BR112014023290A2

BR112014023290A2 - mancal de empuxo de gás seco para o uso em equipamento rotativo

Info

Publication number: BR112014023290A2
Application number: BR112014023290A
Authority: BR
Inventors: Bradshaw Bryan; Buiter Chris; Steinmann Detlev; Thom Jack; Spaid Michael; D Carpenter Timothy
Original assignee: Flowserve Man Co
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2019-12-17
Also published as: WO2013142461A1; CA2868021A1; CA2868021C; BR112014023290B1; MX362558B; US8998494B2; EP2834529B1; EP2834529A1; US20140105525A1; MX2014011200A

Abstract

mancal de empuxo de gás seco para o uso em equipamento rotativo um mancai de empuxo de gás seco é provido para o uso em equipamento rotativo e mais particularmente, este mancai de empuxo é projetado para suportar cargas de empuxo de compressor/turbina em um arranjo aprimorado que não requer óleo de lubrificação e que é projetado para suportar carregamento de empuxo de eixo necessário através do uso de um filme de gás seco. o mancai inclui um rotor de eixo entre dois estatores móveis de maneira axial e confia em úm filme de gás seco para separar o rotor e os estatores. os estatores são carregados de maneira axial através de um pacote de mola dupla arranjado em série em que -uma mola levemente carregada engata o estator durante aplicações com empuxo nulo, e enquanto o eixo começa a girar e encontrar empuxo axial, uma mola mais pesada, mais rígida, maior do que a carga de empuxo engata rapidamente.

Description

MANCAI.. DE EMPUXO DE GÁS SECO PARA O USO EM EQUIPAMENTO ROTATIVO”

REFERENCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS [Õ00.I] Este pedido reivindica a prioridade do Pedido de Patente Provisório No. 61/613.059, preenchido em 20 de março de 2012, e Pedido de Patente dos EUA No. 13/836.673, preenchido em 15 de março de 2013, e as: divulgações das quais são incoiporadas aqui por referência.

CAMPO DA IN VENÇÃO [0002] A presente invenção se refere a um mancai de empuxo de gás seco para o uso em equipamento rotativo e mais particularmente, se refere a um mancai projetado para suportar cargas de empuxo de compressoiPturbina em um. arranjo aprimorado que não requer óleo de lubrificação e que é projetado para suportar carregamento de empuxo de eixo necessário através do uso de um filme de gás seco.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO [0003] Em vários tipos de equipamento rotativo tendo um. eixo rotativo, mancais de empuxo são providos convencionalmente em engate cooperativo com o eixo para acomodar cargas de empuxo as quais o eixo pode ser sujeitado. Mancais de empuxo podem usar lubrificação líquida entre um rotor montado em um eixo e estatores os quais são providos juntos para suportar de maneira ãxial o rotor e eixos associados quando sujeitados às cargas de empuxo. Tais cargas de empuxo podem ser geradas através de várias causas, tais como cargas operacionais encontradas durante a operação do equipamento rotativo:

[0004] A invenção se refere a um mancai de empuxo de gás seco para o uso em vários tipos de equipamentos rotativos. O mançál de empuxo preferivelmente será usado no equipamento tal como em. turbinas, expansores, e compressores^ apesar de ser entendido que o mancai de empuxo da invenção pode ser aplicado a qualquer tipo de equipamento turbomecâmico que requer / 15 retenção de empuxo de eixo. O dispositivo também pode ser instalado no equipamento usado em outras aplicações em que mancais de empmto lubrificados por líquido convencionais não podem ser aplicados.

