BR112015017532B1

BR112015017532B1 - Rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão para um compressor lubrificado com refrigerante

Info

Publication number: BR112015017532B1
Application number: BR112015017532-5A
Authority: BR
Inventors: William E. Lapp; Todd W. Smith; Arthur L. Butterworth; Paul J. Sikorsky
Original assignee: Trane International Inc.
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2021-12-07
Also published as: US20160010691A1; GB201514748D0; CN104956104B; BR112015017532A2; US10408268B2; DE112014000557T5; CN104956104A; WO2014117011A1; GB2525130A

Abstract

rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão para um com-pressor lubrificado com refrigerante trata-se de um rolamento de esferas híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão contendo um anel interno, um anel externo, e elementos rolantes dispostos entre os mesmos. o rolamento em aço inoxidável nitretado sob pressão possui um ou mais componentes feitos de um material de aço inoxidável nitretado sob pressão. o rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão usado com uma lubrificação por refrigerante para aplicações em resfriadores resulta a um tempo de vida útil extremamente longo.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] As concretizações aqui reveladas referem-se a um rolamento de esferas que é usado com lubrificação refrigerante para aplicações de resfriadores. As concretizações aqui reveladas referem-se a um compressor contendo um rolamento de esferas que é lubrificado com um refrigerante. As concretizações aqui reveladas referem-se a um compressor livre de óleo no qual um rolamento de esferas do compressor livre de óleo é lubrificado por um refrigerante, e não lubrificado com óleo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Um rolamento de esferas possui um anel interno, um anel externo, e elementos rolantes dispostos entre os mesmos. Um rolamento híbrido é um rolamento de esferas contendo dois ou mais materiais diferentes. Por exemplo, um rolamento híbrido pode ter elementos rolantes feitos de um material, e um dos anéis interno e externo, ou ambos, são feitos de outro material.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[003] Geralmente, um rolamento de esferas usado com lubrificação por refrigerante para aplicações de resfriadores, por exemplo, um resfriador centrífugo, significa que o rolamento de esferas não é lubrificado com óleo, mas, em vez disso, o rolamento de esferas é lubrificado com um refrigerante. Uma concretização de um rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão tem componentes feitos de um material de aço inoxidável nitretado sob pressão. O rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão usado com lubrificação por refrigerante para aplicações de resfriadores resulta em uma vida útil maior do que a vida útil de um rolamento de esferas em aço convencional. Por consequência, um compressor e/ou outras partes da aplicação do resfriador contendo o rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão possui maior vida útil e/ou necessita de manutenção menos frequente devido ao desgaste e/ou quebra do rolamento.

[004] Exemplos de compressor incluem, mas não se limitam a um compressor centrífugo. Um compressor centrífugo gira um ou mais impelidores em uma voluta para comprimir um gás refrigerante para uso no circuito de refrigeração do resfriador. O impelidor ou impelidores de um compressor centrífugo pode pesar centenas de quilos ou até mesmo toneladas. A rotação em alta velocidade dos componentes fisicamente grandes e pesados do resfriador em milhares de RPM resulta em problemas de lubrificação do rolamento desafiadores e únicos, particularmente no início da operação quando esses componentes estão em repouso, mas também durante o desligamento do resfriador quando esses componentes desaceleram até pararem.

[005] Um compressor centrífugo pode ser do tipo acionamento direto ou acionamento por engrenagens. Um resfriador pode ser designado como resfriador de acionamento direto ou resfriador de acionamento por engrenagens, dependendo do tipo do compressor que é incluído no resfriador. Isto é, o resfriador de acionamento direto é um resfriador que inclui um compressor do tipo acionamento direto, e o resfriador de acionamento por engrenagens é um resfriador que inclui um compressor do tipo acionamento por engrenagens. Nos resfriadores de acionamento direto, o rotor do motor de acionamento do compressor é montado diretamente no eixo no qual são montados um ou mais impelidores do compressor. Este eixo, por sua vez, é tipicamente montado para rotação em um ou mais rolamentos que necessitam de lubrificação quando o resfriador está em operação. Nos resfriadores centrífugos de acionamento por engrenagens, o eixo no qual um ou mais impelidores são montados é acionado através de uma série de engrenagens em vez de pela montagem direta do rotor do motor de acionamento do compressor no eixo no qual os impelidores são montados. As engrenagens de um resfriador de acionamento por engrenagens atuam de forma a aumentar a velocidade de rotação do impelidor para além da do motor que aciona o impelidor, e ao fazer isto, aumenta o efeito ou capacidade de refrigeração do resfriador. No caso de um resfriador de acionamento por engrenagens, tanto as engrenagens de acionamento quanto os rolamentos nos quais o eixo do impelidor gira necessitam de lubrificação, antes por óleo, e tanto os resfriadores de acionamento direto quanto de acionamento por engrenagens possuem motores de indução empregados mais tipicamente, cujas velocidades podem chegar a 3600 RPM.

