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ZHEJIANG BHS JOURNAL BEARING CO.,LTD. situato nel distretto di FengXian di Shanghai, il bret dell'azienda "BHS", è un professionista produttori di cuscinetti reggispinta a cuscinetto inclinabile E Fabbrica di cuscinetti basculanti...
Nei processi criogenici, nel recupero dei liquidi da gas naturale e nei treni di recupero dell'energia, il turboespansore è spesso la macchina rotante più impegnativa dell'impianto. Funziona ad alta velocità, trasporta una massa del rotore relativamente leggera e deve rimanere stabile anche durante ampi cambiamenti di flusso, rapporto di pressione e temperatura. Queste tre caratteristiche, alta velocità, carico leggero e condizioni operative variabili, formano una combinazione che i normali cuscinetti idrodinamici gestiscono male. Un cuscinetto portante a profilo fisso può sviluppare vortici d'olio e poi fruscii d'olio, producendo vibrazioni subsincrone che possono crescere fino a quando l'orbita del rotore diventa instabile. Ecco perché Cuscinetti radiali del cuscinetto inclinabile dell'espansore sono ampiamente specificati per questa classe di macchinari.
Il cuscinetto portante del cuscinetto inclinabile per il servizio dell'espansore non è semplicemente un cuscinetto utilizzato sugli espansori. È un'architettura portante scelta perché i suoi cuscinetti possono muoversi. Ciascun cuscinetto ruota su un punto di articolazione, consentendo al cuscinetto di seguire il rotore al variare della velocità e del carico. Il risultato è una pellicola idrodinamica che rimane centrata e un rotore che resiste alle forze destabilizzanti che si accumulano ad alte velocità superficiali. In un turboespansore, il cuscinetto deve anche tollerare rapidi transitori durante l'avvio, l'arresto e l'interruzione del processo. Un cuscinetto che può inclinarsi è molto meglio equipaggiato per sopravvivere a questi eventi rispetto a un cuscinetto con foro rigido.
Un altro motivo per cui il lavoro dell'espansore è gravoso è il rapporto tra il diametro del rotore e la velocità. Per mantenere la velocità superficiale entro limiti ragionevoli, i rotori di espansione hanno spesso un diametro ridotto. Un piccolo perno che funziona ad alta velocità crea un sottile film d'olio con elevate velocità di taglio. Se il gioco del cuscinetto non viene controllato attentamente, la pellicola può diventare troppo calda o troppo sottile e il cuscinetto potrebbe perdere la sua capacità di carico. I cuscinetti radiali delle pastiglie inclinabili risolvono questo problema distribuendo il carico su più pastiglie e consentendo a ciascuna pastiglia di stabilire il proprio cuneo d'olio. Le sezioni seguenti spiegano le variabili di progettazione che contano di più nella scelta di questi cuscinetti per il servizio di espansione.
La caratteristica distintiva di un cuscinetto portante del cuscinetto inclinabile è che ciascun cuscinetto è libero di ruotare attorno a un perno. Quando il rotore gira, il cuscinetto si inclina fino a quando lo spazio convergente tra cuscinetto e perno genera un campo di pressione idrodinamica. Quel campo di pressione supporta il carico. Poiché il tampone può inclinarsi, il cuneo oleoso rimane stabile anche quando cambia la direzione del carico. In un cuscinetto fisso, il cuneo è fissato dalla geometria del foro e qualsiasi cambiamento nelle condizioni operative può spostare lo spessore minimo della pellicola in una posizione sfavorevole.
La stabilità negli espansori ad alta velocità dipende dalla soppressione delle vibrazioni subsincrone. La vibrazione subsincrona si verifica quando il rotore gira ad una frequenza inferiore alla velocità di funzionamento. Un cuscinetto a cuscinetto inclinabile riduce questo rischio perché i cuscinetti non creano le forti forze di accoppiamento incrociato di un cuscinetto a strisciamento. L'accoppiamento incrociato è la tendenza di un cuscinetto a spingere lateralmente il rotore quando viene spostato in una direzione. Interrompendo il film d'olio continuo attorno al perno, la disposizione delle pastiglie indebolisce l'accoppiamento incrociato e aumenta la soglia alla quale inizia l'instabilità.
