WO2023070179A1 - Carcaça para máquinas elétricas girantes, máquina elétrica girante e processo - Google Patents

Carcaça para máquinas elétricas girantes, máquina elétrica girante e processo Download PDF

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WO2023070179A1
WO2023070179A1 PCT/BR2021/050474 BR2021050474W WO2023070179A1 WO 2023070179 A1 WO2023070179 A1 WO 2023070179A1 BR 2021050474 W BR2021050474 W BR 2021050474W WO 2023070179 A1 WO2023070179 A1 WO 2023070179A1
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WO
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housing
plates
closing
stringers
internal structure
Prior art date
Application number
PCT/BR2021/050474
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Inventor
Rafael FERNANDO JUNCKES
Roberto HARDT
Original Assignee
Weg Equipamentos Eletricos S.A.
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/14—Casings; Enclosures; Supports
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/26—Means for adjusting casings relative to their supports

Definitions

  • the present invention is part of the field of technologies dedicated to the manufacture of casings for use in rotating electrical machines . More specifically, the present invention relates to a housing for large-scale rotating electrical machines, with one or more structural parts and one or more closing parts that comprise features to guarantee the spacing and/or positioning of the same when being externally welded.
  • Rotating electric machines especially the large ones, require a series of precautions during their manufacture.
  • One of the critical parts of a rotating electrical machine is its casing, or casing.
  • calendered circular frames fail to provide a system that is easy to modularize, that is, they make it difficult to implement different ventilation configurations and number of heat exchangers according to the work requirements and installation environment.
  • a viable alternative has been the use of polygonal carcasses, manufactured by flat segments of plates welded to a main reinforcement structure composed of longitudinal tie rods, or stringers.
  • These polygonal or multifaceted carcasses traditionally have 4 to 10 sides, and the flat sheets that compose them not only have the function of closing the main reinforcement structure, but generally also have a structural function for absorbing the efforts received by the component . Therefore, these plates can cover all the stringers, being welded to them internally, or they can be arranged between the stringers, being welded internally and externally to them.
  • Document CN 211266623 U addresses the problem of heat dissipation in large motor frames. It discloses a carcass with a polygonal shape with a closed internal structure, composed of tubes and intermediate plates, and externally closed with flat plate segments.
  • 211266623 U does not use seamless tubes in the internal structure and does not require the use of intermediate plates between seamless tubes. Furthermore, since the present invention does not use tubes, the front and rear (or top and bottom) plates are not provided with round holes as disclosed in
  • document CN 211266623 U does not anticipate the feature of the present invention that the closing plates comprise shoulders to facilitate their spacing and/or positioning when being welded externally.
  • Document CN 110732756 refers to a method and process for MAG welding of high voltage (HV) structures in the PC welding position.
  • the problem to be solved is to guarantee the penetration of MAG welds.
  • a weld bead is designed so that the end point of a first bead formed by the welding operation is disposed in position (contacting or non-contacting) with respect to a joint of workpieces, a certain angle is formed between the bead formed by the disclosed welding method and the positive direction of the welding operation.
  • document CN 110732756 is little concerned with characteristics similar to those disclosed by the present invention, such as: internal structure that gives structural rigidity to the carcass, closure of the internal structure by means of externally welded closing plates, polygonal shape of housing and much less reveals closing plates with projections to guarantee the correct spacing and/or positioning of the same when being welded externally.
  • Document WO 2015149139 refers to a hybrid manufacturing housing for use in rotating electrical machines.
  • the hybrid housing is composed of a casting that forms the structural element of the hybrid housing, the shell closed by one or more plates placed in the casting.
  • the internal structure is cast and the closing plates are attached to the main internal structure by means of removable fasteners, to allow access to the inside of the housing for maintenance and assembly of internal components.
  • Document CN 205212610 U refers to a multipurpose polygonal housing. This document is concerned with the symmetrical arrangement of terminal boxes at the ends of a main box in a frame and the position and/or integration of lifting lugs in the frame.
  • document CN 205212610 U is little concerned with characteristics similar to those disclosed by the present invention, such as: internal structure that gives structural rigidity to the carcass, closure of the internal structure by means of externally welded closing plates, and neither reveals closing plates with projections to guarantee the correct spacing and/or positioning of the same when being welded externally.
  • the document JP 2013066900 refers to the application of intermittent welding in non-structural components for joining thin sheets. This document aims to solve problems with the finishing of intermittent welds, which are partially raised, which compromises the quality of the component, leading to potential damage to equipment. electrical in the application. For this, notches are arranged in the component to be welded, in order to guarantee the correct positioning and size of the weld bead . Furthermore, the thickness of the notch is such that it is sufficient to fully accommodate the required weld bead.
  • Document JP 2013066900 is directed to a technical field different from that of the present invention, being directed to the solution of welding electrical equipment casings (inverter equipment, safety equipment, etc. ) that are part of rail vehicles. Therefore, it is not aimed at solving problems found in the manufacture of casings for use in large-scale rotating electrical machines.
  • document JP 2013066900 is little concerned with characteristics similar to those disclosed by the present invention, such as: internal structure that gives structural rigidity to the carcass polygonal carcass shape, closure of the internal structure by means of externally welded closing plates , and closing plates with ridges to ensure their correct spacing and/or positioning when being welded externally .
  • the present invention refers to a carcass polygonal for rotating electrical machines, especially large ones, with one or more structural parts and one or more closing parts, in which the closing parts comprising features to guarantee the spacing and/or positioning of the same when being externally welded.
  • the internal structure of the carcass is primarily responsible for providing the structural rigidity of the carcass .
  • the internal structure is composed of one or more longitudinal rods, or stringers, positioned around an axial axis of the carcass, and one or more intermediate plates, or counterplates, positioned at various positions/heights in relation to the stringers.
