Como selecionar os rolamentos radiais da almofada inclinável do expansor para estabilidade do turboexpansor em alta velocidade

Principais elementos de projeto de rolamentos radiais expansores

Como a geometria da plataforma inclinável cria estabilidade

A característica definidora de um mancal de apoio inclinável é que cada apoio é livre para girar em torno de um pivô. À medida que o rotor gira, a almofada se inclina até que a lacuna convergente entre a almofada e o munhão gere um campo de pressão hidrodinâmica. Esse campo de pressão suporta a carga. Como a pastilha pode inclinar-se, a cunha de óleo permanece estável mesmo quando a direção da carga muda. Em um rolamento fixo, a cunha é definida pela geometria do furo e qualquer alteração nas condições operacionais pode deslocar a espessura mínima do filme para um local desfavorável.

A estabilidade em expansores de alta velocidade depende da supressão da vibração subsíncrona. A vibração subsíncrona ocorre quando o rotor gira a uma frequência abaixo da velocidade de operação. Um rolamento de apoio inclinável reduz esse risco porque os apoios não criam as fortes forças de acoplamento cruzado que um rolamento de munhão simples cria. O acoplamento cruzado é a tendência de um rolamento empurrar o rotor lateralmente quando ele é deslocado em uma direção. Ao interromper a película contínua de óleo ao redor do munhão, o arranjo de almofadas enfraquece o acoplamento cruzado e aumenta o limite no qual a instabilidade começa.

Compensações de liberação e pré-carga

A folga e a pré-carga são as duas variáveis geométricas mais sensíveis em um mancal de apoio inclinável do expansor. A folga é a folga diametral entre o munhão e a superfície da almofada. A pré-carga é o valor pelo qual o furo da pastilha é menor que o círculo de folga montado. Uma pré-carga mais alta torna o rolamento mais rígido e pode melhorar a estabilidade, mas também aumenta a temperatura da película de óleo e aumenta a perda de potência. Uma pré-carga mais baixa reduz a temperatura, mas pode permitir que a órbita do rotor se torne maior.

No serviço de expansor, a janela de folga é estreita. Muita folga e o rolamento pode formar uma película espessa, mas mal centralizada, provocando turbilhonamento. Muito pouca folga e o filme fica sem fluxo de óleo, causando rápido aumento de temperatura. Uma diretriz comum da indústria é definir a pré-carga entre 0,3 e 0,5 para rolamentos expansores de alta velocidade, mas o valor final deve ser verificado em relação à dinâmica do rotor, à temperatura de fornecimento de óleo e à direção da carga. A tabela abaixo resume os efeitos práticos.

Método de Lubrificação: Inundado vs Dirigido

O método de lubrificação tem efeito direto na perda de potência e na temperatura da almofada em expansores de alta velocidade. Na lubrificação inundada, a caixa do rolamento é preenchida com óleo e as pastilhas ficam submersas. Esta abordagem proporciona óleo abundante e bom resfriamento, mas também cria perdas por agitação porque o rotor e as pastilhas devem empurrar um grande volume de óleo. Na lubrificação direcionada, o óleo é pulverizado ou injetado diretamente na entrada da pastilha. O fornecimento de petróleo é medido, de modo que as perdas por agitação diminuem significativamente e é gerado menos calor. A lubrificação direcionada é frequentemente preferida para rolamentos expansores onde a velocidade superficial é alta e cada quilowatt de perda parasita é importante.

A escolha nem sempre é simples. A lubrificação direcionada requer um design cuidadoso do bocal e filtragem de óleo, porque um orifício obstruído pode deixar a pastilha desnutrida. A lubrificação inundada é mais indulgente, mas menos eficiente. Muitas instalações de expansores utilizam uma abordagem híbrida: lubrificação direcionada para as pastilhas carregadas e um fornecimento inundado controlado para o lado descarregado para resfriamento. A tabela abaixo compara os dois métodos.