WO2018145181A1

WO2018145181A1 - Sistema gerador de energia elétrica

Info

Publication number: WO2018145181A1
Application number: PCT/BR2018/050020
Authority: WO
Inventors: Luiz Carlos NASCIMENTO
Original assignee: Nascimento Luiz Carlos
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2018-08-16
Also published as: US20200052571A1; EP3582377A4; BR202017002844U2; CN110582928A; BR112019016484A2; EP3582377A1

Abstract

A presente invenção se refere a um sistema/grupo gerador de energia elétrica (40) configurado para gerar energia elétrica sem consumir combustível, dotado de uma carenagem (12), uma turbina (1), uma caixa de velocidade (6), um alternador (10) e uma moto bomba hidráulica (14). Dita moto bomba hidráulica (14) sendo configurada para emitir um jato de óleo contra palhetas (2) da turbina (1), fazendo com que essa rotacione e gere uma energia mecânica. A dita energia mecânica gerada pela rotação da turbina (1) é transmitida para a caixa de velocidade (6), potencializando essa energia mecânica e transmitindo-a para o alternador (10), configurado para transformar a energia mecânica gerada pela turbina (1) em energia elétrica.

Description

Relatório descritivo de patente de invenção para "SISTEMA GERADOR DE ENERGIA ELETRICA

Campo do Objeto

[001] A presente invenção consiste em um grupo/sistema gerador de energia eletrica com acionamento a óleo hidráulico, para uso em aplicações industriais, residências e comerciais.

Antecedentes da Invenção

[002] Os grupos /sistemas geradores de energia eletrica são equipamentos de médio e grande porte configurados para fornecer energia eletrica, garantindo segurança e comodidade para moradores, clientes e funcionários de diferentes setores e ambientes.

[003] O dito grupo de gerador de energia eletrica é um equipamento de altíssimo desempenho, e que apresenta grande segurança durante todo o seu funcionamento, sendo comumente fabricado com estrutura resistente.

[004] A utilização dos grupos de geradores de energia elétrica é indicada para os mais variados ambientes, especialmente para estabelecimentos que não podem ficar sem energia elétrica, tais como hospitais, escolas, aeroportos, grandes eventos e supermercados.

[005] Os alternadores e geradores de energia que compõem os grupos geradores de energia, apresentam características que convertem energia mecânica em energia elétrica, baseado no fenómeno da indução eletromagnética.

[006] O dínamo (alternador) gerador de corrente contínua, funciona convertendo a tal energia mecânica contida na rotação de um eixo em intensidade de um campo magnético, produzido por um imã, de modo que, o girar do eixo induz uma tensão nos terminais dos enrolamentos de um rotor, onde conectados a cargas levam a circulação de correntes elétricas, gerando assim a energia elétrica. [007] No estado da técnica, são conhecidos grupos geradores de energia elétrica, cuja montagem pode ser feita por meio de dois tipos de acionamento distintos sendo esses: motores de combustão (diesel, gás e gasolina) e turbinas eólicas.

[008] Esses dois grupos geradores de energia elétrica realizam o acionamento dos seus alternadores (dínamos) por meio de um motor à combustão, ou por meio de turbinas eólicas, gerando energia elétrica através de corrente alternada.

[009] Entretanto, a utilização desses grupos geradores de energia elétrica do estado da técnica revela alguns inconvenientes, sendo os inconvenientes apontados a seguir.

[010] Na utilização de grupos geradores de energia elétrica acionados por motores de combustão, o inconveniente consiste em um alto consumo de combustível para a sua utilização, implicando assim em um alto custo operacional. Além disso, esse acionamento por motor a combustão, devido à queima de combustível para o seu funcionamento, gera uma grande poluição ambiental, tornando-se assim bastante prejudicial ao meio ambiente.

[011] Não obstante, esse acionamento por motores de combustão também apresenta um baixo rendimento de operação, pois exige que o consumo de combustível seja altíssimo, para então gerar uma quantidade suficiente de energia mecânica.