  • the closing parts, or closing plates vary according to the number of sides of the preferred embodiment of the polygonal housing.
  • the end plates comprise projections on the edges to ensure the correct spacing and/or positioning between the stringers and the end plates.
  • Figure 1 is a perspective view of a housing 1000 for rotating electrical machines
  • Figure 2 is a front view of a housing 1000 for rotating electrical machines
  • Figure 3 is a perspective view of an internal structure 1100 of a housing 1000 for rotating electrical machines;
  • Figure 4 is an enlarged view of elements of a housing 1000 for rotating electrical machines;
  • Figure 5 is a top view in section of a housing 1000 for rotating electrical machines with magnification on the shoulders 1210 of the closing plates 1200;
  • Figure 6 is a front view with a shortening of a closing plate 1200 with enlargement on the shoulders
  • Figure 7 is an illustrative perspective view of a closing plate 1200 with enlargement on the shoulders
  • the present invention refers to a housing 1000 for rotating electrical machines, especially large ones.
  • the carcass 1000 has a generally polygonal format, comprising between 4 and 20 sides, preferably between about 6 to 12 sides, more preferably 8 sides, that is, octagonal, due to the optimization observed in the stiffness/mass ratio that this number of sides provides .
  • the generally polygonal shape of the frame 1000 guarantees high rigidity to the structure, in addition to allowing the modularization of, for example, heat exchangers or connection boxes, as well as various components and/or accessories .
  • These components and/or accessories can be at least one of, but not limited to: a stator, a rotor, a rotor shaft, bearings and a fan.
  • housing 1000 of the present invention would not be limited to the posterior coupling of only these elements, but that various accessories and or elements of rotating electrical machines could also be attached to the housing 1000 of the present invention depending on factors such as work environment, application, maintenance, among others.
  • the housing 1000 of the present invention comprises at least:
  • the internal structure 1100 comprises at least one or more longitudinal rods, also called stringers
  • the final format of the internal structure 1100 is obtained by joining the stringers 1110 to the counter plates 1120, or vice versa. Wherein the joining may be by means of screws and nuts, rivets or a welding process, preferably by means of a welding process.
  • the stringers 1110 and against plates 1120 are made of a metallic material, preferably steel.
  • the stringers 1110 and against plates 1120 are preferably obtained through a manufacturing process among casting, forging, stamping, laminating, machining, laser cutting or oxyfuel cutting.
  • the manufacturing processes listed above would not be limiting and that different and new processes can be used as long as they guarantee the correct format and/or dimensions of the cut of the stringers 1110 and against plates 1120.
  • the internal structure 1100 of the housing is primarily responsible for the structural rigidity and resistance to mechanical stresses suffered by the housing 1000, whether in static or dynamic conditions.
  • the one or more stringers 1110 are generally elongated. Stringers 1110 are generally positioned radially spaced around shell 1000, with spacing between spars 1110 preferably being substantially equal.
  • the number of stringers 1110 generally corresponds to the number of sides of the frame 1000. Further, in order to maintain a generally bilateral symmetry of the frame, it is preferred that the number of stringers 1110 be an even number.
  • the internal structure 1100 comprises between about
  • the one or more stringers 1110 may comprise various recesses, shoulders, openings or partial (blind) and/or total (through) holes and different coupling surfaces so to be attached to one or more counterplates 1120 and/or to support various internal and external components of rotating electrical machines, such as heat exchangers, connection boxes, top cover (front), bottom cover
  • the thickness of the stringers 1110 is such that it provides the necessary rigidity for a given application, that is, that withstand the static and dynamic loads to which the frame will be subjected in operation.
  • the one or more counter plates 1120 are generally polygonal or circular in shape. These are generally positioned perpendicular to the stringers 1110 and at varying positions/heights along an axial axis of the frame 1000.
  • the counterplates 1120 may further include part of an upper flange, lower flange and connections, as also illustrated in Figure 3.
  • the one or more counter plates 1120 can comprise various recesses, shoulders, openings or partial (blind) and/or total holes
  • the internal structure 1100 comprises between about
  • the thickness of the counterplates 1120 is such that it provides the necessary rigidity for a given application, that is, that it supports the static and dynamic loads to which the frame 1000 will be subjected in operation.
  • closure structure as illustrated in Figure 2, comprises one or more closure plates 1200.
  • the one or more closure plates 1200 are substantially polygonal in shape, preferably in that the one or more closure plates 1200 are generally rectangular in shape.
  • the one or more closing plates 1200 can be continuous or segmented.
  • the segmented closure sheets 1200 can be smaller in dimension than the continuous sheets.
  • joining two or more segmented endplates 1200 can result in an endplate 1200 having a larger dimension than a continuous endplate.
  • the closing structure can comprise between about 4 and 20 closing plates 1200, preferably between about 4 and 12 closing plates 1200, more preferably 8 closing plates 1200, and even more preferably in which the number of plates of closing 1200 corresponds to the number of sides of the housing
  • the one or more closing plates 1200 are made of a metallic material, preferably steel.
  • the one or more closing plates 1200 are obtained through a manufacturing process preferably among casting, forging, stamping, lamination, machining, laser cutting, plasma, waterjet or oxyfuel cutting.
  • a manufacturing process preferably among casting, forging, stamping, lamination, machining, laser cutting, plasma, waterjet or oxyfuel cutting.
  • the one or more closing plates 1200 are generally positioned between a pair of stringers 1110 of the internal structure 1100, thus forming a face of the housing. Furthermore, the one or more end plates 1200 may be positioned generally between one or more counterplates 1120 or positioned between a combination of one or more stringers 1110 and one or more counterplates 1120.
