BR0206851B1 - método e disposição para monitorar a operação de um mancal simples. - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO EDISPOSIÇÃO PARA MONITORAR A OPERAÇÃO DE UM MANCAL SIM-PLES".
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a um método para monitorar aoperação de um mancai simples de acordo com o preâmbulo da reivindica-ção 1. Adicionalmente, a invenção especifica um mancai simples que é es-pecialmente adequado para implementar a invenção.
Discussão de Fundamento
Em um mancai simples hidrostático ou hidrodinâmico, no qual osuporte real é realizado por uma película de lubrificação formada fina con-sistindo em um fluido (por exemplo, de um óleo), uma medida da temperatu-ra do lubrificante na película de lubrificação ou uma medida de temperaturanas superfícies deslizantes adjacentes proporciona informação a cerca domancai e portanto é especialmente adequada para monitorar a operação.'
Assim, é conhecido a partir do EP 0 161 644, em um mancaisimples para a detecção prematura de dano, monitorar a temperatura naregião da camada deslizante de modo a estar apto a tomar contramedidasem tempo hábil no caso de um aumento perceptível na temperatura. Entre-tanto, neste caso, uma alteração na temperatura do lubrificante é registradacom um atraso de tempo considerável e somente indiretamente. Mesmo seo sensor de temperatura fosse para funcionar diretamente junto à superfícieou junto à superfície deslizante, na melhor das hipóteses, seria medida atemperatura do segmento de mancai. A temperatura do lubrificante ou dofluido pode localmente estar de forma marcada acima disto, desde de que90 até 97% do calor gerado no fluido é dissipado pelo próprio fluido, ou sejapassando pelo sensor de temperatura; somente 5% do calor em termos deordem de magnitude é direcionado através do segmento de mancai.
Uma medida direta da temperatura do lubrificante na película delubrificação não é conhecida na técnica anterior. O problema com a medidadireta é que a película, por exemplo, no caso de óleo como lubrificante, temsomente 20 μιτι até cerca de 200 μιη de espessura, de modo que nenhumasonda pode ser encaixada. A patente Alemã 883 984 especifica um projetode mancai para Iaminadores que são supridos com uma quantidade de lu-brificante em excesso para esfriamento, a qual é maior do que a quantidadede lubrificante que é para penetrar dentro das aberturas de lubrificação. Aquantidade em excesso é removida das câmaras de óleo fresco através deuma linha de retorno. A Patente Alemã 883 984 propõe dispor um sensor detemperatura nesta linha de retorno de modo a determinar a temperatura dasuperfície de mancai. Neste caso, entretanto, existe por um lado o risco damedida sendo distorcida pela alimentação de lubrificante; por outro lado, ométodo de medida proposto somente pode ser utilizado em mancais especi-ais que são operados com óleo em excesso. Adicionalmente, existem in-certezas consideráveis quando tirando-se conclusões a cerca da temperatu-ra na abertura do mancai, desde que os curso do meio medido não se origi-na explicitamente da abertura do mancai.
Sumário da Invenção
O objetivo da invenção é proporcionar um método para monito-rar a temperatura em um mancai simples trabalhando com uma película delubrificação, em particular em um mancai simples hidrodinâmico, métodoeste que evita as desvantagens da técnica anterior e em particular permitelargamente o monitoramento direto e preciso da temperatura do lubrificantena abertura do mancai e requer as modificações mínimas possíveis dosmancais existentes. Adicionalmente, um mancai simples é para ser especifi-cado que, com uma pequena despesa de projeto, permite uma medida datemperatura do lubrificante tão direta quanto possível e requer até comopossível um novo projeto não extenso dos mancais ou dos segmentos demancai existentes.
Mancais simples grandes especialmente são freqüentementecompostos de uma pluralidade de segmentos de mancai. Dentro do escopoda presente invenção, a idéia por trás da invenção não é de modo algumafetada pela invenção é implementada em um mancai simples segmentadoou em um mancai simples sem segmentos. Portanto, a referência a um dostermos abaixo também inclui o outro, o qual é prontamente aparente para aspessoas com conhecimento na técnica.
