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ZHEJIANG BHS DIARIO COJINETE CO., LTD. so sídlom v okrese FengXian v Šanghaji, spoločnosť bry "BHS", je profesionál fabricantes de cojinetes de empuje de almohadilla basculante y Fábrica de cojinetes basculantes...
Los equipos giratorios, como turbinas, compresores y bombas, dependen en gran medida de cómo se sostiene el rotor dentro de la carcasa de la máquina. El tipo de rodamiento elegido afecta directamente a la estabilidad del rotor, el comportamiento de vibración y la velocidad máxima que la máquina puede alcanzar con seguridad. Dos amplias categorías dominan la maquinaria rotativa industrial: rodamientos de geometría fija, donde la superficie de apoyo es un único arco rígido, y cojinetes de almohadilla basculante , donde la superficie de carga se divide en varias almohadillas que se pueden mover independientemente.
Esta distinción no es un detalle de diseño menor. Cambia cómo se comporta la película de aceite bajo carga, cómo responde el rotor a las perturbaciones y cuánto espacio libre deben incorporar los ingenieros al diseño para evitar la inestabilidad. Comprender estas diferencias ayuda a los ingenieros a seleccionar el tipo de rodamiento correcto al especificar equipos nuevos o solucionar problemas de vibración recurrentes.
Un cojinete de almohadilla basculante reemplaza el orificio continuo único de un cojinete fijo con un conjunto de almohadillas individuales dispuestas alrededor del eje. Cada almohadilla descansa sobre un punto de pivote y puede oscilar ligeramente en respuesta a las fuerzas generadas por el eje giratorio. Esta acción de pivote permite que cada pastilla forme su propia cuña de aceite convergente, independiente de las demás.
El diseño aparece en dos configuraciones principales dependiendo de la dirección de la carga que se soporta.
Soporta cargas radiales perpendiculares al eje del eje. Múltiples almohadillas rodean el eje, cada una de las cuales genera una película hidrodinámica localizada que reacciona a la posición del eje en tiempo real.
Soporta cargas axiales a lo largo del eje del eje. Las almohadillas están dispuestas en un patrón circular frente al collar de empuje, cada una de las cuales se inclina para mantener un espesor óptimo de la película de aceite a medida que cambian la carga y la velocidad.
El principio de funcionamiento se basa en la lubricación hidrodinámica, el mismo fenómeno físico que gobierna cualquier rodamiento de película fluida. A medida que el eje gira, arrastra aceite hacia un espacio cada vez más estrecho entre él y la superficie del rodamiento, generando una presión que levanta y centra el eje sin contacto de metal con metal.
En un rodamiento fijo, esta cuña se forma a lo largo de un único arco fijo, lo que significa que la distribución de la presión viene dictada enteramente por la geometría del orificio. En un cojinete de cojinete basculante, cada pastilla ajusta su propio ángulo con respecto a la superficie del eje en función de la presión de la película local, por lo que la forma de la cuña se optimiza automáticamente en cada ubicación de la pastilla y en cada condición de funcionamiento.
Debido a que cada almohadilla reacciona de forma independiente, un cojinete de almohadilla basculante se comporta efectivamente como varios cojinetes pequeños trabajando juntos, en lugar de como una superficie rígida continua.
El siguiente diagrama ilustra cómo un rodamiento fijo forma una única cuña de aceite continua en comparación con cómo un rodamiento de almohadilla basculante forma múltiples cuñas independientes alrededor del eje.
Los rodamientos fijos funcionan bien en muchas aplicaciones de uso general, pero a medida que aumenta la velocidad del rotor, se vuelven propensos a un fenómeno de vibración autoexcitada comúnmente conocido como remolino de aceite y, en mayor gravedad, látigo de aceite. Esta inestabilidad se produce porque la película de aceite en un rodamiento fijo puede desarrollar una rigidez de acoplamiento cruzado que alimenta energía al movimiento del rotor en lugar de amortiguarlo.
Los cojinetes de almohadillas basculantes eliminan en gran medida este efecto de acoplamiento cruzado. Debido a que cada pastilla puede girar libremente, no puede transmitir una fuerza tangencial sostenida al eje como lo hace un orificio rígido. Esta es la razón principal por la que los cojinetes de apoyo basculantes son la opción predeterminada para las turbomáquinas de alta velocidad.
| Característica | Rodamiento fijo | Rodamiento de almohadilla basculante |
|---|---|---|
| Estabilidad de la película de aceite a alta velocidad. | Propenso a remolinos de aceite por encima de ciertos umbrales de velocidad | Inherentemente más estable debido a la respuesta independiente del pad |
| Rigidez cruzada | Presente y puede generar inestabilidad. | Mínimo, ya que las pastillas no pueden sostener el acoplamiento tangencial |
| Complejidad mecánica | Simple, menos piezas móviles | Más complejo, requiere pivotes y pads individuales |
| Capacidad de carga por unidad de área | moderado | Comparable o superior, según el número de almohadillas y el diseño |
| Rango de aplicación típico | Bombas y ventiladores de uso general. | Turbinas, compresores, bombas de alta velocidad. |
| Mantenimiento e inspección | Más sencillo de inspeccionar y reemplazar | Requiere atención al desgaste del pivote y la alineación de las pastillas. |
Las cargas axiales en maquinaria rotativa surgen de diferencias de presión entre los impulsores, fuerzas de engranajes helicoidales o el peso de un rotor orientado verticalmente. Un cojinete de empuje con plataforma basculante aborda estas cargas con el mismo principio de autoalineación que se aplica a los cojinetes lisos, pero orientado para resistir el movimiento a lo largo del eje del eje.