  • the one or more closing plates 1200 can be positioned recessed, aligned or projected in relation to an outermost portion 1111 of the one or more stringers 1110 and/or against plates 1120 Preferably in which the one or more closing plates 1200 are positioned slightly recessed by an "h" dimension in relation to an outermost portion 1111 of the one or more stringers 1110 and/or against plates 1120.
  • This space 1130 has the function of guaranteeing the penetration of the weld of the one or more plates closure 1200 to one or more stringers 1110 and/or one or more counter plates 1120, or vice versa.
  • 1200 to one or more stringers 1110 and/or one or more counter plates 1120 can be by means of a continuous fillet weld or intermittent, preferably in which the weld bead is continuous.
  • the one or more closure plates 1200 have a thickness related to design and manufacturing characteristics, which may vary between about 0.1 mm and 100 mm, preferably between about 1 mm and 40 mm, more preferably between about of 5mm and 15.8mm. It will be evident to a person skilled in the art that depending on the thickness of the one or more closing plates 1200, these may or may not help in the structural rigidity of the assembled housing 1000. It is preferable that the one or more closure plates 1200 have a sole closure function, that is, they do not contribute significantly to increasing or reducing the structural rigidity of the assembled housing 1000.
  • the one or more closure plates 1200 can comprise various recesses, reliefs, openings or partial (blind) and/or total (through) holes on their main surface, which may be for fixing/ coupling of various elements such as one of the supports for heat exchangers, connection boxes, supports for accessories, supports for nameplates, maintenance accesses, etc.
  • the one OR more closure plates 1200 further comprise one or more projections 1210, as illustrated in Figures 5, 6 and 7, which project along each of their sides (edges).
  • the one or more projections 1210 have the function of guaranteeing the correct spacing and/or positioning of the closing plates 1200 when they are welded externally to the stringers 1110 and/or against plates
  • the one or more shoulders 1210 also ensure full penetration of the solder and that adequate fusion is achieved between the surfaces to be soldered.
  • the one or more shoulders 1210 also allow the one or more closing plates 1200 to be welded to the internal structure 1100 by welding processes, preferably completely external to the internal structure
  • the one or more shoulders 1210 have a height "b" that corresponds to between about 20 and 100% of the thickness of the plate, more specifically between 40 and 80% of the thickness "a" of the closing plate 1200.
  • the one or more shoulders 1210 have a width, "c", which corresponds to between about 20 and 100% of the thickness of the plate, more specifically between 40 and 80% of the thickness "a" of the closing plate 1200.
  • the width "c" of the shoulders 1210 preferably have a dimension equal to the height "b" of the shoulders 1210.
  • the one or more shoulders 1210 have a generally rectangular, square, triangular, semicircular or polygonal shape, preferably wherein the shoulders 1210 have a generally rectangular shape.
  • the one or more shoulders 1210 are positioned generally spaced apart on respective sides of the one or more closure plates 1200. Alternatively, the one or more shoulders 1210 can be spaced at varying distances from one another to accommodate shape variations in the plates closing 1200 and/or on stringers 1110 and/or against plates
  • the one or more shoulders 1210 of the closing plates 1200 are obtained through a manufacturing process preferably among machining, laser cutting, plasma, waterjet or oxyfuel cutting.
  • a manufacturing process preferably among machining, laser cutting, plasma, waterjet or oxyfuel cutting.
  • the present invention also provides for a welding process for a housing of rotating electrical machines, in which the process comprises at least the steps of: positioning at least one closing plate (1200) in an internal structure (1100) of the housing (1000); align and/or space to at least one end plate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

A presente invenção se refere a uma carcaça (1000) poligonal para máquinas elétricas girantes de grande porte, que compreende uma ou mais longarinas (1110), uma ou mais contra placas (1120) e uma ou mais chapas de fechamento (1200), em que as uma ou mais longarinas (1110) são fixadas às uma ou mais contra placas (1120) para formar uma estrutura interna (1100) e as uma ou mais chapas de fechamento (1200) são fixadas à estrutura interna (1100), e em que as uma ou mais chapas de fechamento (1200) são dotadas de um ou mais ressaltos (1210) em seus lados. A presente invenção se refere ainda a uma máquina elétrica girante compreendendo a carcaça da presente invenção e um processo de soldagem da carcaça.

Description

CARCAÇA PARA MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES, MÁQUINA ELÉTRICA
GIRANTE E PROCESSO
Campo da invenção:
[ 001 ] A presente invenção se insere no campo das tecnologias dedicadas à fabricação de carcaças para aplicação em máquinas elétricas girantes . Mais especificamente, a presente invenção se refere a uma carcaça para máquinas elétricas girantes de grande porte, com uma ou mais partes estruturais e uma ou mais partes de fechamento que compreendem recursos para garantir o espaçamento e/ou posicionamento das mesmas ao serem soldadas externamente .
Fundamentos da invenção:
[ 002 ] Máquina elétricas girantes, especialmente as de grande porte, necessitam de uma série de cuidados durante a sua fabricação . Uma das partes críticas de uma máquina elétrica girante é seu invólucro, ou carcaça .
[ 003] Tradicionalmente, máquinas elétricas girantes utilizam carcaças com construção tipicamente cilíndrica. Ou seja, essas carcaças são obtidas a partir de uma ou mais chapas calandradas que são soldadas contra uma estrutura de reforço interna da carcaça . Contudo, essa construção possui, para máquinas de grande porte, restrições quanto ao processo de soldagem das chapas calandradas à estrutura interna, que obrigatoriamente resulta na necessidade de solda pela porção interna da estrutura .
