BR112012008215B1 - método e dispositivo para o posicionamento axial de rolamentos num mancal - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA O POSICIONAMENTO AXIAL DE ROLAMENTOS NUM MANCAL. Um método para o posicionamento axial de rolamentos (10,11) num mancal (9) de um rotor (3), em que a folga axial do rotor (3) na sua estrutura (2) é ajustada ao colocar um anel espaçador e dois elementos com ajuste de interferência, tal que a pista exterior é movida axialmente relativamente à pista interior do mesmo rolamento (10) ao longo de uma distância que é uma função da folga axial desejada (S2).

Description

A presente invenção relaciona-se com um método para o posicionamento axial de rolamentos num mancai.

Em particular a invenção abrange o posicionamento axial e fixação de um conjunto de rolamentos acopláveis num mancai que se estende através de uma parte da estrutura, em que a folga axial do eixo na sua estrutura pode ser definida.

Num conjunto de rolamentos, dois rolamentos de contato angular com uma carreira podem estar um em cima do outro em tandem, ou estar numa configuração em O ou configuração em X, dependendo se as linhas de contato através das esferas do rolamento para o eixo central do rolamento referido estão no mesmo sentido para ambos os rolamentos (tandem), no sentido divergente (configuração em O ou <>) ou no sentido convergente (configuração X ou ><) . Em ambas as configurações X e O, as cargas axiais podem ser suportadas em ambas as direções, mas apenas numa direção por cada rolamento.

Tal conjunto de rolamentos acopláveis permite que o eixo se mova, após montagem, ao longo de uma distância axial, isto é, a folga axial no conjunto de rolamentos após montagem, e esta distância axial é igual à diferença entre a folga máxima e a folga minima do eixo na sua estrutura.

Tais rolamentos são usados, por exemplo, num elemento compressor de parafuso com dois rotores que se complementam, isto é, um rotor macho e fêmea, cada um com um corpo helicoidal num eixo que é suportado por num lado de entrada respectivamente, em que o eixo de rotor macho ou fêmea no lado de saida é suportado por um conjunto de rolamentos acoplados que são, por exemplo, rolamentos de contato angular em configuração X.

O método tradicional para definir corretamente a folga entre o corpo rotativo do rotor e as paredes finais da estrutura consiste em pressionar as pistas exteriores do conjunto de rolamentos contra uma saliência na estrutura, e as pistas interiores contra um anel espaçador que está montado contra uma saliência do eixo.

A espessura do anel espaçador/anel intermédio é determinada pela distância axial entre as duas saliências. Esta distância axial é medida enquanto a folga axial entre o corpo rotativo do rotor e as paredes finais da estrutura está definida para zero, por outras palavras enquanto o corpo do rotor está pressionado contra a estrutura numa direção axial. O operador seleciona a espessura mais adequada para o anel intermédio e encaixa o anel intermédio e o conjunto de rolamentos.

As pistas interiores de ambos os rolamentos e o anel espaçador são presos entre a saliência acima mencionada do eixo e um disco que é apertado através de um parafuso no final do eixo.

Agora a pressão no rotor macho é removida e as pistas exteriores são presas por uma cobertura com um vedante que é apertado à estrutura com parafusos, e que prende as pistas exteriores de ambos os rolamentos entre a saliência da estrutura e a cobertura referida.

Após a montagem, o eixo pode ainda mover-se ao longo de uma distância axial. Esta distância axial, ou folga axial, no conjunto de rolamentos após a montagem é o resultado da: folga axial no conjunto de rolamentos, presente antes da montagem; redução desta folga antes da montagem pelo diâmetro do eixo sob as pistas interiores e o efeito das tolerâncias de acabamento; - redução desta folga antes da montagem pelo diâmetro da estrutura ao nível das pistas exteriores e o efeito das tolerâncias de acabamento;

A folga axial máxima e mínima resultantes entre o corpo do rotor rotativo e as paredes finais da estrutura são determinadas pela: - escolha da espessura do anel espaçador; folga axial após montagem no conjunto de rolamentos.

A folga axial mínima deve ser sempre superior à folga axial após montagem no conjunto de rolamentos, de modo a evitar que o corpo do rotor entre em contato com a parede final da estrutura ao girar, o que poderia provocar fricção indesejada e possivelmente danos no elemento compressor.

