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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...
Em máquinas rotativas, as cargas axiais geradas por impulsores, rotores e forças hidráulicas devem ser suportadas por um componente dedicado. Durante décadas, a solução padrão foi uma almofada inclinável com face de babbitt ou um segmento fixo sobre uma película de óleo. Esses projetos funcionam bem, mas dependem muito da qualidade do lubrificante, do procedimento de inicialização e da estabilidade térmica. Quando as condições de operação se afastam do ponto de projeto, uma almofada com face metálica pode arranhar, manchar ou emperrar em um curto período.
É por isso que muitas equipes de design estão agora avaliando rolamentos ptfe e peek como uma alternativa prática. As soluções com face de polímero mantêm o suporte de aço e a geometria de inclinação em que os engenheiros já confiam, enquanto substituem a superfície deslizante por um material que tolera lubrificação limite, partidas a seco e contaminação breve muito melhor do que o metal branco convencional.
Este artigo explica como os rolamentos axiais de apoio basculante em polímero são construídos, compara as duas principais famílias de polímeros, descreve os benefícios de desempenho importantes no campo e oferece uma estrutura prática para escolher o material de revestimento correto para bombas, motores verticais e turbomáquinas.
A rolamento axial de almofada inclinável é um rolamento liso segmentado. Um conjunto de almofadas fica ao redor da circunferência de um colar ou corredor preso ao eixo. Cada almofada é livre para girar em uma ponta ou suporte esférico, de modo que pode adotar o pequeno ângulo necessário para aspirar o lubrificante para uma abertura em forma de cunha. Este princípio hidrodinâmico permite que o rolamento suporte cargas axiais pesadas sem depender de uma superfície rígida e perfeitamente alinhada.
Em uma versão de polímero, cada almofada consiste em um suporte metálico, geralmente aço, e uma camada de polímero ligada ou retida mecanicamente na face de trabalho. O transportador fornece rigidez e um ponto de fixação confiável para o pivô. A camada de polímero é a parte em contato com o rotor e governa a maior parte do comportamento de atrito e desgaste.
A geometria do pivô é tão importante quanto o material de revestimento. Pivôs pontuais, pivôs esféricos e pivôs flexíveis alteram a forma como uma almofada responde à carga e a pequenos desalinhamentos. Os engenheiros geralmente especificam o tipo de pivô junto com a contagem de pastilhas, que normalmente varia de cinco a doze, dependendo do diâmetro do eixo e da carga.
Uma face babbitt convencional depende de uma espessa película de óleo para evitar contato na inicialização e em baixa velocidade. Uma face de polímero pode aceitar contato limite intermitente sem danos imediatos. Isso não significa que o rolamento possa funcionar sem lubrificação, mas dá ao projetista uma margem de segurança mais ampla quando a velocidade é baixa, a carga é alta ou o fornecimento de óleo é brevemente interrompido.
Ambos os materiais são polímeros de alto desempenho usados em aplicações exigentes de rolamentos, mas se comportam de maneira diferente. A seleção deve basear-se no envelope operacional e não numa preferência geral por um material.
O PTFE oferece atrito muito baixo e excelente resistência a uma ampla gama de produtos químicos. Sua superfície libera contaminantes prontamente e é comparativamente tolerante durante partidas secas ou quase secas. Sua principal limitação é mecânica. Sob alta carga compressiva sustentada, ele se arrasta mais do que os termoplásticos projetados de alto desempenho, por isso se adapta melhor a cargas e temperaturas moderadas.
PEEK tem maior rigidez, melhor resistência à fluência e desempenho mais forte em temperaturas elevadas. Muitas vezes é selecionado para cargas mais pesadas, velocidades mais altas e aplicações onde a estabilidade dimensional é crítica. Seu atrito em condições secas é geralmente maior que o do PTFE, portanto o projeto de lubrificação ao seu redor tem mais peso.
| Propriedade | Revestimento de PTFE | Revestimento PEEK |
|---|---|---|
| Tendência de fricção | Muito baixo | Baixo a moderado |
| Fluência sob carga sustentada | Superior | Inferior |
| Resistência química | Excelente | Muito bom |
| Tolerância ao início a seco | Excelente | Bom |
| Faixa de carga típica | Moderado | Moderado to heavy |
| Faixa de temperatura típica | Moderado | Superior |
Uma regra prática: quando predominam arranques frequentes e meios de comunicação agressivos, o PTFE é normalmente o primeiro candidato. Quando a carga, a velocidade e a temperatura dominam, o PEEK é geralmente a escolha mais segura.
O valor de um rolamento axial de almofada basculante de polímero aparece mais claramente durante eventos transitórios. Partida, desligamento, oscilações de carga e pequenas interrupções de lubrificação são os momentos em que as pastilhas com face metálica são mais vulneráveis, e são os momentos em que uma face sólida de polímero oferece a maior margem.
O baixo atrito reduz a geração de calor na interface. Em um rolamento axial de pastilhas inclináveis de alta velocidade, isso é importante porque o calor que não é removido rapidamente pode afinar a película de óleo e acelerar o desgaste. Uma face de polímero com baixa tendência de atrito ajuda a manter a temperatura da interface estável e sua resistência à adesão reduz o risco de gripagem quando o rotor perde brevemente o suporte hidrodinâmico total.
