BR112014018808B1

BR112014018808B1 - Conjunto de rolamentos de rolos e máquina rotativas

Info

Publication number: BR112014018808B1
Application number: BR112014018808-4A
Authority: BR
Inventors: Xavier Delepine; Yves Lacour
Original assignee: Ge Energy Power Conversion Technology Ltd.
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2021-11-03
Also published as: CN104254699B; FR2986840A1; CN104254699A; BR112014018808B8; US20150003769A1; WO2013120755A1; CA2864041C; BR112014018808A8; CA2864041A1; EP2815140A1; BR112014018808A2; EP2815140B1; US9309922B2; FR2986840B1

Abstract

conjunto de rolamentos de rolos e máquina rotativa. a presente invenção trata de um conjunto de rolamentos de rolos, o qual é um bloco de rolamento para uma máquina rotativa, que compreende um rolamento de contato angular primário (16) com uma bucha externa primária (30), uma bucha interna primária (32) e elementos rolantes primários (34), um rolamento de contato angular secundário (18) com uma bucha externa secundária (36), uma bucha interna secundária (38) e elementos rolantes secundários (40), um chassi (20) no qual são montados o rolamento de contato angular primário e o rolamento de contato angular secundário. a bucha externa primária e a bucha externa secundária são posiciona das diretamente lado a lado no chassi por meio da interposição de um corpo, cuja dureza axial é maior que a do chassi (30) e que a das buchas externas primárias e secundárias. por exemplo, aplica-se a motores assíncronos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a uma unidade de rolamento de rolos que consiste em um bloco de rolamento para uma máquina rotativa.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Uma unidade de rolamento de rolos que consiste em um bloco de rolamento para uma máquina rotativa, em que o conjunto compreende:1. um rolamento de contato angular primário com uma bucha externa primária, uma bucha interna primária e elementos rolantes primários;2. um rolamento de contato angular secundário com uma bucha externa secundária, uma bucha interna secundária e elementos rolantes secundários;3. um chassi no qual são montados o rolamento de contato angular primário e o rolamento de contato angular secundário.

[003] Os tipos de conjuntos de rolamentos a seguir são conhecidos no estado da técnica. Esses conjuntos são, por exemplo, montados dentro de um motor assíncrono, cujo rotor é alojado dentro dos alojamentos principais que são magnéticos.

[004] Os conjuntos de rolamentos formam rolamentos secundários, também denominados chassis de engrenagem, que sustentam a haste no caso de avarias no rolamento primário.

[005] Os conjuntos de rolamentos, conhecidos no estado da técnica, compreendem um elemento que monta as duas buchas externas axialmente dentro do chassi, que exerce uma carga axial pré-aplicada nas buchas externas e que é relativamente flexível.

[006] Além disso, as duas buchas externas são dispostas dentro do chassi de modo que haja uma folga entre os mesmos.

[007] Um elemento de amortecimento é posicionado imediatamente ao redor das duas buchas exteriores.

[008] Os rolamentos são elementos de rolamento cerâmicos.

[009] O conjunto de rolamentos conhecido do estado da técnica tem as seguintes desvantagens.

[010] Quando o conjunto de rolamentos é submetido à tensão radial pela haste de rotor, o posicionamento coaxial dos dois rolamentos não é assegurado devido à folga entre as duas buchas externas que, por sua vez, se deve ao fato de que as buchas externas estão em contato direto com o elemento de amortecimento e devido à carga axial pré-aplicada relativamente fraca.

[011] O elemento de amortecimento não pode amortecer o deslocamento radial da haste sem amortecer o deslocamento radial dos rolamentos em relação ao interior do alojamento. O desvio angular da haste ou o deslocamento da haste ao redor de um eixo geométrico perpendicular em relação ao seu eixo geométrico rotacional, desloca os rolamentos um em relação ao outro.

[012] Dessa forma, a disposição centralizada das buchas não é assegurada.

[013] Uma vez que os rolamentos são rolamentos de contato angular, a tensão radial é traduzida em uma força axial reativa que atua contra a força de carga pré-aplicada. A carga pré-aplicada, dessa forma, não pode ser definida nesse caso.

[014] A presente invenção planeja aperfeiçoar esses defeitos e propor um conjunto de rolamentos que permita um funcionamento confiável quando usado com um rolamento secundário.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[015] Para esse fim, a invenção propõe um conjunto dos tipos indicados, caracterizado pelo fato de que a bucha externa primária e a bucha externa secundária são posicionadas dentro do alojamento,uma imediatamente ao lado da outra;com um elemento intermediário posicionado entre os mesmos, em particular, um elemento intermediário único, cuja rigidez radial é maior que a do chassi e que a das buchas primária e secundária.

