Cojinete de retenida para una máquina eléctrica.

Cojinete de retenida para recoger un árbol de rotor (23) de una máquina eléctrica (20),

en donde el cojinete deretenida presenta un anillo exterior de cojinete (2) y un anillo interior de cojinete (5), en donde entre el anillo exteriorde cojinete y el anillo interior de cojinete (2, 5) se ha introducido al menos un elemento de deslizamiento (7), queestá pretensado en la dirección radial del cojinete de retenida, en donde el anillo exterior de cojinete (2) y el anillointerior de cojinete (5) están fabricados con acero y en donde tanto la superficie interior (13) del anillo exterior decojinete (2) como una superficie de rozamiento exterior adyacente del al menos un elemento de deslizamiento (7)están fabricadas de tal modo, que se obtiene un coeficiente de rozamiento por deslizamiento en un margen de 0,05a 0,15, o la superficie exterior (14) del anillo interior de cojinete (5) y una superficie de rozamiento interior (15) quehace contacto del al menos un elemento de deslizamiento (7) están fabricadas de tal modo, que se obtiene uncoeficiente de rozamiento por deslizamiento en un margen de 0,05 a 0,15.

Cojinete de retenida para una máquina eléctrica La invención se refiere a un cojinete de retenida para recoger un árbol de rotor de una máquina eléctrica, en donde el cojinete de retenida presenta un anillo exterior de cojinete y un anillo interior de cojinete. Asimismo la invención se refiere a una máquina eléctrica, en especial una turbomáquina, con el menos un cojinete de retenida de este tipo. La máquina eléctrica presenta, para el pivotamiento operacional del árbol de rotor, en especial cojinetes magnéticos.

Las máquinas eléctricas, en especial los motores eléctricos rotatorios así como generadores, necesitan cojinetes para alojar el árbol de rotor. Normalmente se utilizan para esto rodamientos, como rodamientos de bolas o de rodillos.

Estos cojinetes ya no son ventajosos para grandes máquinas eléctricas, es decir por ejemplo máquinas con una masa superior a una tonelada y una potencia nominal eléctrica superior a 500 kW, en especial de varios megavatios. Esto se refiere en especial a máquinas eléctricas que presentan un número de revoluciones máximo superior a 4.000 rpm, como es el caso por ejemplo en compresores o bombas. El motivo de ello es el desgaste que aumenta desproporcionadamente de los rodamientos, conforme aumenta el número de revoluciones de la máquina eléctrica. La consecuencia es una sustitución regular de los rodamientos así como una retirada del servicio de la máquina eléctrica y de las piezas de instalación ligadas a la misma.

Otro inconveniente de los rodamientos es que los rodamientos tienen que engrasarse o lubricarse regularmente. En los campos de la protección de la naturaleza o de la protección del agua esto tiene como consecuencia que para el accionamiento de compresores, bombas, etc., las máquinas eléctricas con rodamientos sólo deben hacerse funcionar bajo estrictas condiciones medioambientales.

Para solucionar los problemas antes citados se utilizan cojinetes magnéticos activos en lugar de rodamientos. Estos cojinetes evitan los inconvenientes de los rodamientos como rozamiento, mala amortiguación y desgaste. Mediante los continuos avances en el campo de la técnica de computación y regulación así como de la electrónica de potencia, los cojinetes magnéticos activos de este tipo son muy dinámicos y estables con relación a la regulación. Es posible un pivotamiento sin contacto, sin desgaste y estable en el caso de números de revoluciones muy elevados. Otra ventaja es que la rigidez y la amortiguación del cojinete magnético activo pueden ajustarse electrónicamente. Mediante la eliminación de la lubricación en otro caso necesaria los cojinetes magnéticos activos no tienen aceite ni grasa y por ello pueden usarse especialmente en campos de aplicación sensibles al medio ambiente. En uso operacional se mantiene un entrehierro dentro de un margen de 0, 1 mm a 0, 5 mm entre el cojinete magnético y el árbol de rotor a montar.

Debido que a causa del sistema puede prescindirse de un cojinete magnético activo están previstos cojinetes de retenida, los cuales pueden alojar el árbol de rotor en el caso de averiarse el cojinete magnético o en general en el caso de desconectarse la instalación eléctrica. El cojinete de retenida presenta para esto un diámetro interior insignificantemente mayor en comparación con el diámetro del árbol de rotor, de tal modo que el árbol de rotor, en el caso del pivotamiento magnético operacional, no toca el cojinete de retenida. Habitualmente el cojinete de retenida está alojado en la región del respectivo extremo de árbol de rotor en la carcasa de montante de la máquina eléctrica. Si por el contrario el árbol de rotor está configurado como árbol hueco, el diámetro exterior del cojinete de retenida es insignificantemente menor que el diámetro interior del árbol hueco, de tal modo que el árbol de rotor puede recogerse por su lado interior.

