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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...
Le apparecchiature rotanti come turbine, compressori e pompe dipendono fortemente dal modo in cui il rotore è supportato all'interno dell'involucro della macchina. Il tipo di cuscinetto scelto influisce direttamente sulla stabilità del rotore, sul comportamento alle vibrazioni e sulla velocità massima che la macchina può raggiungere in sicurezza. Due grandi categorie dominano le macchine rotanti industriali: cuscinetti a geometria fissa, dove la superficie del cuscinetto è un unico arco rigido, e cuscinetti a tampone inclinabile , dove la superficie portante è suddivisa in più cuscinetti mobili indipendentemente.
Questa distinzione non è un dettaglio di progettazione minore. Cambia il modo in cui il film d'olio si comporta sotto carico, il modo in cui il rotore risponde ai disturbi e il livello di gioco che gli ingegneri devono integrare nel progetto per evitare instabilità. Comprendere queste differenze aiuta gli ingegneri a selezionare il tipo di cuscinetto corretto quando specificano nuove apparecchiature o risolvono problemi di vibrazioni ricorrenti.
Un cuscinetto a pattino inclinabile sostituisce il foro singolo continuo di un cuscinetto fisso con una serie di pattini individuali disposti attorno all'albero. Ciascun cuscinetto poggia su un punto di articolazione e può oscillare leggermente in risposta alle forze generate dall'albero rotante. Questa azione di rotazione consente a ciascuna pastiglia di formare il proprio cuneo d'olio convergente, indipendente dagli altri.
Il design appare in due configurazioni principali a seconda della direzione del carico supportato.
Supporta carichi radiali perpendicolari all'asse dell'albero. Numerosi cuscinetti circondano l'albero, ciascuno generando una pellicola idrodinamica localizzata che reagisce alla posizione dell'albero in tempo reale.
Supporta carichi assiali lungo l'asse dell'albero. I pattini sono disposti secondo uno schema circolare rivolto verso il collare reggispinta, ciascuno inclinabile per mantenere uno spessore ottimale del film d'olio al variare del carico e della velocità.
Il principio di funzionamento si basa sulla lubrificazione idrodinamica, lo stesso fenomeno fisico che governa qualsiasi cuscinetto a film fluido. Mentre l'albero ruota, trascina l'olio in uno spazio sempre più stretto tra sé e la superficie del cuscinetto, generando una pressione che solleva e centra l'albero senza contatto metallo con metallo.
In un cuscinetto fisso, questo cuneo si forma lungo un singolo arco fisso, il che significa che la distribuzione della pressione è dettata interamente dalla geometria del foro. In un cuscinetto portante del cuscinetto inclinabile, ciascun cuscinetto regola il proprio angolo rispetto alla superficie dell'albero in base alla pressione locale della pellicola, quindi la forma del cuneo si auto-ottimizza in ogni posizione del cuscinetto e in ogni condizione operativa.
Poiché ciascun cuscinetto reagisce in modo indipendente, un cuscinetto inclinabile si comporta effettivamente come diversi piccoli cuscinetti che lavorano insieme, piuttosto che come una superficie rigida continua.
Il diagramma seguente illustra come un cuscinetto fisso forma un unico cuneo d'olio continuo rispetto a come un cuscinetto a cuscinetto inclinabile forma più cunei indipendenti attorno all'albero.
I cuscinetti fissi funzionano bene in molte applicazioni generiche, ma all'aumentare della velocità del rotore, diventano soggetti a un fenomeno di vibrazione autoeccitata comunemente noto come vortice d'olio e, a gravità più elevata, fruscio d'olio. Questa instabilità si verifica perché il film d'olio in un cuscinetto fisso può sviluppare una rigidità accoppiata incrociata che alimenta energia nel movimento del rotore anziché smorzarlo.