[ 004 ] Ademais, carcaças circulares calandradas falham em prover um sistema de fácil modularização, ou seja, dificultam a implementação de diversas configurações de ventilação e quantidade de trocadores de calor de acordo com as exigências de trabalho e ambiente de instalação . [ 005] Assim sendo, uma alternativa viável tem sido a utilização de carcaças poligonais, fabricadas por segmentos planos de chapas soldadas à uma estrutura de reforço principal composta por tirantes longitudinais, ou longarinas . Essas carcaças poligonais, ou multifaces, tradicionalmente possuem de 4 a 10 lados, e as chapas planas que as compõe possuem função não apenas de fechamento da estrutura de reforço principal, mas geralmente possuem também função estrutural para a absorção dos esforços recebidos pelo componente . Sendo assim, essas chapas podem recobrir a totalidade das longarinas, sendo soldadas naquelas internamente , ou podem ser dispostas entre as longarinas, sendo soldadas internamente e externamente a elas .
[ 006] Ambos os casos de carcaças poligonais ou cilíndricas, resultam na necessidade de solda interna .
Assim, a fabricação destas carcaças incorre em sérios problemas de ergonomia para um operador que executará esse processo de soldagem, visto que devido à grande dimensão em largura e/ou altura da carcaça, o operador deverá se posicionar dentro dessa estrutura .
[ 007 ] Essa dificuldade de acesso incorre em problemas ainda mais sérios, como por exemplo, aqueles relacionados à insalubridade, visto que o processo de soldagem naturalmente libera vapores/ fumos tóxicos, que ficam parcialmente aprisionados no espaço restrito da carcaça . Como resultado, tem-se a necessidade de que o operador possua certificação especial para trabalho confinado, como por exemplo no Brasil, a NR 33, resultando na necessidade de mão de obra especializada para execução da atividade . [ 008 ] Ainda, a execução do filete de solda em ambas as faces das chapas planas de fechamento exige um longo tempo de solda, somando então aos custos relacionados à mão de obra especializada e honorários extras devido à insalubridade .
[ 009] Além do mais, devido ao substancial porte e peso dos elementos constituintes dessas carcaças, os operadores geralmente encontram dificuldades no correto espaçamento e/ou posicionamento quando da soldagem das chapas planas à estrutura de reforço principal . Este correto espaçamento e/ou posicionamento é essencial para garantir a completa penetração das soldas, proporcionando uma geometria e vedação requerida para a carcaça. Entretanto, esta etapa, devido aos cuidados necessários, acaba gerando um aumento de tempo gasto pelo operador de modo a garantir o correto alinhamento e/ou posicionamento dos segmentos planos de chapas soldadas entre as longarinas da estrutura de reforço principal .
[ 010] Adicionalmente, falhas no correto espaçamento e/ou posicionamento quando da soldagem das chapas planas à estrutura de reforço principal pode resultar na má penetração da solda durante o processo de soldagem, gerando a necessidade de soldagem interna e o aumento dos custos de produção .
[ 011 ] De acordo com os pontos levados é, portanto, um obj etivo desta invenção fornecer uma solução de carcaça para máquinas elétricas girantes, especialmente as de grande porte, proporcionando um ágil alinhamento e/ou posicionamento entre elementos para soldagem, substancial redução no tempo de fabricação e a redução de elevados riscos provindos de atividades insalubres para operadores devido ao processo de solda interna da carcaça em espaço confinado .
Estado da técnica :
[ 012 ] Alguns documentos do estado da técnica descrevem variadas configurações de carcaças para máquinas elétricas girantes e diferentes formas de conexão de elementos por meio de soldagem.
[ 013] O documento CN 211266623 U é direcionado ao problema de dissipação de calor em carcaças de motores de grande porte . Divulga uma carcaça com formato poligonal de estrutura interna fechada, composta por tubos e chapas intermediárias , e externamente fechada com segmentos planos de chapas .
[ 014 ] A presente invenção, ao contrário do documento CN
211266623 U, não usa tubos sem costura na estrutura interna e dispensa o uso de chapas intermediárias entre os tubos sem costura . Ademais, uma vez que a presente invenção não utiliza tubos, as chapas frontal e traseira (ou superior e inferior) não são dotadas de orifícios redondos conforme divulgado em
CN 211266623 U. Ainda, o documento CN 211266623 U não antecipa a característica da presente invenção de que as chapas de fechamento compreendem ressaltos para facilitar o espaçamento e/ou posicionamento das mesmas ao serem soldadas externamente .
[ 015] O documento CN 110732756 refere-se a um método e processo de soldagem MAG de estruturas de alta voltagem (HV) na posição de soldagem PC . O problema a ser solucionado é de garantir a penetração de soldas do tipo MAG. Para tal, um cordão de solda é proj etado de modo que o ponto final de um primeiro cordão formado pela operação de soldagem seja disposto na posição (de contato ou não-contato) em relação a uma união de peças de trabalho, um certo ângulo é formado entre o cordão formado pelo método de soldagem divulgado e a direção positiva da operação de soldagem.
[ 016] Embora tal documento revele, em poucos detalhes uma ranhura unilateral na posição de soldagem, este elemento, para um técnico no assunto, não seria equiparável em disposição ou função com os ressaltos nas chapas de fechamento da presente invenção que são para garantir o correto espaçamento e/ou posicionamento das mesmas ao serem soldadas externamente .
[ 017 ] O documento CN 110732756, portanto, é direcionado a um campo técnico distinto daquele da presente invenção, não sendo direcionado a solucionar problemas encontrados na fabricação de carcaças para aplicação em máquinas elétricas girantes .