[006] Tanto no caso dos resfriadores centrífugos de grande tonelagem de acionamento por engrenagens como nos de acionamento direto, a lubrificação de seus componentes rotativos demonstrou historicamente ser desafiadora e onerosa, e tem sido exclusivamente, ou pelo menos fundamentalmente realizada pelo uso de óleo como o lubrificante. A necessidade de tais sistemas de lubrificação complicou enormemente o design, a fabricação, a operação e a manutenção e controle dos resfriadores centrífugos tanto do tipo de acionamento direto quanto de acionamento por engrenagens, e acrescentou grande custo inicial e operacional aos mesmos. A eliminação do óleo como lubrificante em um sistema resfriador de refrigeração centrífuga de grande tonelagem e o uso do refrigerante que compreende o fluido de trabalho do resfriador para essa finalidade oferece vantagens potencialmente enormes. Dentre essas vantagens, estão: a eliminação de muitos modos de falha do resfriador associados aos sistemas de lubrificação de resfriador à base de óleo; a eliminação dos chamados problemas de migração de óleo associados à mistura de óleo e refrigerante em tais sistemas resfriadores; o aprimoramento da eficiência geral do sistema por meio da eliminação do revestimento de óleo das superfícies de troca de calor que resulta do aprisionamento do óleo no refrigerante do sistema e o carregamento do óleo aprisionado nos trocadores de calor de um resfriador; a eliminação, do sistema resfriador, do que é visto como um material nocivo para o meio ambiente (óleo), assim como os problemas e custos associados à manipulação e descarte do mesmo; e a eliminação de um grande número de componentes relativamente complexos e caros associados aos sistemas de lubrificação do resfriador, bem como os custos de controle e manutenção associados aos mesmos.

[007] Além disso, a eliminação do óleo como lubrificante em um sistema de resfriador centrífugo sugere a possibilidade de um resfriador centrífugo que oferece as vantagens de máquinas de acionamento direto que, em virtude da operação em velocidade variável, são totalmente iguais ou superiores às máquinas de acionamento por engrenagens. Até o momento, foram alcançadas eficiências de carga particularmente satisfatórias em máquinas de acionamento por engrenagens pelo uso de conjuntos de engrenagens especialmente configurados capazes de acionar o impelidor de um resfriador em velocidades relativamente muito altas e/ou ótimas. Como foi observado anteriormente, entretanto, as máquinas de acionamento por engrenagens não oferecem muitas das vantagens das máquinas de acionamento direto e seu uso acarreta várias desvantagens distintas, a necessidade de um sistema de lubrificação à base de óleo para a finalidade de assegurar a lubrificação adequada do trem de engrenagens sendo uma delas.

[008] O ASTM E112 e o ASTM A295 são padrões e métodos de teste proporcionados pela ASTM International, anteriormente conhecida como a American Society for Testing and Materials (ASTM). A metodologia para determinar a classificação do número de tamanho de grão é determinada por uma comparação visual com um gráfico padrão fornecido pela ASTM International. O ASTM E112 usado aqui inclui o ASTM E112 Plate III - 08 (revisão 2008). O ASTM A295 usado aqui inclui o ASTM A295/A295M - 09 (revisão 2009) e o ASTM E112 - 12 (revisão 2012). Os padrões ASTM podem ser convertidos em propriedades físicas, tais como dimensões, de materiais (por exemplo, tamanho de grão).

[009] Uma concretização de um rolamento em aço inoxidável nitretado sob pressão inclui uma pista feita de um aço inoxidável nitretado sob pressão tendo um intervalo de número de tamanho de grão ASTM E112 (por exemplo, ASTM E112 - 12) com um valor igual ou maior do que 10.

[0010] Uma concretização de um rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão inclui uma pista feita de um aço inoxidável nitretado sob pressão com uma classificação de inclusão ASTM A295 (por exemplo, ASTM A295/A295M - 09 ou ASTM E112 - 12) para sulfeto igual ou menor do que 1/2.