O objetivo é alcançado por todos os aspectos das reivindica-ções independentes em sua totalidade. A essência da invenção consiste emlevar o sensor para a media diretamente em contato com o lubrificante dapelícula de lubrificação pelo lubrificante sendo extraído da película de Iubri-ficação e pela temperatura do lubrificante extraído sendo medida pelo sen-sor de temperatura diretamente após a extração. Isto é alcançado em virtu-de do fato de que uma passagem do lubrificante, tal como uma passagemdo lubrificante de uma disposição de óleo de penetração a macaco, a qualdurante a operação hidrodinâmica do mancai não é requerida ou não épermanentemente requerida para alimentar o lubrificante, é temporaria-mente ou permanentemente operada pelo dispositivo de troca adequadocomo uma passagem de saída de fluxo para um fluxo parcial de lubrificantea partir da película de lubrificação. Neste caso, o fluxo de extração, por umlado, é para ser mantido tão pequeno que a formação de pressão na pelí-cula de lubrificação não é perturbada; por outro lado, o fluxo de extraçãodeve ser grande o suficiente de modo a manter uma pequena alteração detemperatura que é devido às perdas de calor para o segmento de mancai,de modo que a temperatura seja "levada: da película de lubrificação até osensor de temperatura até quanto possível sem ser distorcida. O fluxo deextração de preferência é estabelecido por um ponto de estrangulação dis-posto de forma correspondente, de preferência ajustável. Para o funciona-mento não-perturbado do mancai simples, é vantajoso neste caso se aquantidade de lubrificante extraído da película de lubrificação for mantidotão pequeno que a película de lubrificação não se altere substancialmente;a quantidade de extração é portanto de preferência menos do que 5%, emparticular menos do que 2 % ou mesmo de forma graduada menos do que1% de toda a quantidade de lubrificante alimentada para o mancai para aoperação hidrodinâmica; entretanto: quanto menor a quantidade extraída,mais apática é a reação da medida.
Uma configuração adicional preferida do método de acordo coma invenção é caracterizada pelo fato de que a pressão na passagem do Iu-brificante é medida enquanto o método está sendo realizado. A taxa de fluxoatravés de um ponto de estrangulação variável é então variada em funçãoda pressão medida. Alternativamente ou adicionalmente, o dispositivo detroca pode ser ativado em função da pressão medida de modo que, depen-dendo da pressão do lubrificante medida, a alimentação do lubrificante paraa película de lubrificação ou a extração do lubrificante da película de Iubrifi-cação seja liberada.
Um mancai simples de acordo com a invenção ou um segmentode mancai simples é caracterizado pelo fato de que uma passagem de Iubri-ficante é proporcionada em uma superfície deslizante do mancai simples, apassagem de lubrificante estando conectada em uma extremidade oposta aeste orifício com um dispositivo de troca adequado, através do qual a pas-sagem de lubrificante pode ser opcionalmente trocada para uma linha dealimentação para o lubrificante, por exemplo, de um sistema de lubrificaçãode alta pressão, em particular uma disposição de óleo de penetração a ma-caco, e para uma linha de fluxo de saída para o lubrificante. Em adição, otermo "mancai simples", como descrito acima, também relaciona-se comsegmentos de mancai simples individuais. Em particular, é vantajoso se umsensor de temperatura para determinar a temperatura do lubrificante, emparticular uma pilha termelétrica ou um sensor de temperatura PT 100, seestender para dentro da passagem do lubrificante. Para uma medida queseja tão precisa e tão rápida quanto possível, o sensor de temperatura, doponto de vista do projeto, é disposto tão próximo do orifício da passagem dolubrificante quanto possível. Para limitar e/ou estabelecer o fluxo de extra-ção, um dispositivo de estrangulação de preferência ajustável é disposto nalinha de fluxo de saída para o lubrificante.
