O que os rolamentos de impulso da bomba fazem e como selecionar o projeto correto

Como as almofadas inclináveis suportam carga axial

Um rolamento axial tem uma função principal: manter o rotor em sua posição axial correta enquanto ele transmite força dos impulsores e equilibra os componentes para a carcaça. Em um arranjo de almofadas inclináveis, esse trabalho é feito por um anel de almofadas individuais que ficam contra um colar fixado ao eixo. Entre o colar e cada almofada, uma fina película de óleo é puxada em uma cunha convergente à medida que o colar gira. A pressão nesse filme suporta a carga sem contato metal com metal.

O princípio de funcionamento por trás das almofadas inclináveis

O processo se repete continuamente durante a operação. Cada etapa depende da etapa anterior, e é por isso que pequenas alterações no fornecimento de óleo ou na folga podem ter um grande efeito no comportamento do rolamento.

1. O colar gira e arrasta o óleo para o espaço entre a face do colar e cada almofada.
2. A folga diminui na direção da rotação, de modo que a pressão aumenta na película de óleo.
3. Cada almofada inclina-se ligeiramente em seu pivô até atingir um ângulo de cunha estável.
4. A pressão distribui a carga axial por todas as pastilhas, em vez de concentrá-la em um ponto.
5. O calor gerado no filme é levado pelo óleo que flui continuamente através do rolamento.

Projetos equalizadores e não equalizadores

Duas famílias de layouts de almofadas inclináveis são comuns. Em projetos de equalização, os elos de nivelamento conectam as almofadas para que compartilhem a carga por meio de um equilíbrio mecânico. Em um rolamento axial não equalizador , cada almofada carrega sua própria parcela de carga e se ajusta de forma independente em seu pivô. A tabela abaixo resume as diferenças práticas que os engenheiros costumam considerar durante a seleção.

Especificações principais que moldam a seleção

As folhas de especificações para rolamentos axiais podem parecer densas, mas apenas alguns valores orientam a maioria das decisões. O tamanho do colar, a velocidade de rotação e o empuxo axial máximo definem o envelope básico. A contagem e o material dos blocos determinam como o envelope será entregue em serviço. As faixas abaixo refletem o escopo típico visto em aplicações de bombas centrífugas industriais.

Materiais: Base de Aço, Forro Babbitt e Conformidade

A almofada em si é geralmente feita de uma base de aço forte que resiste à deformação sob carga. As ligas de aço são amplamente utilizadas quando é necessária alta resistência, enquanto as ligas à base de cobre são escolhidas quando uma melhor condução de calor é valiosa. A superfície de trabalho é normalmente um forro de babbitt à base de estanho. Babbitt é macio o suficiente para incorporar pequenos detritos e se adaptar a pequenos desalinhamentos, o que protege o colar mais duro durante a inicialização e desligamento.

• Base de liga de aço: alta resistência estrutural sob carga axial pesada
• Base à base de cobre: melhor transferência de calor para longe do filme
• Forro Babbitt: embeddability and conformability during transient conditions
• Conformidade ambiental: produtos químicos de revestimento documentados para projetos regulamentados

Onde os rolamentos de encosto da bomba são usados

Os designs de almofadas de impulso aparecem sempre que uma bomba gera força axial significativa e precisa de suporte estável e de longo prazo. As demandas diferem de uma aplicação para outra, portanto a lógica de seleção deve refletir o contexto do processo em vez de um número de catálogo genérico.

Bombas de água de alimentação

As bombas de água de alimentação em plantas de energia e de processo operam em alta pressão e muitas vezes em alta velocidade. Eles experimentam ciclos térmicos frequentes durante a inicialização e mudanças de carga. Os rolamentos neste serviço devem tolerar oscilações de temperatura sem perder a estabilidade da película, e as equipes de manutenção geralmente esperam longos intervalos entre as inspeções.

Bombas de grau nuclear

Em serviços de nível nuclear, a documentação e a rastreabilidade são tão importantes quanto o desempenho mecânico. Os materiais, dimensões e registros de testes devem ser totalmente registrados e o projeto deve atender a rigorosos requisitos de qualidade. A seleção nesta área geralmente começa com os padrões de qualificação que se aplicam à planta, e não apenas com a curva da bomba.

Bombas Centrífugas Multiestágios

Bombas multiestágio, incluindo configurações de carcaça dividida comumente referidas por designações como BB3 e BB5, empilham impulsores em série. Cada estágio aumenta a força axial total, de modo que o impulso combinado pode se tornar grande mesmo quando os estágios individuais parecem modestos. Normalmente, é necessário um rolamento axial com área de pastilha suficiente e um suprimento de óleo bem projetado para gerenciar essa carga combinada com segurança.

Projetos de Retrofit e Substituição

Muitos rolamentos axiais são substituídos em vez de serem projetados do zero. O trabalho de modernização depende de medições precisas do alojamento existente, das dimensões do colar e das passagens de óleo. As janelas de desligamento costumam ser curtas, portanto, um pacote de dados completo e um processo claro de verificação de adequação reduzem o risco de atrasos. Nestes casos, combinar a geometria original e melhorar o fornecimento de óleo pode proporcionar um ganho significativo de confiabilidade.