[0005] A invenção compreende um arranjo rotativo simétrico duplo que provê um. rotor montado no eixo: que é formado como: um flange radial anular se projetando radialmente, preferivelmente a partir do eixo. O rotor possui feces de mancai opostas que se voltam para direções axiaís opostas, e o mancai de empuxo inclui adicionalmente um par de estatores de anel de empuxo: que incluem respectivas feces de mancai que se voltam de maneira axial para as frees dè mancai do rotor. Durante a rotação de eixo, ãs feces de mancai do rotor giram com relação às frees de mancai de estaior. Os estatores preferivelmente são moveis de maneira axial com relação ao rotor e incluem meios de polarização preferivelmente formados como um pacote :de mola que polariza os estatores em. direção às faces de mancai do rotor. Enquanto os estatores são moveis de maneira axíal e polarizados, o rotor também pode usar anéis móveis de maneira axial para definir as frees de mancai do rotor e por sua vez, os estatores em tal caso podem ser fixados de maneira axial [0006] Algumas ou possivelmente todas estas frees de mancai incluem funcionalidades de içamento hidrodinâmico que geram, de. maneira hidrodinâmica um.· filme de fluido de gás seco entre as faces de mancai do rotor e do estator durante a rotação relativa do mesmo. Bm outras palavras, o filme fluido é gerado durante a rotação do rotor com relação às feces de maneai do estator estacionário que ocorre durante a rotação de eixo. As funcionalidades de içamento hidrodmâmico confiam em um filme de .gás .seco que é gerado entre as faces d.e mancai opostas para separar de maneira axial cada estator do rotor oposto. Rigidez de filme suficiente é gerada entre as faces de. mancai para contrabalancear a carga de empuxo produzida a partir de um. eixo rotativo. Uma funcionalidade da invenção da presente invenção inclui o método de retenção para os meíos de_: polarização que provêem uma

3/15 montagem flexível, preferivelmente para cada estator de mancai.

[0007] Os meios de polarização preferivelmente são formados como um arranjo de mola. duplo. da invenção .que: atua na respectiva face, traseira de cada estator para polarizar normalmente cada estator para o rotor enquanto ainda permite cada estator para se mover de maneira axial para longe do rotor Gomo w resultado de içamento hldrodinâmíeo geradas pelo filme fluido e como um resultado de cargas de empuxo transmitidas pelo eixo o qual pode se deslocar de maneira axial sob tais cargas de empuxo.

[0008] Antes é durante o movimento axial do eixo, as. molas duplas são arranjadas em série para prover duas ftmções. Primeiro, uma mola levemeiíte carregada engata a montagem de anel de empuxo de estator durante aplicações com empuxo nulo. Segundo, quando o eixo começa a girar e encontrar empuxo, uma mola anais pesada, mais rígida, maior do que a carga de empuxo, rapidamente engata. A mola de reforçador permite que o estator permaneça montado de maneira fixa durante a operação dinâmica. O mancai de gás .seco foi projetado para suportar várias excursões de empuxo de virada durante a operação incluindo empuxo de eixo na direção oposta.

[0009] O mancai de empuxo da invenção provê as molas duplas empilhadas em série, em que estas duas molas separadas proveem taxas de mola, separadas. Uma mola distribui uma baixa força de mola enquanto a segunda mola distribui uma aka força de mola.

[00010] A menor taxa de mola pennke que o mancai de empuxo de gás seco mantenha uma pré-carga leve durante a partida inicial. Esta carga de mola leve provê a capacidade de gerar a rigidez de filme necessária para suportar a carga de empuxo desenvolvida durante a operação dinâmica. A carga de empuxo tende a aumentar como uma função do aumento da velocidade.

[00011] Quando a carga de empuxo excede o carregamento da menor mola, esta menor mola se torna não funcional e a mola pesada (rigidez

4·./15 aumentada) engata desta fôrma suportando a face de mancai de empuxo estacionário. Esta transição ocorre dentro de viagem de eixo axial bastante limitada, .Preferivelmente, o. nível de eixo aproximado é menor do que 0,010 polegada para diâmetros de tamanho de eixo menores do que 1 polegada.

[00012] A funcionalidade de mola dupla é um conceito único que provê um período de tampão durante a operação estática para a dinâmica. Durante esta transição, as foces de mancai geram a rigidez de filme necessária para o suporte de carga de empuxo adequado.

[00013] Outros objetivos e propósitos da invenção,, e variações dos mesmos, serão aparentes a partir da leitura da seguinte especificação e dã inspeção dos desenhos anexos.

[00G14] A FIG. 1 é uma vista de seção transversal de um mancai de empuxo de gás seco da invenção;

a FIG. 2 é uma primeira vista de extremidade lateral de um rotor que pode ser montado no eixo;

a FIG. 3 e uma vista de seção transversal do rotor;

a FIG. 4 é uma segunda vista de extremidade lateral do rotor;

a FIG, 5 é uma vista de seção transversal alargada de um estator;

a FIG. 6 é uma vista alargada do estator da FIG. 5 que mostra detalhe adicional como para um pacote de mola de maneira axial que suporta o estator;

a FIG. 7 é uma vista diagramátiça do mancai ern uma primeira condição de operação antes da rotação de eixo; e a FIG. 8 é uma vista diagramátiça do mancai em uma segunda condição de operação durante a rotação de eixo em que o rotor é sujeitado áo carregamento de empuxo.