[016] De acordo com as modalidades específicas dos mesmos, o conjunto compreende uma ou inúmeras das seguintes características:4. a bucha externa primária está em contato com a bucha externa secundária;5. a bucha interna primária está em contato com a bucha interna secundária;6. as buchas primária e secundária externas contêm uma pista de rolamento, definida por uma pista semicilíndrica parcial e uma pista semitoroidal;7. o conjunto compreende meios de aperto axial, que apertam as buchas primária e secundária externas em direção ao chassi, sendo que a rigidez axial dos meios de aperto sob uma força axial aplicada sob a bucha externa secundária é menor ou igual à rigidez das duas buchas externas sob tal força axial;8. os meios de aperto axial compreendem meios de fixação e uma placa circular, e a rigidez axial dos meios de fixação é menor que a rigidez axial das duas buchas externas e da placa circular por um fator de 10 ou mais;9. um amortecedor posicionado ao redor do chassi, em que o amortecedor tem uma rigidez radial menor que os rolamentos de contato angular primário e secundário;10. o amortecedor é uma chapa corrugada de chapa de metal, com corrugações dispostas circunferencial ou axialmente; 11. um alojamento, com o chassi posicionado dentro do alojamento, em que o chassi é conectado ao alojamento e, se necessário, o amortecedor está em contato com o chassi e o alojamento.

[017] A invenção também propõe um motor elétrico que consiste em uma haste de rotor, um rolamento primário, a saber, um rolamento magnético e um conjunto de rolamentos rolantes caracterizado pelo fato de que o conjunto de rolamentos é conforme descrito acima, em que o conjunto de rolamentos forma um rolamento secundário com o rolamento secundário que sustenta a haste de rotor quando o rolamento primário falha, e em que o rotor é montado no rolamento primário sem fazer contato com o rolamento secundário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[018] A invenção será mais bem compreendida após a leitura da descrição a seguir, fornecida somente como exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:12. A Figura 1 é um corte transversal axial de um motor de acordo com a invenção;13. A Figura 2 é uma vista em escala ampliada do detalhe II da Figura 1, e14. A Figura 3 é um corte transversal axial ao longo da linha III-III na Figura 2.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[019] A Figura 1 ilustra um motor elétrico, de acordo com a invenção, designado pela referência geral 2.

[020] O motor elétrico 2 é um exemplo de um motor assíncrono. O motor 2 é um exemplo de um motor com uma velocidade nominal maior que 6.000 RPM. A velocidade nominal é, de preferência, maior que 8.000 RPM.

[021] O motor elétrico 2 compreende um alojamento 4 ou uma carcaça, uma haste 6, um rotor 8 e um estator 10.

[022] O motor elétrico 2 define um eixo geométrico principal X-X, que é o eixo geométrico rotacional da haste 6 e do rotor 8. No que se segue, as expressões “axialmente”, “radialmente” e “circunferencialmente” devem ser usadas em relação ao eixo geométrico principal. Os eixos geométricos dos elementos descritos acima são considerados coaxiais com o eixo geométrico principal, salvo se indicado de outro modo. O motor 2 também define um plano médio M-M que se estende perpendicularmente ao eixo geométrico principal XX. O plano médio M-M está posicionado no centro do eixo geométrico do rotor 8.

[023] A haste 6 e o rotor 8, considerados em conjunto, têm uma massa que é maior que 500 kg, em particular, maior que 750 kg.

[024] O motor elétrico 2 também compreende dois rolamentos primários 12 adaptados para sustentar a haste 6 durante a rotação, e assim também o rotor 8. Nesse caso, os rolamentos primários 12 são rolamentos magnéticos, de preferência, com uma haste de acionamento ativamente sustentada com dois pinos guia. Os dois rolamentos primários 12 estão posicionados axialmente em ambos os lados do rotor 8.

[025] O motor elétrico 2 também compreende dois conjuntos de rolamentos de rolos 14.

[026] Cada conjunto de rolamentos de rolos 14 é um bloco de rolamento ou secundário adaptado para sustentar a haste 6 quando o rolamento primário associado 12 falha.

[027] No caso representado, os dois conjuntos de rolamentos de rolos 14 são idênticos e estão dispostos dentro do alojamento 4, de maneira simétrica em relação ao plano médio M-M.