Uma desvantagem deste método tradicional é que a variação da folga é muito elevada, relativamente ao ajuste da folga resultante, esta folga depende de dois fatores importantes, isto é: - ao selecionar a espessura "mais adequada" para o anel espaçador, habitualmente tem de ser arredondada, em que este arredondamento depende do operador que colocar o elemento compressor, e, - a folga axial após montagem no conjunto de rolamentos depende do diâmetro e tolerâncias de acabamento dos componentes cooperantes, tal como as pistas dos rolamentos, o eixo e a estrutura.

A presente invenção tem como objetivo providenciar uma solução para uma ou mais das desvantagens acima mencionadas e/ou outras desvantagens, ao providenciar um método que permite que a folga axial seja ajustada de forma reproduzível.

Para este fim, a presente invenção providencia um método para o posicionamento axial de rolamentos num mancai de um rotor, em que a folga axial do rotor na sua estrutura é definida por um anel espaçador, compreendendo os seguintes passos: - definir a folga do rotor na direção axial na estrutura para zero ao manter o corpo do rotor pressionado na direção da extremidade do eixo referido com uma força; - juntamente com um ajuste com interferência, fixar um anel espaçador e um primeiro rolamento ao mancai acima mencionado, tal que a pista exterior do primeiro rolamento é pressionada até uma base na estrutura, e em que esta pista exterior é movida axialmente relativamente à pista interior do mesmo rolamento, ao longo de um distância que depende da folga axial desej ada; - pressionar um segundo rolamento sobre o mancai e na base acima mencionada, de modo que a pista interior deste segundo rolamento se encoste à pista interior do primeiro rolamento, sem mover o primeiro rolamento e o anel espaçador e em que é deixado um espaço entre as pistas exteriores dos dois rolamentos; - trancar axialmente as pistas interiores dos rolamentos no mancai; - remover a força acima mencionada e trancar axialmente as pistas exteriores dos rolamentos na estrutura.

Uma vantagem do método de acordo com a invenção é que a folga do eixo pode ser definida com precisão e já não depende da espessura escolhida de um anel espaçador solto, como utilizado no método tradicional.

De modo a prender as pistas interiores dos rolamentos, é preferencialmente feito uso de uma porca que é aparafusada contra a pista interior do segundo rolamento numa rosca de parafuso externa provida no mancai.

De modo a prender as pistas exteriores contra o batente da estrutura, é preferencialmente utilizada uma cobertura que é aparafusada de forma apertada na base da estrutura contra a pista exterior do segundo rolamento.

Preferencialmente, a folga axial é determinada pelo desnível na superfície de contato da primeira peça de pressão.

Preferencialmente, o lado do anel espaçador voltado para o corpo do rotor está livre na direção axial, o que significa que o lado referido deste anel espaçador não se apoia contra um batente ou rebordo, mas axialmente não está encostado a qualquer coisa.

Preferencialmente, o lado do anel espaçador voltado para o corpo do rotor define um sulco, juntamente com o corpo do rotor ou uma saliência no eixo, ao longo do dito sulco pode ser fornecido um lubrificante para os rolamentos.

Numa forma de realização preferida, a peça de pressão escalonada apresenta uma diferença de profundidade entre o ponto de contato com a pista mais interior e o ponto de contato com a pista mais exterior do primeiro rolamento de esferas, cuja diferença de profundidade é uma função da folga definida desejada do eixo na estrutura, e a peça de pressão não escalonada não apresenta qualquer diferença de profundidade entre o ponto de contato com a pista mais interior e o ponto de contato com a pista mais exterior do segundo rolamento de esferas.

O anel espaçador deve ser preso de forma suficientemente segura ao eixo, de modo a que não se mova sob a influência da força de pressão aplicada para montar o segundo rolamento de esferas.

De acordo com a invenção, a folga é definida no estado montado e para um valor óptimo que minimiza o consumo de energia do elemento do eixo, em que o elemento no eixo pode ser um corpo em parafuso de um elemento compressor, mas também qualquer outra aplicação de um eixo onde a folga axial é determinada por um conjunto de rolamentos, os quais podem ser rolamentos de contato angular acoplados dispostos numa configuração X.

Não será necessário referir que este método de acordo com a invenção para o posicionamento axial dos rolamentos num mancai pode ser usado para um número de aplicações de um eixo rotativo, sendo que a aplicação num elemento compressor é apenas um exemplo.

