Como escolher rolamentos de apoio de inclinação do compressor para turbomáquinas

Princípio de design e operação

A rolamento da almofada de inclinação do compressor consiste em várias almofadas individuais dispostas em torno da superfície do munhão (eixo). Cada almofada é montada em um pivô que permite inclinar-se livremente, criando uma geometria de cunha convergente que gera pressão hidrodinâmica à medida que o eixo gira. Esta pressão suporta o eixo em uma fina película de óleo sem contato metal com metal. A ação de inclinação é crítica – ela permite que cada pastilha se adapte às mudanças de carga, velocidade e temperatura, mantendo uma espessura ideal da película de óleo em uma ampla gama de condições operacionais. O número de pastilhas normalmente varia de quatro a seis, com designs de cinco pastilhas oferecendo a melhor combinação de capacidade de carga e estabilidade para a maioria das aplicações de compressores. A configuração do pivô — carga entre pastilhas (LBP) ou carga na pastilha (LOP) — determina a resposta dinâmica do rolamento e é selecionada com base na análise do rotor.

Configurações de pad e tipos de pivô

A configuração das pastilhas e dos pivôs influencia significativamente o desempenho do rolamento. Os rolamentos Load Between Pads (LBP) posicionam o vetor de carga entre duas almofadas adjacentes, proporcionando maior amortecimento e estabilidade – a configuração mais comum para compressores. Os rolamentos Load On Pad (LOP) alinham a carga com o pivô de uma única almofada, oferecendo diferentes características de rigidez e amortecimento que podem ser preferidas para projetos de rotor específicos. O número de pastilhas afeta a estabilidade: os rolamentos de quatro pastilhas são adequados para velocidades moderadas, os rolamentos de cinco pastilhas proporcionam o melhor desempenho geral e os rolamentos de seis pastilhas oferecem estabilidade máxima para aplicações de velocidade muito alta ou altamente carregadas. A pré-carga da pastilha — o deslocamento do centro da pastilha em relação ao centro do rolamento — é outro parâmetro de projeto que influencia a espessura da película de óleo e a rigidez do rolamento.

Materiais e precisão de fabricação

O desempenho e a confiabilidade dos mancais de apoio inclináveis do compressor dependem muito da seleção do material e da precisão da fabricação. A caixa do mancal é normalmente usinada em aço ou ferro fundido, proporcionando rigidez estrutural e estabilidade dimensional. As próprias pastilhas consistem em um suporte de aço ou bronze com um revestimento de metal branco (Babbitt) – a camada Babbitt fornece a superfície de rolamento real, oferecendo excelente capacidade de incorporação e conformabilidade para acomodar pequenos desalinhamentos do eixo. Rolamentos avançados podem usar materiais de almofada poliméricos ou compostos para melhorar o desempenho térmico ou a resistência química. A fabricação requer retificação e mandrilamento de precisão para atingir tolerâncias medidas em mícrons – a circularidade do furo da pastilha deve estar dentro de 0,005 mm para garantir uma espessura consistente da película de óleo. O acabamento superficial da camada Babbitt é normalmente Ra 0,4 micrômetros ou melhor.

Vantagens para aplicações de compressores

Os mancais de apoio inclináveis oferecem vantagens distintas em relação aos mancais de geometria fixa em aplicações de compressores. As pastilhas autocompensadoras eliminam o turbilhão e o chicoteamento do óleo – fenômenos desestabilizadores que podem causar vibrações severas em mancais deslizantes fixos em altas velocidades. Os rolamentos proporcionam alto amortecimento, reduzindo as amplitudes de vibração do rotor e melhorando a confiabilidade geral do compressor. Eles acomodam melhor o desalinhamento do eixo e o crescimento térmico do que os rolamentos fixos, prolongando a vida útil do rolamento. A película de óleo hidrodinâmica proporciona excelente capacidade de carga com baixo atrito – o coeficiente de atrito normalmente varia de 0,001 a 0,005. Esses rolamentos também suportam velocidades de eixo superiores a 100 m/s de velocidade superficial, tornando-os adequados para compressores de alta velocidade usados ​​em aplicações de petróleo e gás, petroquímica e geração de energia.

Ambientes de aplicativos

Lista de verificação de seleção

Considerações de instalação e operacionais

A instalação adequada dos mancais de apoio inclináveis do compressor é essencial para alcançar o desempenho e a confiabilidade do projeto. A caixa do rolamento deve estar precisamente alinhada com a linha central do eixo – um desalinhamento de até 0,05 mm pode causar carga irregular nas pastilhas e desgaste prematuro. A folga do rolamento deve ser verificada usando plastigauge ou medição direta, normalmente 0,001–0,002 mm por mm de diâmetro do eixo. O fornecimento de lubrificação é crítico – a temperatura e a pressão do óleo devem ser mantidas dentro dos limites especificados para garantir a formação adequada de película de óleo. A partida requer monitoramento cuidadoso: o rolamento deve estabelecer sustentação hidrodinâmica antes de atingir a velocidade operacional total. O monitoramento de vibração usando sondas de proximidade fornece indicação em tempo real da condição do rolamento e da estabilidade do rotor. A análise regular do óleo detecta o desgaste do rolamento através da contagem de partículas e da análise espectrométrica.