En el caso de avería de un cojinete magnético el árbol de rotor cae en el cojinete de retenida. Con ello existe el riesgo de que el rotor entre en un llamado “backward whirl” y que ruede a lo largo de la superficie interior del cojinete de retenida. Al contrario que en el movimiento del rotor con sincronización de giro, en el que el desvío del rotor se realiza sincrónicamente con la excitación de desequilibrio periférica, en el caso de backward whirl el rotor recorre la órbita en sentido opuesto al giro del rotor con muy gran amplitud. Con ello se superpone un porcentaje de giro sincronizado con amplitud mucho más pequeña, de tal modo que se obtiene una órbita elíptica. Esto tiene como consecuencia que actúan fuerzas muy grandes sobre rotor y estator, que pueden destruir la máquina en un tiempo muy corto.

El riesgo del backward whirl aumenta conforme crece el valor de rozamiento por deslizamiento entre el árbol de rotor y el cojinete de retenida. Mediante el uso de rodamientos puede evitarse en gran medida el riesgo a causa del valor de rozamiento por deslizamiento muy reducido.

Sin embargo, los rodamientos no son apropiados para en un caso de avería recoger rotores grandes y pesados, ya que entre cuerpos rodantes y anillos de cojinete en el caso de rodamientos de bolas sólo existe un contacto puntual y, en el caso de rodamientos de rodillos, sólo un contacto lineal con presiones superficiales muy altas como consecuencia de ello. Estas elevadas cargas pueden dañar los rodamientos y bloquear el cojinete.

Por este motivo se usan actualmente cojinetes de rozamiento seco como cojinetes de retenida. En los cojinetes de rozamiento seco el contacto de rozamiento tiene lugar directamente entre el árbol de rotor rotatorio y la capa de rozamiento del cojinete de rozamiento seco. Mediante una elección de material adecuada, como por ejemplo mediante la utilización de aleaciones de bronce especiales para la capa de rozamiento, es posible evitar en gran medida un backward whirl.

En esta solución existe el inconveniente de que, en especial en el primer choque del árbol de rotor contra el cojinete de retenida, se producen elevadas presiones superficiales. El motivo de esto es el diferente diámetro del cojinete de rozamiento seco y del árbol de rotor. A esto hay que añadir la plena velocidad de rozamiento que actúa simultáneamente en la región de contacto. Esta carga extrema conduce a que la superficie de rozamiento, compuesta presumiblemente por una aleación de cobre, en el caso de rodar el árbol de rotor hasta el cojinete de retenida, se funde y se sedimenta sobre el árbol de rotor. Esta exige un retoque mecánico del árbol de rotor después de unos pocos rodajes del árbol de rotor hasta el cojinete de retenida. Aparte de esto se requiere una desconexión de la máquina eléctrica así como de las partes de instalación ligadas a la misma.

Del documento del género expuesto US2004/240759A1 se conoce un cojinete de retenida para recoger un árbol de rotor de una máquina eléctrica. El cojinete de retenida presenta un anillo exterior de cojinete. Entre el anillo exterior de cojinete y el árbol de rotor se han introducido elementos de deslizamiento, que están pretensados en la dirección radial del cojinete de retenida.

Del documento EP 0 381 336 A1 se conoce un cojinete de deslizamiento, que presenta un anillo exterior de cojinete, un anillo interior de cojinete y un anillo de deslizamiento. El anillo de deslizamiento está dispuesto entre el anillo exterior de cojinete y el anillo interior de cojinete. Se desliza tanto con relación al anillo exterior de cojinete como con relación al anillo interior de cojinete. El anillo interior de cojinete, el anillo exterior de cojinete y el anillo de deslizamiento se componen de cerámica.

Del documento US 2004/063 826 A1 se conoce un cojinete de deslizamiento, que presenta un anillo exterior de cojinete y un anillo interior de cojinete. El anillo interior de cojinete de desliza en el anillo exterior de cojinete.

Una tarea de la invención consiste en indicar un cojinete de retenida, que haga posible un gran número de rodajes del árbol de rotor hasta el cojinete de retenida.

Otra tarea de la invención consiste en indicar una máquina eléctrica apropiada con al menos un cojinete de retenida de este tipo.