[00015] Certa terminologia será, usada na seguinte descrição para a / IS eonvemênm apenas por referência e não será limitante, As palavras “cima’’, “baixõ”, “direita” e “esquerda” designarão direções nos desenhos aos- quais a referência é feita,. As palavras ‘dentro” e ‘fora” vão se referir às direções so. aproximando e se afastando, respectivamente, do centro geométrico do dispositivo e das partes designadas do mesmo. As palavras “proximaL e “distai” vão se referir à orientação, de um elemento com relaeão_: ao: dispositivo. Tal terminologia vai incluir derivados e palavras de importância similar.

DESCRIÇÃO DETALHADA.

[00016] Em referência à EIG. I, a invenção se refere a um mancai de empuxo de gás seco 10 para o uso em equipamento rotativo 12 tendo um eixo rotativo 14. O mancai de empuxo .10- preferivelmente será usado no equipamento tal como em turbinas, èxpansores, e compressores, apesar de ser entendido que o mancai de empuxo 10 da invenção pode ser aplicado a qualquer tipo de equipamento torbomecânico que requer retenção de empuxo de eixo. O dispositivo também pode ser instalado em equipamento usado em outras aplicações: em que mancais de empuxo lubri ficados por líquido convencionais não podem ser aplicados.

[00017] Em um uso de exemplo, o mancai de empuxo 10 pode ser provido em. uma aplicação de fundo de poço tal como um tubo de poço onde o eixo 14 é orientado de maneira vertical para a rotação em torno de um eixo geométrico de rotação central. Nesta aplicação, o tubo de poço contém fluído de processo^ na forma de um gás, e o eixo 14 tipicamente pode ser acionado através de uma turbina e o eixo 14 por sua vez pode acionar: um compressor que atua o fluido de processo. Será entendido que vários dispositivos motrizes podem ser usados para acionar o eixo tal como um motor, .[000I8] O fluido dá processo também pode ser de outros tipos tal com o um líquido onde o eixo está sendo acionado para operar um empuxor de bomba. O mancai de empuxo 10 da invenção não está, limitado ao

6./15 equipamento especifico e aos ambientes, e pode ser usado em qualquer eixo onde for adequado tanto em uma orientaçâó vertical quanto em unia orientação horizontal.. f...................

[00019] Na aplicação de fendo de poço descrita acima, o eixo 14 pode girar em altas velocidades, tal como 190,000 rpm. e pressões operacionais podem ser da ordem de 1000 psi (6,89 mPa) ou mais com algufea pressão diferencial que ocorre através da região de fe.ee de mancai. Por exemplo, a pressão no lado da região de face de mancai pode diferir da pressão, do outro lado com uma pressão diferencial de 15 psi (0,10 mPa.) através da região de face de mancai [09020] Durante a rotação do eixo. 14, o equipamento rotativo pode encontrar cargas de empuxo que atuam de maneira axial ao longo do eixo geométrieo de rotação do eixo 14 e que tendem a mover o eixo 14 de maneira axial 0 mancai de empuxo 10 da invenção é provido para acomodar e suportar estas cargas de empuxo enquanto evita que componentes rotativos atinjam de maneira axial componentes estacionários dispostos de maneira axial adjacentes ao mesmo, em que o deslocamento axial e o contato desta maneira de outra forma podem danificar os componentes do equipamento. O mancai de empuxo 10 evita tal contato e ainda acomoda algum deslocamento axial do eixo 14. Ádicionalmente, tais cargas de empuxo podem ocorrer em ambas as direções axiais ao longo do eixo 14, e. portanto, o mancai de empuxo 10 provê suporte em ambas as direções axiais.

[00021 ] Cotw para õs componentes ilustrados do equipamento rotativo 12, o eixo 14 possui uma configuração escalonada ao longo do seu comprimento em. que o diâmetro do eixo diminui gradualmente na direção para a direita da Figura 1. O mancai de empuxo 10 é montado a um degrau, intermediário 14A_: e contata de maneira axial no lado contra um rebordo que se volta de maneira âxlal 14B._: [00022] 0 eixo 14 se estende através de um alojamento de