[028] Em uma variante não representada no presente, os dois conjuntos de rolamentos de rolos 14 estão dispostos de maneira simétrica em relação ao plano médio M-M. Além disso, os rolamentos de rolos no conjunto de rolamentos de rolos 14 podem ter tamanhos diferentes em relação aos rolamentos em outros conjuntos de rolamentos de rolos 14.

[029] No que se segue, apenas um dos conjuntos de rolamentos de rolos 14 será descrito em referência à Figura 2.

[030] O conjunto de rolamentos de rolos 14 consiste em um rolamento de contato angular primário 16, um rolamento de contato angular secundário 18, um chassi 20, um amortecedor 22, uma porção 24 do alojamento 4 e meios de aperto axial 26.

[031] Os dois rolamentos de contato angular 16 e 18 estão montados em uma forma de X.

[032] O rolamento de contato angular primário 16 compreende uma bucha externa primária 30, uma bucha interna primária 32 e elementos rolantes primários 34. Nesse exemplo, os elementos rolantes primários 34 são esferas. Os elementos rolantes primários 35 são produzidos a partir de metal, particularmente aço, por exemplo. Como uma variante, os elementos rolantes primários 34 são produzidos a partir de cerâmica.

[033] O rolamento de contato angular secundário 18 compreende uma segunda bucha externa 36, uma segunda bucha interna 38 e elementos rolantes secundários 40. Nesse exemplo, os elementos rolantes primários 40 são esferas. Os elementos rolantes secundários 40 são produzidos a partir de metal, particularmente metal, por exemplo. Como uma variante, os elementos rolantes secundários 40 são produzidos a partir de cerâmica.

[034] No presente caso, a bucha externa primária 30 e a segunda bucha externa 36 compreendem uma pista externa 42 formada por uma pista semicilíndrica 44 e uma pista semitoroidal 46. No perfil, a pista semicilíndrica 44 é contínua com o perfil da pista semitoroidal 46. Além disso, as duas pistas semicilíndricas 44 das duas buchas externas 30 e 36 são adjacentes. As duas pistas 42 da bucha externa primária 30 e a bucha externa secundária 36 são, dessa forma, abertas axialmente em um lado, de modo que, sem qualquer verificação externa, as buchas externas 30 e 36 possam ser movidas axialmente dos elementos rolantes associados.

[035] Cada uma dentre a bucha interna primária 32 e a bucha interna secundária 38 compreende uma pista interna que é exclusivamente em forma de um semitoroidal e que é axialmente fechado em ambos os lados.

[036] A bucha externa primária 30 e a bucha externa secundária 36 são dispostas imediatamente lado a lado no chassi. No presente caso, a bucha externa primária 30 e a bucha externa secundária 36 estão em contato uma com a outra.

[037] De preferência, o rolamento de contato angular primário 16 e o rolamento de contato angular secundário 18 são idênticos. A única diferença é em relação às posições simétricas dos mesmos um em relação ao outro.

[038] O chassi 20 compreende uma abertura 50 para receber os elementos rolantes. O chassi 20 é formado por uma parede cilíndrica 52 e uma parede de base circular 54. Dessa forma, a abertura 50 é formada pela superfície interior da parede cilíndrica 52 e pela superfície interior da parede de base 54.

[039] A bucha externa primária 30 está em contato com a parede de base 54 e com a parede cilíndrica 52, ao passo que a bucha externa secundária 36 está em contato com a parede cilíndrica 52, mas não com a parede de base 54.

[040] A bucha interna primária 32 está em contato direto com a bucha interna secundária 38.

[041] O rolamento de contato angular primário 16 e o rolamento de contato angular secundário 18 são montados dentro do chassi 20. Os meios de aperto axial 26 são adaptados para apertar a bucha primária e externa secundária 30 e 36 axialmente contra o chassi 20, mas precisamente em direção à parede de base 54.

[042] A rigidez axial dos meios de aperto 26, sob uma força axial aplicada pela bucha externa secundária 36, é menor ou igual à rigidez das duas buchas externas 30 e 36 sob essa mesma força. Em outras palavras, os meios de aperto axial 26 têm mais deformação axial que as duas buchas externas 30 e 36.

[043] A rigidez axial dos meios de aperto 26 é significativamente inferior à a rigidez das duas buchas externas (por um fator de 10 ou mais).

[044] A rigidez axial dos meios de aperto é muito significativa. Por exemplo, a rigidez axial é maior que a rigidez axial dos sistemas de corrente que usam uma tira flexível.

[045] O aperto serve para colocar a bucha externa 30 e 36 em contato, que antes do aperto tem um vão inicial de pelo menos 1/100 mm e, de preferência, inúmeros centésimos de mm. O vão inicial é um item nas especificações de construção do fabricante de rolamentos.