[012] Com relação à utilização de grupos geradores de energia elétrica, que fazem uso de turbinas eólicas para o seu acionamento, nota-se que, apesar de serem ótimas fontes no conceito de proteção ambiental, essas necessitam de locais próprios às correntes do vento, não podendo assim ser aplicada em qualquer local.

[013] Além disso, as turbinas eólicas são dotadas de hélices de diâmetro muito elevado, gerando um projeto mecânico que limita ainda mais a sua aplicação em algumas regiões geográficas, com grande limitação em áreas urbanas.

[014] Desse modo, não há no estado da técnica um grupo gerador de energia eletrica com um acionamento que não realiza o consumo de combustíveis necessários a serem processados e transformados em energia mecânica, diminuindo significativamente os custos de operação devido ao não consumo de combustível e consequentemente diminuindo a poluição ambiental.

[015] Além disso, não há no estado da técnica, um grupo gerador de energia elétrica, dotado de um projeto com dimensões expressivamente menores, que os grupos geradores de energia elétrica que não realizam a combustão de combustíveis como fonte de energia mecânica.

Objetivos da Invenção

[016] A presente invenção tem como objetivo propiciar um grupo gerador de energia elétrica que não é baseado no consumo de qualquer forma de combustível convencional como acionador.

[017] A presente invenção também tem como objetivo propiciar um grupo gerador de energia elétrica com baixo custo de operação e baixo impacto ambiental.

[018] Por último, a presente invenção também tem como objetivo propiciar um grupo gerador de energia elétrica dotado de um projeto com dimensões expressivamente menores que qualquer outros do estado da técnica.

Sumário da Invenção

[019] Em sua configuração preferencial, a presente invenção revela um sistema/grupo gerador de energia elétrica que compreende: uma carenagem com formato prismático, dotada de uma base, quatro paredes laterais e uma parede superior; uma turbina dotada de uma face radial e duas faces longitudinais, sendo dispostas palhetas ao longo de sua face radial, sendo a turbina fixada no interior da carenagem; uma moto bomba hidráulica, disposta acima da turbina também no interior da carenagem; uma caixa de velocidades associada à turbina; e um alternador associado à caixa de velocidades.

[020] A turbina compreende um eixo disposto de maneira passante pelo centro das faces longitudinais da turbina, sendo o eixo fixado em uma das paredes laterais da carenagem e passante pela parede lateral da carenagem paralela à parede lateral da carenagem em que é fixado. A turbina compreende uma parte giratória e uma parte fixa, sendo a parte giratória associada à parte fixa por meio de rolamentos.

[021] A dita turbina compreende também uma cruzeta dupla disposta em suas faces longitudinais, de modo que as duas extremidades da cruzeta dupla sejam fixadas na parte giratória da turbina, comunicando-as com o eixo.

[022] A extremidade do eixo da turbina, sendo essa a extremidade passante pela carenagem, é associada a um eixo de entrada da caixa de velocidades, sendo essa associação do eixo da turbina com o eixo de entrada da caixa de velocidades realizada por meio de uma luva flexível.

[023] A caixa de velocidades compreende um eixo de saída, e o alternador compreende um eixo de entrada, sendo o eixo de saída da caixa de velocidades associado ao eixo de entrada do alternador, sendo essa associação do eixo de saída da caixa de velocidades com o eixo de entrada do alternador realizada por meio de uma luva flexível.

[024] A moto bomba óleo hidráulica compreende uma mangueira de esguicho para emitir um jato de óleo contra as palhetas da turbina. O grupo gerador de energia elétrica também compreende um tanque disposto no interior da carenagem, abaixo da moto bomba óleo hidráulica, armazenando e fornecendo o óleo para a moto bomba óleo hidráulica por meio de uma mangueira de aspiração.

[025] O grupo gerador de energia elétrica da presente invenção também compreende um circuito dotado de: um retificador de energia elétrica, alimentado pela saída do alternador do grupo gerador de energia elétrica; uma fonte acumuladora de energia elétrica; um dispositivo de partida manual ou automático; um inversor de corrente contínua para corrente alternada que alimenta a moto bomba óleo hidráulica em sua partida; um bloco comutador, que recebe energia vinda da fonte acumuladora de energia elétrica na partida e em condições de regime recebe a alimentação vinda da saída do alternador do grupo gerador de energia elétrica; um bloco de potência vinda do grupo gerador de energia elétrica; um dispositivo de comando e uma proteção térmica para moto bomba óleo hidráulica.