7/15 equipamento 15, e especificamenle se estende de maneira axial através de uma câmara de alojamento 16. Uma porção central da câmara de alojamento 16: é definida nas extremidades opostas por paredes de extremidade de alojamento opostas que se voltam, de maneira axial 17 e 18, e uma parede externa anular 19 que se volta radialmente para dentre em direção à superfície externa do eixo 14. Esta câmara de alojamento 16 pode incluir uma porta de fluido 20 que se abre através da parede externa 19. O mancai de empuxo 10 desta forma se monta ao degrau intermediário 14A do eixo 14, e é disposto dentro da. câmara de alojamento 16, [00023] Mais particularmente como para o mancai de empuxo 10, o mancai de empuxo 10 da invenção compreende um ..arranjo rotativo simétrico duplo .que prove um rotor montado no eixo 22. (ver as Figuras I a 4) que compreende uni flange radial anular 23 se projetando radialmente para fora, preferivelmente para longe do eixo 14. O rotor 22 compreende adicionalmente um corpo de rotor 24 que é cilíndrico e se ajusta no degrau de eixo 14A. Um diâmetro de rotor interno 25 possui dispositivos de centralização resilientes 26, tais como uma mola de lâmina, que se assenta dentro de ranhuras circunferenciais 26A e centraliza contra a superfície de eixo oposta, em que o corpo de rotor 24 é fixado ao eixo 14 de forma a girar em uníssono com o mesmo.

[00024] O rotor flange 23 se projeta radialmente para fora a partir do diâmetro de rotor externo, que é definido por uma superfície externa 27 do corpo de rotor 24. O rotor flange 23 preferivelmente está localizado em uma região média ao longo do comprimento axial do corpo de rotor 24.

[00025] Para acomodar axial cargas de empuxo, o flange 23 do rotor 22 possui faces de mancai anulares opostas 30 (Figuras 1 a 4) que se es rendem radialmente para fora a partir da superfície externa do rotor 27 e se voltam para longe uma da outra em direções axiais opostas. As faces de mancai 30 possuem uma forma anular e se estendem de maneira

8/15 circunferencial de forma a defiwr um diâmetro externo 31 e. um diâmetro interno 32, [00026] As faces de mancai do rotor 30 preferivelmente são providas com funcionalidades de içamento hidrodinâmico 34 que preferivelmente são derivadas da existente tecnologia de Gaspac que atualmente é vendida por Flowserve Corporation como parte da sua linha de produto de vedação mecâmca, As funcionalidades de içamento hidrodinâmico 34 preferivelmente são fonnadas como ranhuras espirais rasas que são identificadas por Flowserve como a sua Ranhura Padrão Avançada, padrão de ranhura o quál tipicamente é usado em vedações mecânicas para prover uma vedação estática que ocorrem quando um eixo não está girando, e proveem uma vedação hidrodmâmica durante a rotação de eixo. Na presente invenção, estas funcionalidades de içamento hidrodinâmico em. geral incluem, ranhuras espirais rasas 35 que se comunicam com uma ranhura anular rasa 36 em que o fluido é bombeado radialmente para dentro através destas ranhuras durante a rotação, de eixo para: gerar um filme de fluido entre faces de mancai opostas que separa de maneira axial tais faces como descrito em maior detalhe abaixo. As funcionalidades de içamento 34, portanto são: providas na presente invenção para gerar o filme fluido durante a rotação de eixo, e detalhes mais específicos çomo para a construção específica de tais Ranhuras de Padrão Avançado não são necessários aqui. Será entendido que as funcionalidades de içamento hidrodinâmico 34 não estão limitadas ao padrão de ranhura específico mostrado nas Figuras 2 e 4 e que outros tipos de fimcionalidades de içamento hidrodinâmico também podem ser usados desde que sejam de içamento hidrodinâmico adequado e a rigidez de filme é gerada através de tais iunqionalidad.es de içamento. Adicionalmente, as funcionalidades de içamento 34 podem ser de um tipo que são bidireciouais ou em outras palavras, geram um filme de fluído independentemente da direção a qual um eixo gira, [00027] Em referencia. às Figuras 1. e 5, o mancai de empuxo 10 inclui /15 adícionalmente m par de estatores de anel de empuxo 39 que incluem respectivas faces de mancai 40 que se voltam de maneira axial para o rotor faces de mancai 30. Cada um destes estatores 39 é fumado como um anel anular que é suportado de maneira não rotativa dentro de um alojamento de suporte 41, alojamento de suporte 41 o qual é suportado de maneira estacionária dentro do alojamento de equipamento 15. Cada alojamento de suporte 41 comaía de maneira axial contra a parede de extremidade de alojamento 18 e é vedado radialmente contra a parede de alojamento externa 19- através de um respective anel em '0 43. Cada alojamento de. suporte 41 incluí um canal de suporte anular 44 que recebe o estator conformado em anel 39 em que o estator 39 pode ser deslizado de maneira axial dentro do canal de suporte 44 para permitir a formação do filme fluído. No entanto, o estator 39 é engatado de maneira não rotativa com o alojamento de suporte 41 pelas chaves 46 ou semelhantes as quais estão localizadas no diâmetro externo do estator 39. Desta forma, os estatores 39 não giram, mas sâo capazes de se mover de maneira axial para permitir a formação de um filme de fluido entre as faces de mancai 30 e 40 e acomodar cargas de empuxo como descrito adicional mente abaixo.