Il gioco e il precarico sono le due variabili geometriche più sensibili in un cuscinetto portante del cuscinetto inclinabile dell'espansore. Il gioco è lo spazio diametrale tra il perno e la superficie della pastiglia. Il precarico è la quantità di cui il foro della pastiglia è inferiore al cerchio di gioco assemblato. Un precarico più elevato rende il cuscinetto più rigido e può migliorare la stabilità, ma aumenta anche la temperatura del film d'olio e aumenta la perdita di potenza. Un precarico inferiore riduce la temperatura ma può consentire un ampliamento dell'orbita del rotore.
Nel servizio di espansione, la finestra di gioco è stretta. Troppo gioco e il cuscinetto potrebbe scorrere con una pellicola spessa ma mal centrata, invitando a vorticare. Un gioco troppo piccolo fa sì che il film venga privato del flusso d'olio, provocando un rapido aumento della temperatura. Una linea guida comune nel settore prevede l'impostazione del precarico tra 0,3 e 0,5 per i cuscinetti espansori ad alta velocità, ma il valore finale deve essere controllato rispetto alla dinamica del rotore, alla temperatura di alimentazione dell'olio e alla direzione del carico. La tabella seguente riassume gli effetti pratici.
| Parametro | Effetto del valore inferiore | Effetto di valore più elevato | Considerazione sull'espansore |
|---|---|---|---|
| Precarica | Rigidità inferiore, temperatura più bassa | Maggiore rigidità, temperatura più elevata | Utilizzare un precarico sufficiente per sopprimere le vibrazioni subsincrone |
| Liquidazione | Maggiore flusso d'olio, film più fresco | Flusso di olio inferiore, film più caldo | Mantenere entro una finestra stretta per evitare vortici o surriscaldamento |
| Spessore del cuscinetto | Cuscinetto più flessibile | Fondello più rigido | Conformità del Balance Pad con la rigidità del perno |
Il metodo di lubrificazione ha un effetto diretto sulla perdita di potenza e sulla temperatura delle pastiglie negli espansori ad alta velocità. Nella lubrificazione a bagno d'acqua, l'alloggiamento del cuscinetto è pieno di olio e le pastiglie funzionano immerse. Questo approccio fornisce abbondante olio e un buon raffreddamento, ma crea anche perdite per sbattimento perché il rotore e le pastiglie devono spingere attraverso un grande volume di olio. Nella lubrificazione diretta, l'olio viene spruzzato o iniettato direttamente nell'ingresso della pastiglia. La fornitura di petrolio viene misurata, quindi le perdite di sbattimento diminuiscono in modo significativo e viene generato meno calore. La lubrificazione diretta è spesso preferita per i cuscinetti espansori dove la velocità superficiale è elevata e ogni kilowatt di perdita parassita è importante.
La scelta non è sempre semplice. La lubrificazione diretta richiede un'attenta progettazione dell'ugello e un filtraggio dell'olio, poiché un orifizio ostruito può indebolire una ventosa. La lubrificazione ad immersione è più tollerante ma meno efficiente. Molte installazioni di espansori utilizzano un approccio ibrido: lubrificazione diretta ai cuscinetti caricati e un'alimentazione controllata e allagata al lato scarico per il raffreddamento. La tabella seguente mette a confronto i due metodi.