[ 018 ] Sendo assim, o documento CN 110732756 pouco se preocupa com características semelhantes àquelas divulgadas pela presente invenção como por exemplo : estrutura interna que confere rigidez estrutural à carcaça, fechamento da estrutura interna por meio de chapas de fechamento soldadas externamente , formato poligonal de carcaça e muito menos revela chapas de fechamento com ressaltos para garantir o correto espaçamento e/ou posicionamento das mesmas ao serem soldadas externamente .
[ 019] O documento WO 2015149139 refere-se a uma carcaça de fabricação híbrida para uso em máquinas elétricas rotativas . A carcaça híbrida é composta por uma peça fundida que forma o elemento estrutural da carcaça híbrida, sendo a carcaça fechada por uma ou mais placas colocadas na peça fundida .
[ 020] Diferentemente da presente invenção, a estrutura interna é fundida e as chapas de fechamento são fixadas à estrutura interna principal por meio de elementos de fixação removíveis, para possibilitar o acesso ao interior da carcaça para manutenção e montagem de componentes internos .
Portanto, tal documento não se preocupa em solucionar problemas encontrados na fabricação de carcaças para aplicação em máquinas elétricas girantes por meio de processos de soldagem.
[ 021 ] O documento CN 205212610 U refere-se à uma carcaça multipropósito poligonal . Este documento se preocupa com a disposição simétrica de caixas de terminais nas extremidades de uma caixa principal de uma carcaça e da posição e/ou integração de alças de levantamento na carcaça .
[ 022 ] Sendo assim, o documento CN 205212610 U pouco se preocupa com características semelhantes àquelas divulgadas pela presente invenção como por exemplo : estrutura interna que confere rigidez estrutural à carcaça, fechamento da estrutura interna por meio de chapas de fechamento soldadas externamente , e tampouco revela chapas de fechamento com ressaltos para garantir o correto espaçamento e/ou posicionamento das mesmas ao serem soldadas externamente .
[ 023] O documento JP 2013066900 refere-se à aplicação de solda intermitente em componentes não estruturais para união de chapas finas . Tal documento almej a solucionar problemas de acabamento de soldas intermitentes , que ficam parcialmente levantadas, o que compromete a qualidade do componente levando a potenciais danos em equipamentos elétricos na aplicação . Para tal, são dispostos entalhes no componente que será soldado, de modo a garantir o correto posicionamento e tamanho do cordão de solda . Ainda, a espessura do entalhe é tal que seja suficiente para acomodar totalmente o cordão de solda necessário .
[ 024 ] O documento JP 2013066900 é direcionado a um campo técnico distinto daquele da presente invenção, sendo direcionado à solução de soldagem de envoltórios de equipamentos elétricos (equipamento inversor, equipamento de segurança, etc . ) que constituem parte de veículos ferroviários . Não sendo direcionado, portanto, à solução de problemas encontrados na fabricação de carcaças para aplicação em máquinas elétricas girantes de grande porte .
[ 025] Sendo assim, o documento JP 2013066900 pouco se preocupa com características semelhantes àquelas divulgadas pela presente invenção como por exemplo : estrutura interna que confere rigidez estrutural à carcaça formato poligonal de carcaça, fechamento da estrutura interna por meio de chapas de fechamento soldadas externamente , e chapas de fechamento com ressaltos para garantir o correto espaçamento e/ou posicionamento das mesmas ao serem soldadas externamente .
[ 026] Portanto, a partir das tecnologias encontradas no estado da técnica, verifica-se que não são revelados ensinamentos capazes de antecipar o conjunto de características encontradas na presente invenção, nem as soluções de pertinentes problemas técnicos conforme propostas pela presente invenção .
Breve descrição da invenção :
[ 027 ] A presente invenção se refere a uma carcaça poligonal para máquinas elétricas girantes, especialmente as de grande porte, com uma ou mais partes estruturais e uma ou mais partes de fechamento, em que as partes de fechamento que compreendem recursos para garantir o espaçamento e/ou posicionamento das mesmas ao serem soldadas externamente .
[ 028 ] A estrutura interna da carcaça é primariamente responsável por conferir a rigidez estrutural da carcaça . A estrutura interna é composta por um ou mais tirantes longitudinais, ou longarinas, posicionadas em torno de um eixo axial da carcaça, e uma ou mais chapas intermediárias, ou contra placas, posicionadas em variadas posições/alturas em relação às longarinas .
[ 029] As partes de fechamento, ou chapas de fechamento, variam de acordo com o número de lados da concretização preferencial da carcaça poligonal . As chapas de fechamento compreendem ressaltos nas bordas para garantir o correto espaçamento e/ou posicionamento entre as longarinas e as chapas de fechamento .
Breve descrição das figuras:
[ 030] Para obter uma total e completa visualização da presente invenção, são apresentadas as figuras as quais se faz referências, de acordo com uma configuração preferencial da presente invenção :
[ 031 ] A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma carcaça 1000 para máquinas elétricas girantes;
[ 032 ] A figura 2 é uma vista frontal de uma carcaça 1000 para máquinas elétricas girantes;
[ 033] A figura 3 é uma vista em perspectiva de uma estrutura interna 1100 de uma carcaça 1000 para máquinas elétricas girantes; [ 034 ] A figura 4 é uma vista ampliada de elementos de uma carcaça 1000 para máquinas elétricas girantes;
[ 035] A figura 5 é uma vista superior em corte de uma carcaça 1000 para máquinas elétricas girantes com ampliação nos ressaltos 1210 das chapas de fechamento 1200;
[ 036] A figura 6 é uma vista frontal com encurtamento de uma chapa de fechamento 1200 com ampliação nos ressaltos
1210;
[ 037 ] A figura 7 é uma vista em perspectiva ilustrava de uma chapa de fechamento 1200 com ampliação nos ressaltos
1210.