[000281 Mais particularmente durante a rotação de eixo, as faces de mancai do rotor 30. giram eom relação às respectivas faces de. mancai do estator opostas 40, em que as funcionalidades de içamento hidrodinâmico 34 geram o filme fluido entre as faces de maneai opostas. Os estatores 39 são móveis de maneira axial com relação ao rotor 22, mas os alojamentos do estator 41 incluem meios de polarização 50 que atuam em uma face traseira 51 de um respectiva estator 39 para polarizar os estatores 39 para as faces de mancai do estator 30 enquanto ainda permite a. separação axial entre os mesmos. Enquanto os estatores 39 são móveis de maneira axial e polarizados, o rotor 22 também pode usar anéis móveis de maneira axial para, definir as faces de mancai do rotor 30 e por sua vez, os estatores 39 em tal caso podem

10/15 ser fixados de maneira axial.

[00029] .Preferivelmente: as faces de mancai 30 mel nem as foncionalidades de içamento hídrodinâmico 34 que geram de maneira hidrodinâmica um filme, de fluido entre as faces de mancai de rotor e do estator 30 e 40 durante a rotação relativa do mesmo. Em outras palavras, o filme fluido é gerado durante a rotação do rotor faces 30 com relação às faces de mancai do estator estacionário 40 que ocorre durante a rotação de eixo. Enquanto as funcionalidades de içamento 34 são providas apenas nas laces de mancai do rotor 30, tais funcionalidades de içamento 34 ou outros tipos de tais funcionalidades podem ser providos em qualquer uma ou em todas as faces de mancai 30 e 40 se isto se prova adequado para uma aplicação particular.

[00030] As funcionalidades de içamento hidrodinâmico 34 confiam em um filme de gás seco que é gerado entre as faces opostas de mancai 30 e 40 para separar de maneira axial cada estator 39 da face oposta de mancai do rotor 30. Rigidez de filme suficiente é gerada entre as faces de mancai 30 e 40 para contrabalancear qualquer carga de empuxo realizada pelo eixo rotativo 14. Portanto, se o eixo 14 encontra uma carga, de empuxo e é deslocada de maneira axial· a força axial é transmitida de maneira axial para os esfatores 39 os quais são capazes de acomodar de maneira axial tal carga já que os estatores 39 podem ser deslocados de maneira axial. Durante a rotação de eixo, o movimento axial do rotor 22 é transmitido ou transferido para os estatores 39 através do filme fluido formado entre as faces de mancai 30 e 40. Pm geral em referência à figura 5. o filme fluido se forma através da maior parte ou de toda a largura radial da região do mancai que se estende entre o diâmetro interno 55 (ID) e o diâmetro externo 56 (O.D) de cada face de mancai do estator 40. Desta forma, as faces de mancai 30 e 40 normalmeme estão em contato quando o eixo 14 não gira e podem estar em contato na partida quando o eixo .14 começa a girar. Após a velocidade rotativa .15 suficiente, ser alcançada peto eixo 14, o filme fluida se forma e as foces de mancai 30 e 40 se separam para um menor grau, O filme fiuido possui uma, rigidez de filme que governa, a quantidade de carga axial que o filme fluido pode lidar enquanto mantém as faces de mancai 30 e 40 separadas entre si. Assim, mesmo se o eixo 14 se move de maneira axial sób uma carga de empuxa, o filme fluido preferivelmente possui,rigidez de filme suficiente para evitar colidir ou contatar com a face de mancai do rotor 40 contra a respectiva face de mancai do estator 40 colisão a qual de outra forma pode danificar os componentes do mancai.

