BRPI0620061B1

BRPI0620061B1 - sistema, método e aparelho para manipular e diluir gases de exaustão de combustão interna

Info

Publication number: BRPI0620061B1
Application number: BRPI0620061A
Authority: BR
Inventors: Thelen Leseman Gary; Byron Davis Joseph
Original assignee: L C Eldridge Co Ltd; Leseman Davis Llc
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2019-09-10
Also published as: GB2447401B; US7707828B2; SG196794A1; GB2447401A; SG143754A1; CN101371018A; NO20083189L; KR20080113342A; WO2007073531A1; GB0813239D0; CN101371018B; US20070137190A1; BRPI0620061A2; KR101136731B1; SG163596A1; US20100313566A1

Abstract

método e aparelho para manipular e di-luir gases de exaustão de combustão interna. a presente invenção refere-se a um sistema para manipular ga- ses de exaustão de motor para longe de áreas habitadas que compreende um sistema de pressurização de ar (40) acoplado em comunicação fluida com uma carcaça (14). a carcaça é adaptada para se alojar de forma adja- cente a uma porção terminal do cano de descarga (12) de modo que o ar pressurizado injetado na carcaça carregue os gases de exaustão e os dis- perse para longe da carcaça.

Description

ANTECEDENTES [002] Esta descrição é direcionada para manipular o fluxo de gases de exaustão de um motor de combustão interna e, mais especificamente, a um sistema, método e aparelho para criar uma corrente de ar de alta velocidade, alto volume, para direcionar o gás de exaustão do motor para longe de uma área específica e diluir o gás de exaustão. [003] Motores de combustão interna são usados como fontes de energia em uma variedade de indústrias. Os gases de exaustão de tais motores são tipicamente nocivos e de outro modo desagradáveis para seres humanos, fauna e flora. Naqueles ambientes onde trabalhadores estão adjacentes à fonte de energia de combustão interna, o contato com gases de exaustão cria um ambiente de trabalho desagradável e potencialmente insalubre. Por meio de exemplo e não limitação, estruturas afastadas da costa, tais como armações de perfuração de poço de óleo ou plataformas de produção, parecem particularmente suscetíveis à contaminação de áreas de trabalho e outras inabitadas com gases de exaustão de combustão interna. Talvez porque a área em metros quadrados útil está a um valor acima do nominal em estruturas afastadas da costa, os motores de combustão interna estacionários estão por necessidade relativamente perto de espaços inabitados. A disposição dos gases de exaustão em uma maneira que minimiza a contaminação em áreas inabitadas é ou deve ser uma consideração

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2/17 principal. Os fatores tais como a colocação de saída de exaustão e as condições de vento e tempo afetam a dispersão e diluição de gás de exaustão. Em outras palavras, a velocidade de gás de exaustão baixa pode permitir que o vento e outras condições de tempo redirecionem o gás de exaustão de volta para as áreas de descarga de exaustão e/ou inabitadas.

[004] Esforços convencionais para impedir os gases de exaustão de contaminar as áreas inabitadas usualmente envolvidas, aumentando a altura, comprimento e/ou localização de tubo de gás de exaustão. No entanto, aumentar o comprimento de tubo de exaustão não aumenta a velocidade de saída de gás de exaustão ou aperfeiçoar a diluição do gás de exaustão. Freqüentemente, aumentar o comprimento também aumenta a contrapressão de motor, que diminui a eficiência do motor. Isto é especialmente verdade para motores a diesel que são notoriamente sensíveis contrapressão de exaustão. Em algumas circunstâncias, pode ter sido necessário mover a fonte de energia estacionária para outra localização mais afastada das áreas inabitadas.

[005] As invenções descritas e mostradas aqui são direcionadas para sistemas e métodos aperfeiçoados para criar uma velocidade de fluido maior adjacente à descarga de gás de exaustão de motor e, desse modo, aperfeiçoar a dispersão e diluição do gás de exaustão do motor para reduzir ou impedir a contaminação de áreas inabitadas. SUMÁRIO [006] De acordo com certos ensinamentos da presente descrição, um aspecto da invenção inclui um sistema de exaustão de motor compreendendo uma carcaça adaptada para circundar uma parte terminal de um cano de descarga do motor, a carcaça tem uma parte de saída e um sistema de pressurização de ar ambiente acoplado ao alojamento, tal que o ar ambiente é injetado dentro do alojamento pelo sistema de pressurização de ar e o ar injetado carrega os gases de exaustão

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3/17 que saem do cano de descarga e o fluido combinado flui para fora da parte de saída em uma velocidade maior que o gás de exaustão sozinho.