[0011] Uma concretização de um rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão inclui uma pista feita de um aço inoxidável nitretado sob pressão com uma classificação de inclusão ASTM A295 (por exemplo, ASTM A295/A295M - 09 ou ASTM E112 - 12) para alumina igual ou menor do que 1/2.

[0012] Uma concretização de um rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão inclui uma pista feita de um aço inoxidável nitretado sob pressão com uma classificação de inclusão ASTM A295 (por exemplo, ASTM A295/A295M - 09 ou ASTM E112 - 12) para silicato igual ou menor do que 1/2.

[0013] Uma concretização de um rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão inclui uma pista feita de um aço inoxidável nitretado sob pressão com uma classificação de inclusão ASTM A295 (por exemplo, ASTM A295/A295M - 09 ou ASTM E112 - 12) para óxido globular igual ou menor do que 1/2.

[0014] Uma concretização de um rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão também pode incluir o aço inoxidável nitretado sob pressão com uma faixa de concentração de nitrogênio igual ou maior do que 0,3%, uma faixa de concentração de carbono de 0,10 a 0,60%, e uma faixa de concentração de cromo de 10 a 18%.

[0015] Uma concretização de um rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão também pode incluir o aço inoxidável nitretado sob pressão com uma faixa de concentração de nitrogênio maior do que 0,1%, uma faixa de concentração de carbono de 0,10 a 0,60%, e uma faixa de concentração de cromo de 12 a 18%.

[0016] Uma concretização de um compressor para uma aplicação de resfriador inclui qualquer uma das concretizações dos rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão descritos aqui.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0017] A Figura 1A mostra um diagrama esquemático de uma concretização de um compressor para um resfriador, em que o compressor tem um rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão.

[0018] A Figura 1B mostra uma vista aproximada de uma parte de uma concretização de um conjunto de rolamento do compressor ilustrado na Figura 1A.

[0019] A Figura 2 ilustra uma vista lateral de corte de uma concretização de um rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0020] Um resfriador inclui um compressor, um condensador e um evaporador. O gás refrigerante é comprimido dentro do compressor. O refrigerante comprimido é direcionado para fora da descarga, por exemplo, uma voluta (caixa espiral), para uma tubulação que conecta o compressor ao condensador. O condensador é resfriado por um líquido que entra no condensador através de uma entrada e sai através de uma saída. O líquido para resfriar o condensador pode ser água. O líquido passa para, através e de volta de uma torre de resfriamento, sai do condensador após ter sido aquecido em uma relação de troca de calor com um refrigerante do sistema comprimido e quente direcionado para fora do compressor para o condensador em um estado gasoso.

[0021] O processo de troca de calor ocorrendo dentro do condensador faz com que o gás refrigerante relativamente quente e comprimido se condense e se acumule como um líquido relativamente muito mais frio no fundo do condensador. O refrigerante condensado é então direcionado para fora do condensador para um dispositivo de expansão, por exemplo, um dispositivo de medição. O refrigerante passa através do dispositivo de medição e tem sua pressão reduzida e é resfriado pelo processo de expansão. O refrigerante resfriado é então distribuído, primariamente na forma líquida, para o evaporador.

[0022] O refrigerante que passa para e através do evaporador passa por uma relação de troca de calor com um meio, tal como água, que entra no evaporador através de sua própria entrada e sai do evaporador através de sua própria saída. No processo de resfriar o meio que flui através do evaporador e é aquecido pelo mesmo, o refrigerante se vaporiza e é direcionado como um gás de pressão relativamente baixa, porém ainda quente, através de uma tubulação de volta ao compressor. O refrigerante é então comprimido novamente pelo compressor e aquecido em um processo contínuo e repetitivo.

[0023] A Figura 1A mostra uma vista esquemática de uma concretização de um compressor 10 de um resfriador. O compressor 10 inclui um alojamento 12 no qual o motor de acionamento do resfriador 14 é disposto. Os impelidores 16 e 17 são dispostos na caixa espiral 18 e são, juntamente com o rotor 20 do motor de acionamento 14, montados para rotação no eixo 22. O eixo 22, por sua vez, é montado para rotação em um conjunto de rolamento 24, que inclui um ou mais rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão, e outro rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão 34. Deve-se observar que, embora a concretização ilustrada seja uma concretização preferida de um resfriador centrífugo, resfriadores acionados por outros meios além de compressores centrífugos se enquadram dentro de seu escopo. Em tais casos, o elemento compressivo montado no eixo 22 poderia ser o rotor de um compressor rotativo de parafuso (caso este em que o resfriador seria um resfriador de parafuso).