[00031] Uma funcionalidade da invenção da presente invenção inclui o método de retenção para es meies de polarização 50 que provê uma montagem flexível, preferivelmente para cada estator de mancai 39- Qs meios de polarização 50 preferivelmente são formados como um arranjo de mola dupto: da invenção que atoa na respectiva foce traseira 51 de cada, estator 39 para polarizar normalmente o estator 39 para o rotor 22, enquanto os meias de polarização 50 ainda permite que o estator 39 se mova de maneira axial para longe do rotor 22_: em resposta ao içamento hidrodinâmico gerado pelo filme fluido e como um resultado de quaisquer cargas de empuxo transmitidas pelo eixo 14 o qual pode se deslocar de maneira axial, sob tais cargas, de empiixo.

[00032] Em referência às Figuras 1 e 5, os meios de polarização 50 são mostrados como iucluindo um anel de apoio ou empuxo de estator 60 que contata contra ã foce traseira do estator 5'1 e é móvel de maneira axial com a mesma dentro do canal de alojamento 44. O diâmetro interno do anel de apoio 60 é vedado através de um anel em O 61, Em referência à. Figura. 5, a. foce traseira 62 do anel de apoio 60 inclui um bolso de mola semelhante a. canal anular 63 que se abre para trás e recebe um pacote de mola 64 no mesmo.. Para os propósitos ilustrativos das Figuras 1 e 5, o pacote de mola 64 é mostrado como um único bloco ajustado no bolso de mola 63 apesar de o pacote de mola da invenção 64 ser uma montagem de componentes. A Figura

12/15 ilustra os componentes individuais do pacote de mola 64. Será entendido que a seguinte discussão primariamente se refere à montagem, de estator da esquerch, mas esta discussão é igualmente -aplicável à montagem, de estator da direita.

[00033] Mais particularmente como paòa a Figura 6_? o pacote de mola 64 compreende uma primeira mola. mais leve 66 e uma_: segunda mola mais pesada 67.,.. que são separadas através de uma placa de mola intermediária 68. Ambas as molas 66: e 67 preferivelmente são formadas como molas de onda que geram relativamente desempenho de mola pesada e leve:. Para, os propósitos ilustrativos, as molas 66 e 67 são mostradas como caixas de tamanhos diferentes que mostram a espessura da mola axial, apesar de ser entendido que uma seção transversal de uma mola de onda pode mostrar um menor retângulo e a posição axí:al do retângulo da seção transversal pode variar dependendo da localização ao longo da onda em que a seção transversal é. cortada. Nas caixas usadas para mostrar as molas 66 e 67, essencialmente a borda esquerda de cada mola mostra o pico de uma onda na mola e a borda direita de cada mola mostra o pico de uma onda adjacente de maneira circunferência!.

[00034] A placa de mola 68 é formada como uma placa plana anular e é provida em série entre as duas molas 66 e 67 para transferir cargas axiais entre elas. Adicionalmente, a placa de mola 68 evita que as ondas das molas 66 e 67 assentem uma dentro· da outra de forma que cada mola pode se deformar de. maneira independente da outra mola.

[06035] O Ws®' de mola 63 é formado com. uma menor porção de bolso 69 que possuí uma menor dimensão radial do que a maior porção de bolso 70 que se abre a partir da face do anel de apoio 62. A menor porção de bolso 69 é formada: em uma face de fendo 70 do bolso 63 e recebe a menor e mais leve mola: 66 no mesmo, enquanto a maior porção de bolso recebe a placa de mola 68 e a mola mais pesada 67 na mesma. A mola mais pesada 67 se projeta de maneira axial fora do bolso 63 e prefedveltnentê,. possuí a extremidade livre esquerda 71. assentada, dentro de um assento de mola semelhante a. canal raso 73 que é formado na face interior 74 do: alojamento de suporte 41. O assento de mola 74 ajuda a localizar radialmente o pacote de mola 64 e apoiar o anel 60.

[00036] Na Figura 6, a placa de mola 68 é mostrada com uma face de placa interna 75 disposta perto de contato, até contatando á face de bolso de fondo 70. Normálmente, a mola mais leve 66 possui uma dimensão axial maior do que a profundidade da porção de bolso 69 tal que a mola mais leve 66 se projeta fora da porção de bolso 66. Isto é mostrado na Figura 7. A Figura 6, no entanto, mostra uma condição colapsada para a mola 66 em que a placa cie mola 68 normalmente está espaçada da face de bolso de fondo 70 mas é mostrada após o anel de apoio 60 e o estator 39 se move para esquerda, de forma que a foce de fondo 70 agora contata a placa de mola 68. Este movimento é descrito em maior detalhe com relação às Figuras 7 e 8.