Em uma modalidade adicional do mancai simples, um ponto demedida de pressão é disposto na passagem do lubrificante, o sinal desteponto de medida de pressão de preferência sendo direcionado através depelo menos um controlador para o dispositivo de troca e/ou para um dispo-sitivo de estrangulação ajustável disposto na linha de fluxo de saída para olubrificante e/ou para um sistema de óleo de lubrificação ou de pressão.O mancai de acordo com a invenção é distinguido por sua sim-plicidade, desde que as linhas que estão presentes em qualquer direçãointernamente e que não são requeridas para seu uso real em todos os esta-dos de operação são utilizadas para extrair um fluido de medida a partir domancai, o sensor de temperatura estando disposto de uma maneira protegi-da no interior do mancai ou do segmento de mancai. As alterações do pro-jeto junto aos mancais ou segmentos de mancai existentes estão restritas aum mínimo e não interferem com o funcionamento. A este respeito, os pro-jetos existentes podem também ser novamente ajustados de acordo com ainvenção sem despesa excessiva.
Breve Descrição das Figuras
A invenção é para se explicar em mais detalhes abaixo com re-ferencia ao desenho. A figura única apresenta um segmento de mancai deacordo com a invenção em uma representação em seção esquemática; asexplicações e o desenho seguintes servem somente para o melhor entendi-mento da invenção e são somente para ser entendidos em um sentido ins-trutivo e não em um sentido restritivo.
Modos para Implementar a Invenção
Reproduzido na figura está um segmento de mancai simpleshidrodinâmico possuindo o monitoramento de temperatura da película delubrificação de acordo com uma modalidade preferida da invenção. Ummancai simples hidrodinâmico 20 na figura consiste em uma pluralidade desegmentos de mancai, dos quais somente o segmento de mancai 11 é apre-sentado, o qual é proporcionado com um sistema de lubrificação de altapressão, por exemplo, de uma disposição de óleo de penetração a macaco,o qual é somente parcialmente indicado pela bomba 28. Tais segmentos demancai são dispostos em particular em uma região inferior de um mancai.Em baixas velocidades de um eixo montado no mancai, uma película de lu-brificação hidrodinâmica suficiente ainda não pode ser formada. Tal disposi-ção de óleo de penetração a macaco portanto é utilizada especialmente nocaso de mancais pesadamente sobrecarregados. Antes do eixo ser ativadopara cima, o lubrificante, quando o eixo está em repouso, é forçado pelabomba de alta pressão 28 através da passagem de lubrificante 15 paradentro da abertura do mancai (não-apresentada) e no caso ideal, levanta acarga a ser transportada totalmente a partir da superfície deslizante 12.Após isso, o eixo é sucessivamente colocado em movimento. Neste caso, oorifício 14 da passagem de lubrificante é projetado de modo que uma pelí-cula de lubrificação 13 molhando a superfície do mancai o mais totalmentepossível seja formada de um modo tal que a propriedade de funcionamentode emergência de uma camada de deslizamento 12 não sejam chamadas.Com a velocidade crescente de um eixo montado em um mancai simpleshidrodinâmico, uma pressão suficientemente alta forma-se na abertura delubrificação de modo que a carga do mancai pode ser transportada somentepela película de lubrificação hidrodinâmica formada. Esta pressão freqüen-temente excede a esta que pode ser razoavelmente aplicada por uma bom-ba; portanto, uma válvula de detenção 22 é disposta na linha de alimenta-ção 21 para o lubrificante; e adicionalmente, por exemplo, uma dispositivode alívio de pressão conhecido por si próprio poderia ser disposto entre aválvula de detenção 22 e a bomba 28 de modo a proteger a bomba de so-brecarga. Durante a operação hidrodinâmica do mancai, a passagem delubrificante 15 portanto não é mais requerida para sua tarefa real. De acor-do com a invenção, um fluxo de amostra a partir da abertura do mancai éportanto admitido