Dispositivo de cojinete, mecanismo de retención y procedimiento para retener al menos un patín de cojinete.

Un dispositivo de cojinete (30) que comprende:

un anillo (32) que tiene al menos una cabeza de retención (44);

al menos un patín (34) dispuesto en el interior del anillo (32) y que tiene una parte inferior rebajada (42) configurada para recibir la al menos una cabeza de retención (44), estando configurado el al menos un patín (34) para pivotar sobre la al menos una cabeza de retención (44); y un mecanismo de retención configurado para retener el al menos un patín (34) dentro de un volumen predeterminado en el interior del anillo (32) y para aplicar una fuerza de retención sobre el al menos un patín (34), además a una fuerza entre la al menos una cabeza de retención (44) y el al menos un patín (34), en el que la fuerza de retención actúa sustancialmente a lo largo de una dirección radial del anillo (32) hacia afuera de un centro del anillo (32) en el que el al menos un patín (34) incluye ranuras laterales (50) formadas en los lados del al menos un patín (34) y que se extienden a lo largo del perímetro del anillo (32), y el mecanismo de retención comprende:

unas placas de retención (38) que tienen salientes (52) configurados para ajustarse en las ranuras laterales (50) del al menos un patín (34) en el que los salientes (52) se extienden a lo largo de un lateral de las placas de retención (38) y tienen una altura más pequeña que un ancho de las ranuras laterales (50) del al menos un patín (34), de modo que el al menos un patín (34) tenga capacidad para pivotar sobre la al menos una cabeza de retención (44),

caracterizado porque

el mecanismo de retención comprende además:

muelles (70) dispuestos sobre las placas de retención (38) y configurados para aplicar una fuerza de solicitación sobre los laterales de las ranuras laterales (50) del al menos un patín (34).

Dispositivo de cojinete, mecanismo de retención y procedimiento para retener al menos un patín de cojinete

Antecedentes

Campo técnico

Las realizaciones de la materia objeto desvelada en el presente documento se refieren, en general, a procedimientos y sistemas y, más particularmente, a mecanismos y técnicas para retener patines dentro de un dispositivo de cojinete.

Explicación de los antecedentes

Las turbo máquinas están evolucionando y la última tecnología en este campo es hacer uso de cojinetes de alta velocidad. En muchas áreas del diseño de cojinetes, el diseño del sistema rotor-cojinete afecta directamente al rendimiento de la máquina. Los diseños tradicionales han proporcionado cojinetes con elementos de rodadura, por ejemplo, patines o zapatas que pueden pivotar alrededor de una cabeza de retención mientras soportan un rotor. Sin embargo, a elevadas velocidades y/o altas presiones, las capacidades de carga y límites de rigidez de los elementos de rodadura se exceden y por ello, el rendimiento y la esperanza de vida de la máquina se reduce. Por ejemplo, a velocidades periféricas por encima de la velocidad típica para una turbo máquina tradicional, los cojinetes de bolas colocados en los extremos del eje de rotación para adaptarse a los límites de velocidad del cojinete pueden conducir a un diseño de rotor súper crítico (es decir, funcionando por encima de la velocidad crítica) . A su vez, el diseño de un rotor súper crítico puede dar como resultado un rotor inestable que puede estar sometido a vibraciones subsíncronas destructivas e impredecibles y a grandes deflexiones radiales.

Mientras que las aplicaciones convencionales de una turbo máquina emplean una velocidad periférica tradicional, parece que una máquina que pudiera operar a velocidades más altas mejoraría el consumo de potencia y también la distribución de calor en los patines, entre otras ventajas. Sin embargo, estas velocidades más altas que las normales pueden contribuir a otros problemas que se explican a continuación.

Para reducir la fricción entre un rotor y un cojinete, se puede introducir aceite para separar los dos componentes de la máquina. En la técnica, el sistema es conocido como una chumacera. El eje y el cojinete son ambos en general simples cilindros pulidos con lubricante rellenando un espacio entre el extremo del eje y las zapatas del cojinete. En lugar de que el lubricante solamente "reduzca la fricción" entre las superficies del eje y las zapatas, permitiendo que uno deslice más fácilmente contra el otro, el lubricante es suficientemente espeso para que, una vez en rotación, las superficies no lleguen a estar en contacto en absoluto. Si se usa aceite, normalmente se suministra en un orificio en el cojinete bajo presión, como se realiza para los cojinetes bajo carga. Un ejemplo de ese tipo se muestra en el documento EP 0 368 558.