[007] Outro aspecto da invenção inclui um método de manipular os gases de exaustão do motor, que compreende fornecer uma carcaça tendo um bocal convergente em uma extremidade; localizar a carcaça adjacente a uma parte terminal de um cano de descarga do motor; injetar ar dentro da região anelar a uma velocidade maior que uma velocidade de gases de exaustão que saem do cano; carregar os gases de exaustão com o ar injetado; e impelir o fluido combinado através do bocal.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [008] Outros objetivos e vantagens da invenção se tornarão evidentes na leitura da descrição detalhada seguinte e na referência aos desenhos em que:

[009] A figura 1 ilustra uma vista lateral de uma primeira modalidade que incorpora os aspectos da invenção.

[0010] A figura 2 ilustra uma vista plana da modalidade ilustrada na figura 1.

[0011] A figura 3 ilustra uma vista terminal da modalidade ilustrada na figura 2.

[0012] A figura 4 ilustra uma vista lateral de uma segunda modalidade da invenção incorporando os aspectos da invenção.

[0013] A figura 5 ilustra uma vista plana da modalidade ilustrada na figura 4.

[0014] A figura 6 ilustra uma vista terminal da modalidade ilustrada na figura 5.

[0015] A figura 7 ilustra outra modalidade da invenção.

[0016] A figura 8 ilustra outra modalidade da invenção tendo um bocal de saída direcionável.

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4/17 [0017] A figura 9 ilustra outra modalidade da invenção recebendo exaustões de múltiplas fontes.

[0018] A figura 10 ilustra outra modalidade da invenção interfaceada com um sistema de controle de computador.

[0019] Enquanto a invenção é suscetível às várias modificações e formas alternativas, modalidades específicas da mesma foram mostradas por meio de exemplo nos desenhos e são aqui descritas em detalhe. Deve ser entendido, no entanto, que a descrição aqui das modalidades específicas não pretende limitar a invenção às formas particulares descritas, mas ao contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalentes, e alternativas que se encontram dentro do espírito e escopo da invenção como definido pelas reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0020] As figuras descritas acima e a descrição escrita de estruturas específicas e processos abaixo não devem limitar o escopo do que as Requerentes inventaram ou o escopo de proteção buscado para aquelas invenções. As figuras e descrição escrita são fornecidas para ensinar uma pessoa versada na técnica a fazer e usar as invenções para as quais a proteção de patente é buscada. Aqueles versados na técnica apreciarão que nem todos os aspectos de uma implementação comercial das invenções são descritos ou mostrados, em benefício de clareza e entendimento. Pessoas versadas na técnica apreciarão que o desenvolvimento de uma modalidade comercial real incorporando os aspectos das presentes invenções exigirá numerosas decisões específicas de implementação para atingir a meta final do fomentador para a modalidade comercial. Tais decisões específicas de implementação podem incluir, e provavelmente não são limitadas a, concordância com restrições relacionadas ao sistema, relacionadas a negócios, relacionadas ao governo, e outras restrições, que podem variar por imple

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5/17 merrtação específica, localização e de vez em quando. Enquanto os esforços do fomentador poderiam se complexos e demorados em um sentido absoluto, tais esforços seriam contudo, uma rotina empreendida por aqueles versados nesta técnica tendo o benefício desta descrição. As invenções descritas e mostradas aqui são suscetíveis a numerosas e várias modificações e formas alternativas.

[0021] O uso de um termo singular não pretende limitar o número de itens. Também, o uso de termos relativos nesta descrição escrita, tais como, mas não limitado a, “topo”, “fundo”, “esquerdo”, “direito”, “superior”, “inferior”, “para baixo”, “para cima”, “lateral”, e similar são usados aqui por clareza com referência às figuras e não pretendem limitar a invenção ou as modalidades que se encontram dentro do escopo das reivindicações anexas.

[0022] As requerentes criaram um aparelho e método para manipular gás de exaustão do motor com ar ambiente para direcionar e/ou diluir o gás de exaustão de modo que o gás de exaustão não recircula para áreas inabitadas, tais como espaços de trabalho, ou, se recirculado, é diluído em um nível aceitável. Em termos gerais, um plenum pode ser formado em torno de uma parte terminal de um cano de descarga convencional ou sistema. O ar ambiente é pressurizado no plenum para carregar ou de outro modo aumentar a velocidade dos gases de exaustão que saem da carcaça para direção crescente, dispersão e/ou diluição. Uma região anelar pode ser formada entre uma superfície interna da carcaça e uma superfície externa do cano. A parte de saída pode compreender um bocal convergente. O sistema de pressurização de ar pode compreender uma entrada de ar, um dispositivo de pressurização e uma transição de carcaça. O dispositivo de pressurização de ar pode compreender, dentre outras coisas, um ventilador axial, um compressor axial, um compressor axial com condutos, um ventilador centrífugo, um compressor centrífugo, um ventilador ou

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6/17 compressor que não produz sobrecarga e um ventilador ou compressor que não perde velocidade. Aletas de giro e acomodação podem ser utilizadas na carcaça. Um sistema de pressurização ajustável também pode ser usado. O sistema de pressurização de ar também pode ser controlado por computador.