junto a passagem de lubrificante. Para este fim, um vál-vula de troca 19 é disposta na passagem de lubrificante 15, por meio daválvula de troca 19 que a passagem de lubrificante pode ser opcionalmentetrocada para a linha de alimentação de lubrificante 21 e para uma linha defluxo de saída 23. Se a operação hidrodinâmica for portanto assegurada, aválvula de troca 19 é portanto trocada de modo tal que o lubrificante fluipara fora da película de lubrificação 13 para dentro da linha de fluxo de saí-da 23. Um sensor de temperatura 16 é disposto de modo tal que ele se es-tende com seu ponto de medida real 18 para dentro da passagem de Iubrifi-cante; neste caso, este ponto de medida de preferência está disposto tãopróximo do orifício 14 da passagem de lubrificante 15 quanto possível apartir do ponto de vista do projeto. Deste modo, o sensor de temperatura 16determina a temperatura do lubrificante proveniente da película de Iubrifica-ção 13, esta temperatura, no projeto selecionado, correspondendo muitoprecisamente à temperatura da película de lubrificação 13. A quantidadeextraída neste caso deve ser pequena o suficiente de modo a não efetiva-mente perturbar a película de lubrificação; por outro lado, ela deve sergrande o suficiente para a media ser efetuada de uma maneira relevante eprecisa. A quantidade extraída é estabelecida através de um dispositivo deestrangulação, de preferência variável, 24 disposto na linha de fluxo de saí-da 23. Em um caso simples, a posição da válvula de troca 19 é controlada,por exemplo, através da velocidade do eixo de modo que, até uma primeiravelocidade, o lubrificante flua da linha de alimentação 21 para dentro dapassagem de lubrificante 15 e acima desta velocidade, o caminho do fluxo apartir da passagem de lubrificante até a linha de fluxo de saída 23 seja de-sempedida. No exemplo apresentado, outro dispositivo de controle foi sele-cionado. Um ponto de medida de pressão 17 é disposto na passagem delubrificante 15. Uma pressão medida no mesmo é utilizada como uma variá-vel de referência para uma série de intervenções de controle. Neste caso, apressão na passagem de lubrificante, na modalidade apresentada, é con-trolada em três domínios de controle. Em um primeiro domínio de controle, oqual é colocado dentro de uma faixa de pressão mais baixa, um sinal depressão a partir do ponto de medida 17 atua através do controlador 27 nosistema de lubrificação de alta pressão ou na bomba 28, respectivamente.
No processo, o caminho do fluxo a partir da linha de alimentação 21 até apassagem de lubrificante 15 é desimpedido na válvula de troca. Em um se-gundo domínio de controle, a válvula de troca 19 é atuada através do con-trolador 26 em função da pressão medida, o controlador 26 de preferênciasendo um controlador de dois pontos: o caminho do fluxo a partir da passa-gem de lubrificante 15 até a linha de fluxo de saída 23 é desimpedia acimade um primeiro valor de limite de pressão; a condução do lubrificante é as-sim trocada para a operação de medida. Uma operação de troca inversa éefetuada em um segundo valor de limite de pressão que é inferior ao primei-ro valor de limite de pressão. Pela histerésis dos pontos de troca que é as-sim implementada, a troca descontrolada de um lado para o outro é evitada.Durante a operação de medida, o dispositivo de estrangulação 24 é esta-belecido dentro de uma faixa de pressão mais baixa até uma taxa de fluxomínima predeterminada. O terceiro domínio de controle é eficaz em umapressão mais elevada e através do controlador 25, a pressão na passagemde lubrificante 15 é estabelecida através da taxa de fluxo através do pontode estrangulação 24.
A configuração de acordo com a invenção e o método de acordocom a invenção resultam em monitoramento sensível e exato da operaçãodo mancai simples. O dano incipiente do mancai, o qual é precedido poruma elevação na temperatura do lubrificante na película de lubrificação 13,é imediatamente registrado.