[026] Na condição de regime, o bloco de potência e o bloco comutador realimentam a moto bomba óleo hidráulica, enquanto o retificador ligado a saída do alternador alimenta em flutuação a fonte acumuladora de energia elétrica.

Breve Descrição dos Desenhos

[027] A presente invenção é mais detalhadamente descrita com base nas respectivas figuras:

[028] A figura 1 retrata uma vista lateral do grupo gerador de energia elétrica da presente invenção.

[029] A figura 2 retrata uma vista frontal da turbina, do conjunto óleo hidráulico e da carenagem da turbina do grupo gerador de energia elétrica da presente invenção.

[030] A figura 3 retrata o circuito elétrico de potência do grupo gerador de energia elétrica juntamente com a carga.

Descrição Detalhada da Invenção [031] A presente invenção revela um sistema/grupo gerador de energia eletrica 40 dotado de um acionamento óleo hidráulico e autoalimentado, configurado para gerar energia eletrica sem necessitar da queima de combustível ou de um projeto mecânico com dimensões elevadas.

[032] Dito grupo gerador compreende uma turbina 1 , uma caixa de velocidade 6, um alternador 10, uma moto bomba hidráulica 14 e uma carenagem 12 (vide a figura 1 ), sendo cada um de seus componentes e suas funções descritas separadamente a seguir.

[033] A carenagem 12 consiste em uma estrutura de proteção para o grupo gerador de energia eletrica 40, sendo essa configurada para proteger a turbina 1 ; a moto bomba óleo hidráulico 14; um reservatório de óleo hidráulico 13; e uma mangueira de óleo hidráulico 16, dispostos em seu interior.

[034] A dita carenagem 12, em sua configuração preferencial, possui um formato prismático, preferencialmente um paralelepípedo, sendo, portanto, dotado de uma base, quatro paredes laterais e uma parede superior.

[035] Alternativamente, a carenagem 12 pode ser dotada de outros formatos como, por exemplo, cúbico, sendo essa configurada apenas para realizar uma proteção da turbina 1 e da moto bomba hidráulica 14, facilitando inclusive o transporte do grupo gerador de energia elétrica 40. A carenagem 12 é totalmente fechada, pois o óleo que acionará a turbina 1 estará em um circuito óleo hidráulico fechado dentro desta carenagem. Este circuito óleo hidráulico circulando em malha fechada propiciará a utilização deste fluido por longo tempo sem troca e sem poluição ao meio ambiente.

[036] A turbina 1 é o elemento configurado para fornecer a energia mecânica para o grupo gerador de energia elétrica 40 da presente invenção, sendo essa dotada de duas faces longitudinais e uma face radial, com um formato de disco.

[037] Essa turbina 1 compreende uma parte giratória 18, que possui a sua rotação facilitada e possibilitada, preferencialmente, por meio de rolamentos de cilindros 19, disposto na parte fixa 21 da turbina 1 , ou seja, parte essa que não rotaciona, vide a figura 2.

[038] Alternativamente, a turbina 1 pode ser dotada de rolamentos de esferas e outros tipos de rolamentos, sendo esse configurado apenas para facilitar a rotação de sua parte giratória 18.

[039] É realizado também um embuchamento 22 na parte fixa 21 da turbina com os rolamentos de cilindros 19, permitindo assim garantir a estabilidade desse elemento conforme a sua rotação e evitar uma folga e trepidação prejudicial.