I cuscinetti del cuscinetto inclinabile eliminano in gran parte questo effetto di accoppiamento incrociato. Poiché ciascuna pastiglia è libera di ruotare, non può trasmettere una forza tangenziale sostenuta nell'albero come può fare un foro rigido. Questo è il motivo principale per cui i cuscinetti portanti a pattini inclinabili sono la scelta predefinita per le turbomacchine ad alta velocità.
| Caratteristico | Cuscinetto fisso | Cuscinetto inclinabile |
|---|---|---|
| Stabilità del film d'olio ad alta velocità | Incline a vortici d'olio al di sopra di determinate soglie di velocità | Intrinsecamente più stabile grazie alla risposta indipendente del pad |
| Rigidità accoppiata incrociata | Presente e può portare instabilità | Minimo, poiché i cuscinetti non possono sostenere l'accoppiamento tangenziale |
| Complessità meccanica | Semplici, meno parti mobili | Più complesso, richiede perni e cuscinetti individuali |
| Capacità di carico per unità di superficie | Moderato | Paragonabile o superiore, a seconda del numero di cuscinetti e del design |
| Campo di applicazione tipico | Pompe e ventilatori per uso generale | Turbine, compressori, pompe ad alta velocità |
| Manutenzione e ispezione | Più semplice da ispezionare e sostituire | Richiede attenzione all'usura del perno e all'allineamento delle pastiglie |
I carichi assiali nelle macchine rotanti derivano dai differenziali di pressione tra le giranti, dalle forze degli ingranaggi elicoidali o dal peso di un rotore orientato verticalmente. Un cuscinetto reggispinta a cuscinetto inclinabile affronta questi carichi con lo stesso principio di autoallineamento applicato ai cuscinetti portanti, ma orientato per resistere al movimento lungo l'asse dell'albero.
Ciascun cuscinetto reggispinta si inclina per formare una pellicola convergente tra sé e il collare reggispinta rotante. Poiché i pattini possono essere regolati in modo indipendente, la distribuzione del carico sull'intero anello dei pattini tende ad essere più uniforme di quanto può ottenere una superficie di spinta fissa, in particolare quando il collare non è perfettamente perpendicolare all'albero a causa di tolleranze di produzione o di crescita termica.
| Tipo di attrezzatura | Tipica fonte di carico assiale |
|---|---|
| Compressori centrifughi | Differenziale di pressione tra gli stadi della girante |
| Turbine a vapore e a gas | Forze di reazione della pala e dilatazione termica |
| Pompe verticali | Peso del gruppo rotante più spinta idraulica |
| Riduttori con ingranaggi elicoidali | Componente assiale generata dall'angolo del dente dell'ingranaggio |
Le vibrazioni nelle apparecchiature rotanti spesso hanno origine dall'interazione tra la dinamica del rotore e la rigidità dei cuscinetti e le proprietà di smorzamento. A Cuscinetto portante del cuscinetto inclinabile riduce le vibrazioni attraverso diversi meccanismi interconnessi anziché una singola funzione.
Poiché i pattini distribuiscono la risposta del carico attorno all'intera circonferenza anziché concentrare le forze di reazione su un arco, la rigidità e lo smorzamento complessivi presentati al rotore diventano più uniformi in ogni direzione. Questa uniformità è uno dei motivi principali per cui le ampiezze delle vibrazioni misurate su macchine con cuscinetti a pattini inclinabili tendono a rimanere più piatte in un intervallo di velocità più ampio rispetto alle macchine con cuscinetti fissi, dove i picchi di ampiezza possono apparire bruscamente vicino a determinate velocità critiche.
I dati sul campo raccolti su vari treni di compressori ad alta velocità hanno dimostrato che la conversione da cuscinetti fissi a cuscinetti a cuscinetti inclinabili durante una riprogettazione della dinamica del rotore può ridurre l'ampiezza delle vibrazioni alla prima velocità critica di un margine sostanziale, spesso portando le letture ben entro i criteri di accettazione standard laddove il design originale del cuscinetto fisso aveva valori marginali o difettosi.
