0 afluxo está referenciado pela seta 6. A extremidade 7 afilada está disposta, em termos hidrodinâmicos, de maneira a reduzir a pré-rotação do lado do afluxo, de modo a impedir ao máximo as turbulências que ocorrem entre as pás de rotor do mecanismo agitador de motor submersível e a estrutura 5 de base. A fig. 2 representa uma forma de realização alternativa da estrutura de base de acordo com a invenção, na qual a estrutura 8 de base é formada por dois suportes 9, que apresentam uma secção transversal circular. Estes suportes 9 foram betonados utilizando tubos como moldes. Os tubos, por exemplo feitos de PVC, podem ser removidos de maneira especialmente simples após o enchimento do betão. Uma viga 10 transversal, disposta do lado de cima dos suportes 9, transmite os esforços que actuam sobre o 10 tubo 3 de guia aos dois suportes 9. A montagem da viga 10 transversal no suporte 9 anterior está especialmente bem visivel na fig. 4. No interior do suporte 9 está embebido um chumbador 11 de aço, que apresenta uma cavilha 12 roscada, saliente em relação ao suporte 9. Neste perno roscado, a viga 10 transversal pode ser fixada, da maneira já conhecida, por meio de uma porca. Desta maneira, o tubo 3 de guia pode ser facilmente substituído, soltando as porcas.

As fig. 5 e 6 representam estruturas de base de configuração distinta e de construção inteiriça. Nas figuras foi retirado o mecanismo agitador de motor submersível. Em todas as figuras, no entanto, estão nitidamente visíveis as cavilhas 13 roscadas embebidas no betão. A fig. 6 representa uma forma de realização na qual a extremidade afilada da estrutura de base apresenta um nariz 15, que se estende obliquamente em relação ao eixo longitudinal central da estrutura 14 de base, nariz esse que está ligado por betonagem à estrutura de base, formando uma peça única com a mesma. Este nariz 15 provoca uma correspondente deflexão da corrente. Através da configuração geométrica do nariz, podem ser realizadas diferentes condições fluídicas, consoante o caso de aplicação.

Decisivas são as propriedades de amortecimento de vibrações da estrutura de base. Esta estrutura, em vez de ser feita de betão, pode também ser feita, por exemplo, de aço fundido.

Para diminuir sobretudo os problemas hidrodinâmicos, a invenção refere-se, além disso, a uma estrutura de base para um 11 mecanismo agitador de motor submersível provido de pás de rotor, em especial para a utilização em tanques de mistura e de activação ou em poços de bomba ou similares, com um lado inferior, que pode assentar no fundo de um tanque e um lado superior, no qual pode ser fixado um elemento de guia, que se estende no essencial, na vertical, para o mecanismo agitador de motor submersível, sendo a estrutura de base suficiente alta para impedir um contacto das pás de rotor com o fundo do tanque, aquando do assentamento do mecanismo agitador de motor submersível no lado superior, fundo esse que, de acordo com a invenção, está concebido de modo que a estrutura de base apresenta uma forma hidrodinâmica vantajosa para reduzir a rotação prévia, do lado de afluxo do mecanismo agitador de motor submersível.

Esta melhoria hidrodinâmica pode, por exemplo, ser obtida de maneira simples, ao serem fixadas placas metálicas, que se estendem na direcção da corrente, entre os tubos de aço da estrutura de base de acordo com o estado actual da técnica.

Como é visível na fig. 7, a estrutura 5 de base pode ser fixada no fundo 17 do tanque 2, mediante chumbadores 16 de fixação por aperto e colagem. Por 18 é designada uma haste de ancoragem que, de um modo preferido, tem a configuração de uma haste roscada, que é introduzida numa furação de ancoragem do fundo 17 e que atravessa uma furação 20 de fixação da estrutura 1 de base.

Por 21 é designada uma massa de compensação, que foi introduzida na furação 20 de fixação antes da abertura da furação 19 de ancoragem. A fluência da massa de compensação é ajustada de modo que a mesma preencha a junta 22, entre a 12 estrutura 1 de base e o fundo 17. Quando a massa de compensação endurece ali, a junta 22 fica vedada e a furação 19 de ancoragem pode então ser aberta, formando um espaço anular ininterrupto, na transição para a furação 20 de fixação. A massa 21 de compensação pode também ter sido introduzida à pressão na furação 20 de fixação, como massa plástica.

Depois da abertura da furação 19 de ancoragem, é introduzido nessa furação um cartucho de argamassa, por exemplo, sob a forma de um tubo flexível de material sintético, que contém uma argamassa e endurecedor. O comprimento do cartucho de argamassa é escolhido de modo a preencher tanto a furação 19 de ancoragem, como também a furação 20 de fixação. Com a inserção da haste 18 de ancoragem, é destruído o cartucho de argamassa, de modo que a argamassa se mistura com um endurecedor e é obtido um enchimento 23 com argamassa da haste 18 de ancoragem, ao longo de quase todo o seu comprimento, bem como também na furação 20 de fixação. A estrutura 1 de base é aparafusada contra o fundo 17, através da haste 18 de ancoragem, por meio de uma porca 24, bem como de uma anilha 25 plana e uma anilha 26 de segurança.

Lista de números de referência 1 Estrutura de base 2 Tanque 3 Tubo de guia 4 Mecanismo agitador de motor submersível 5 Estrutura de base 6 Afluxo de água 13

Extremidade afilada da estrutura de base

Estrutura de base

Suporte

Viga transversal Chumbador de aço Cavilha roscada Cavilha roscada Estrutura de base Nariz

Chumbador de fixação por aperto e colagem Fundo

Haste de ancoragem Furação de ancoragem Furação de fixação Massa de compensação Junta

Enchimento com argamassa Porca

Anilha plana Anilha de segurança

Lisboa, 6 de Julho de 2007 14

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Estrutura (5) de base para um mecanismo agitador de motor submersível, provido de pás de rotor, em especial para a utilização em tanques de mistura e de activação ou em poços de bomba ou similares, com um lado inferior que pode assentar no fundo de um tanque e um lado superior, no qual pode ser fixado um elemento de guia, que se estende, no essencial, na vertical, para o mecanismo (4) agitador de motor submersível, sendo que a estrutura (5) de base é suficientemente alta para impedir um contacto das pás de rotor com o fundo do tanque, em caso de assentamento do mecanismo (4) agitador de motor submersível no lado superior, sendo que a estrutura (5) de base, do lado do pedestal, suporta uma construção, fixada à fundação por meio de pelo menos um chumbador (16) de fixação por aperto e colagem, com argamassa endurecível, sendo que as hastes (18) de ancoragem respectivas dos chumbadores (16) de fixação por aperto e colagem estão introduzidas em furações (19) de ancoragem da fundação e/ou da estrutura (5) de base e atravessam furações (20) de fixação da estrutura (5) de base e/ou da construção, caracterizada por estar previsto um enchimento (23) com argamassa das hastes (18) de ancoragem, tanto nas furações (19) de ancoragem como também nas furações (20) de fixação.
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FIG.3 4 3/4

Fia 6

2. Estrutura de base de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a junta (22) entre a estrutura (1) de base e a fundação e/ou entre a fundação e a construção, pelo menos na zona das furações (20) de fixação, ser vedada com uma massa fluída e endurecível ou plástica, sendo que essa massa 1 foi introduzida, de um modo preferido, antes da abertura da furação (19) de ancoragem.
3. Estrutura de base de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por as furações (20) de fixação estarem, pelo menos parcialmente, providas de entalhes. Lisboa, 6 de Julho de 2007 2 1/4 FIG.1
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