[0023] Um método de dispersar os gases de exaustão pode compreender fornecer uma carcaça que tem um bocal convergente em uma extremidade localizando a carcaça adjacente a uma parte terminal de um cano de descarga do motor; injetar ar entre a região anelar a uma velocidade maior que a velocidade dos gases de exaustão que saem do cano; carregar os gases de exaustão com o ar injetado; e impelir o fluido combinado através do bocal. Uma região anelar pode ser criada entre a carcaça e o cano. A carcaça pode estar localizada de modo substancialmente cilíndrico em relação ao cano. Uma cobertura de entrada de ar pode ser fornecida para o sistema de pressurização de ar. Determinar quanta pressurização da pressurização de ar pode ser necessária para dispersar adequadamente os gases de exaustão pode também ser feito, bem como determinar a velocidade atual de um motor, e/ou determinar uma ou mais condições de tempo. Em adição, ajustar a pressurização baseada pelo menos na velocidade do motor e uma ou mais condições pode ser feito. Em adição, aumentar a eficiência de operação de um motor pode ser obtido.

[0024] Uma primeira modalidade 10 incorporando os aspectos da presente invenção, é ilustrada nas figuras 1, 2 e 3. A modalidade 10 pode compreender uma luva de exaustão 12 e uma carcaça externa 14, que é adaptada para encerrar pelo menos uma parte da luva 12. A figura 1 ilustra que a carcaça externa 14 pode ser co ncentricamente disposta em relação à luva 12, desse modo formando um plenum anelar 16 entre o exterior da luva 12 e o interior da carcaça 14. A carcaça 14 compreende uma parte de saída 18 e uma parte traseira 20, tal

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7/17 como a placa traseira ilustrada na figura 1. A carcaça externa 14 pode ser, e de preferência é, vedada na luva 12 na parte traseira 20, tal como por solda. A carcaça externa 14 pode ser suportada concentricamente em torno da luva 12 em qualquer número de maneiras bemconhecidas, incluindo a parte traseira 20 e/ou as aletas de acomodação 22. As aletas de acomodação 22 também funcionam para reduzir a turbulência no plenum 16 e converter a energia cinética do ar pressurizado dentro do plenum anelar 16 para energia estática, que é algumas vezes referido como recuperação de pressão estática. A porção de saída 18 da carcaça externa 14 pode compreender um bocal convergente 24 adaptado para aumentar a velocidade de fluido que flui através do mesmo. É preferido que o bocal 24 seja desenhado e construído usando técnicas convencionais para acelerar a velocidade de descarga de fluido e para manter um fluxo de fluido de alta velocidade, regularmente cilíndrico, para longe da porção de saída 18 a uma velocidade significantemente maior que aquela da velocidade de vento dominante. É preferido ter um orifício de drenagem 26 localizado em uma porção de fundo da carcaça externa 14, para facilitar a drenagem de líquidos que podem se acumular na carcaça externa, tal como por condensação, tempo, ou limpeza.

[0025] A luva 12 é adaptada, tal como por colar 28, para conectar com o sistema de exaustão existente 500. O sistema de exaustão 500 pode ser um cano de descarga existente do motor estacionário ou um cano de descarga especialmente preparado para a presente invenção. Será apreciado que o colar 28 pode ser uma conexão soldada ou não soldada, uma junta removível, ou uma conexão flexível. Em algumas modalidades da invenção, não mostradas na figura 1, o cano de descarga 500 pode substituir a luva 12 e/ou o cano de descarga 500 pode ser considerado a luva 12.

[0026] Um sistema de pressurização de ar ambiente 40 está se

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8/17 comunicando com o plenum 16, que pode compreender uma entrada de ar 42, um dispositivo de pressurização 44, e uma transição 46. Como ilustrado na figura 1, a transição 46 é adaptada para interfacear com a carcaça externa 14 de modo que é estabelecida uma comunicação fluida entre o sistema 40 e o plenum 16. É preferido que a transição 46 seja vedada na carcaça externa 14, tal como por solda. A carcaça externa 14 pode também incluir uma ou mais aletas de giro 48 para direcionar pelo menos uma parte do ar ambiente pressurizado para a porção de saída 18. As aletas de giro 48 ajudam a distribuir o ar pressurizado mais uniformemente através do plenum anelar 16. Será apreciado que a porção traseira 20 como ilustrada na figura 1 também ajuda ao redirecionamento do ar ambiente pressurizado.

[0027] O dispositivo de pressurização de ar 44 pode ser acoplado a ou integral com a transição 46, e a entrada 42 pode ser acoplada a ou integral com o dispositivo de pressurização 44. Para a modalidade ilustrada na figura 1, o dispositivo de pressurização preferido é um compressor axial montado em conduto, tal como está disponível a partir de uma ampla variedade de fontes. Outros dispositivos de pressurização, tais como compressores centrífugos podem também ser usados. Como ilustrado na figura 1, é preferido que o sistema de pressurização 40, ou pelo menos o dispositivo de pressurização 44, não é submetido ao fluxo de gás de exaustão de motor quente. Em algumas aplicações, no entanto, pode ser desejado ou exigido submeter o dispositivo de pressurização 44 aos gases de exaustão.