Recursos de design que influenciam a confiabilidade

Dois rolamentos com o mesmo tamanho nominal podem ter desempenho muito diferente. Os detalhes do fornecimento de óleo, geometria da pastilha e ajuste do alojamento determinam como o filme se comporta em toda a faixa operacional. Os seguintes recursos são comumente usados ​​para julgar a qualidade de um design.

• Alimentação de óleo colocada perto da borda principal da almofada, para que o óleo frio alcance o filme antes de ser aquecido
• Amplas passagens de óleo que resistem ao entupimento causado por detritos finos transportados no sistema de lubrificação
• Arranjos sem anéis de vedação que reduzem a perda de energia e simplificam a montagem
• Menores perdas por atrito, o que ajuda a manter a temperatura operacional estável sob carga pesada
• Demanda reduzida de fluxo de óleo, o que permite um sistema de lubrificação menor e menos dispendioso

Projetos que combinam esses recursos tendem a apresentar menor aumento de temperatura e comportamento mais consistente quando a carga ou a velocidade mudam. A vantagem é especialmente perceptível em um rolamento axial de almofada inclinável operando próximo ao seu limite de carga, onde pequenas perdas na qualidade do filme podem rapidamente se tornar um problema de temperatura.

Guia de seleção passo a passo

Uma abordagem estruturada evita os erros de seleção mais comuns, como escolher o tamanho da pastilha antes de confirmar o impulso ou especificar um revestimento sem verificar o sistema de lubrificação. O fluxograma abaixo mostra uma ordem prática de decisões, seguida de notas sobre o que cada etapa deve abranger.

1. Defina o envelope operacional. Registre a velocidade, a carga axial normal e alterada, o tipo de bomba e o número de estágios. A falta de qualquer um desses valores distorcerá todos os cálculos posteriores.
2. Estime a faixa de empuxo. Inclua condições de partida, transitórias e fora do projeto, não apenas o ponto de operação nominal, porque esses casos geralmente definem a demanda real do rolamento.
3. Selecione a contagem de almofadas e o tamanho do colarinho. Mais almofadas geralmente melhoram o compartilhamento de carga e a estabilidade, enquanto colares maiores fornecem mais área para o filme, mas aumentam a velocidade da superfície.
4. Escolha o substrato e o forro. O material base deve atender às necessidades de resistência e transferência de calor, e o grau babbitt deve atender à carga esperada, temperatura e risco de contaminação.
5. Confirme o sistema de óleo. O rolamento é tão bom quanto o óleo fornecido a ele, portanto, a filtragem, a vazão e a temperatura de alimentação devem ser verificadas antes da finalização do projeto.

Quando um retrofit estiver envolvido, adicione mais uma verificação: compare o novo envelope do rolamento com o alojamento existente e as passagens de óleo. Mesmo uma pequena diferença na espessura ou na localização da porta pode causar problemas de ajuste ou fluxo que são caros para serem corrigidos após a instalação.

Solução de problemas comuns

Problemas de rolamentos axiais raramente aparecem sem aviso prévio. As tendências de temperatura, os espectros de vibração e as condições do óleo geralmente mostram mudanças muito antes da falha. O reconhecimento precoce destes padrões permite uma intervenção planeada em vez de uma reparação de emergência.

Vibração devido a carga axial desequilibrada

Quando a carga axial não é compartilhada uniformemente entre as pastilhas, uma ou mais pastilhas podem suportar mais força do que o projeto pretendido. Isto produz um filme instável e pode aparecer como vibração elevada em velocidade de operação ou em harmônicos. A verificação do equilíbrio do rotor, do torque dos parafusos da carcaça e da folga axial geralmente é o primeiro passo.

Superaquecimento das almofadas de impulso

Um aumento sustentado na temperatura da pastilha geralmente indica fluxo de óleo restrito, folga incorreta ou carga excessiva. Comparar leituras de placas individuais é mais informativo do que observar apenas a média, porque uma única placa quente pode revelar um problema de alimentação localizado.

Desgaste de Babbitt e danos à superfície

As superfícies Babbitt podem apresentar marcas, manchas ou corrosão. Essas marcas geralmente são causadas por detritos no óleo, uma película muito fina durante a partida ou parada, ou contato causado por desalinhamento. A inspeção dos filtros de óleo e a revisão dos procedimentos de inicialização geralmente revelam a causa raiz.

Preparando informações para uma cotação precisa

Os fornecedores só podem recomendar um projeto sólido quando recebem informações operacionais completas. Dados incompletos muitas vezes levam a suposições conservadoras que aumentam o custo ou o prazo de entrega. Um pacote de dados claro encurta a revisão técnica e produz uma proposta mais realista.

1. Tipo de bomba, número de estágios e velocidade nominal
2. Valores de empuxo axial normais, máximos e transitórios
3. Desenhos de rolamentos ou dimensões de mancais existentes, se o trabalho for uma substituição
4. Detalhes do sistema de lubrificação, incluindo qualidade do óleo, vazão e temperatura de alimentação
5. Requisitos de qualidade ou documentação aplicáveis à planta

Perguntas frequentes