Otro ejemplo de ese tipo se muestra en la Figura 1, que es una ilustración de la Figura 2 de la Patente de Estados Unidos Nº 4.568.204, cuyo contenido completo se incorpora en el presente documento por referencia. La Figura 1 muestra la chumacera 10 que encierra un eje 12 que gira como se indica por la flecha 14. La chumacera 10 incluye cinco patines 16 que están retenidos en su sitio mediante un anillo 18. Cada patín 16 incluye un soporte de patín 20 insertado en una zona rebajada 22 del patín 16. El soporte de patín 20 se conecta a una inserción 24 que se fija al anillo 18. Cada soporte de patín 20 y la zona rebajada 22 tienen superficies esféricas en cooperación para permitir que el patín 16 pivote libremente en cualquier dirección para adaptarse a la superficie del eje 12 cuando gira. Además, la chumacera 10 tiene dispositivos de suministro de aceite 26 formados de modo regular en el interior del anillo 18 para el suministro de aceite entre los patines 16 y el eje 12.

Sin embargo, cuando gira el eje 12 con relación a los patines 16 con una velocidad de 80 m/s, la falta de alimentación de aceite es uno de los problemas encontrados en las turbo máquinas tradicionales. Este problema se agrava cuando se incrementa la velocidad periférica del eje. La falta de alimentación de aceite es la carencia de aceite suficiente para el eje de rotación y/o los patines de modo que la película de aceite entre el eje y los patines se interrumpa, lo que puede conducir a una elevada fricción entre el eje y los patines, conduciendo a una elevada temperatura y posteriores daños.

Otro problema que puede aparecer en las turbo máquinas tradicionales es la cavitación. La cavitación es la formación de burbujas de vapor en un líquido que fluye (aceite por ejemplo) en una zona en la que la presión del líquido cae por debajo de su presión de vapor. Cuando el rotor gira con una alta velocidad, la presión del aceite puede caer por debajo de su presión de vapor, conduciendo a la cavitación y formación de ondas de choque. Dado que las ondas de choque formadas por la cavitación son suficientemente fuertes para dañar significativamente las partes móviles, la cavitación es usualmente un fenómeno no deseable.

Dado que la velocidad periférica del eje de nuevas aplicaciones requiere velocidades por encima de 170 m/s, los problemas anteriormente resumidos han de ser acometidos y resueltos para que estas aplicaciones funcionen apropiadamente. Mientras que se han explicado los problemas anteriores en el contexto de chumaceras, estos problemas se encuentran en otros cojinetes en los que el eje gira con relación a los patines a altas velocidades.

En consecuencia, sería deseable proporcionar dispositivos, sistemas y procedimientos que eviten los problemas e inconvenientes anteriormente descritos así como otros comprendidos por los expertos en la materia tras la consideración de la materia objeto desvelada a continuación.

Resumen

De acuerdo con la invención, un dispositivo de cojinete comprende un anillo que tiene al menos una cabeza de retención; al menos un patín dispuesto en el interior del anillo y que tiene una parte inferior rebajada configurada para recibir la al menos una cabeza de retención, estando configurado el al menos un patín para pivotar sobre la al menos una cabeza de retención; y configurado un mecanismo de retención para retener el al menos un patín dentro de un volumen predeterminado en el interior del anillo y para aplicar una fuerza de retención sobre el al menos un patín, además de una fuerza entre la al menos una cabeza de retención y el al menos un patín, en el que la fuerza de retención actúa sustancialmente a lo largo de una dirección radial del anillo hacia afuera de un centro del anillo en el que el al menos un patín incluye ranuras laterales formadas en los lados del al menos un patín y que se extienden a lo largo del perímetro del anillo, y el mecanismo de retención comprende unas placas de retención que tienen salientes configurados para ajustarse en las ranuras laterales del al menos un patín. Y, en el que los salientes se extienden a lo largo de un lateral de las placas de retención y tienen una altura más pequeña que un ancho de las ranuras laterales del al menos un patín, de modo que el al menos un patín tenga capacidad para pivotar sobre la al menos una cabeza de retención, y el mecanismo de retención comprende además muelles dispuestos sobre las placas de retención y configurados para aplicar una fuerza de solicitación sobre los laterales de las ranuras laterales del al menos un patín.

La invención incluye también un procedimiento para retener al menos un patín dentro de un volumen predeterminado en el interior de un anillo de un dispositivo de cojinete.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos, que se incorporan en, y constituyen una parte de, la presente memoria, ilustran una o más realizaciones y, junto con la descripción, explican estas realizaciones. En los dibujos:

La Figura 1 es un diagrama esquemático de una chumacera convencional;

la Figura 2 es un diagrama esquemático de una chumacera de acuerdo con una realización ejemplar;

la Figura 3 es una vista transversal de la chumacera de la Figura 2 de acuerdo con una realización ejemplar;

la Figura 4 es una sección transversal a través de un patín de una chumacera de acuerdo con una realización ejemplar;

la Figura 5 es una vista en perspectiva del patín de la Figura 4 de acuerdo con una realización ejemplar;

la Figura 6 es un diagrama esquemático de un rotor que está soportado mediante una chumacera de acuerdo con una realización ejemplar;

la Figura 7 es una vista en perspectiva de un patín y un muelle de acuerdo con una realización ejemplar;

las Figuras 8 y 9 son diagramas esquemáticos de... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de cojinete (30) que comprende:

un anillo (32) que tiene al menos una cabeza de retención (44) ; al menos un patín (34) dispuesto en el interior del anillo (32) y que tiene una parte inferior rebajada (42) configurada para recibir la al menos una cabeza de retención (44) , estando configurado el al menos un patín