[0028] Será apreciado neste ponto que o dispositivo de pressurização 44 faz o ar ambiente ser retirado da entrada de ar 42 e injetado no plenum 16 através da transição 46. O ar pressurizado injetado no plenum 16 pelo dispositivo de pressurização 44 cria um efeito indutor dentro do plenum 16 na extremidade de descarga 12a da luva 12 e carrega ou de outro modo mistura com e dilui os gases de exaustão

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9/17 que estão saindo da luva 12 e o volume de fluido combinado é acelerado através do bocal 24 para dispersão. A injeção de ar pressurizado pode ser usada para criar uma redução de pressão nos gases de exaustão em sistema de exaustão 500 (e luva 12) desse modo aumentando a eficiência do motor.

[0029] Se for preferido que o dispositivo de pressurização 40 seja desenhado para superar a pressão de resistência de fluxo de ar interna imposta pela transição 46, as aletas de giro internas 48, o plenum 16, a luva 12, as aletas de acomodação 22, e o bocal de descarga 24, e cria uma velocidade de saída para contrabalançar qualquer velocidade de vento dominante. É preferido que o sistema 10 seja desenhado tal que a exaustão do motor possa ser impelida da extremidade do bocal 18 de 15,25 m a 30,5 m (50 a 100 pés), ou mais, dependendo da velocidade de vento dominante, em um padrão substancialmente cilíndrico justo ou coluna para manipulação máxima e diluição no ar ambiente.

[0030] Uma modalidade presentemente preferida 110 incorporando aspectos da presente invenção é mostrada nas figuras 4, 5 e 6. Similar à modalidade 10 mostrada nas figuras 1, 2 e 3, esta modalidade presentemente preferida 110 compreende uma luva de exaustão 112 e uma carcaça externa 114 que encerra uma parte da luva 112. Um plenum anelar 116 é formado entre o exterior da luva 112 e o interior da carcaça 114. A carcaça 114 compreende um bocal de saída 118 e uma placa traseira 120. A carcaça externa 114 é vedada na luva 112 na placa traseira 120 por solda e ajuda a suportar a carcaça externa 114 co ncentricamente em torno da luva 112. Aletas de acomodação 122 também sustentam a carcaça externa 114 e podem funcionar para reduzir a turbulência no plenum 116 e converter a energia cinética do ar pressurizado dentro do plenum anelar 116 em energia estática. O bocal de saída 118 compreende um bocal convergente de 30° dese

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10/17 nhado e construído usando técnicas convencionais para acelerar a velocidade de descarga de fluido e manter um fluxo de fluido de alta velocidade, regularmente cilíndrico, junto para longe do sistema 110 a uma velocidade significantemente maior que aquela da velocidade do vento dominante. Enquanto a figura 4 mostra a luva de exaustão 112 terminando dentro do bocal 118, será apreciado que a luva de exaustão 112 pode também terminar dentro da carcaça 114 como exigido ou desejado por critérios de desenho.

[0031] O sistema de pressurização de ar ambiente 140 compreende uma entrada de ar 142, um dispositivo de pressurização 144, um carretel de montagem ou seção de aleta 145, e uma transição 146. Como ilustrado nas figuras 4 e 6, a transição 146 é adaptada para interfacear com a carcaça externa 114 adjacente à placa traseira 120 de modo que é estabelecida uma comunicação fluida entre o sistema 140 e o plenum 116. A transição 146 é vedada na carcaça externa 114 tal como por solda. A carcaça externa 114 e/ou a transição 146 podem também incluir a aleta de giro 148 que se estende 180 graus ao longo da superfície externa da luva 112 para direcionar aproximadamente metade do ar ambiente pressurizado para o bocal de saída 118. Será apreciado que a placa traseira 120, primeiramente a parte 120a, redireciona a outra parte do ar ambiente pressurizado.

[0032] O dispositivo de pressurização de ar 144 é acoplado a uma entrada 142 e uma transição 146. O dispositivo de pressurização 144 pode também incluir um carretel de montagem ou seção de aleta 145, como pode ser desejado, para fornecer um perfil de velocidade uniforme através do diâmetro do dispositivo de pressurização 144. O dispositivo de pressurização 144 e o carretel de montagem/seção de aleta 145 podem ser considerados um dispositivo único ou como dispositivos separados para os propósitos desta descrição. Nesta modalidade preferida, o dispositivo de pressurização 144 pode ser um ventilador