[0024] Para um resfriador de acionamento direto, o rotor 20 de seu motor de acionamento 14 é montado diretamente no eixo 22 no qual os impelidores do compressor são montados. O motor de acionamento 14 do compressor 10 é reforçado estruturalmente e pode ser um motor de indução que é acionado por um acionamento de velocidade variável 38. Outros tipos de motor de velocidade variável são contemplados.

[0025] Usando o acionamento 38, um resfriador e o compressor 10 do resfriador podem operar em velocidades menores quando a carga sobre um sistema de resfriador não requer a operação do compressor em capacidade máxima e em velocidades maiores quando há uma demanda maior de capacidade do resfriador. Com o compressor 10 e seus impelidores operando em velocidades inferiores quando a carga sobre o resfriador não está alta ou em seu máximo, é possível obter um efeito de refrigeração suficiente para resfriar a carga de calor reduzida de uma forma que economize energia, tornando o resfriador mais econômico da perspectiva de custos operacionais e tornando a operação do resfriador extremamente eficiente se comparado com os resfriadores que são incapazes de tal correlação de carga. Adicionalmente, o compressor 10 pode empregar palhetas-guia de admissão que, em cooperação com a velocidade controlada do motor 14, permitem o controle extremamente preciso da capacidade do resfriador de modo que a saída do resfriador corresponda rigorosa e responsivamente à carga do sistema, tudo isso usando o mínimo de energia possível e eliminando a necessidade de engrenagens de acionamento especialmente projetadas otimizadas para uma aplicação em resfriador específico, a necessidade de acionamentos e/ou motores de velocidade variável relativamente mais exóticos e onerosos, ou a necessidade de um sistema de óleo para proporcionar a lubrificação dos rolamentos e/ou um trem de engrenagens.

[0026] O compressor 10 pode ser um compressor de dois estágios. A nomenclatura de dois estágios indica que há dois estágios distintos de compressão de gás dentro do compressor 10 do resfriador. Tal compressão de dois estágios é realizada aumentando-se a pressão do refrigerante do sistema uma primeira vez passando-o para, através e para além de um impelidor de primeiro estágio 16 e então comunicando tal gás comprimido uma vez para, através e para além do impelidor de segundo estágio 17 que aumenta a pressão do refrigerante pela segunda vez. Embora o compressor 10 seja um compressor de dois estágios na concretização preferida, deve-se compreender que a presente invenção é aplicável não somente a compressores/resfriadores de dois estágios, mas também a resfriadores de estágio único e a outros resfriadores de múltiplos estágios.

[0027] O eixo 22 é suportado para rotação no conjunto de rolamento 24, que é composto de um primeiro e segundo rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão 26 e 28 e suporta tanto a carga axial quanto a maior parte da carga radial imposta através do eixo 22 pela operação do compressor 10. O rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão 34, que é um rolamento de contato angular único axialmente flutuante contendo um elemento rolante 36 absorve uma parte relativamente pequena da carga radial e uma parte da carga axial. O rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão 34 é pré-carregado em uma direção que é oposta à direção de empuxo da carga axial primária de modo a minimizar a carga axial líquida sobre o segundo rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão 28 que suporta a maior parte da carga axial.

[0028] O conjunto de rolamento 24 é disposto aproximadamente na metade do caminho para baixo do comprimento do eixo 22 e os rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão 26 e 28 são rolamentos de elementos rolantes de contato angular, pré-carregados e de costas um para o outro. A Figura 1B mostra uma vista aproximada de uma parte identificada por um círculo na Figura 1A. Os elementos rolantes 30 e 32 dos rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão 26, 28 e o elemento rolante do rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão 34 são, de preferência, esferas em vez de rolos de modo a reduzir o custo dos rolamentos. Os rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão 26 e 28 poderiam, como alternativa, ser orientados de forma que um fique voltado para outro. As pistas dos rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão 26 e 28 são orientadas opostamente, como mostra a Figura 1B, de modo a absorver as cargas axiais impostas através do eixo 22, independente da direção dessa carga axial. Os rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão 26 e 28 suportam a maior parte da carga radial imposta através do eixo 22.