Muitas aplicações de bombas e processos envolvem fluidos que atacam superfícies metálicas ou degradam lubrificantes. Os revestimentos de polímero resistem a uma ampla variedade de meios, o que os torna adequados para bombas de plantas químicas e equipamentos que lidam com água com sólidos dissolvidos. A resistência também protege o rotor do desgaste que geralmente ocorre após o desgaste assistido por corrosão.
O design da almofada inclinável permite que cada almofada ajuste seu ângulo sob carga. Este auto-alinhamento produz uma lacuna convergente que atrai o óleo para a zona de contato e forma uma película estável. Quando a face do polímero é combinada com esta geometria, o rolamento pode suportar uma força axial substancial enquanto ainda tolera os pequenos desalinhamentos que ocorrem durante a instalação e o crescimento térmico.
Os rolamentos axiais de polímero aparecem sempre que um eixo giratório transmite força axial e as condições de operação tornam as pastilhas com face metálica um compromisso. Cada ambiente apresenta um equilíbrio diferente de carga, velocidade e química dos fluidos, razão pela qual nenhum material de revestimento é ideal em todos os lugares.
Considere uma bomba vertical em uma estação de tratamento de água que funciona com partidas frequentes durante picos de demanda. Em um caso representativo deste tipo, as almofadas de impulso originais do babbitt apresentaram desgaste após repetidos eventos de partida a seco. Depois de mudar para um arranjo de almofada inclinável de polímero com revestimento de PTFE, os danos iniciais diminuíram, porque a superfície tolerou curtos períodos de contato limite sem transferir material para o colar.
Os engenheiros que revisam um rolamento axial de polímero pela primeira vez geralmente começam com o material e trabalham de trás para frente. Uma abordagem mais confiável é definir primeiro o envelope operacional e deixar que a escolha do revestimento siga a partir dele. A sequência abaixo é um ponto de partida viável para a maioria das tarefas de bombas e motores.
O PTFE é adequado para cargas moderadas, partidas frequentes, meios agressivos e aplicações onde o menor atrito possível é mais importante do que a máxima rigidez. É também uma escolha forte onde a contaminação é provável, porque a sua superfície tolera melhor detritos ocasionais do que muitas alternativas.
O PEEK é preferível quando a carga é pesada, a velocidade é alta ou a temperatura aumenta significativamente. Sua resistência à fluência mantém a geometria da pastilha estável durante longos intervalos de manutenção, o que ajuda a manter a folga convergente da qual depende o projeto de inclinação.
Mesmo o melhor material de revestimento tem um desempenho ruim se a instalação for descuidada. O nivelamento do rotor, o acabamento superficial e o alinhamento influenciam a rapidez com que um rolamento axial de almofada inclinável de polímero atinge uma operação estável. Lubrificante limpo e um procedimento de rodagem controlado são igualmente importantes.
Um período de amaciamento controlado permite que a superfície do polímero se adapte suavemente ao corredor. Durante esta fase, a carga e a velocidade devem ser aumentadas em etapas, e a temperatura e a vibração devem ser registradas em cada etapa. O carregamento abrupto antes do estabelecimento do filme é a causa mais comum de desgaste precoce evitável.
Os rolamentos de PTFE e PEEK oferecem uma maneira prática de combinar a geometria comprovada dos rolamentos axiais de pastilhas inclináveis com revestimentos que toleram as condições que mais frequentemente danificam as pastilhas metálicas. A escolha certa depende de uma imagem clara da carga, velocidade, temperatura, meio e comportamento de inicialização. Os engenheiros que definem essas condições antecipadamente tendem a selecionar revestimentos que tenham um desempenho confiável durante toda a vida útil da máquina.
A principal vantagem é a tolerância. Uma face de polímero pode aceitar um breve contato de limite durante a inicialização, desligamento e operação em baixa velocidade, sem o desgaste imediato que geralmente afeta as pastilhas com face de metal. Isto proporciona uma margem operacional mais ampla e reduz as consequências de uma lubrificação imperfeita.
O PTFE geralmente apresenta menor tendência de atrito em condições secas ou quase secas. No entanto, o PEEK pode ser a melhor escolha quando a carga, a velocidade ou a temperatura são altas, porque sua rigidez e resistência à fluência mantêm a geometria da pastilha estável. A escolha correta depende do envelope operacional completo.
Bombas verticais de turbina e grandes bombas centrífugas são exemplos comuns, particularmente onde o empuxo hidráulico é significativo e o fornecimento de lubrificação pode ser interrompido durante a partida ou desligamento. O rolamento deve ser compatível com a magnitude do impulso e o fluido que está sendo bombeado.
Em muitos casos sim, mas a geometria do suporte, o tipo de pivô, o acabamento do corredor e a folga devem ser revisados primeiro. Um retrofit deve ser tratado como uma mudança de engenharia, com o novo revestimento verificado em relação aos dados reais de carga, velocidade e temperatura da máquina.
Um mancal liso axial transporta carga axial através de uma interface deslizante que depende de um filme lubrificante, em vez de através de elementos rolantes. Os rolamentos lisos geralmente toleram bem cargas de choque e altas velocidades e não sofrem fadiga de rolamento, mas requerem atenção cuidadosa à lubrificação e às condições da superfície.
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