Descrição detalhada da invenção:
[ 038 ] A presente invenção se refere a uma carcaça 1000 para máquinas elétricas girantes, especialmente as de grande porte . A carcaça 1000 tem um formato geralmente poligonal, compreendendo entre 4 e 20 lados, preferencialmente entre cerca de 6 a 12 lados, mais preferencialmente 8 lados, ou seja, octogonal, devido à otimização observada na relação rigidez/massa que essa quantidade de lados proporciona .
[ 039] Será evidente para um técnico no assunto que o formato geralmente poligonal da carcaça 1000 garante alta rigidez a estrutura, além de permitir a modularização de, por exemplo, trocadores de calor ou caixas de ligação, bem como diversos componentes e/ou acessórios . Estes componentes e/ou acessórios podem ser pelo menos um dentre, mas não limitados há : um estator, um rotor, um eixo de rotor, mancais e um ventilador .
[ 040] Um técnico no assunto apreciará ainda que a carcaça 1000 da presente invenção não seria limitada ao acoplamento posterior de somente estes elementos, mas que variados acessórios e ou elementos de máquinas elétricas girantes poderiam também ser acopladas à carcaça 1000 da presente invenção dependendo de fatores como, ambiente de trabalho, aplicação, manutenção, dentre outros .
[ 041 ] Em sua configuração preferencial, a carcaça 1000 da presente invenção, conforme ilustrada nas Figuras 1 a 3, compreende pelo menos :
[ 042 ] - uma estrutura interna 1100; e
[ 043] uma estrutura de fechamento .
[ 044 ] Em que a estrutura interna 1100, conforme ilustrada na Figura 3, compreende pelo menos um ou mais tirantes longitudinais, também denominados de longarinas
1110, e uma ou mais chapas intermediárias, também denominadas contra placas 1120.
[ 045] O formato final da estrutura interna 1100 é obtido pela união das longarinas 1110 às contra placas 1120, ou vice versa . Em que a união pode ser por meio de parafusos e porcas, rebites ou um processo de soldagem, preferencialmente por meio de um processo de soldagem.
[ 046] As longarinas 1110 e contra placas 1120 são fabricadas de um material metálico, preferencialmente aço .
[ 047 ] Ademais, as longarinas 1110 e contra placas 1120 são preferencialmente obtidas por meio de um processo de fabricação dentre fundição, forj amento, estampagem, laminação, usinagem, corte a laser ou oxicorte . Entretanto, será evidente para um técnico assunto que os processos de fabricação listados acima não seriam limitativos e que diferentes e novos processos podem ser utilizados desde que estes garantam o correto formato e/ou dimensões do corte das as longarinas 1110 e contra placas 1120. [ 048 ] Preferencialmente em que a estrutura interna 1100 da carcaça é primariamente responsável pela rigidez estrutural e resistência às solicitações mecânicas sofridas pela carcaça 1000, seja em condições estáticas ou dinâmicas .
[ 049] As uma ou mais longarinas 1110 têm formato geralmente alongado . As longarinas 1110 são geralmente posicionadas espaçadas radialmente em torno da carcaça 1000, sendo que o espaçamento entre as longarinas 1110 é preferencialmente substancialmente igual . O número de longarinas 1110 geralmente corresponde ao número de lados da carcaça 1000. Ainda, de modo a se manter uma simetria geralmente bilateral da carcaça, é preferível que a quantidade de longarinas 1110 seja um número par .
[ 050] A estrutura interna 1100 compreende entre cerca de
4 a 20 longarinas 1110, preferencialmente em que a estrutura interna compreende entre cerca de 4 a 12 longarinas 1110, mais preferencialmente em que a estrutura interna compreende
8 longarinas 1110.
[ 051 ] Um técnico no assunto apreciará que as uma ou mais longarinas 1110, conforme ilustradas na Figura 3, podem compreender variados rebaixos, ressaltos, aberturas ou furos parciais (cegos) e/ou totais (passantes) e diferentes superfícies de acoplamento de modo a serem fixadas à uma ou mais contra placas 1120 e/ou de modo a suportarem diversos componentes internos e externos de máquinas elétricas girantes como por exemplo, trocadores de calor, caixas de ligação, tampa superior ( frontal) , tampa inferior
(posterior) , estator, defletores de ar, acessórios e etc .
[ 052 ] A espessura das longarinas 1110 é tal que forneça uma rigidez necessária para uma dada aplicação, ou seja, que suporte os carregamentos estáticos e dinâmicos os quais a carcaça estará submetida em operação .
[ 053] As uma ou mais contra placas 1120, conforme ilustrado na Figura 3, têm formato geralmente poligonal ou circular . Estas são geralmente posicionadas perpendiculares às longarinas 1110 e em variadas posições/alturas ao longo de um eixo axial da carcaça 1000. As contra placas 1120 podem ainda incluir parte de um flange superior, flange inferior e conexões, conforme também ilustrado na Figura 3.
[ 054 ] Um técnico no assunto apreciará que as uma ou mais contra placas 1120 podem compreender variados rebaixos, ressaltos, aberturas ou furos parciais (cegos) e/ou totais
(passantes) e diferentes superfícies de acoplamento de modo a serem fixadas à uma ou mais longarinas 1110 e/ou de modo a suportarem diversos componentes internos e externos de máquinas elétricas girantes como por exemplo, trocadores de calor, caixas de ligação, tampa superior ( frontal) , tampa inferior (posterior) , estator, defletores, acessórios e etc .
[ 055] A estrutura interna 1100 compreende entre cerca de
2 a 10 contra placas 1120, preferencialmente em que a estrutura interna compreende entre cerca de 4 a 8 contra placas 1120.
[ 056] A espessura das contra placas 1120 é tal que forneça uma rigidez necessária para uma dada aplicação, ou seja, que suporte os carregamentos estáticos e dinâmicos os quais a carcaça 1000 estará submetida em operação .