[0029] Os impelidores 16 e 17 são montados no eixo 22 em um lado do conjunto de rolamento 24, e o rotor motor de acionamento 20 é montado no outro lado do conjunto de rolamento 24. O conjunto de rolamento 24 está localizado ao longo do eixo 22 de modo que o peso do eixo 22 e dos impelidores 16, 17 em um lado do conjunto de rolamento 24 equilibre o peso do eixo 22 e do rotor do motor 20 localizado no outro lado do conjunto de rolamento 24. Os impelidores 16, 17 e uma parte do eixo 22 no qual eles são montados podem ser suspensos em balanço, e, dessa forma, não são suportados em uma extremidade distal 42 do eixo de acionamento 22. A outra parte do eixo de acionamento 22 e a outra extremidade distal 44 é radialmente suportada e carregada no rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão 34. Deve-se observar que a montagem do eixo 22 em um único rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão ou conjunto de rolamento único é possível.

[0030] Os rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão 26, 28 do conjunto de rolamento 24 são rolamentos de furo relativamente grande. A localização dos mesmos entre o rotor do motor de acionamento 20 e os impelidores 16 e 17 permite que o diâmetro do eixo 22 seja grande, o que, juntamente com a rigidez radial do rolamento que resulta do mesmo, aprimora a operação do compressor por elevar as velocidades críticas de modo que sejam maiores do que o eixo experimentará em operação. Como tal, velocidades críticas são evitadas.

[0031] Quando os rolamentos são lubrificados por um refrigerante (isto é, livre de óleo), geralmente, a qualidade da lubrificação pode ser descrita como “ruim”, se comparado aos rolamentos sendo lubrificados com óleo. Esta condição de lubrificação insatisfatória resulta em aumento nas perdas friccionais que podem levar ao prejuízo da eficiência geral tanto do compressor como do resfriador.

[0032] Os rolamentos híbridos em aço convencional são capazes de serem lubrificados por refrigerante, na ausência de óleo. Entretanto, os versados na técnica entenderão que o óleo ainda é o lubrificante preferido para os rolamentos híbridos em aço convencional, uma vez que, em condições de menos óleo (isto é, lubrificação por refrigerante), os rolamentos híbridos em aço convencional se desgastam rapidamente devido à “má” lubrificação dos rolamentos. Por exemplo, um tempo de vida útil de 4000 horas para um rolamento na aplicação de resfriador é considerado como estando em uma faixa de “taxa de falha rápida”.

[0033] Foram descobertas razões para a taxa de falha rápida dos rolamentos híbridos em aço convencional em uma condição lubrificada com refrigerante (isto é, condição livre de óleo). O material de aço convencional dos rolamentos híbridos em aço convencional possui alto teor de impurezas, tamanhos de grão excessivamente grandes que desgastam fisicamente os rolamentos sob a condição livre de óleo, e alta inclusão no material de aço. As inclusões podem incluir um ou mais dentre, mas não se restringe a inclusões de sulfeto, alumina, silicato e óxido globular. Essas propriedades no material usado em rolamentos híbridos em aço tradicional contribuem para a reatividade química com o refrigerante e a deterioração física do material de aço. Por conseguinte, foi descoberto que o tamanho de grão, o teor de impurezas e a inclusão no material de aço atuam como elevadores de tensão quando o material é usado em um rolamento híbrido para um compressor para uma aplicação de resfriador que usa lubrificação por refrigerante (isto é, livre de óleo).

[0034] No entanto, o material de aço inoxidável nitretado sob pressão usado nos rolamentos descritos na presente invenção possui concentração de nitrogênio superior a 0,3%, concentração de carbono entre 0,10 e 0,60% e concentração de cromo entre 10 e 18%.

[0035] Além disso, por exemplo, uma concretização do material de aço inoxidável nitretado sob pressão tem um número de tamanho de grão ASTM E112 igual a 10. Uma concretização do material de aço inoxidável nitretado sob pressão tem uma faixa de número de tamanho de grão ASTM E112 igual ou superior a 10. Uma concretização do material de aço inoxidável nitretado sob pressão tem uma faixa de número de tamanho de grão ASTM E112 superior a 10. Nota-se que o tamanho de grão ASTM E112 é determinado de acordo com o Teste Padrão ASTM E112 para determinar o tamanho de grão médio, como conhecido na técnica.

[0036] Nota-se que um valor maior do número de tamanho de grão ASTM E112 significa um tamanho de grão real menor no material. Comparativamente, os materiais de aço para rolamento tradicionais tipicamente possuem números de tamanho de grão ASTM E112 na faixa de 6 e 8. Por consequência, os tamanhos de grão do aço tradicional usado nos rolamentos híbridos possuem tamanhos de grão muito maiores. A estrutura de grão refinada obtida com o aço inoxidável nitretado sob pressão resulta em aprimoramentos consideráveis no desempenho de fadiga do rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão quando usado em condições livres de óleo.