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11/17 axial com conduto Série 44 disponível em Hartzell Fan, Inc., Piqua, Ohio. Como ilustrado na figura 6, a entrada de ar 142 compreende uma cobertura 150 tendo um ou mais elementos 152 adaptados para impedir que água e outros contaminantes entrem ou contatem o dispositivo de pressurização de ar 144. Como mostrado na figura 4, é presentemente preferido que o bocal 118 seja espaçado uma distância “L” da linha central do dispositivo de pressurização 144, onde L varia entre cerca de 1,5 a cerca de 2,5 vezes o diâmetro nominal do dispositivo de pressurização 144, inclusive, e mais preferivelmente duas vezes o diâmetro nominal. Adicionalmente, é preferido que a área da região anelar criada entre a carcaça 114 e a luva 112 é substancialmente a mesma que a área de descarga do dispositivo de pressurização 144 (ou carretel de montagem/seção de aleta 145), e mais preferivelmente, igual a ou maior que a área de descarga.

[0033] É preferido que a modalidade 110 seja fabricada de aço inoxidável, tal como um aço inoxidável série 300, e mais preferivelmente aço inoxidável série 316. No entanto, será apreciado que a modalidade 110 e outras modalidades incorporando aspectos das invenções descritas aqui podem ser fabricadas a partir de muitos outros materiais e combinação de materiais, incluindo, mas não limitado a, aço carbono, aço galvanizado, ou outro material adequado resistente à corrosão/calor incluindo ligas metálicas, e materiais não-metálicos, tais como fibra de vidro e compostos. Tais materiais podem ser revestidos com um revestimento resistente à corrosão e/ou resistente ao calor e/ou ser isolados com material de barreira térmica resistente ao calor ou material acústico.

[0034] Um exemplo específico de uma implementação baseada na modalidade preferida ilustrada nas figuras 4-6, um sistema foi desenhado para um motor a diesel de combustão interna (EMD 16-645-E9) tendo um cano de descarga de 55 cm (22 inch) (OD nominal). De

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12/17 acordo com o fabricante do motor, em carga completa, este motor particular criou cerca de 435m³/min (15.400 pés cúbicos por minuto) de gás de exaustão, ou uma velocidade de saída de cerca de 1952 m/min (6.400 pés por minuto) (cerca de 115,2 km/h (cerca de 72 milhas por hora)). O volume de exaustão deste motor em marcha lenta foi estimado em cerca de 25% da carga total ou cerca de 1174,25 m/min (3.850 pés por minuto) (cerca de 70 km/h (cerca de 44 milhas por hora)). Verificou-se que a recirculação indesejada ou re-direcionamento de gases de exaustão raramente, se alguma vez ocorre, em condições de carga de motor completa. Portanto, os critérios de desenho para esta implementação foram determinados para um dispositivo de pressurização de ar 144 suficiente para mover um volume de ar ambiente igual a ou maior que o volume de exaustão de motor de carga completa quando o motor está em marcha lenta. Em outras palavras, o fluido combinado flui para fora do sistema 110 quando o motor está em marcha lenta desejou ser pelo menos igual a e de preferência maior que cerca de 544,77 m³/min (19.250 cfm). Em adição, foi desejado para esta implementação que o dispositivo de pressurização 144 é capaz de mover um volume de ar ambiente substancialmente igual ao volume de gases de exaustão em carga de motor completa em uma pressão estática maior que a perda de pressão de fluxo de fluido de carga completa combinada na saída do bocal 118.

[0035] Para esta implementação particular, um ventilador axial com conduto Série 44 Hartzell foi selecionado tendo uma saída de cerca de 424,5 m³/min (15.000 cfm) e cerca de 500,91 m³/min (17.700 cfm) em uma pressão estática de cerca de 7,62 e cerca de 5,08 cm (3 e 2 polegadas) de água, respectivamente. O diâmetro nominal deste ventilador foi cerca de 83,82 cm (33 polegadas) resultando em uma área de descarga de cerca de 0,552 m² (5,94 pés²). Portanto, o diâmetro nominal da carcaça externa 114 foi determinado em cerca de 101,6

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13/17 cm (40 polegadas) para criar uma área anelar entre a luva de exaustão 112 e a carcaça 114 de cerca de 0,552 m² (5,94 pés²), e a dimensão “L” foi determinada em cerca de 167,64 cm (66 polegadas). Um bocal de 30° 118 tendo um diâmetro de entrada de cerca de 101,60 cm (40 polegadas) e um diâmetro de saída de cerca de 73,66 cm (29 polegadas) foi usado, e a luva de exaustão 112 estendida dentro da entrada de bocal cerca de 5,08 cm (2 polegadas).

[0036] Em carga de motor completa, o sistema 110 ejetará gases de exaustão diluídos em cerca de 849 m³/min (30.000 cfm), ou cerca de 192,44 m³/min (6.800 fpm) (~123,2 km/h) (~77 mph). Em carga de 50%, o motor produzirá cerca de 217,9 m³/min (7.700 cfm) de gases de exaustão, e o ventilador axial 144 injetaria alguma coisa acima de 424,5 m³/min (15.000 cfm) de ar ambiente dentro do sistema 110 devido à carga decrescente no ventilador. Mesmo em marcha lenta do motor, o sistema 110 ejetaria gases de exaustão diluídos em cerca de

608,4 m³/min (21.500 cfm) (~88 km/h) (~55 mph).