Sì. La capacità di alta velocità è uno dei motivi principali per cui esiste questo tipo di cuscinetto. Il parametro rilevante monitorato dagli ingegneri è il prodotto della velocità della superficie dell'albero e del diametro del cuscinetto, spesso espresso come valore DN. I cuscinetti fissi tendono a raggiungere il limite di stabilità a valori DN inferiori perché la velocità di soglia del vortice è una funzione diretta della geometria e del gioco del cuscinetto.
I cuscinetti inclinabili spingono questa soglia significativamente più in alto perché il termine di rigidità accoppiata incrociata che induce vortici è in gran parte rimosso dal sistema. Questo è il motivo per cui i cuscinetti portanti a cuscinetti inclinabili sono apparecchiature standard in applicazioni quali turbine a vapore, gruppi elettrogeni con turbine a gas, compressori centrifughi ad alta velocità e pompe multistadio che funzionano ben al di sopra delle gamme di velocità in cui i cuscinetti fissi rimangono stabili.
Non tutte le macchine richiedono un cuscinetto a pattino inclinabile. La selezione dovrebbe basarsi sulle condizioni operative piuttosto che dare per scontato che il design più complesso sia sempre la scelta migliore.
La velocità operativa rimane ben al di sotto della soglia di stabilità, la direzione del carico è costante e l'applicazione tollera una manutenzione più semplice con meno componenti di precisione.
La macchina funziona a velocità relativa elevata, è soggetta a carichi variabili o leggeri o ha precedentemente mostrato instabilità delle vibrazioni correlata a una frequenza di vortice pari a circa la metà della velocità di funzionamento.
Quando una macchina dotata di cuscinetti a pastiglie inclinabili sviluppa vibrazioni o problemi termici, la causa principale è spesso legata alle condizioni delle pastiglie, alla fornitura di lubrificazione o all'allineamento piuttosto che alla progettazione fondamentale del cuscinetto.
| Sintomo | Probabile causa |
|---|---|
| Temperatura dei cuscinetti elevata | Flusso di olio insufficiente o viscosità del lubrificante ridotta |
| Componente di vibrazione subsincrona | L'usura del perno della pastiglia riduce la risposta autoallineante |
| Modello di usura irregolare delle pastiglie | Disallineamento dell'albero o distribuzione non uniforme del carico |
| Aumento improvviso delle vibrazioni all'avvio | Film d'olio insufficiente durante il funzionamento a bassa velocità |
Il monitoraggio di routine della temperatura del metallo dei cuscinetti e degli spettri di vibrazione rimane il modo più affidabile per individuare lo sviluppo dell'usura delle pastiglie prima che si trasformi in un guasto funzionale.
I cuscinetti a pattini inclinabili sono cuscinetti idrodinamici costituiti da diversi pattini indipendenti che ruotano per formare pellicole d'olio autoregolanti, utilizzati per supportare carichi radiali o assiali in apparecchiature rotanti.
Ciascun cuscinetto ruota in risposta alla pressione locale del film d'olio, consentendogli di formare un cuneo convergente ottimale al variare della velocità dell'albero e del carico, mantenendo l'albero centrato senza contatto metallo con metallo.
Eliminano in gran parte la rigidità dell'accoppiamento incrociato che provoca vortici e fruscii d'olio nei cuscinetti fissi, consentendo alle macchine di funzionare stabilmente a velocità molto più elevate.
Distribuendo uniformemente la risposta al carico attorno all'albero e riducendo al minimo le forze di accoppiamento incrociato, producono rigidità e smorzamento più uniformi, che appiattiscono la risposta alle vibrazioni nell'intervallo di velocità operativa.
Sì, sono progettati specificamente per applicazioni ad alta velocità e sono standard in turbine, compressori e pompe ad alta velocità in cui i cuscinetti fissi diventerebbero instabili.
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