(34) para pivotar sobre la al menos una cabeza de retención (44) ; y un mecanismo de retención configurado para retener el al menos un patín (34) dentro de un volumen predeterminado en el interior del anillo (32) y para aplicar una fuerza de retención sobre el al menos un patín (34) , además a una fuerza entre la al menos una cabeza de retención (44) y el al menos un patín (34) , en el que la fuerza de retención actúa sustancialmente a lo largo de una dirección radial del anillo (32) hacia afuera de un centro del anillo (32) en el que el al menos un patín (34) incluye ranuras laterales (50) formadas en los lados del al menos un patín (34) y que se extienden a lo largo del perímetro del anillo (32) , y el mecanismo de retención comprende:

unas placas de retención (38) que tienen salientes (52) configurados para ajustarse en las ranuras laterales (50) del al menos un patín (34) en el que los salientes (52) se extienden a lo largo de un lateral de las placas de retención (38) y tienen una altura más pequeña que un ancho de las ranuras laterales (50) del al menos un patín (34) , de modo que el al menos un patín (34) tenga capacidad para pivotar sobre la al menos una cabeza de retención (44) ,

caracterizado porque

el mecanismo de retención comprende además:

muelles (70) dispuestos sobre las placas de retención (38) y configurados para aplicar una fuerza de solicitación sobre los laterales de las ranuras laterales (50) del al menos un patín (34) .

2. El dispositivo de cojinete de cualquier Reivindicación 1 precedente, en el que el mecanismo de retención comprende:

un collar (80) formado alrededor de un cuello (82) de la cabeza de retención (44) configurado para sujetarse a al menos un patín (34) , de modo que la fuerza de dislocación que actúa sobre el al menos un patín (34) sea disminuida por la fuerza de retención entre el collar (80) y la cabeza de retención (44) .

3. El dispositivo de cojinete de la Reivindicación 1 ó 2, en el que el mecanismo de retención comprende:

una fijación (90) a ser dispuesta a través de un orificio (92) sobredimensionado de la cabeza de retención (44) y sujeta a una zona de la parte de rebaje inferior (42) del al menos un patín (34) , en el que la fijación (90) está configurada para moverse en el interior del orificio sobredimensionado (92) , de modo que el al menos un patín

(34) pivote alrededor de la cabeza de retención (44) cuando la fijación (90) se atornilla en el interior del al menos un patín (34) .

4. Un procedimiento de retención del al menos un patín (34) dentro de un volumen predeterminado en el interior de un anillo (32) de un dispositivo de cojinete (30) , comprendiendo el procedimiento:

la disposición del al menos un patín (34) sobre una cabeza de retención (44) del anillo (32) , de modo que una zona inferior rebajada (42) del al menos un patín (34) se configura para recibir la cabeza de retención (44) , estando configurado el al menos un patín (34) para pivotar sobre la cabeza de retención (44) ; la retención del al menos un patín (34) con un mecanismo de retención que se configura para retener el al menos un patín (34) dentro del volumen predeterminado en el interior del anillo (32) ; la configuración del mecanismo de retención para aplicar una fuerza de retención sobre el al menos un patín

(34) cuando el dispositivo de cojinete (30) está en uso, además de una fuerza entre la cabeza de retención (44) y el al menos un patín (34) , en el que la fuerza de retención actúa sustancialmente a lo largo de una dirección radial del anillo (32) , hacia afuera de un centro del anillo (32) ; la formación en el al menos un patín (34) de ranuras laterales (50) formadas sobre los laterales del al menos un patín (34) y que se extienden a lo largo del perímetro del anillo (32) , y el mecanismo de retención está configurado para tener placas de retención (38) que tienen salientes (52) configurados para ajustar en las ranuras laterales (50) del al menos un patín (34) en el que los salientes (52) se extienden a lo largo de un lateral de las placas de retención (38) y tienen una altura más pequeña que un ancho de la ranuras laterales (50) del al menos un patín (34) , de modo que el al menos un patín (34) tenga capacidad para pivotar sobre la al menos una cabeza de retención (44) ,

caracterizado porque

el mecanismo retención se configura además para tener muelles (70) dispuestos sobre las placas de retención (38) y configurados para aplicar una fuerza de solicitación sobre los laterales de la ranuras laterales (50) del al menos un patín (34) .