[0037] As invenções descritas aqui podem ser usadas em localizações no sistema de exaustão diferentes da extremidade do sistema de exaustão 500. Por exemplo, como ilustrado na figura 7, um sistema 200 pode ser colocado no sistema de exaustão 500, tal que o cano de ar de exaustão e ambiente combinados 230 continuará além do sistema 200 antes da conclusão final. Exigências de espaço, desenho e direção podem ditar este tipo de instalação. Por exemplo, aqueles versados na técnica podem desejar colocar o sistema 200 em um ponto no sistema de exaustão onde a contrapressão de exaustão do motor se torna uma questão de eficiência do motor. Também, mais que um sistema 200 pode ser colocado em um sistema de exaustão em série quando necessário, e pode ser combinado com silenciadores ou outro equipamento de exaustão como desejado.

[0038] A figura 8 ilustra outra modalidade 300. Neste sistema, a

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14/17 carcaça 314 tem dois sistemas de pressurização de ar ambiente 340a, 340b. Cada sistema de pressurização 340 compreende uma entrada 342, um dispositivo de pressurização 344 (com ou sem um carretel de montagem ou seção de aleta), e uma transição 346. Como mencionado antes, quando o motor de combustão interna está funcionando em carga completa, a velocidade de saída de gás de exaustão pode ser suficientemente alta para efetuar a direção ou dispersão adequada dos gases sob certas condições de tempo. Em tais casos, ter dois ou mais sistemas de pressurização de ar 340 permite que múltiplos sistemas estejam funcionando quando necessário, tal como em marcha lenta ou quando condições de tempo, tais como velocidade de vento ou direção, mudaram e funcionar poucos sistemas quando as condições não exigem muita velocidade de injeção. Embora a modalidade mostrada na figura 8 utiliza dois sistemas de pressurização de ar, será apreciado que uma pluralidade de dispositivo de pressurização pode ser utilizada, quando desejado ou exigido. Em adição, será apreciado que o controle e a funcionalidade equivalentes podem ser obtidos tendo a capacidade de fazer funcionar o dispositivo de pressurização de ar em vários níveis de pressurização, tais como velocidades ou cargas. Por exemplo, a modalidade mostrada e descrita com referência às figuras 4-6 pode utilizar ou ter um dispositivo de pressurização de ar de velocidade variável. Embora não mostrado na figura 8, aquelas pessoas versadas na técnica apreciarão que implementações que utilizam múltiplos dispositivos de pressurização, um ou mais dos quais podem não ser usados ocasionalmente, podem se beneficiar restrições de contrafluxo, tais como amortecedores, para impedir o fluido pressurizado de escapar através do dispositivo de pressurização inativo.

[0039] A figura 8 também ilustra um bocal de saída direcionável 380. O bocal de saída 380 pode ser rotativamente montado no bocal do sistema 318 de modo que a direção da saída de ar e gás de exaus

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15/17 tão combinados em uma direção que promove a dispersão mais eficiente de gases de exaustão. O bocal 380 pode ser manualmente rotativo ou pode ser automaticamente rodado por qualquer número de dispositivos bem-conhecidos 382, tais como, mas não limitados a, pneumático, eletrônico/elétrico e mecânico.

[0040] Como será discutida em mais detalhe abaixo, a operação automática ou semi-automática do sistema pode ser desejada por numerosas razões. Um método de operação compreende um sinal de controle de dispositivo de pressurização de ar 404 que instrui o dispositivo de pressurização de ar 340 para iniciar sob certas condições definidas. Por exemplo, como mostrado na figura 8, um sensor de temperatura 402 pode ser acoplado termicamente no cano de descarga 500 ou algum outro componente do sistema de transporte de exaustão. Quando o sensor de temperatura 402 converte uma temperatura acima de um certo nível, por exemplo 149°C (300^OF), um circuito de controle 406, de preferência adjacente ao dispositivo de pressurização de ar 340, faz o dispositivo de pressurização de ar 340 iniciar. Será apreciado que um dispositivo de pressurização de ar de velocidade variável 340 possa ser controlado baseado na temperatura convertida com a saída do dispositivo 340 sendo uma função da temperatura convertida, tal como uma relação inversa.

[0041] A figura 9 ilustra uma modalidade parcial que ilustra a ampla aplicabilidade da presente invenção. A figura 9 mostra que um sistema de dispersão único 114, 314, pode manipular a exaustão de múltiplas fontes. Por exemplo e sem limitação, um sistema de dispersão 314 pode aceitar múltiplos canos de descarga 500a, 500b de um motor único ou canos de descarga 500a, 500b e 500c de múltiplos motores. Aqueles versados na técnica tendo o benefício desta descrição apreciarão como desenhar um sistema de dispersão para manipular tais cargas de exaustão aumentadas.