De modo a melhor demonstrar as características da invenção, um método preferido de acordo com a invenção é descrito em baixo, como um exemplo sem qualquer natureza limitativa, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: a figura 1 mostra, esquematicamente, um corte transversal de um elemento de compressor de parafuso de acordo com estado da técnica; a figura 2 mostra a parte designada como F2 na figura 1 em mais pormenor; a figura 3 mostra a figura 2 no estado de folga axial mínima (SI) do rotor na sua estrutura; a figura 4 mostra a figura 2 no estado de folga axial máxima (S2) do rotor na sua estrutura; a figura 5 mostra um primeiro passo de montagem de um método de acordo com a invenção; a figura 6 mostra um segundo passo de montagem de um método de acordo com a invenção; a figura 7 mostra um corte transversal como na figura 2, mas montado usando um método de acordo com a invenção e num estado de folga axial máxima (S2) do eixo na estrutura; a figura 8 mostra um corte transversal como na figura 7, mas num estado de folga axial mínima (Sl) do eixo na estrutura.

A figura 1 representa um corte transversal de um elemento compressor em parafuso 1 que consiste de uma estrutura 2, na qual um rotor macho 3 e um rotor fêmea 4 correspondente são suportados por rolamentos. A estrutura 2 consiste de um invólucro 5 que circunda os rotores 3 e 4, uma parede final 6 no lado de alta pressão e uma parede final 7 no lado de baixa pressão, que em conjunto fecham o invólucro 5.

Nas extremidades do rotor macho 3 existe um mancai 8 no eixo de entrada e um mancai 9 no eixo de saída que são suportados por rolamentos nas paredes finais 7 e 6, respectivamente. Os rolamentos de saída 10 e 11 são ambos rolamentos de contato angular e, em conjunto, formam um conjunto de rolamentos acoplados 12.

A figura 2 mostra os rolamentos do mancai 9 na estrutura 2 em mais pormenor. O conjunto de rolamentos 12 tem pistas exteriores estacionárias 13a, 13b que estão montadas na estrutura 2, e pistas interiores 14a, 14b que giram com o eixo 9. As pistas interiores rotativas 14a, 14b são delimitadas no lado do compressor 14a por um anel espaçador 15 e no lado exterior 14b por um disco 16, que é fixado ao mancai 9 por um parafuso 17.

As pistas exteriores estacionárias 13a, b são delimitadas no lado do compressor 13a por uma saliência 18 na estrutura 2, e no lado exterior 13b por uma cobertura 19 que é fixa à estrutura 2 com parafusos 20, e são também vedadas 21.

A figura 3 apresenta o conjunto de rolamentos 12 na figura 2 num estado com folga mínima SI no mancai 9, em que o corpo do rotor é posicionado perto da estrutura 2. Isto significa que os roletes do rolamento 11 entram em contato com a pista interior e exterior.

A figura 4 apresenta o conjunto de rolamentos 12 na figura 2 num estado com folga máxima S2 no mancai 9, em que o corpo do rotor é posicionado afastado da estrutura 2 . Isto significa que os roletes do rolamento 10 entram em contato com a pista interior e exterior.

A figura 5 mostra o primeiro passo de montagem de acordo com a invenção de um conjunto de rolamentos 12 que é pressionado em redor de um mancai 9 com um peça de pressão 22 com um desnível e um anel espaçador 23, no qual apoia um primeiro rolamento de saída 10 com a sua pista rotativa mais interior 14a. Tudo isto enquanto a folga entre o rotor e a sua estrutura 2 é definida para zero ao pressionar o corpo do rotor contra a parede final 6.

A figura 6 mostra o segundo passo de montagem de acordo com a invenção de um conjunto de rolamentos 12, em que o segundo rolamento de saída 11 está pressionado contra o primeiro rolamento de saída 10 por uma segunda peça de pressão 24, sem desnível, após o qual o segundo rolamento de saída 11 se apoia no primeiro rolamento 10 com a sua pista mais interior 14b na pista mais interior 14a do primeiro rolamento 10.

A figura 7 mostra o terceiro passo de montagem de acordo com a invenção de um conjunto de rolamentos em que a segunda peça de pressão 24 foi removida, e em que a porca 25 é aparafusada no mancai 9 usando a rosca de parafuso externa provida no fim do mancai 9 para este efeito, e isto no estado de folga axial máxima S2, e em que no mesmo estado a cobertura 19 é também fixa com parafusos 20.

