COJINETE DE LEVITACIÓN FLUÍDICA.

El cojinete de levitación fluídica por repulsión inversa objeto de la invención sustenta radial y/o axialmente rotores mediante levitación fluídica conseguida por repulsión inversa hidrostática,

o tracción mecánica hidrostática. El estator está dotado en las zonas de sustentación radial y axial del rotor de huecos o cámaras rellenadas con un fluido a presión (normalmente aceite) que es inyectado a través de orificios restrictores de fluido que capacita al rotor para sustentarse en una posición auto-levitante y evitar el contacto entre el estátor y el rotor, de modo que al separarse el rotor del estátor aumenta la fuga de fluido contribuyendo a la disminución de presión del fluido y a la aproximación del rotor al estátor, con lo que se estabiliza en una posición auto-levitante de equilibrio.

Cojinete de levitación fluídica.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es la sustentación radial y axial de rotores de máquinas rotativas (tanto ejes verticales como horizontales) , mediante levitación fluídica conseguida por repulsión inversa fluídica incluyendo la hidrostática. Consiste en someter un rotor a fuerzas de sustentación por tracción mecánica fluídica o hidrostática autocompensada en lugar de a compresión. Con esta invención se consiguen características mecánicas (rigidez y amortiguamiento) muy superiores a las que poseen los cojinetes hidrostáticos convencionales sustentados por repulsión directa.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención pertenece al sector industrial de la sustentación mecánica de máquinas rotativas, tales como turbinas, bombas, compresores y máquinas herramientas. En particular, la invención se refiere a un cojinete del tipo de levitación fluídica por repulsión inversa donde las fuerzas sustentadoras actúan en sentido desde el interior hacia el exterior del rotor de forma radial y/o axial.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El término hidrostático se refiere a que los cojinetes soportados por un fluido (sin contacto rotor-estator) se denominan hidrostáticos, en tanto que los cojinetes de fricción se denominan hidrodinámicos.

El objetivo de la sustentación hidrostática asociado con la lubricación hidrostática es formar una película de lubricante entre los elementos de fricción para evitar el desgaste y los movimientos bruscos durante los impactos (stick-slip) . Para ello se someten las superficies de posible contacto mecánico e inherente fricción a una presión hidrostática de un fluido como aceite o gas mediante bombeo a presión. Con ello, los elementos de potencial fricción permanecen separados incluso cuando la máquina permanece inmóvil. Tradicionalmente gozan de ventajas frente a los cojinetes hidrodinámicos; tienen un alto grado de estabilidad y amortiguación, ciclo de vida muy largo, ausencia total del efecto producido por los impactos mecánicos (stick-slip) , eliminación del desgaste de la superficie de deslizamiento, gran de estabilidad térmica, alta seguridad en los impactos y precisión de posicionamiento absoluta.

Existe una amplia gama de cojinetes hidrostáticos desde hace varias décadas en los que las fuerzas hidrostáticas responsables de la sustentación del rotor operan a compresión, es decir operan actuando en sentido orientado desde el exterior hacia el interior del rotor, tanto radial como axialmente.

Se muestra en las figuras 1 (a) , 2 (a) , 3 (a) y 4 (a) ejemplos de cojinetes conocidos. En estos cojinetes se trata de posicionar el eje o rotor en su centro de presión, que normalmente puede coincidir con el centro de simetría. Esta técnica presenta el inconveniente de contribuir a la desestabilización del rotor debido a la existencia de fuerzas axiales asociadas con componentes radiales dinámicas, así como fuerzas radiales asociadas con componentes axiales dinámicas. Como consecuencia de ello, ante el movimiento de rotación del rotor asociado al inherente desequilibrio dinámico, da lugar a la consecuente vibración del rotor.

En el estado actual de la técnica relacionada con los cojinetes hidrostáticos solamente se conocen aquellos en los que la presión hidrostática actúa por compresión, es decir desde el exterior hacia el interior del rotor, sometiendo el rotor a esfuerzos de compresión. En cambio, no se conocen cojinetes de sustentación por levitación fluídica que trabajen a tracción o repulsión inversa.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un cojinete de levitación fluídica que incluye un rotor y un estátor y una pluralidad de cámaras alojadas entre el rotor y el estátor, disponiendo dichas cámaras de al menos un canal de suministro fluido y estando configuradas para ejercer una fuerza de tracción en el rotor cuando existe un fluido a presión en su interior.

El cojinete objeto de la invención puede incluir un canal de retorno para evacuar el fluido sobrante. Dicho canal de retorno se puede formar entre el rotor y el estátor, al menos parcialmente.

El cojinete puede incluir un conjunto de cámaras para ejercer una fuerza de tracción axial y/o radial en el rotor. El fluido empleado puede ser líquido, por ejemplo aceite, o bien gas como aire.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Para iniciar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una clara comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integral de la misma, un juego de figuras en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:

Figura 1 (a) . Estructura conocida de un cojinete hidrostático axial de repulsión directa cuyo rotor trabaja a compresión.

Figura 1 (b) . Estructura según la invención de un cojinete hidrostático axial de repulsión inversa cuyo rotor trabaja a tracción.

Figura 2 (a) . Estructura conocida de un cojinete hidrostático radial de repulsión directa cuyo rotor trabaja a compresión.