Lista de Designações
11 - Segmento de mancai
12 - Camada de deslizamento
13 - Película de lubrificação
14 - Orifício, saída de lubrificante
15 - Passagem de lubrificante
16 - Sensor de temperatura
17 - Ponto de medida de pressão, sensor de pressão
18 - Ponto de medida do sensor de temperatura
19 - Dispositivo de troca, válvula de troca
20 - Mancai simples
21 - Linha de alimentação
22 - Válvula de retenção
23 - Linha de fluxo de saída
24 - Dispositivo de estrangulação
25 - Controlador
26 - Controlador
27 - Controlador
28 - Sistema de lubrificação, sistema de lubrificação de alta pressão, dispo-sição de óleo de penetração a macaco, bombaLista de Números de Referência
11 - segmento de mancai
12 - face de deslizamento
13 - película de lubrificação
14 - saída de lubrificante
15 - linha de lubrificante
16, 16' - sensor de temperatura
17 - sensor de pressão, sonda de pressão
18 - parte sensível do sensor de temperatura
19 - válvula de troca
21 - linha de alimentação
22 - válvula de retenção
23 - linha de drenagem
24 - dispositivo de estrangulação
25 - controlador
26 - controlador
27 - controlador
28 - sistema de lubrificação, sistema de lubrificação de alta pressão, siste-ma de óleo de penetração a macaco, bomba.
Claims (10)
1. Método para monitorar a operação de um mancai simples(20), no mancai simples este, em um primeiro estado de operação, uma pri-meira quantidade de lubrificante é alimentada a partir de uma passagem delubrificante (15) para uma película de lubrificação (13), caracterizado pelofato de que, em um segundo estado de operação, uma segunda quantidadede lubrificante flui para fora da película de lubrificação (13) através da pas-sagem de lubrificante (15) e a temperatura da segunda quantidade de lubri-ficante é medida.
2. Método, de acordo com a reivindicação J[, caracterizado pelofato de que a passagem de lubrificante (15) está conectada através de umdispositivo de troca (19) com uma linha de alimentação (21) para a primeiraquantidade de lubrificante e com uma linha de fluxo de saída (23) para asegunda quantidade de lubrificante e pelo fato de que, para medir a tempe-ratura do lubrificante, a válvula de troca (19) é trocada de modo que a se-gunda quantidade de lubrificante flua para dentro da linha de fluxo (23).
3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre-cedentes, caracterizado pelo fato de que a segunda quantidade de lubrifi-cante é estabelecida por um dispositivo de estrangulação (24).
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que a taxa de fluxo através do dispositivo de estrangulação (24) éestabelecida em função de uma pressão medida na passagem de lubrifi-cante (15).
5. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que o dispositivo de troca (19 é ativado em função de uma pressãomedida na passagem de alimentação (15) de modo que a linha de alimenta-ção (21) para a primeira quantidade de lubrificante seja desimpedida abaixode um primeiro valor limite e a linha de fluxo de saída (23) para a segundaquantidade de lubrificante seja desimpedida acima de um segundo valorlimite.
6. Mancai simples ou um segmento de mancai simples, possuin-do uma superfície de deslizamento (12) e uma passagem de lubrificante (15)abrindo-se para a superfície de deslizamento, caracterizado pelo fato deque a passagem de lubrificante (15) é opcionalmente conectada através deum dispositivo de troca (19) com uma linha de alimentação (21) para o lubri-ficante e com uma linha de fluxo de saída (23) para o lubrificante.
7. Mancai simples, ou segmento de mancai simples, de acordocom a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que um sensor de tempe-ratura (16, 18) se estende para dentro da passagem de lubrificante (15).
8. Mancai simples ou segmento de mancai simples, de acordocom qualquer uma dentre as reivindicações 6 e 7, caracterizado pelo fato deque um dispositivo de estrangulação ajustável particular (24) é disposto nalinha de fluxo de saída (23) para o lubrificante.
9. Mancai simples ou segmento de mancai simples, de acordocom uma das reivindicações 6 até 8, caracterizado pelo fato de que umponto de medida de pressão (17) é disposto na passagem de lubrificante(15).
10. Mancai simples ou segmento de mancai simples, de acordocom a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que um sinal é direcionadoa partir do ponto de medida de pressão (17) através de pelo menos um con-trolador (25, 26, 27) para o dispositivo de troca (19) e/ou um dispositivo deestrangulação ajustável (24) disposto na linha de fluxo de saída (23) para olubrificante e/ou para um sistema de lubrificação (28).
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