A figura 8 mostra a figura 7, mas agora no estado de folga axial mínima Sl.

O método para posicionamento axial dos rolamentos num mancai de acordo com a invenção é muito simples e do seguinte modo.

O método difere do método tradicional porque o anel espaçador 15 solto e separado é substituído por um anel espaçador pressionado 23 que é mais largo, e porque preferencialmente o disco 16 com parafuso 17 é substituído por uma porca 25 que é aparafusada no mancai 9 que agora tem uma rosca de parafuso externa, de modo que a força exercida nas pistas do rolamento e no anel espaçador seja limitada, deste modo evitando o movimento destas pistas. Contudo, permanece possível usar o disco 16 tradicional com parafuso 17 desde que a força exercida permaneça limitada.

Uma segunda diferença com o método tradicional é que é usada uma peça de pressão 22 escalonada para a montagem, de modo que a folga axial do eixo pode ser ajustada de forma precisa, como descrito em baixo.

Em primeiro lugar a folga no eixo é definida para zero ao manter o corpo do rotor pressionado contra a estrutura 2.

Num primeiro passo de montagem um anel espaçador 23 é pressionado em redor do eixo, juntamente com um primeiro rolamento de esferas 11. A peça de pressão 22 que é aqui usada, é escalonada na superfície de contato com o rolamento de esferas 10 e é algo mais comprida no seu ponto de contato com a pista mais exterior 13a do primeiro rolamento de esferas 10, de modo que surge uma certa folga entre a pista interior 14a e a esfera do rolamento de esferas 10, o que significa que o mancai 9 pode mover-se axialmente ao longo desta distância.

Num segundo passo de montagem, o segundo rolamento de esferas 11 é cuidadosamente empurrado contra o primeiro rolamento de esferas 10 com uma segunda peça de pressão 24, que desta vez não é escalonada mas completamente lisa de modo que as pistas interiores 14a, 14b do segundo rolamento de esferas 11 e o primeiro rolamento de esferas 10 são pressionados um contra o outro, mas permanece um espaço entre as pistas exteriores 13a, 13b dos segundos rolamentos de esferas 10 e 11.

O anel espaçador 23 é escolhido de modo que não se mova sob a influência da força necessária para encaixar o rolamento de esferas 11.

Num terceiro passo de montagem, as pistas interiores 14a, 14b de ambos os rolamentos de esferas 10, 11 são axialmente fixas com uma porca 25. A utilização de tal porca 25 requer muito menos binário do que o disco 16 e o parafuso 17 do método tradicional, de modo que o movimento do anel espaçador 23 seja evitado.

Permanece também possível fixar as pistas interiores com o disco tradicional 16 com o parafuso 17, se o binário for limitado.

Num quarto passo de montagem, a força no rotor macho 3 é removida. Após isso, a cobertura 19 é também colocada com parafusos 20 para fixar as pistas exteriores estacionárias 13a, b dos dois rolamentos de esferas 10, 11. A folga, presente em primeiro lugar entre as pistas e as esferas do rolamento de esferas 10, resulta agora na folga S2 do rotor 3 na sua estrutura.

A vantagem deste método é que a folga S2 é definida pelo desnível na primeira peça de pressão 22. Esta peça de pressão 22 é independente da largura do anel espaçador 23 ou dos rolamentos 10, 11. O operador assim não tem de selecionar um anel espaçador 15 e já não tem de arredondar. A variação na largura do anel espaçador 23 devido às tolerâncias de acabamento é ocupada por um sulco 26 provido para este feito em toda a circunferência do mancai 9, cuja tolerância é suficientemente grande. A folga S2 é também ajustada no estado montado.

No método tradicional a espessura do anel espaçador 15 é selecionada quando os rolamentos não foram ainda colocados, de modo que os diâmetros do mancai 9 e a estrutura ao nível das pistas dos rolamentos 13, 14 ainda tinham influência na folga resultante S2. Isto já não é o caso com o novo método de acordo com a invenção.

Um benefício do novo método é que a folga S2 pode ser ajustada com mais precisão, de modo que a variação na folga é menor. Isto resulta numa menor variação no desempenho do elemento compressor 1, que está diretamente relacionado com a folga S2. Com o novo método é possível definir a folga S2 para um valor óptimo, em que o consumo de energia do elemento compressor 1 é mínimo.