| Attributo | Lubrificazione allagata | Lubrificazione Diretta |
|---|---|---|
| Volume dell'olio nell'alloggiamento | Alto | Da basso a moderato |
| Perdita di potenza agitata | Altoer | Più in basso |
| Controllo della temperatura del cuscinetto | Buono ma irregolare | Mirato ed efficiente |
| Rischio di carenza di petrolio | Basso | Altoer if nozzles clog |
| Utilizzo tipico dell'espansore | Unità più vecchie o a velocità inferiore | Alto-speed, efficiency-focused units |
L'elevata velocità di rotazione impone un limite alla velocità superficiale del perno. Se la velocità superficiale è troppo elevata, il film d'olio si taglia violentemente, la temperatura aumenta e il materiale del cuscinetto potrebbe degradarsi. Un modo per controllare la velocità di superficie è ridurre il diametro del perno. Tuttavia, un perno più piccolo riduce la capacità di carico del cuscinetto e rende anche più difficile il controllo del gioco in un cuscinetto con cuscinetto inclinabile multipezzo convenzionale. La variazione del gioco tra pastiglie e pastiglie può diventare una frazione significativa del gioco totale, compromettendo la stabilità.
Un cuscinetto a cuscinetto inclinabile integrale per elettroerosione a filo risolve questo problema. Invece di assemblare pastiglie separate in un alloggiamento, le pastiglie vengono tagliate da un unico pezzo di materiale del cuscinetto utilizzando la lavorazione con elettroerosione a filo. Il risultato è una struttura monopezzo con spaziatura precisa delle pastiglie e gioco costante. Le pastiglie rimangono collegate all'anello esterno tramite sottili nastri che fungono da perni. Questo design è particolarmente utile per i rotori di espansione di piccolo diametro e ad alta velocità perché mantiene uno stretto controllo del gioco senza le tolleranze di accumulo di un gruppo multi-pezzo.
Nota sulla selezione: Quando il prodotto tra il diametro del perno e la velocità di funzionamento supera un limite pratico di velocità superficiale, valutare un design del cuscinetto inclinabile per elettroerosione a filo integrale prima di aumentare il gioco.
La direzione del carico dell'espansore non è sempre fissa. Durante il normale funzionamento, il carico dominante può provenire dal peso del rotore o dalle forze di processo. Durante i transitori, il vettore del carico può ruotare. Un cuscinetto a quattro cuscinetti con angoli a 0, 90, 180 e 270 gradi ha una rigidità diversa in direzioni diverse. Un cuscinetto a cinque cuscinetti con una configurazione di carico tra cuscinetti spesso fornisce una rigidità più uniforme e una migliore stabilità quando la direzione del carico è incerta.
La scelta tra quattro e cinque pastiglie influisce anche sul flusso e sulla temperatura dell'olio. Più pastiglie significano più ingressi dell'olio e più superfici, il che può aumentare la resistenza ma anche migliorare la distribuzione del raffreddamento. Per gli espansori soggetti a frequenti inversioni di carico o ad un'ampia riduzione del flusso, una disposizione a cinque pad è spesso la scelta più sicura. Per una direzione del carico ben definita e la necessità di ridurre al minimo la perdita di potenza, può essere sufficiente un cuscinetto a quattro cuscinetti.
La lega Babbitt rimane il materiale di rivestimento standard per i cuscinetti radiali dei cuscinetti inclinabili dell'espansore. Offre eccellente incorporabilità e conformabilità, che aiuta il cuscinetto a tollerare piccoli disallineamenti e detriti. Tuttavia, Babbitt ha un limite massimo di temperatura limitato. Al di sopra di circa 120 gradi Celsius sulla superficie del tampone, la sua resistenza diminuisce e aumenta il rischio di pulitura. Negli espansori ad alta velocità, la temperatura delle pastiglie può avvicinarsi a tale limite se la lubrificazione è scarsa o il gioco è troppo stretto.
La progettazione del percorso del flusso di raffreddamento è quindi fondamentale. La lubrificazione diretta può fornire olio freddo direttamente all'ingresso della pastiglia. Alcuni cuscinetti includono anche canali di raffreddamento dietro la pastiglia per rimuovere il calore dal supporto in acciaio. L'obiettivo è mantenere la superficie Babbitt al di sotto del limite di sicurezza mantenendo al tempo stesso un film d'olio stabile. Se l'applicazione richiede temperature più elevate, si possono prendere in considerazione materiali di rivestimento alternativi, ma spesso compromettono una certa conformabilità.