Cada almohadilla de empuje se inclina para formar una película convergente entre ella misma y el collar de empuje giratorio. Debido a que las pastillas se pueden ajustar de forma independiente, la distribución de carga a través del anillo completo de pastillas tiende a ser más uniforme de lo que puede lograr una superficie de empuje fija, particularmente cuando el collar no es perfectamente perpendicular al eje debido a tolerancias de fabricación o crecimiento térmico.
| Tipo de equipo | Fuente de carga axial típica |
|---|---|
| Compresores centrífugos | Diferencial de presión entre las etapas del impulsor |
| Turbinas de vapor y gas | Fuerzas de reacción de la pala y expansión térmica. |
| Bombas verticales | Peso del conjunto giratorio más empuje hidráulico |
| Cajas de cambios con engranaje helicoidal | Componente axial generada por el ángulo de los dientes del engranaje. |
La vibración en equipos giratorios a menudo se origina en la interacción entre la dinámica del rotor y la rigidez del rodamiento y las propiedades de amortiguación. un cojinete liso de almohadilla basculante Reduce la vibración a través de varios mecanismos interconectados en lugar de una sola característica.
Debido a que las pastillas distribuyen la respuesta de carga alrededor de toda la circunferencia en lugar de concentrar las fuerzas de reacción en un arco, la rigidez general y la amortiguación presentada al rotor se vuelven más uniformes en todas las direcciones. Esta uniformidad es una de las principales razones por las que las amplitudes de vibración medidas en máquinas con cojinetes de almohadilla basculantes tienden a permanecer más planas en un rango de velocidad más amplio en comparación con máquinas con cojinetes fijos, donde los picos de amplitud pueden aparecer bruscamente cerca de ciertas velocidades críticas.
Los datos de campo recopilados en varios trenes de compresores de alta velocidad han demostrado que la conversión de rodamientos fijos a rodamientos de almohadilla basculante durante un rediseño de la dinámica del rotor puede reducir la amplitud de la vibración en la primera velocidad crítica por un margen sustancial, lo que a menudo arroja lecturas dentro de los criterios de aceptación estándar donde el diseño original del rodamiento fijo tenía valores marginales o fallidos.
Sí. La capacidad de alta velocidad es una de las principales razones por las que existe este tipo de rodamiento. El parámetro relevante para los ingenieros es el producto de la velocidad de la superficie del eje y el diámetro del rodamiento, a menudo expresado como un valor DN. Los rodamientos fijos tienden a alcanzar su límite de estabilidad con valores DN más bajos porque la velocidad umbral de giro es una función directa de la geometría y el juego del rodamiento.
Los cojinetes de almohadilla basculante elevan significativamente este umbral porque el término de rigidez de acoplamiento cruzado que induce el remolino se elimina en gran medida del sistema. Esta es la razón por la que los cojinetes de apoyo basculantes son equipo estándar en aplicaciones como turbinas de vapor, grupos electrógenos de turbinas de gas, compresores centrífugos de alta velocidad y bombas multietapa que funcionan muy por encima de los rangos de velocidad en los que los cojinetes fijos permanecen estables.
No todas las máquinas requieren un cojinete de almohadilla basculante. La selección debe basarse en las condiciones operativas en lugar de asumir que el diseño más complejo es siempre la mejor opción.
La velocidad de operación se mantiene muy por debajo del umbral de estabilidad, la dirección de la carga es constante y la aplicación tolera un mantenimiento más simple con menos componentes de precisión.
La máquina opera a alta velocidad relativa, experimenta cargas variables o ligeras, o ha mostrado previamente inestabilidad de vibración que se correlaciona con una frecuencia de giro cercana a la mitad de la velocidad de funcionamiento.
Cuando una máquina equipada con cojinetes de almohadilla basculante desarrolla problemas térmicos o de vibración, la causa principal suele estar relacionada con el estado de la almohadilla, el suministro de lubricación o la alineación, más que con el diseño fundamental del rodamiento.
| Síntoma | Causa probable |
|---|---|
| Temperatura elevada del rodamiento | Flujo de aceite insuficiente o viscosidad del lubricante degradada |
| Componente de vibración subsincrónica | El desgaste del pivote de la pastilla reduce la respuesta de autoalineación |
| Patrón de desgaste desigual de las pastillas | Desalineación del eje o distribución desigual de la carga |
| Aumento repentino de la vibración al arrancar | Película de aceite insuficiente durante el funcionamiento a baja velocidad |
El monitoreo rutinario de la temperatura del metal de los rodamientos y los espectros de vibración sigue siendo la forma más confiable de detectar el desarrollo del desgaste de las pastillas antes de que progrese hacia una falla funcional.
Los cojinetes de almohadilla basculante son cojinetes hidrodinámicos hechos de varias almohadillas independientes que giran para formar películas de aceite autoajustables y se utilizan para soportar cargas radiales o axiales en equipos giratorios.
Cada almohadilla gira en respuesta a la presión local de la película de aceite, lo que le permite formar una cuña convergente óptima a medida que cambian la velocidad y la carga del eje, lo que mantiene el eje centrado sin contacto de metal con metal.
Eliminan en gran medida la rigidez de acoplamiento cruzado que provoca remolinos y latigazos de aceite en los rodamientos fijos, lo que permite que las máquinas funcionen de manera estable a velocidades mucho más altas.
Al distribuir la respuesta de carga uniformemente alrededor del eje y minimizar las fuerzas de acoplamiento cruzado, producen una rigidez y amortiguación más uniformes, lo que aplana la respuesta a la vibración en todo el rango de velocidades de funcionamiento.
Sí, están diseñados específicamente para aplicaciones de alta velocidad y son estándar en turbinas, compresores y bombas de alta velocidad donde los cojinetes fijos se volverían inestables.
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