A presente invenção não é de qualquer forma limitada ao método descrito como um exemplo e mostrado nos desenhos, mas um método de acordo com a invenção pode ser realizado de muitas formas diferentes sem se afastar do âmbito da invenção.

Claims (16)

1. Método para o posicionamento axial dos rolamentos (10, 11) no mancai (9) de um rotor (3) em que a folga axial do rotor (3) na sua estrutura (2) é ajustada por um anel espaçador (23), caracterizado por compreender os seguintes passos: - definir a folga do rotor (3) na direção axial na estrutura (2) para zero ao manter o corpo do rotor pressionado na direção da extremidade do eixo (9) respectivo com uma força; - juntamente com um ajuste de interferência, fixando o anel espaçador (23) e um primeiro rolamento (10) ao mancai (9) acima mencionado, tal que a pista exterior (13a) do primeiro rolamento (10) é pressionada até uma base na estrutura (2), e em que esta pista exterior (13a) é movida axialmente relativamente à pista interior (14a) do mesmo rolamento (10), ao longo de uma distância que depende da folga axial desejada (S2); - pressionar um segundo rolamento (11) sobre o mancai (9) e na base acima mencionada, de modo que a pista interior (14b) deste segundo rolamento (11) se encosta à pista interior (14a) do primeiro rolamento (10), sem mover o primeiro rolamento (10) e o anel espaçador (23), e em que é deixado um espaço entre as pistas exteriores (13a, 13b) dos dois rolamentos (10 e 11); - bloquear axialmente as pistas interiores (14a, 14) dos rolamentos (10 e 11) axialmente no mancai (9); - remover a força acima mencionada e trancar axialmente as pistas exteriores (13a, 13) dos rolamentos (10, 11) na estrutura (2).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma porca (25) é usada para apertar as pistas interiores (14a, 14b) dos rolamentos (10, 11), que é aparafusada contra a pista interior (14b) do segundo rolamento numa rosca de parafuso externa provida na extremidade do eixo (9).

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma cobertura (19) é usada para fixar as pistas exteriores (13a, 13b) contra o batente (18) da estrutura (2), que é aparafusado na base da estrutura contra a pista exterior (13b) do segundo rolamento de contato angular (11) .

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a folga axial (S2) é determinada pelo desnivel na superfície de contato da primeira peça de pressão (22) .

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o lado do anel espaçador (23) virado para o corpo do rotor está livre na direção axial.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o lado do anel espaçador (23), virado para o corpo do rotor, define um sulco (26) com o corpo do rotor ou uma saliência do eixo, ao longo do qual um lubrificante pode ser fornecido aos rolamentos (10, 11) .

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de que a peça de pressão não escalonada (24) não tem diferença de profundidade entre o ponto de contato com a pista mais interior (14b) e o ponto de contato com a pista mais exterior (13b) do segundo rolamento de esfera (11) .

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a força aplicada para colocar o segundo rolamento (11) é menor do que a força necessária para mover o anel espaçador (23) e a pista interior (14a) do primeiro rolamento (10) no mancai (9).

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a folga S2 é definida no estado montado.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a folga axial S2 é definida para um valor óptimo, em que o consumo de energia do elemento compressor (1) é minimo.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rotor (3) é um rotor de um elemento compressor de parafuso (1).

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos rolamentos (10, 11) acoplados são rolamentos de contato angular.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os ditos rolamentos de contato angular acoplados estão numa configuração X.

14. Dispositivo provido com um rotor (3) que consiste num corpo de rotor e um eixo de rotor que tem um mancai (9) suportado numa estrutura (2) por um conjunto (12) de rolamentos (10, 11) acoplados com uma pista interior (14a, 14b) e uma pista exterior (13a, 13b) e elementos rolete entre elas, em que as pistas exteriores (13a, 13b) são presas numa base na estrutura e as pistas interiores (14a, 14b) são presas ao eixo do rotor entre um anel espaçador (23) e uns meios de aperto no eixo, caracterizadopelo fato de que o anel espaçador (23) é fixo ao eixo por ajuste de interferência e que o lado do 5 anel espaçador (23), voltado para o corpo do rotor, está livre na direção axial.

15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que os rolamentos (10, 11) são rolamentos de contato angular.

16. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizadopelo fato de que os meios de aperto acima mencionados são formados por uma porca (25) que é aparafusada numa rosca de parafuso externa no mancai (9).

Images