I problemi ai cuscinetti dell'espansore raramente compaiono senza preavviso. Il monitoraggio delle condizioni può rilevare i primi segnali, ma per interpretarli è necessario comprendere il comportamento dei cuscinetti inclinabili. I segnali più comuni sono elencati di seguito.
Questi segnali non identificano una singola causa principale. Un aumento della temperatura potrebbe essere causato da un ugello dell'olio ostruito, da un cambiamento delle condizioni di processo o da un perno usurato. Un picco di vibrazione potrebbe provenire dal cuscinetto, dal rotore o da un giunto. La risposta corretta è raccogliere dati di tendenza, confrontarli con i valori di riferimento e coinvolgere uno specialista di cuscinetti in grado di interpretare il quadro completo. Tentare una riparazione senza tale analisi può peggiorare il problema.
Scegliere un fornitore per i cuscinetti radiali dei cuscinetti inclinabili ad espansione non è solo una questione di prezzo. Il fornitore deve comprendere la dinamica del rotore, il comportamento del film d'olio e le esigenze specifiche del servizio di espansione ad alta velocità. Un fornitore che cataloga solo cuscinetti standard potrebbe non essere in grado di fornire i dettagli di gioco, precarico e lubrificazione richiesti dal rotore.
Quando richiedi un preventivo, fornisci i seguenti parametri di funzionamento. Più i dati sono completi, più accurata sarà la selezione.
La capacità di personalizzazione è importante perché i cuscinetti espansori sono raramente articoli disponibili in commercio. Il fornitore dovrebbe essere in grado di regolare la geometria delle pastiglie, il design del perno e l'erogazione dell'olio per adattarli alla dinamica del rotore. Anche i tempi di consegna e la velocità del feedback tecnico sono importanti. Un fornitore che risponde lentamente durante la fase di selezione probabilmente risponderà lentamente durante un'interruzione dell'impianto.
Richiedi un preventivo per i cuscinetti radiali dei cuscinetti inclinabili dell'espansore. Invia i tuoi parametri operativi e ricevi un consiglio per la selezione con tempi di consegna e prezzi. Maggiori sono i dettagli forniti, più velocemente potrà iniziare la revisione tecnica.
Un cuscinetto portante liscio utilizza un foro fisso per generare il film d'olio. Un cuscinetto portante del cuscinetto inclinabile utilizza cuscinetti separati che ruotano per seguire il rotore. Ciò riduce le forze di accoppiamento incrociato e migliora la stabilità ad alta velocità, motivo per cui è preferito per gli espansori.
La lubrificazione diretta fornisce l'olio solo dove è necessario, riducendo le perdite per sbattimento e la temperatura delle pastiglie. La lubrificazione ad immersione fornisce più olio ma crea una maggiore resistenza e perdita di potenza, il che è indesiderabile nel funzionamento dell'espansore ad alta velocità.
Un precarico più elevato aumenta la rigidità del cuscinetto e può sopprimere le vibrazioni subsincrone, ma aumenta anche la temperatura del film d'olio. Il precarico inferiore funziona a temperature più basse ma può consentire orbite del rotore più grandi. Il valore corretto dipende dalla dinamica del rotore e dalla direzione del carico.
Consideratelo quando il diametro del perno è piccolo e la velocità è elevata, perché il controllo del gioco diventa difficile negli assemblaggi multi-pezzo. Un design integrale mantiene una spaziatura precisa delle pastiglie e un gioco costante senza tolleranze di accumulo.
Includere il diametro del perno, l'intervallo di velocità, l'entità e la direzione del carico, il metodo di lubrificazione, le condizioni di fornitura dell'olio, gli obiettivi di gioco e precarico, i limiti di spazio e i requisiti di monitoraggio. Ciò consente al fornitore di effettuare una selezione accurata.
Osservare l'aumento della temperatura delle pastiglie, i picchi di vibrazione subsincrona, la fluttuazione della pressione del film d'olio e i cambiamenti nell'orbita del rotore. Questi segnali richiedono l'analisi delle tendenze e la revisione di uno specialista prima di tentare qualsiasi riparazione.
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