Tipos de cojinetes sin contacto en turbocompresores

Los rodamientos juegan un papel fundamental en cualquier pieza de maquinaria rotativa. No solo soportan la carga del conjunto del eje giratorio, sino que también mitigan la fricción generada entre las partes móviles y estacionarias. Los tipos comunes de rodamientos incluyen rodamientos de bolas tradicionales, rodamientos de rodillos y rodamientos de rodillos cónicos. Estos cojinetes son aceptables para equipos que funcionan a velocidades normales, pero están limitados a funcionar a velocidades muy altas debido a la cantidad de calor generado. Para operar maquinaria rotativa a más de 10 000 revoluciones por minuto (RPM), se necesita una solución diferente para evitar fallas prematuras.

Introduzca rodamientos sin contacto. Como sugiere el nombre, estos rodamientos permiten que el conjunto giratorio se apoye sin hacer contacto con ninguna otra superficie. Los cojinetes sin contacto ofrecen la mayor eficiencia al eliminar las pérdidas típicas de los cojinetes debido a la fricción entre los elementos rodantes. Hay dos tipos principales de cojinetes sin contacto:cojinetes de fluido y cojinetes magnéticos.

Los cojinetes fluidos se dividen en cojinetes hidrostáticos o hidrostáticos. En ambos tipos, se utiliza un fluido como aceite, agua o aire como medio de soporte. Los cojinetes de tipo estático utilizan fluido presurizado externamente desde una bomba para soportar el eje. Los cojinetes dinámicos se basan en el conjunto giratorio de alta velocidad para crear una cuña presurizada entre el eje y la superficie del cojinete. Para este artículo, nos centraremos en los cojinetes de fluidos tipo lámina de aire y los cojinetes magnéticos como opciones para turbocompresores de alta velocidad. Echemos un vistazo más de cerca a cómo funcionan estos rodamientos y las ventajas que ofrecen.

Cojinetes de aire

Los cojinetes de láminas de aire funcionan en parte debido a la condición antideslizante de los fluidos. A medida que aumenta la velocidad de un eje giratorio, las moléculas de aire se adhieren al eje y finalmente son empujadas hacia abajo para formar un colchón de aire de apoyo. Este cojín separa el eje y los componentes circundantes y permite que el eje gire libremente. El otro componente requerido para el cojinete de aire es el perfil aerodinámico y la estructura de resorte de soporte que le da al cojinete su capacidad de carga.

Los cojinetes de láminas de aire tienen la ventaja de no necesitar una bomba o compresor externo para presurizar el aire. Las láminas consisten en piezas delgadas de acero de alta temperatura que se forman en la estructura de lámina adecuada. Esto significa que los rodamientos ofrecen las ventajas de ausencia de contacto durante el funcionamiento y una capacidad de carga decente a un costo de fabricación muy bajo.

Una desventaja de los cojinetes aerodinámicos es una menor capacidad de carga que los cojinetes de rodillos tradicionales. Esto significa que los conjuntos de ejes soportados deben ser más pequeños que los soportados por cojinetes de rodillos. Por esta razón, las máquinas que utilizan este tipo de cojinetes están limitadas a unos pocos cientos de caballos de fuerza. Si bien los cojinetes de aire no tienen contacto durante el funcionamiento normal, sí lo tienen durante los períodos de arranque y parada del funcionamiento de la maquinaria. Este período de fricción por deslizamiento a menudo se alivia mediante la aplicación de un revestimiento antiadherente, como el teflón, a la superficie superior de la lámina. Sin embargo, el revestimiento eventualmente se desgastará hasta que la fricción durante los arranques y paradas sea demasiado alta y los rodamientos fallen.

Cojinetes magnéticos

Los cojinetes magnéticos funcionan mediante el uso de electroimanes para levitar el rotor durante el funcionamiento. La corriente se inyecta en un conjunto de bobinas alrededor del rotor que atrae el eje hacia cada bobina cuando está activo. Además de la levitación general, la corriente inyectada se usa para mantener el rotor girando alrededor del centro de su eje para evitar el contacto con las partes estacionarias. La alta velocidad de rotación significa que la posición del eje debe analizarse a una velocidad muy alta para inyectar corriente a las bobinas adecuadas y mantener el eje girando en su lugar. Esto requiere un controlador de rodamientos avanzado.

Los cojinetes magnéticos tienen varias ventajas. En primer lugar, no hay desgaste mecánico ni siquiera durante las operaciones de arranque y parada. Por lo tanto, no existe una vida de fatiga práctica para este tipo de rodamiento. Además, la turbomaquinaria que experimenta sobretensión puede protegerse contra daños durante la sobretensión. Los cojinetes magnéticos pueden detectar activamente las fuerzas de sobretensión e inyectar corriente para mantener el eje girando en su eje. La desventaja proviene del costo adicional de los conjuntos de bobina magnética y el controlador de rodamiento activo. En resumen, la mayor longevidad y confiabilidad de los rodamientos magnéticos tiene un precio más alto para el conjunto de rodamientos.

Los sopladores que utilizan cojinetes sin contacto pueden ser más costosos, pero brindan la mayor eficiencia y retorno de la inversión en forma de ahorro de energía al eliminar las pérdidas por fricción de los cojinetes tradicionales. Comuníquese con uno de nuestros expertos para ver cuánto podría ahorrar instalando una máquina de bajo consumo.