[046] Os meios de aperto axial 26 são, por exemplo, constituídos de uma placa circular 56 e meios de fixação 58 que fixam a placa circular 56 ao chassi 20.

[047] Os meios de fixação 58 são, por exemplo, parafusos.

[048] A rigidez axial dos meios de fixação 58 é menor que a rigidez axial do conjunto de buchas externas 30 e 36 e da placa circular 56. Dessa forma, os meios de meios de fixação 58 que absorvem as forças estão sob tensão axial aplicada pela bucha externa 36 na placa circular 56. Sob tal tensão axial, os meios de fixação 58 se deformam axialmente mais do que a placa circular 56.

[049] Durante a expansão térmica dos elementos rolantes 16 e 18, em particular, os meios de fixação 58 concedem um determinado grau de uma folga axial às buchas 30 e 36.

[050] Em uma variante não representada no presente documento, os meios de fixação 58 são uma solda, tal como uma placa 56 que é soldada no chassi 20.

[051] Em uma outra variante não representada no presente documento, a placa circular 56 tem um diâmetro externo que corresponde ao diâmetro interior da parede cilíndrica 52, em que a placa circular 56 tem um rosqueamento que se alinha com o furo definido na parede cilíndrica 52.

[052] Além disso, uma ou mais molas axiais, tal como uma arruela de mola cônica ou molas helicoidais podem ser posicionadas entre a placa circular 56 e bucha externa 36.

[053] Nesse caso, cada mola axial pode ser alojada dentro de uma cavidade axial que é fixa na placa circular 56 e que é aberta para a bucha externa 36.

[054] Quando os meios de fixação 58, em seu estado apertado, empurram a placa circular 56 em direção à ou contra a bucha externa 56, existe uma folga axial1 entre a placa circular 56 e o chassi 20. Essa folga axial j1 não é valor nulo.

[055] O amortecedor 22 é posicionado ao redor do chassi 20. O amortecedor 22 tem uma rigidez radial que é menor que a rigidez radial dos rolamentos de contato angular 16 e 18. Nesse exemplo, o amortecedor 22 é uma chapa corrugada. As corrugações se estendem circunferencialmente, como é visível na Figura 3.

[056] Em uma variante não representada, as corrugações se estendem axialmente.

[057] A chapa corrugada é fabricada a partir de uma chapa de metal, por exemplo.

[058] O amortecedor 22 está em contato direto com o chassi 20 e com o alojamento 4.

[059] De forma alternativa, o amortecedor 22 é omitido e o chassi 20 está em contato direto com o alojamento 4.

[060] Em uma variante não representada no presente documento, a bucha externa primária 30 e a bucha externa secundária 36 estão dispostas imediatamente lado a lado no chassi 20. Nesse caso, a bucha externa primária 30 e a bucha externa secundária 36 estão posicionadas dentro do chassi 20 por interposição de um elemento intermediário, por exemplo, um anel intermediário. O elemento intermediário está em contato direto com as buchas externas 30 e 36. O elemento intermediário tem uma rigidez axial que é maior que a dos meios de fixação 58 e maior que a do chassi, particularmente maior que a da parede de base 54. A rigidez axial desse elemento intermediário também é maior que a das buchas externas primária e secundária 30 e 36.

[061] O motor elétrico 2 funciona da seguinte maneira.

[062] Quando a haste 6 é montada nos alojamentos principais e quando os alojamentos principais 12 sustentam a haste 6, a haste 6 e as buchas internas primária e secundária 32 e 38 definem uma folga j2. A haste 6 não entra em contato com os conjuntos de rolamentos 14 e, assim, não entra em contato com as buchas internas 32 e 38.

[063] Quando um ou ambos os alojamentos principais 12 falham, particularmente enquanto o rotor 8 está girando, a haste 6 entra em contato com as buchas internas 32 e 38 do conjunto de rolamentos associado. O rotor 8 e a haste 6 são, a partir desse ponto, sustentados pelos elementos de rolamento 16 e 18.

[064] Devido ao posicionamento lado a lado da bucha externa primária 30 e da bucha externa secundária 36, a distribuição da aplicação das forças radial e axial nos elementos rolantes é diminuída quando os mesmos entram em contato com a haste 6. Além disso, o fato de os rolamentos de contato angular 16 e 18 estarem montados diretamente no chassi assegura que um alinhamento axial dos dois elementos rolantes 16 e 18 seja mantido. O desvio angular do chassi 20 ao redor de um eixo geométrico perpendicular ao eixo geométrico X-X produz um desvio angular definido dos dois elementos rolantes 16 e 18.

