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ZHEJIANG BHS JORNAL BEARING CO., LTD. localizado no distrito de FengXian de Xangai, o irmão da empresa "BHS", é um profissional fabricantes de rolamentos axiais de almofada basculante e Fábrica de rolamentos de pastilhas basculantes...
Equipamentos rotativos como turbinas, compressores e bombas dependem muito de como o rotor é apoiado dentro da carcaça da máquina. O tipo de rolamento escolhido afeta diretamente a estabilidade do rotor, o comportamento de vibração e a velocidade máxima que a máquina pode atingir com segurança. Duas grandes categorias dominam as máquinas rotativas industriais: rolamentos de geometria fixa, onde a superfície do rolamento é um único arco rígido, e rolamentos de almofadas inclináveis , onde a superfície de suporte é dividida em várias almofadas móveis independentemente.
Esta distinção não é um pequeno detalhe de design. Ele muda o comportamento da película de óleo sob carga, a forma como o rotor responde às perturbações e a quantidade de folga que os engenheiros devem incluir no projeto para evitar instabilidade. A compreensão dessas diferenças ajuda os engenheiros a selecionar o tipo de rolamento correto ao especificar novos equipamentos ou solucionar problemas recorrentes de vibração.
Um rolamento de pastilhas inclináveis substitui o único furo contínuo de um rolamento fixo por um conjunto de pastilhas individuais dispostas ao redor do eixo. Cada almofada repousa sobre um ponto de articulação e pode balançar ligeiramente em resposta às forças geradas pelo eixo giratório. Esta ação giratória permite que cada pastilha forme sua própria cunha de óleo convergente, independente das demais.
O projeto aparece em duas configurações principais, dependendo da direção da carga suportada.
Suporta cargas radiais perpendiculares ao eixo do eixo. Múltiplas almofadas circundam o eixo, cada uma gerando uma película hidrodinâmica localizada que reage à posição do eixo em tempo real.
Suporta cargas axiais ao longo do eixo do eixo. As almofadas são dispostas em um padrão circular voltado para o colar de impulso, cada uma inclinada para manter uma espessura ideal da película de óleo conforme a carga e a velocidade mudam.
O princípio de funcionamento baseia-se na lubrificação hidrodinâmica, o mesmo fenômeno físico que rege qualquer mancal de filme fluido. À medida que o eixo gira, ele arrasta o óleo para uma lacuna estreita entre ele e a superfície do rolamento, gerando pressão que levanta e centraliza o eixo sem contato metal com metal.
Em um rolamento fixo, essa cunha se forma ao longo de um único arco fixo, o que significa que a distribuição de pressão é ditada inteiramente pela geometria do furo. Em um mancal de apoio inclinável, cada apoio ajusta seu próprio ângulo em relação à superfície do eixo com base na pressão local do filme, de modo que o formato da cunha é auto-otimizado em cada localização do apoio e em cada condição operacional.
Como cada pastilha reage de forma independente, um rolamento de pastilha inclinável se comporta efetivamente como vários rolamentos pequenos trabalhando juntos, em vez de uma superfície rígida contínua.
O diagrama abaixo ilustra como um rolamento fixo forma uma única cunha de óleo contínua em comparação com a forma como um rolamento de almofada inclinável forma múltiplas cunhas independentes ao redor do eixo.
Os rolamentos fixos funcionam bem em muitas aplicações de uso geral, mas à medida que a velocidade do rotor aumenta, eles se tornam propensos a um fenômeno de vibração autoexcitada, comumente conhecido como turbilhão de óleo e, em maior gravidade, chicote de óleo. Essa instabilidade ocorre porque a película de óleo em um rolamento fixo pode desenvolver uma rigidez de acoplamento cruzado que alimenta o movimento do rotor com energia, em vez de amortecê-lo.
Os rolamentos de apoio inclináveis eliminam em grande parte esse efeito de acoplamento cruzado. Como cada almofada é livre para girar, ela não pode transmitir uma força tangencial sustentada de volta ao eixo, como acontece com um furo rígido. Esta é a principal razão pela qual os mancais de apoio inclináveis são a escolha padrão para turbomáquinas de alta velocidade.
| Característica | Rolamento Fixo | Rolamento de almofada inclinável |
|---|---|---|
| Estabilidade da película de óleo em alta velocidade | Propenso a turbilhões de óleo acima de certos limites de velocidade | Inerentemente mais estável devido à resposta independente do pad |
| Rigidez de acoplamento cruzado | Presente e pode gerar instabilidade | Mínimo, uma vez que as almofadas não podem sustentar o acoplamento tangencial |
| Complexidade mecânica | Simples, menos peças móveis | Mais complexo, requer pivôs e almofadas individuais |
| Capacidade de carga por unidade de área | Moderado | Comparável ou superior, dependendo da contagem e do design dos pads |
| Faixa de aplicação típica | Bombas e ventiladores de uso geral | Turbinas, compressores, bombas de alta velocidade |
| Manutenção e inspeção | Mais simples de inspecionar e substituir | Requer atenção ao desgaste do pivô e ao alinhamento das pastilhas |
As cargas axiais em máquinas rotativas surgem de diferenciais de pressão entre impulsores, forças de engrenagens helicoidais ou do peso de um rotor orientado verticalmente. Um mancal axial de almofada inclinável aborda essas cargas com o mesmo princípio de autocompensação aplicado aos mancais de encosto, mas orientado para resistir ao movimento ao longo do eixo do eixo.