Figura 2 (b) . Estructura según la invención de un cojinete hidrostático radial de repulsión inversa cuyo rotor trabaja a tracción.

Figura 3 (a) . Estructura conocida de un cojinete hidrostático axial y de repulsión directa cuyo rotor trabaja a compresión.

Figura 3 (b) . Estructura según la invención de un cojinete hidrostático axial y radial de repulsión inversa cuyo rotor trabaja a tracción.

Figura 4 (a) . Estructura conocida de un cojinete hidrostático radial-axial de repulsión directa cuyo rotor trabaja a compresión.

Figura 4 (b) . Estructura según la invención de un cojinete hidrostático radial-axial de repulsión inversa cuyo rotor trabaja a tracción.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE

Varios ejemplos de cojinetes de levitación fluídica por repulsión inversa cuyo funcionamiento se hace de acuerdo con la presente invención se ilustran en las figuras 1 (b) , 2 (b) , 3 (b) y 4 (b) . Estos cojinetes presentan características mecánicas (rigidez y amortiguamiento) muy superiores a las que ostentan los cojinetes hidrostáticos tradicionales descritos a su vez en las figuras 1 (a) , 2 (a) , 3 (a) y 4 (a) . Esto es debido a que las fuerzas fluídicas sustentadoras del rotor (1) operan ejerciendo tracción mecánica provocada por repulsión inversa, es decir las fuerzas sustentadoras actúan en sentido desde el interior hacia el exterior del rotor tanto radial como axialmente, tratando de posicionar el rotor en su centro de fuerzas de tracción.

Esta técnica presenta la ventaja de contribuir a la estabilización del rotor (1) debido a que las fuerzas axiales dinámicas asociadas con componentes radiales y las fuerzas radiales dinámicas asociadas con componentes axiales solicitan al rotor desde su centro de presión hacia el exterior en las direcciones radial y axial provocando un incremento natural de rigidez mecánica.

Los cojinetes de levitación fluídica por repulsión inversa objeto de la invención realizan la sustentación radial y/o axial de rotores de máquinas rotativas mediante levitación fluídica conseguida por repulsión inversa o tracción mecánica del rotor, tanto hidrostática como neumo-estática, dependiendo de si el fluido de trabajo es líquido o gaseoso, donde las fuerzas generadas por el fluido presurizado, sustentan el rotor en una posición de equilibrio auto-levitante, solicitando el rotor desde su centro de tracción hacia el exterior en sentido radial y/o axial, o lo que es igual, desde su centro de tracción hacia sus extremos y/o su periferia.

El estátor (2) o carcasa está dotada de unas cámaras o huecos de sustentación (5) , (6) o (11) ubicadas en las zonas de sustentación radial y axial del rotor. Los citados huecos o cámaras de sustentación (5) , (6) o (11) contienen el fluido de sustentación a presión variable capaces de sustentar el rotor (1) sin contacto físico con el estátor (2) . Aclarar que la presión es variable en las cámaras de sustentación debido a las fugas de fluido por los huelgos de sustentación, pero es constante entre la bomba o compresor y los orificios restrictores.

El fluido de sustentación (líquido o gas según el modelo) es inyectado a alta presión a través de orificios restrictores (4) de fluido. Dicho fluido se introduce a presión mediante una bomba en el caso de un fluido líquido o mediante un compresor para un fluido neumático (no mostrados en las figuras) como el aire consiguiendo un efecto auto-levitante del rotor respecto al estátor o carcasa que evita el contacto entre el estátor (2) o carcasa y el rotor (1) , de forma...

1. Cojinete de levitación fluídica que comprende un rotor (1) y un estátor (2) y una pluralidad de cámaras (5, 6, 11) alojadas entre el rotor (1) y el estátor (2) , disponiendo dichas cámaras (5, 6, 11) de al menos un canal (7) de suministro fluido caracterizado por que dichas cámaras (5, 6, 11) están configuradas, cuando existe un fluido a presión en su interior, para ejercer una fuerza de tracción en el rotor (1) .

2. Cojinete según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un canal de retorno (8) configurado para evacuar el fluido sobrante.

3. Cojinete según la reivindicación 2, caracterizado por que, al menos parcialmente, el canal de retorno (8) se forma entre el rotor (1) y el estátor (2) .

4. Cojinete según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un conjunto de cámaras (6, 11) están configuradas para ejercer una fuerza de tracción axial en el rotor (1) .

5. Cojinete según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un conjunto de cámaras (5, 11) están configuradas para ejercer una fuerza de tracción radial en el rotor (1) .

6. Cojinete según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un conjunto de cámaras (11) están configuradas para ejercer una fuerza de tracción en el rotor (1) , con componentes axial y radial no nulas.

7. Cojinete según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el fluido empleado es líquido.

8. Cojinete según la reivindicación 7, caracterizado por que el líquido es aceite.

9. Cojinete según una cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por que comprende una bomba para mantener el líquido a presión.

10. Cojinete según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 6, caracterizado por que el fluido empleado es gas.

11. Cojinete según la reivindicación 10, caracterizado por que el gas empleado es aire.

12. Cojinete según una cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado por que comprende un compresor para mantener el gas a presión.