[040] Dita turbina 1 é dotada de, preferencialmente, palhetas 2 ao longo de sua face radial, sendo essas configuradas para fazer com a turbina 1 rotacione ao receber um jato de óleo esguichado com pressão pela moto bomba hidráulica 14. Existe um circuito óleo hidráulico e um reservatório de armazenamento 13 e coleta do óleo espargido sobre as palhetas 2 da turbina 1 , de modo que o óleo retornará ao tanque reservatório 13 para continuar a ser bombeado para acionar a turbina 1 . Fora da carenagem 12, fica, a caixa multiplicadora de velocidades 6 e o alternador 10 com seus respectivos eixos e acoplamentos através de luvas flexíveis.

[041] A turbina 1 também compreende um eixo 4, passante pelo centro de suas duas faces longitudinais. O eixo 4 permite que a turbina 1 , em uma configuração preferencial, fique apoiada nas paredes laterais da carenagem 12, sendo esse eixo apoiado em duas paredes laterais da carenagem 12, sendo fixado em uma das paredes laterais e passante pela outra parede lateral da carenagem 12, paralela à parede lateral em que é fixado. [042] Em configurações alternativas, a turbina 1 pode ser apoiada por meio de cavaletes e mancais de rolamentos ou outros equipamentos capazes de suportar a turbina 1 e permitir a sua rotação, principalmente de seu eixo 4.

[043] É disposta, ainda na turbina 1 , uma cruzeta dupla 3, situada paralelamente às faces longitudinais dessa, sendo seu eixo 4, preferencialmente soldado à cruzeta dupla 3, para permitir que a turbina 1 rotacione, juntamente com a cruzeta dupla 3, arrastando-a em seu giro.

[044] Preferencialmente, a cruzeta dupla 3 consiste em uma cruzeta dupla de barras redondas, tendo os dois lados fixados à parte giratória 18 da turbina 1 , permitindo assim que o eixo 4 da turbina 1 fixado nos dois lados da cruzeta dupla 3, rotacione com o movimento da cruzeta dupla 3.

[045] Uma das extremidades do eixo 4 da turbina 1 , ou seja, a extremidade passante pela parede lateral da carenagem 12, é associada à caixa de velocidade 6, permitindo assim transmitir a rotação da turbina 1 para a caixa de velocidade 6. Dita associação é realizada por meio de uma luva 5 elástica, que permite associar o eixo de entrada 1 7 da caixa de velocidade 6 com o eixo 4 da turbina 1 .

[046] A luva elástica 5 em sua configuração preferencial consiste em um acoplamento comum, utilizado para associar dois eixos, no caso o eixo 4 da turbina e o eixo de entrada 1 7 da caixa de velocidade 6.

[047] A caixa de velocidade 6 consiste em um elemento configurado para realizar uma variação da velocidade de rotação. A dita variação de velocidade de rotação é encontrada em seu eixo de entrada 17 e em um eixo de saída 7, de modo que o eixo de entrada 17 da caixa de velocidade 6, ou seja, o lado associado ao eixo 4 da turbina 1 , tenha uma rotação baixa e o seu eixo de saída 7 tenha uma alta rotação. [048] Em sua configuração preferencial, a caixa de velocidade 6 consiste em um multiplicador de velocidade por meio de engrenagens, entretanto, em configurações alternativas, esse pode tratar-se de um multiplicador de velocidade por meio de correias ou cintas, tendo como função apenas variar a velocidade de rotação do eixo de entrada 1 7 em relação ao eixo de saída 7.

[049] O eixo de saída 7 da caixa de velocidade 6 é associado ao alternador 10, sendo esse alternador 10 configurado para receber a energia mecânica transmitida da turbina 1 para a caixa de velocidade 6 e, assim, transformar essa energia mecânica em energia elétrica.

[050] A associação do eixo de saída 7 com o alternador 10 é, preferencialmente, realizada por meio de uma luva elástica 8, unindo o eixo de entrada do alternador 9 com o eixo de saída 7 da caixa de velocidade 6.

[051] Desse modo, a rotação elevada desse eixo de saída 7 da caixa de velocidade 6 transmite uma energia mecânica ao eixo de entrada do alternador 9 e, consequentemente, ao alternador 10, fazendo com que esse transforme essa energia mecânica em energia elétrica e transmita-a por meio de sua saída 1 1.