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16/17 [0042] Implementações sofisticadas das invenções descritas aqui podem comprometer sistemas especialistas ou computador que controlam o sistema em resposta a uma ou mais entradas ou condições. Por exemplo, a figura 10 ilustra um sistema de dispersão 800 em que um controlador lógico programado, computador ou outro sistema 600 pode monitorar ou detectar, por exemplo, a velocidade do motor 602, carga do motor 604, velocidade do vento 606, direção do vento 608, temperatura de exaustão 610, ou velocidade de saída 684. Em velocidades baixas de motor, um computador apropriadamente construído ou programado 600 pode instruir 682 o dispositivo de pressurização de ar 644 para funcionar em ou perto da pressão máxima. Alternativamente, o PLC 600 pode instruir um segundo ou terceiro dispositivo de pressurização de ar (não mostrado) para dar partida ou aumentar ou diminuir a saída. Quando as condições de tempo mudam e/ou quando a velocidade do motor ou temperatura de exaustão aumenta, o sistema especialista 600 pode instruir ou permitir que o dispositivo de pressurização de ar 644 se torna mais lento devido ao aumento em velocidade de gás de exaustão. Alternativamente, o computador 600 pode tornar mais lento ou desligar um ou mais dispositivos de pressurização de ar. Em outras modalidades, um espaço de trabalho ou área inabitada, tal como a abertura de passagem de ferramentas em uma armação de perfuração, pode ter um ou mais detectores de monóxido de carbono 650 ou outros transdutores para detectar quando os gases de exaustão do motor estão sendo circulados na área. Em resposta a tal informação a partir das entradas, o PLC 600 pode aumentar a saída do sistema de pressurização de ar 644 ou sistemas aumentando a velocidade do compressor ou colocando mais sistemas em linha, e/ou pode rodar 686 um bocal direcionável (ver figura 8) para uma orientação desejada.

[0043] Outras modalidades e adicionais podem ser delineadas

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17/17 sem se afastar da descrição geral das mesmas. Por exemplo, as modalidades incorporando um ou mais aspectos das invenções descritas aqui podem ser usadas em qualquer orientação vertical, horizontal, ou de outro modo sem afetar a função e propósito. Embora as descrições acima tenham sido direcionadas para exaustão de motor único, será apreciado que os sistemas podem ser modificados e utilizados para acomodar disposições de múltiplos canos de descarga de motor de combustão interna combinados. Adicionalmente, os vários métodos e modalidades do sistema de conclusão aperfeiçoado podem ser incluídos em combinação um com o outro para produzir variações dos métodos e modalidades descritos. A discussão de elementos singulares pode incluir vários elementos e vice-versa. Alguns elementos da invenção foram descritos funcionalmente e podem ser incorporados como componentes separados ou podem ser combinados em componentes tendo múltiplas funções.

[0044] As invenções foram descritas no contexto de modalidades preferidas e outras e não da modalidade da invenção foi descrita. Modificações e alterações óbvias para as modalidades descritas estão disponíveis para aqueles versados na técnica. As modalidades descritas e não descritas não pretendem limitar ou restringir o escopo ou aplicabilidade da invenção concebida pelas Requerentes, mas em vez disto, em conformidade com as leis de patente, as Requerentes pretendem proteger completamente todas as modificações e aperfeiçoamentos que se encontram dentro do escopo ou faixa de equivalentes das reivindicações seguintes.

Claims

1. Sistema para manipulação de exaustão de motor para longe de uma estrutura estacionária diluindo a exaustão e direcionando a exaustão diluída para longe da estrutura estacionária, o motor acoplado a um cano de descarga e tendo uma velocidade de gás de exaustão inativa e uma velocidade de gás de exaustão de carga completa, o sistema caracterizado por: uma carcaça (14) selada a uma porção terminal (129) de um cano de descarga (500), a carcaça tendo uma porção de saída (18);

um sistema de pressurização do ar ambiente motorizado separadamente (40) selado à carcaça em comunicação fluida com a mesma; e por meio do qual o ar ambiente é injetado para dentro da carcaça pelo sistema de pressurização e o ar injetado carrega os gases de exaustão que saem do cano de descarga de tal modo que o ar ambiente e os gases de exaustão se combinem na carcaça e o fluido combinado saia pela porção de saída a uma velocidade maior que a primeira velocidade e para longe da estrutura

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma região anelar (16) é formada entre uma superfície interna da carcaça e uma superfície externa do cano.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a porção de saída compreende um bocal convergente (24).

4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a região anelar tem uma área substancialmente igual a uma área de descarga do sistema de pressurização.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o sistema de pressurização de ar compreende uma entrada de ar (42), um dispositivo de pressurização (44) e uma transiPetição 870190042722, de 06/05/2019, pág. 22/32

2/5 ção de carcaça (46).