Esta tarea es resuelta mediante un cojinete de retenida para recoger un árbol de rotor conforme a la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas 2 a 10 se indican formas de ejecución ventajosas. En la reivindicación 11 se indica una máquina eléctrica apropiada. En las reivindicaciones 12 a 14 están contenidas formas de ejecución ventajosas de la máquina eléctrica.

Conforme a la invención se ha introducido entre en anillo exterior de cojinete y el anillo interior de cojinete al menos un elemento de deslizamiento,... [Seguir leyendo]

1. Cojinete de retenida para recoger un árbol de rotor (23) de una máquina eléctrica (20) , en donde el cojinete de retenida presenta un anillo exterior de cojinete (2) y un anillo interior de cojinete (5) , en donde entre el anillo exterior de cojinete y el anillo interior de cojinete (2, 5) se ha introducido al menos un elemento de deslizamiento (7) , que está pretensado en la dirección radial del cojinete de retenida, en donde el anillo exterior de cojinete (2) y el anillo interior de cojinete (5) están fabricados con acero y en donde tanto la superficie interior (13) del anillo exterior de cojinete (2) como una superficie de rozamiento exterior adyacente del al menos un elemento de deslizamiento (7) están fabricadas de tal modo, que se obtiene un coeficiente de rozamiento por deslizamiento en un margen de 0, 05 a 0, 15, o la superficie exterior (14) del anillo interior de cojinete (5) y una superficie de rozamiento interior (15) que hace contacto del al menos un elemento de deslizamiento (7) están fabricadas de tal modo, que se obtiene un coeficiente de rozamiento por deslizamiento en un margen de 0, 05 a 0, 15.

2. Cojinete de retenida según la reivindicación 1, caracterizado porque se han introducido elementos elásticos que actúan radialmente entre el al menos un elemento de deslizamiento (7) y el anillo exterior de cojinete, respectivamente el anillo interior de cojinete (2, 5) , para aplicar la tensión previa.

3. Cojinete de retenida según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el al menos un elemento de deslizamiento

(7) presenta una o más cámaras de muelles (8) para alojar en cada caso un elemento elástico.

4. Cojinete de retenida según la reivindicación 3, caracterizado porque el elemento elástico es un muelle de platillo.

5. Cojinete de retenida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se ha introducido un gran número de elementos de deslizamiento (7) en forma de segmentos anulares, entre el anillo exterior de cojinete y el anillo interior de cojinete (2, 5) del cojinete de retenida.

6. Cojinete de retenida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un elemento de deslizamiento (7) está producido con acero o una cerámica.

7. Cojinete de retenida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el caso de que la superficie interior (13) del anillo exterior de cojinete (2) y una superficie de rozamiento exterior que hace contacto, del al menos un elemento de deslizamiento (7) , estén fabricadas de tal modo que se obtiene un coeficiente de rozamiento por deslizamiento en un margen de 0, 05 a 0, 15, se aplica una capa de deslizamiento (11) sobre la superficie de rozamiento exterior del al menos un elemento de deslizamiento (7) y/o sobre la superficie interior (13) del anillo exterior de cojinete (2) .

8. Cojinete de retenida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el caso de que la superficie exterior (14) del anillo interior de cojinete (5) y una superficie de rozamiento interior (15) que hace contacto, del al menos un elemento de deslizamiento (7) , estén fabricadas de tal modo que se obtiene un coeficiente de rozamiento por deslizamiento en un margen de 0, 05 a 0, 15, se aplica una capa de deslizamiento (11) sobre la superficie de rozamiento interior (15) del al menos un elemento de deslizamiento (7) y/o sobre la superficie exterior

(14) del anillo interior de cojinete (5) .

9. Cojinete de retenida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie interior (6) del anillo interior de cojinete (5) y la superficie exterior del árbol de rotor (23) a alojar de la máquina eléctrica (20) están fabricadas de tal modo, que en caso de recogida se obtiene un coeficiente de rozamiento por adherencia de al menos 0, 4.

10. Cojinete de retenida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cojinete de retenida es un cojinete de rozamiento seco.

11. Máquina eléctrica, en especial turbomáquina, con al menos un cojinete de retenida (1) según una de las reivindicaciones anteriores.

12. Máquina eléctrica según la reivindicación 11, caracterizada porque la máquina eléctrica (20) presenta al menos un cojinete magnético (24) para el pivotamiento operacional del árbol de rotor (23)

13. Máquina eléctrica según la reivindicación 11 ó 12, caracterizada porque la máquina eléctrica es un motor eléctrico o un generador.

14. Máquina eléctrica según la reivindicación 13, caracterizada porque la potencia nominal eléctrica de la máquina eléctrica es de al menos 500 kW.