Cómo elegir cojinetes de apoyo de almohadilla basculante del compresor para turbomáquinas

Principio de diseño y funcionamiento.

A Cojinete de apoyo de la almohadilla basculante del compresor consta de múltiples almohadillas individuales dispuestas alrededor de la superficie del muñón (eje). Cada almohadilla está montada sobre un pivote que le permite inclinarse libremente, creando una geometría de cuña convergente que genera presión hidrodinámica a medida que gira el eje. Esta presión sostiene el eje sobre una fina película de aceite sin contacto de metal con metal. La acción de inclinación es fundamental: permite que cada pastilla se adapte a los cambios de carga, velocidad y temperatura, manteniendo un espesor de película de aceite óptimo en una amplia gama de condiciones operativas. El número de almohadillas suele oscilar entre cuatro y seis, y los diseños de cinco almohadillas ofrecen la mejor combinación de capacidad de carga y estabilidad para la mayoría de las aplicaciones de compresores. La configuración de pivote (carga entre pastillas (dolor lumbar) o carga en la pastilla (LOP)) determina la respuesta dinámica del rodamiento y se selecciona en función del análisis del rotor.

Configuraciones de almohadillas y tipos de pivotes

La configuración de las pastillas y los pivotes influye significativamente en el rendimiento del rodamiento. Los rodamientos Load Between Pads (LBP) posicionan el vector de carga entre dos pastillas adyacentes, proporcionando mayor amortiguación y estabilidad, la configuración más común para compresores. Los rodamientos Load On Pad (LOP) alinean la carga con el pivote de una sola pastilla, ofreciendo diferentes características de rigidez y amortiguación que pueden ser preferidas para diseños de rotor específicos. El número de pastillas afecta la estabilidad: los rodamientos de cuatro pastillas son adecuados para velocidades moderadas, los rodamientos de cinco pastillas proporcionan el mejor rendimiento general y los rodamientos de seis pastillas ofrecen la máxima estabilidad para aplicaciones de muy alta velocidad o con mucha carga. La precarga de la pastilla (el desplazamiento del centro de la pastilla con respecto al centro del rodamiento) es otro parámetro de diseño que influye en el espesor de la película de aceite y la rigidez del rodamiento.

Materiales y precisión de fabricación.

El rendimiento y la confiabilidad de los cojinetes de apoyo de las almohadillas basculantes del compresor dependen en gran medida de la selección del material y la precisión de fabricación. La carcasa del rodamiento suele estar mecanizada en acero o hierro fundido, lo que proporciona rigidez estructural y estabilidad dimensional. Las almohadillas en sí consisten en un respaldo de acero o bronce con un revestimiento de metal blanco (Babbitt); la capa de Babbitt proporciona la superficie de apoyo real, ofreciendo una excelente integrabilidad y adaptabilidad para adaptarse a pequeñas desalineaciones del eje. Los rodamientos avanzados pueden utilizar materiales de almohadilla compuestos o poliméricos para mejorar el rendimiento térmico o la resistencia química. La fabricación requiere un rectificado y mandrinado de precisión para lograr tolerancias medidas en micras; la redondez del orificio de la pastilla debe estar dentro de 0,005 mm para garantizar un espesor constante de la película de aceite. El acabado superficial de la capa de Babbitt suele ser Ra 0,4 micrómetros o mejor.

Ventajas para aplicaciones de compresores

Los cojinetes de cojinete basculantes ofrecen distintas ventajas sobre los cojinetes de geometría fija en aplicaciones de compresores. Las pastillas autoalineantes eliminan el remolino y el látigo del aceite, fenómenos desestabilizadores que pueden causar vibraciones severas en cojinetes de deslizamiento fijos a altas velocidades. Los cojinetes proporcionan una alta amortiguación, lo que reduce las amplitudes de vibración del rotor y mejora la confiabilidad general del compresor. Se adaptan mejor a la desalineación del eje y al crecimiento térmico que los rodamientos fijos, lo que prolonga su vida útil. La película de aceite hidrodinámico proporciona una excelente capacidad de carga con baja fricción; el coeficiente de fricción suele oscilar entre 0,001 y 0,005. Estos rodamientos también admiten velocidades de eje superiores a 100 m/s de velocidad superficial, lo que los hace adecuados para los compresores de más alta velocidad utilizados en aplicaciones de petróleo y gas, petroquímicas y de generación de energía.

Entornos de aplicaciones

Lista de verificación de selección

Consideraciones operativas y de instalación

La instalación adecuada de los cojinetes de apoyo de las almohadillas basculantes del compresor es esencial para lograr el rendimiento y la confiabilidad del diseño. La carcasa del rodamiento debe estar alineada con precisión con la línea central del eje; una desalineación de incluso 0,05 mm puede provocar una carga desigual de las pastillas y un desgaste prematuro. La holgura del rodamiento debe verificarse mediante plastigauge o medición directa, normalmente entre 0,001 y 0,002 mm por mm de diámetro del eje. El suministro de lubricación es fundamental: la temperatura y la presión del aceite deben mantenerse dentro de los límites especificados para garantizar la formación adecuada de una película de aceite. La puesta en marcha requiere un seguimiento cuidadoso: el rodamiento debe establecer una sustentación hidrodinámica antes de alcanzar la velocidad máxima de funcionamiento. El monitoreo de vibraciones mediante sondas de proximidad proporciona indicaciones en tiempo real del estado de los rodamientos y la estabilidad del rotor. El análisis periódico del aceite detecta el desgaste de los rodamientos mediante el recuento de partículas y el análisis espectrométrico.