[00037] Na Figura 7, a mola 66 é mostrada em uma condição expandida se projetando para fora da porção de bolso 69 (Figura 6) de forma que uma lacuna 80 é formada entre a foce de bolso de fondo 70 e a foce de placa Interna 75. Fara os propósitos ilustrativos nas. Figuras 7 e 8, Um. único bloco é usado para ilustrar a placa de mola ou a mola mais pesada 67/68, apesar de estes obviamente serem, dois componentes individuais como mostrado na Figura 6. A lacuna 80 está presente em uma posição sem empuxo para o estator 39 e o anel de empuxo ou apoio do estator 60. A pequena mola. 66 provê uma pré-carga de mancai inicial enquanto a. mola grande 67 não é carregada. A lacuna 80 permite que o filme fluído se forme durante a rotação de eixo, durante o qual o egiator 39 desloca uma menor distância de maneira, axial para a esquerda (ou para a direita no caso do estator da direita 39 mostrado na Figura I). A lacuna 80 ainda está presente durante esta condição e a lacuna 80 permite uma pequena feixa de movimento axial para o estator

14/15

39.

[00038] Coma para a Figura 8, a lacuna 80 desaparece quando a mola comprime ou colapsa cm que a face de placa 75 contata a face de bolso 70 como também é mostrado na Figura 6. A ausência de urna lacuna indica uma posição de empuxo ® que o empuxo axial é transportado através do rotor 22 e se transfere para o estator 39 e o anel de empuxo do estator 60. Durante a rotação de eixo, estas cargas de empuxo são transportadas entre as faces de mancai 30 e 40 através do filme fluido péla rigidez de filme exibida desta forma, Nesta condição,: a pequena mola 66 não: prove carga adicional e a. grande mola 67 é engatada ou é ativada para prover suporte de mola mais pesado e desta forma suporta as várias cargas de empuxo.

[00039] Em operação, o pacote de mola 64 em cada um dos rotores 39 pode suportar cargas de empuxo em ambas as direções axiais. Antes e durante o movimento do eixo axial, as molas duplas 66 e 67 de cada pacote de mola 64 são arranjadas em série para prover duas fonçoês. Primeiro, a mola levemente carregada 66 engata a montagem de anel de empuxo de estator durante aplicações com empuxo nu.lo_: de forma que cada estator 39 é polanzado levemente contra o rotor 22. Segundo, como o eixo 14 começa a girar e encontrar empuxo em uma direção axial ou na outra, a mola rígida mais pesada 67, que gera supérte de carga maior do que a carga de empuxo, rapidamente engata, A mola de reforçador 67 permite que o estator 39 seja sujeitado à carga de empuxo para permanecer montado de maneira .fixa durante a operação dinâmica, O mancai de gás seco 10 foi projetado para suportar várias excursões de empuxo de virada durante a operação incluindo ó empuxo do eixo na direção oposta.

[00040] O mancai de empuxo da invenção provê as molas duplas 66 e empilhadas em série, em que estas duas molas separadas 66 e 67 proveem taxas de mola separadas, Uma mola 66 distribui uma baixa força de mola enquanto a segunda mola 67 distribui uma alta força de mola.

/ 15 [00041 ] A .menor taxa, de mola pennite que: o mancai de empuxo. de gas seco 10 mantenha uma pré-carga leve durante a partida inicial como observado na Figura 7.. Esta carga de mola leve provê a capacidade de gerar a rigidez de filme necessária para suportar a carga de empuxo desenvolvida durante a operação dinâmica. A carga de empuxo tende: a aumentar como uma função dc aumento da velocidade.

[00042] Quando a carga de empuxo excede o carregamento da menor mola 66, esta menor mola 66 se toma não funcional na condição das Figuras 6 e 8 e: a mola pesada (rigidez aumentada) 67 engata, suportando desta ferma a fe.ce de mancai de empuxo estacionário 40. Esta transição ocorre dentro de viagem, de eixo sxial bastante'· limitada. Preferivelmente, o nível de eixo aproximado é menor: do que 0,010 polegada (0.0254 cm) para diâmetros de tamanho de eixo menores do que 1 polegada (2,54 cm), viagem a qual é definida pela lacuna 80 (Figura 7).