[052] A moto bomba hidráulica 14 consiste no elemento configurado para transmitir um jato de óleo contra as palhetas 2 da turbina 1 , fazendo assim com que essa rotacione e gere a energia mecânica necessária para gerar energia elétrica.

[053] O jato de óleo é gerado por meio de uma mangueira de esguicho 19 disposta na moto bomba hidráulica 14 para aumentar a pressão do jato e assim fornecer a pressão necessária para rotacionar a turbina 1 .

[054] A dita moto bomba hidráulica 14 aspira um óleo hidráulico de um tanque de óleo 13, disposto logo acima da turbina 1 , fazendo com que todo o óleo transmitido contra a turbina 1 choque-se com as suas palhetas 2 e retorne para o tanque 13, permitindo assim ser reutilizado em um circuito fechado.

[055] Essa aspiração do óleo hidráulico do reservatório 13 para a bomba hidráulica 14 é realizada por meio de uma mangueira de aspiração 16, sendo essa mangueira de aspiração 16 configurada para comunicar esses dois elementos.

[056] Tendo sido descrito todos os elementos que compõe o sistema/grupo de gerador de energia elétrica 40 da presente invenção, assim como as suas funções, é descrito a seguir o seu circuito elétrico de potência.

[057] O circuito elétrico de potência compreende uma fonte acumuladora de energia elétrica 23, um dispositivo de partida 24 manual ou automático, um inversor 25, um comutador 26, um dispositivo de comando 27, uma proteção térmica 28, um bloco de potência 31 , uma carga elétrica 29 e um bloco retificador 31 , vide a figura 3.

[058] A fonte acumuladora de energia elétrica 23 alimenta o dispositivo de partida 24, sendo esse manual ou automático. A energia elétrica de corrente continua é transformada em corrente trifásica ou monofásica por meio do inversor 25. O comutador 26 alimenta o dispositivo de comando 27, sendo esse interligado à proteção térmica 28.

[059] Desse modo, a moto bomba hidráulica 14 é acionada, iniciando a rotação da turbina 1 , até que a mesma alcance uma velocidade de regime. Ao alcançar essa velocidade de regime, o comutador 26 transfere a alimentação elétrica da moto bomba hidráulica 14 para a alimentação elétrica, vinda do bloco de potência 31 , sendo esse ligado à saída 1 1 do alternador 10.

[060] Neste momento, o alternador 10 está alimentando a carga elétrica 29, assim como o retificador 30, mantendo a flutuação do acumulador de energia de corrente continua 23. [061] O circuito de fiação realimenta, por meio do bloco de potência 31 e do bloco comutador 26, a moto bomba hidráulica 14 na condição de regime, enquanto a partida é alimentada pelo acumulador de energia de corrente contínua 23, sendo, na condição de regime, alimentada pelo bloco de potência 31 .

[062] Desse modo, na condição de regime, a energia elétrica gerada pelo grupo gerador de energia elétrica 40, mais especificamente pela saída 1 1 de seu alternador 10 é capaz de alimentar a moto bomba hidráulica 14, permitindo assim que essa continue operando em um regime e continue a geração de energia.

[063] Sendo assim, tendo sido descrita tanto os componentes do grupo gerador de energia elétrica 40, assim como o seu circuito elétrico de potência, conclui-se que a presente invenção atende aos objetivos propostos, não tendo o seu consumo baseado em qualquer forma de combustível convencional como acionador.

[064] Além disso, a presente invenção também diminui significativamente o custo operacional e os danos ambientais pela utilização do grupo gerador de energia elétrica 40 da presente invenção, não havendo gastos com combustíveis nem tampouco a emissão de gases pela queima dos mesmos.

[065] Não obstante, o grupo gerador de energia elétrica 40 da presente invenção também revela dimensões expressivamente menores, quando comparados com outros grupos geradores de energia elétrica, pois não é baseado em consumo de combustível, além de não revelar restrições de espaço ou ambiente para a sua utilização.