6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de pressurização de ar é selecionado do grupo que consiste em: um ventilador axial, um compressor axial, um ventilador centrífugo, um compressor centrífugo, um ventilador que não produz sobrecarga e um compressor que não produz sobrecarga.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda aletas de giro e acomodação na carcaça.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um carretel de montagem ou uma seção de aleta acoplada a um dispositivo de pressurização.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressurização criada pelo sistema de pressurização é ajustável.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de pressurização compreende um ventilador axial sem sobrecarga, ou um ventilador axial sem sobrecarga com conduto, ou um ventilador centrífugo sem sobrecarga, ou um ventilador axial sem sobrecarga com conduto.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o sistema de pressurização de ar ambiente é configurado para injetar ar ambiente na carcaça a uma velocidade tal que quando o ar ambiente e os gases de exaustão se combinam, a velocidade do ar ambiente injetado é suficiente para criar uma velocidade dos gases combinados que saem do sistema que é igual ou maior que a velocidade do gás de exaustão de carga completa.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a velocidade do ar injetado na carcaça é igual ou maior que a velocidade do gás de exaustão de carga completa.

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13. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o sistema de pressurização do ar ambiente é configurado para injetar ar ambiente na carcaça a uma taxa volumétrica tal que quando o ar ambiente e os gases de exaustão se combinam, a taxa volumétrica de ar ambiente é suficiente para criar uma taxa volumétrica dos gases combinados igual ou maior que a taxa volumétrica de gases de exaustão no cano de descarga com carga completa do motor.

14. Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a taxa volumétrica de ar ambiente injetado na carcaça é igual ou maior que a taxa volumétrica de gás de exaustão do cano de descarga com carga completa do motor.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a carcaça é configurada de tal modo que quando o ar injetado se combina com os gases de exaustão, o ar injetado está fluindo substancialmente na primeira direção.

16. Método para manipulação de gases de exaustão de motor para longe de uma estrutura estacionária diluindo a exaustão do motor e direcionando a exaustão diluída para longe da estrutura estacionária, o motor acoplado a um cano de descarga (500) e tendo uma velocidade de gás de exaustão inativa e uma velocidade de gás de exaustão de carga completa, o método caracterizado por:

- prover uma carcaça (14) tendo uma saída (18) em uma extremidade;

- selar a carcaça de forma adjacente e a uma porção terminal (129) de um cano de descarga do motor (500);

- injetar ar dentro da carcaça com um sistema de pressurização do ar ambiente motorizado separadamente (40);

- carregar os gases de exaustão com o ar injetado; e

- impelir o fluido combinado através do bocal e para longe

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4/5 da estrutura a uma velocidade maior do que a do gás de exaustão sozinho.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sistema de pressurização motorizado separadamente compreende um ventilador axial sem sobrecarga, ou um ventilador axial sem sobrecarga com conduto, ou um ventilador centrífugo sem sobrecarga, ou um ventilador axial sem sobrecarga com conduto.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda criar uma região anular (16) entre a carcaça e o cano que tem uma área substancialmente igual a uma área de descarga do sistema de pressurização do ar ambiente.

19. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda injetar o ar a uma velocidade substancialmente igual ou maior que a velocidade dos gases de exaustão que saem do cano.

20. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que injetar o ar compreende injetar o ar na carcaça a uma velocidade tal que quando o ar ambiente e os gases de exaustão se combinam, a velocidade do ar ambiente injetado é suficiente para criar uma velocidade dos gases combinados que saem do sistema que é igual ou maior que a velocidade do gás de exaustão de carga completa.

21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que injetar o ar ambiente compreende injetar o ar ambiente na carcaça a uma velocidade que é igual ou maior que a velocidade do gás de exaustão de carga completa.

22. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que injetar o ar ambiente compreende injetar ar na carcaça a uma taxa volumétrica tal que quando o ar ambiente e os gases de exaustão se combinam, a taxa volumétrica de ar ambiente é sufici

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5/5 ente para criar uma taxa volumétrica dos gases combinados igual ou maior que a taxa volumétrica de gases de exaustão no cano de descarga com carga completa do motor.

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que injetar o ar ambiente compreende injetar ar ambiente a uma taxa volumétrica que é igual ou maior que uma taxa volumétrica do gás de exaustão no cano de descarga com carga completa do motor.

24. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que injetar o ar ambiente compreende injetar ar dentro da carcaça de tal modo que quando o ar injetado se combina com os gases de exaustão, o ar injetado está fluindo substancialmente na primeira direção.

25. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda ajustar a pressurização com base, pelo menos, na velocidade do motor e numa ou mais condições.

26. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda ajustar a quantidade de ar injetado.

27. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende ainda ajustar a quantidade de ar injetado com base numa ou mais condições.