[00043] A funcionalidade de mola dupla é urn conceito único que provê um período de tampão durante a operação estática para a dinâmica. Durante esta transição, as faces de mancai 30 e 40 e as ftmcionalidades de içaménto hidrodmâmiço 34 geram a rigidez de filme necessária para o suporte de carga de empuxo adequado. A provisão de molas pequenas e grandes 66 e 67, alinhadas em série, é uma fimcionalidade única no projeto e estas molas fimcionam durante condições normais e condições de carga de empuxo.

[0()044] Apesar de uma modalidade preferida particular da invenção ser divulgada: em detalhe para propósitos ilustrativos, será reconhecido que variações õu modificações do aparelho divulgado, incluindo o rearranjç de partes, estão dentro do escopo da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Mancai de empuxo de gás seco para c uso em equipamento rotativoo dito mancai de empaxo caracterizado pelo feto de que compreende:

um arranjo rotativo simétrico duplo que inclui um rotor montado no eixo qu© é formado como uni flange radial anular- se projetando radíalmente a partir do dito eixo, o dito rotor tendo feces de mancai opostas que se voltam para direções axiais opostas; e o dito mancai de empuxo incluindo adicionalmente um par de e-sta.tores.de anel de empuxo que incluem respectivas faces de mancai que se voltam de maneira axial para as ditas feces d© mancai de rotor,, em, qne durante a rotação de eixo, as ditas faces de mancai de rotor giram com relação às foces de maneai de estator, os ditos estatores sendo móveis de maneira axial com relação·: ao dito rotor e incluindo meios de polarização formados como um pacote de mola que polariza, ps ditos estatores para as ditas faces de maneai de rotor, os ditos meios de polarização que são formados- em um arranjo de mola duplo que atua em uma respectiva face traseira de cada dito estator para polarizar normalmente cada dito estator para o rotor enquanto ainda permite cada dito estator se mover de maneira axial para longe do rotor.
2. Mancai de empuxo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que algumas das ditas faces de mancai incluem funcionalidades de içamento hidrodinâmico que geram de maneira hidrodinâmica um filme de fluido de gás seco entre as faces de mancai do rotor e do estator durante a rotação relativa do mesmo.
3. Mancai de empuxo- de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o filme fluido é gerado durante a. rotação do rotor com relação às feces de mancai do estator estacionário que ocorre durante a rotação de eixo.
4. Mancai de empuxo de acordo com a reivindicação .2, caracterizado pelo feto de que as ditas feces de mancai são separáveis como um resultado de içamento hidrodinãmico gerado pelo filme fluido e como um resultado de cargas de empuxo transmitidas pelo eixo o qual pode deslocar de maneira axial sob tais cargas de empuxo.
5. Mancai de empuxo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo feto de que as ditas funcionalidades: de içamento hidrodinâmico confiam, em um filme de gás seco que é gerado entre as faces de mancai opostas para separar de maneira. axial cada estate»' a partir do rotor oposto, em. que rigidez de filme suficiente é gerada entre as faces de mancai para contrabalancear a carga de empuxo produzida a pau ir do eixo rotativo,
6. Mancai dé empuxo de: acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo feto de que o dito pacote de mola compreende molas duplas, arranjadas em série,
7. Maneai de empuxo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo feto de que as ditas molas duplas compreendem, uma primeira mola, carregada levemente que engata a montagem de anel de empuxo de estator durante aplicações com empuxo nulo, e uma segunda mola reforçada mais pesada, que engata enquanto o eixo começa a girar e encontrar o empuxo.
8. Maneai de empuxo de. acordo com a reivindicação 7._?caracterizado pelo feto de que a dita segunda mola gera uma força de polarização maior do que a carga, de empuxo,
9. Mancai de empuxo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito pacote de mola compreende molas duplas empilhadas em série, em que estas duas molas separadas proveem taxas de mola separadas, uma mola menor que distribui uma menor força de mola enquanto a segunda mola maipr distribui: uma alta força de mola,
10. Mancai de empuxo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo feto de que a menor taxa de mola permite que o mancai de empuxo de gás seco mantenha uma pré-carga de luz durante a partida inicial,

Ο Ο que provê a capacidade de gerar a rigidez de filme necessária para suportar a carga de empuxo desenvolvida durante a operação dinâmica.

II. Maneai de empuxo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo feto de que quando a cargo de empuxo excede o carregamento da menor mola, a dita menor mola se toma não funcional e a maior mola engata suportando desta, forma a face de mancai de empuxo estacionária.