[ 057 ] Em que a estrutura de fechamento, conforme ilustrado na Figura 2, compreende uma ou mais chapas de fechamento 1200. As uma ou mais chapas de fechamento 1200 têm formato substancialmente poligonal, preferencialmente em que as uma ou mais chapas de fechamento 1200 têm formato geralmente retangular .
[ 058 ] Adicionalmente, as uma ou mais chapas de fechamento 1200 podem ser contínuas ou segmentadas . As chapas de fechamento 1200 segmentadas podem ter dimensão menor do que as chapas contínuas . Alternativamente, a união entre duas ou mais chapas de fechamento 1200 segmentadas pode resultar em uma chapa de fechamento 1200 tendo uma dimensão maior do que uma chapa contínua . Ademais, será evidente para um técnico no assunto que, a depender da dimensão, número de longarinas 1110 e/ou contra placas 1120 ou outros elementos de um dado proj eto de uma carcaça 1000, variadas dimensões e/ou quantidades de chapas de fechamento 1200 contínuas e/ou segmentadas podem ser utilizadas .
[ 059] A estrutura de fechamento pode compreender entre cerca de 4 a 20 chapas de fechamento 1200, preferencialmente entre cerca de 4 a 12 chapas de fechamento 1200, mais preferencialmente 8 chapas de fechamento 1200, e mais preferencialmente ainda em que o número de chapas de fechamento 1200 corresponde ao número de lados da carcaça
1000.
[ 060] As uma ou mais chapas de fechamento 1200 são fabricadas de um material metálico, preferencialmente aço .
[ 061 ] Ademais, as uma ou mais chapas de fechamento 1200 são obtidas por meio de um processo de fabricação preferencialmente dentre fundição, forj amento, estampagem, laminação, usinagem, corte a laser, plasma, j ato de água ou oxicorte . Entretanto, será evidente para um técnico assunto que os processos de fabricação listados acima não seriam limitativos e que diferentes e novos processos podem ser utilizados desde que estes garantam o correto formato e/ou dimensões do corte das chapas de fechamento 1200 e/ou seus ressaltos 1210.
[ 062 ] As uma ou mais chapas de fechamento 1200, conforme ilustrado nas Figuras 2, 4 e 5, são geralmente posicionadas entre um par de longarinas 1110 da estrutura interna 1100, formando assim uma face da carcaça . Ainda, as uma ou mais chapas de fechamento 1200 podem ser posicionadas geralmente entre uma ou mais contra placas 1120 ou posicionadas entre uma combinação de uma ou mais longarinas 1110 e uma ou mais contra placas 1120.
[ 063] As uma ou mais chapas de fechamento 1200, conforme ilustrado nas Figuras 1, 2 e 4, podem ser posicionadas rebaixadas, alinhadas ou projetadas em relação a uma porção mais exterior 1111 das uma ou mais longarinas 1110 e/ou contra placas 1120. Preferencialmente em que as uma ou mais chapas de fechamento 1200 são posicionadas ligeiramente rebaixadas de uma dimensão "h" em relação a uma porção mais exterior 1111 das uma ou mais longarinas 1110 e/ou contra placas 1120.
[ 064 ] O posicionamento entre as uma ou mais chapas de fechamento 1200 e as uma ou mais longarinas 1110 e/ou contra placas 1120 resulta em um espaço 1130. Este espaço 1130 tem a função de garantir a penetração da solda das uma ou mais chapas de fechamento 1200 às uma ou mais longarinas 1110 e/ou uma ou mais contra placas 1120, ou vice versa .
[ 065] A soldagem das uma ou mais chapas de fechamento
1200 às uma ou mais longarinas 1110 e/ou uma ou mais contra placas 1120 pode ser por meio de um filete de solda contínuo ou intermitente, preferencialmente em que o filete de solda é contínuo .
[ 066] Será evidente para um técnico no assunto que a fixação das uma ou mais chapas de fechamento 1200 às uma ou mais longarinas 1110 e/ou uma ou mais contra placas 1120 pode ser realizada por outro processo que não o de soldagem, contudo esse se mostra preferencial sobre os outros por dispensar a necessidade de processos auxiliares para garantias da vedação da união .
[ 067 ] As uma ou mais chapas de fechamento 1200 têm uma espessura relacionada com características de proj eto e fabricação, podendo variar entre cerca de 0, 1 mm e 100 mm, preferencialmente entre cerca de 1 mm e 40 mm, mais preferencialmente entre cerca de 5mm e 15, 8mm. Será evidente para um técnico no assunto que dependendo da espessura das uma ou mais chapas de fechamento 1200, estas podem auxiliar ou não na rigidez estrutural da carcaça 1000 montada . É preferível que as uma ou mais chapas de fechamento 1200 possuem única função de fechamento, ou seja, não contribuem significativamente no aumento ou redução da rigidez estrutural da carcaça 1000 montada .
[ 068 ] Um técnico no assunto apreciará que as uma ou mais chapas de fechamento 1200 podem compreender variados rebaixos, relevos, aberturas ou furos parciais (cegos) e/ou totais (passantes) em sua superfície principal, que podem ser para a fixação/acoplamento de diversos elementos como um dentre suportes para trocadores de calor, caixas de ligação, suportes para acessórios, suportes para placas de identificação, acessos de manutenção e etc . [ 069] As uma OU mais chapas de fechamento 1200 compreendem ainda um ou mais ressaltos 1210, conforme ilustrado nas Figuras 5, 6 e 7, que se proj etam ao longo de cada um de seus lados (bordas) . Os um ou mais ressaltos 1210 têm a função de garantir o correto espaçamento e/ou posicionamento das chapas de fechamento 1200 ao serem soldadas externamente às longarinas 1110 e/ou contra placas
1120 da estrutura interna 1100, dispensando assim medição ou o uso de dispositivos como espaçadores, e evitando eventuais erros de posicionamento . Os um ou mais ressaltos 1210 garantem também a total penetração da solda e que uma adequada fusão seja obtida entre as superfícies a serem soldadas .