[066] Portanto, deve ser entendido que os componentes e o circuito elétrico de potência do grupo gerador de energia elétrica 40 são apenas algumas das modalidades e exemplos de situações que poderiam ocorrer, o real escopo de proteção do objeto da presente invenção encontra-se definido nas reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 . Sistema gerador de energia elétrica (40), caracterizado pelo fato de que compreende:

- uma carenagem (12) com formato prismático, dotada de uma base, quatro paredes laterais e uma parede superior;

- uma turbina (1 ) dotada de uma face radial e duas faces longitudinais, sendo dispostas palhetas (2) ao longo de sua face radial, sendo a turbina (1 ) fixada no interior da carenagem (12);

- uma moto bomba óleo hidráulica (14), disposta acima da turbina (1 ), também no interior da carenagem (12);

- uma caixa de velocidades (6) associada à turbina (1 ); e

- um alternador (10) associado à caixa de velocidades (6).

2. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que a turbina (1 ) compreende um eixo (4) disposto de maneira passante pelo centro das faces longitudinais da turbina (1 ), sendo o eixo (4) apoiado em duas paredes laterais da carenagem (12), sendo fixado em uma parede lateral da carenagem (12) e passante pela parede lateral da carenagem (12) paralela à parede lateral da carenagem (12) em que é fixado.

3. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que a turbina (1 ) compreende uma parte giratória (18) e uma parte fixa (21 ), sendo a parte giratória (18) associada à parte fixa (21 ) por meio de rolamentos (19).

4. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a turbina (1 ) compreende uma cruzeta dupla (3) disposta em suas faces longitudinais.

5. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que as duas extremidades da cruzeta dupla (3) são fixadas na parte giratória (18) da turbina (1 ), comunicando-as com o eixo (4) da turbina (1 ) .

6. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a extremidade do eixo (4) da turbina (1 ), sendo essa a extremidade passante pela carenagem (12), é associado a um eixo de entrada (1 7) da caixa de velocidades (6) .

7. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a associação do eixo (4) da turbina (1 ) com o eixo de entrada (1 7) da caixa de velocidades (6) é realizada por meio de uma luva flexível (5) .

8. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que a caixa de velocidades (6) compreende um eixo de saída (7), e o alternador (10) compreende um eixo de entrada (9), sendo o eixo de saída (9) da caixa de velocidades (6) associado ao eixo de entrada (9) do alternador (10).

9. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a associação do eixo de saída (7) da caixa de velocidades (6) com o eixo de entrada (9) do alternador (10) é realizada por meio de uma luva flexível (8).

10. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que a moto bomba hidráulica (14) compreende uma mangueira de esguicho (19) para emitir um jato de óleo contra as palhetas (2) da turbina (1 ) .

1 1. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o grupo gerador de energia elétrica (40) compreende um tanque (13) disposto no interior da coxenagem (12), abaixo da moto bomba hidráulica (14) armazenando e fornecendo o óleo para a moto bomba hidráulica (14) por meio de uma mangueira de aspiração (16).

12. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que compreende um circuito dotado de:

- um retificador de energia elétrica (30), alimentado pela saída do alternador (10) do grupo gerador de energia elétrica (40);

- uma fonte acumuladora de energia elétrica (23);

- um dispositivo de partida (24) manual ou automático;

- um inversor (25) de corrente contínua para corrente alternada que alimenta a moto bomba óleo hidráulica (14) em sua partida;

- um bloco comutador (26), que recebe energia vinda da fonte acumuladora de energia elétrica (23) na partida e em condições de regime recebe a alimentação vinda da saída (1 1 ) do alternador (10) do grupo gerador de energia elétrica (40);

- um bloco de potência (31 ) vinda do grupo gerador de energia elétrica (40);

- um dispositivo de comando (27); e

- uma proteção térmica (28) para moto bomba óleo hidráulica

(14).

13. Sistema gerador de energia elétrica (40), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que, na condição de regime, o bloco de potência (31 ) e o bloco comutador (26) realimentam a moto bomba hidráulica (14), enquanto o retificador (30) ligado a saída do alternador (10) alimenta em flutuação a fonte acumuladora de energia elétrica (23).