Cada almofada de impulso inclina-se para formar uma película convergente entre ela e o colar de impulso rotativo. Como as pastilhas podem ser ajustadas de forma independente, a distribuição de carga em todo o anel de pastilhas tende a ser mais uniforme do que uma superfície de impulso fixa pode alcançar, especialmente quando o colar não é perfeitamente perpendicular ao eixo devido a tolerâncias de fabricação ou crescimento térmico.
| Tipo de equipamento | Fonte de carga axial típica |
|---|---|
| Compressores centrífugos | Diferencial de pressão entre os estágios do impulsor |
| Turbinas a vapor e a gás | Forças de reação da lâmina e expansão térmica |
| Bombas verticais | Peso do conjunto rotativo mais impulso hidráulico |
| Caixas de engrenagens com engrenagens helicoidais | Componente axial gerada pelo ângulo do dente da engrenagem |
A vibração em equipamentos rotativos geralmente se origina da interação entre a dinâmica do rotor e a rigidez do rolamento e as propriedades de amortecimento. Um rolamento de munhão de almofada inclinável reduz a vibração através de vários mecanismos interligados, em vez de um único recurso.
Como as pastilhas distribuem a resposta da carga ao redor de toda a circunferência, em vez de concentrarem as forças de reação em um arco, a rigidez e o amortecimento globais apresentados ao rotor tornam-se mais uniformes em todas as direções. Essa uniformidade é uma das principais razões pelas quais as amplitudes de vibração medidas em máquinas com rolamentos de almofadas inclináveis tendem a permanecer mais planas em uma faixa de velocidade mais ampla em comparação com máquinas com rolamentos fixos, onde os picos de amplitude podem aparecer acentuadamente perto de certas velocidades críticas.
Os dados de campo coletados em vários trens de compressores de alta velocidade mostraram que a conversão de rolamentos fixos para rolamentos de pastilhas inclináveis durante um redesenho da dinâmica do rotor pode reduzir a amplitude de vibração na primeira velocidade crítica por uma margem substancial, muitas vezes trazendo leituras dentro dos critérios de aceitação padrão onde o projeto original do rolamento fixo tinha valores marginais ou com falha.
Sim. A capacidade de alta velocidade é uma das principais razões da existência deste tipo de rolamento. O parâmetro relevante rastreado pelos engenheiros é o produto da velocidade da superfície do eixo e do diâmetro do rolamento, geralmente expresso como um valor DN. Os rolamentos fixos tendem a atingir seu limite de estabilidade em valores DN mais baixos porque a velocidade limite de giro é uma função direta da geometria e da folga do rolamento.
Os rolamentos de pastilhas inclináveis aumentam significativamente esse limite porque o termo de rigidez de acoplamento cruzado que induz turbilhão é amplamente removido do sistema. É por isso que os mancais de apoio inclináveis são equipamentos padrão em aplicações como turbinas a vapor, grupos geradores de turbina a gás, compressores centrífugos de alta velocidade e bombas multiestágios operando bem acima das faixas de velocidade onde os mancais fixos permanecem estáveis.
Nem toda máquina requer um rolamento de apoio inclinável. A seleção deve ser baseada nas condições operacionais, em vez de assumir que o projeto mais complexo é sempre a melhor escolha.
A velocidade operacional permanece bem abaixo do limite de estabilidade, a direção da carga é constante e a aplicação tolera uma manutenção mais simples com menos componentes de precisão.
A máquina opera em alta velocidade relativa, sofre carga variável ou leve, ou já apresentou instabilidade de vibração que se correlaciona com uma frequência de turbilhonamento próxima à metade da velocidade de operação.
Quando uma máquina equipada com rolamentos de pastilhas inclináveis desenvolve problemas térmicos ou de vibração, a causa raiz geralmente está relacionada à condição da pastilha, ao fornecimento de lubrificação ou ao alinhamento, e não ao projeto fundamental do rolamento.
| Sintoma | Causa provável |
|---|---|
| Temperatura elevada do rolamento | Fluxo de óleo insuficiente ou viscosidade do lubrificante degradada |
| Componente de vibração subsíncrona | Desgaste do pivô da pastilha reduzindo a resposta de auto-alinhamento |
| Padrão de desgaste irregular das pastilhas | Desalinhamento do eixo ou distribuição desigual de carga |
| Aumento repentino de vibração na inicialização | Película de óleo insuficiente durante operação em baixa velocidade |
O monitoramento de rotina da temperatura do metal do rolamento e dos espectros de vibração continua sendo a maneira mais confiável de detectar o desenvolvimento do desgaste da pastilha antes que ele progrida para uma falha funcional.
Os rolamentos de almofadas inclináveis são rolamentos hidrodinâmicos feitos de várias almofadas independentes que giram para formar películas de óleo autoajustáveis, usadas para suportar cargas radiais ou axiais em equipamentos rotativos.
Cada almofada gira em resposta à pressão local da película de óleo, permitindo formar uma cunha convergente ideal conforme a velocidade do eixo e a mudança de carga, o que mantém o eixo centralizado sem contato metal com metal.
Eles eliminam em grande parte a rigidez do acoplamento cruzado que causa turbilhão e oscilação do óleo em rolamentos fixos, permitindo que as máquinas funcionem de forma estável em velocidades muito mais altas.
Ao distribuir a resposta da carga uniformemente em torno do eixo e minimizar as forças de acoplamento cruzado, eles produzem rigidez e amortecimento mais uniformes, o que nivela a resposta à vibração em toda a faixa de velocidade operacional.
Sim, eles são projetados especificamente para aplicações de alta velocidade e são padrão em turbinas, compressores e bombas de alta velocidade onde os rolamentos fixos se tornariam instáveis.
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