[065] Além disso, o posicionamento do amortecedor 22 ao redor do chassi 20 permite a fácil montagem dos dois elementos rolantes no chassi.

[066] A aplicação direta da bucha externa primária 30 e da bucha secundária 36 na parede 52 facilita consideravelmente a montagem.

[067] O posicionamento do amortecedor 22 ao redor do chassi 20 também contribui para facilitar a montagem e garante que o rolamento de contato angular primário 16 e o rolamento de contato angular secundário 18 permaneçam coaxiais quando o contato é feito com a haste 6.

[068] A invenção também pode se aplicar, de maneira geral, a máquinas rotativas, por exemplo, máquinas elétricas rotativas tais como geradores e motores. Uma variante de uma máquina rotativa pode ser um compressor.

Claims

1. CONJUNTO DE ROLAMENTOS DE ROLOS (14), queconsiste em um bloco de rolamento para uma máquina rotativa, sendo que o conjunto (14) compreende:um rolamento de contato angular primário (16) com uma bucha externa primária (30), uma bucha interna primária (32) e elementos rolantes primários (34);um rolamento de contato angular secundário (18) com uma bucha externa secundária (36), uma bucha interna secundária (38) e elementos rolantes secundários (40);um chassi (20) no qual estão montados o rolamento de contato angular primário (16) e o rolamento de contato angular secundário (18), emeios de aperto axial (26) que apertam as buchas externas primária e secundária (30, 36) axialmente em direção ao chassi (20);em que a bucha externa primária (30) e a bucha externa secundária (36) estão posicionadas dentro do chassi (20) uma imediatamente adjacente à outra;os meios de aperto axial (26) compreendendo meios de fixação (58) e uma placa circular (56),o conjunto (14) sendo caracterizado pela rigidez axial dos meios de aperto (26) sob uma força axial aplicada pela bucha externa secundária (36) ser menor ou igual à rigidez das buchas externas primária e secundária (30, 36) sob tal força axial; ea rigidez axial dos meios de fixação (58) ser menor, particularmente por um fator de 10 ou acima, que a rigidez axial das buchas externas primária e secundária (30, 36) e da placa circular (56);em que um elemento intermediário é posicionado entre a bucha externa primária (30) e a bucha externa secundária (36), em particular, um elemento intermediário único, cuja rigidez radial é maior que a do chassi (20) e a das buchas primária e secundária (30, 36).

2. CONJUNTO DE ROLAMENTOS DE ROLOS (14), deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pela bucha externa primária (30) estar em contato com a bucha externa secundária (36).

3. CONJUNTO DE ROLAMENTOS DE ROLOS (14), deacordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela bucha interna primária (32) estar em contato com a bucha interna secundária (38).

4. CONJUNTO DE ROLAMENTOS DE ROLOS (14), deacordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por cada uma das buchas externas primária e secundária (30, 36) conter uma pista (42) definida por uma pista semicilíndrica (44) e uma pista semitoroidal (46).

5. CONJUNTO DE ROLAMENTOS DE ROLOS (14), deacordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por compreender um amortecedor (22) posicionado ao redor do chassi (20), sendo que o amortecedor (22) tem uma rigidez radial menor que a dos rolamentos de contato angular primário e secundário (16, 18).

6. CONJUNTO DE ROLAMENTOS DE ROLOS (14), deacordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo amortecedor (22) ser uma chapa corrugada, particularmente uma chapa de metal, em que as corrugações são circunferenciais ou axiais.

7. CONJUNTO DE ROLAMENTOS DE ROLOS (14), deacordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 6, caracterizado por compreender um alojamento (4), em que o chassi (20) é posicionado dentro do alojamento (4), particularmente em que o chassi (20) está em contato com o alojamento (4), ou, se necessário, em que o amortecedor (22) está em contato com o chassi (20) e o alojamento (4).

8. MÁQUINA ROTATIVA, particularmente elétrica, especificamente um motor elétrico (2), que consiste em uma haste de rotor (6), um rolamento primário (12), particularmente um rolamento magnético, e um conjunto de rolamentos de rolos (14), caracterizada pelo conjunto de rolamentos (14) ser conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que o conjunto de rolamentos (14) forma um rolamento secundário, sendo que o rolamento secundário sustenta a haste de rotor (6) quando o rolamento primário (12) falha, e a haste de rotor (6) é montada no rolamento primário (12) sem fazer contato com o rolamento secundário.