[ 070] Os um ou mais ressaltos 1210 permitem ainda que as uma ou mais chapas de fechamento 1200 sejam soldadas à estrutura interna 1100 por processos de soldagem preferencialmente totalmente externos à estrutura interna
1100 da carcaça 1000, evitando assim a necessidades de operadores com certificação especial e de processos de solda interna da carcaça 1000 em espaços confinados .
[ 071 ] Os um ou mais ressaltos 1210 têm uma altura "b" que corresponde a entre cerca de 20 a 100% da espessura da chapa, mais especificamente entre 40 e 80% da espessura "a" da chapa de fechamento 1200.
[ 072 ] Os um ou mais ressaltos 1210 têm uma largura, "c" , que corresponde que corresponde a entre cerca de 20 a 100% da espessura da chapa, mais especificamente entre 40 e 80% da espessura "a" da chapa de fechamento 1200. A largura "c" dos ressaltos 1210 possuem preferencialmente dimensão igual à altura "b" dos ressaltos 1210. [ 073] Os um ou mais ressaltos 1210 têm um formato geralmente retangular, quadrado, triangular, semicircular ou poligonal, preferencialmente em que os ressaltos 1210 têm um formato geralmente retangular .
[ 074 ] Os um ou mais ressaltos 1210 são posicionados geralmente espaçados em respectivos lados das uma ou mais chapas de fechamento 1200. Alternativamente, os um ou mais ressaltos 1210 podem ser espaçados a variadas distâncias a uns dos outros para comportar variações de forma nas chapas de fechamento 1200 e/ou em longarinas 1110 e/ou contra placas
1120.
[ 075] Preferencialmente em que os um ou mais ressaltos
1210 são espaçados entre si a uma distância "d", conforme ilustrado na Figura 7, que corresponde a entre cerca de 5% e 30% do comprimento do respectivo lado da chapa de fechamento 1200 na qual os um ou mais ressaltos 1210 se encontram.
[ 076] Os um ou mais ressaltos 1210 das chapas de fechamento 1200 são obtidos por meio de um processo de fabricação preferencialmente dentre usinagem, corte a laser, plasma, j ato de água ou oxicorte . Entretanto, será evidente para um técnico assunto que os processos de fabricação listados acima não seriam limitativos e que diferentes e novos processos poderiam vir a ser utilizados desde que estes venham a garantir o correto formato e/ou dimensões dos ressaltos 1210.
[ 077 ] A presente invenção prevê ainda um processo de soldagem de uma carcaça de máquinas elétricas girantes, em que o processo compreende pelo menos as etapas de : posicionar pelos menos uma chapa de fechamento ( 1200) em uma estrutura interna ( 1100) da carcaça ( 1000) ; alinhar e/ou espaçar a pelo menos uma chapa de fechamento
( 1200) na estrutura por meio da utilização de ressaltos
( 1210) na borda da pelo menos uma chapa de fechamento ( 1200) ; e soldar, substancialmente externamente a carcaça ( 1000) , a pelo menos uma chapa de fechamento ( 1200) à estrutura interna ( 1100) .
[ 078 ] Desse modo, os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção descrita nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas .

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Carcaça com formato poligonal (1000) para máquinas elétricas girantes, car ac ter i z ada pelo fato de que compreende : uma ou mais longarinas (1110) ; uma ou mais contra placas (1120) ; e uma ou mais chapas de fechamento (1200) ; as uma ou mais longarinas (1110) são fixadas às uma ou mais contra placas (1120) para formar uma estrutura interna
(1100) ; as uma ou mais chapas de fechamento (1200) são fixadas à estrutura interna (1100) ; e em que as uma ou mais chapas de fechamento (1200) são dotadas de um ou mais ressaltos (1210) em um ou mais de seus lados .
2. Carcaça (1000) , de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o número de chapas de fechamento (1200) preferencialmente corresponde ao número de lados da carcaça (1000) .
3. Carcaça (1000) , de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fixação das uma ou mais chapas de fechamento (1200) à estrutura interna (1100) é realizado preferencialmente por meio de um processo de soldagem.
4. Carcaça (1000) , de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os um ou mais ressaltos (1210) das chapas de fechamento (1200) se projetam ao longo de cada um de seus lados.
5. Carcaça (1000) , de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que os um ou mais ressaltos (1210) têm uma altura (b) , que corresponde a entre 40 e 80% da espessura (a) da chapa de fechamento ( 1200) .
6. Carcaça ( 1000) , de acordo com a reivindicação 4 , caracterizada pelo fato de que os um ou mais ressaltos ( 1210) têm uma largura (c) , que corresponde a entre 40 e 80% da espessura (a) da chapa de fechamento ( 1200) .
7. Carcaça ( 1000) , de acordo com a reivindicação 54 caracterizada pelo fato de que os um ou mais ressaltos ( 1210) têm uma altura (b) substancialmente igual à sua largura (c) .
8. Carcaça ( 1000) , de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que os um ou mais ressaltos ( 1210) preferencialmente têm um formato retangular .
9. Máquina elétrica girante, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos uma carcaça ( 1000) , conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, para suportar pelo menos um componente e/ou acessório da máquina elétrica girante .
10. Processo de soldagem de uma carcaça ( 1000) de máquinas elétricas girantes, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos uma etapa de soldagem que é realizada externamente a carcaça ( 1000) .
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