[0037] Além disso, por exemplo, uma concretização do material de aço inoxidável nitretado sob pressão usado para produzir o rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão é processada para praticamente eliminar inclusões. Isso resulta em um material de aço inoxidável nitretado sob pressão que tem uma microestrutura em aço ultra-limpo. Uma comparação das classificações de inclusão ASTM A295 para inclusões (por exemplo, sulfeto, alumina, silicato e “Globular” (óxido globular)) dos aços de rolamento tradicionais e exemplos de material de aço inoxidável nitretado sob pressão é apresentada a seguir na TABELA 1. A Classificação de Inclusão é um valor sem unidade que é medido em incrementos de tamanho de 1/2. A Classificação de Inclusão é uma medição dos defeitos em um material. Valores mais baixos da Classificação de Inclusão são considerados como sendo melhores. A inclusão significa material estranho retido mecanicamente no aço, e refere-se a partículas não-metálicas, tais como óxidos, sulfetos, silicatos, etc. Os tipos de inclusão incluem sulfeto, alumina e inclusões do tipo silicato, óxido globular, etc. Os tipos de inclusão podem incluir inclusões isoladas, relativamente não-deformadas com uma taxa de proporção que não passe de 2:1. TABELA 1: Classificações de Inclusão ASTM A295

[0038] Além disso, por exemplo, a resistividade química à corrosão e/ou a reatividade química com uma propriedade do refrigerante foi investigada. As concretizações do material de aço inoxidável nitretado sob pressão para o rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão sobreviveram a 4 horas do teste de pulverização com sal ASTM B117/DIN 24021 sem uma aparência de ferrugem vermelha. Em comparação, o aço de rolamento tradicional se corrói quase instantaneamente sob as mesmas condições de teste.

[0039] As concretizações do rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão possuem um material de aço inoxidável nitretado sob pressão que reduz os elementos elevadores de tensão (por exemplo, impurezas, tamanho de grão e inclusão). As propriedades do material de aço inoxidável nitretado sob pressão usado para formar o rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão proporcionam um aumento substancial na vida útil dos rolamentos usados em condições livres de óleo. Conforme declarado acima, os rolamentos híbridos em aço tradicional podem durar aproximadamente 4.000 horas de uso. Em contrapartida, as concretizações dos rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão podem durar 25.000 horas ou mais. Uma concretização do rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão pode durar de 25.000 horas a 35.000 horas. Uma concretização do rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão pode durar 35.000 horas ou mais.

[0040] A Figura 2 mostra uma vista lateral de corte de uma concretização de um rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão 46, que corresponde aos rolamentos híbridos em aço inoxidável nitretado sob pressão 26, 28 e/ou 34. O rolamento híbrido em aço inoxidável nitretado sob pressão 46 inclui uma pluralidade de elementos rolantes de cerâmica 48 (que podem ser, por exemplo, redondos, cilíndricos, cônicos, esféricos, em forma de barril, em forma de agulha etc.) interpostos entre uma pista externa 50 e uma pista interna 52. Os elementos rolantes de cerâmica 48 correspondem aos elementos rolantes 30, 32 e 36. As pistas do rolamento 50, 52 são formadas de um material em aço inoxidável nitretado sob pressão. Os elementos rolantes de cerâmica 48 podem ser feitos de nitreto de silício. Os elementos rolantes de cerâmica 48 podem ter da ordem de 60% menos densidade, podem ter um módulo de elasticidade até 50% maior, podem se expandir termicamente em apenas 30% comparado aos rolamentos em aço e podem ter um coeficiente de fricção da ordem de 20% o dos elementos rolantes fabricados de aço.

[0041] Um método ilustrativo para produzir o aço inoxidável nitretado sob pressão inclui fusão por indução a vácuo, refusão por arco a vácuo, refusão por eletroescória e refusão por eletroescória pressurizada. Este processo elimina carbetos eutécticos prejudiciais, refina a estrutura do grão e praticamente eliminam inclusões. O material de aço resultante aprimora consideravelmente a resistência à corrosão, a resistência à compressão e as propriedades de dureza.

[0042] Foram descritas concretizações preferidas. Os versados na técnica irão apreciar que várias modificações e substituições são possíveis, sem se afastar do escopo da invenção conforme reivindicado e revelado, incluindo o escopo completo de equivalentes da mesma.

[0043] Aspectos: Nota-se que qualquer uma das características em qualquer um dos aspectos abaixo pode ser combinado com qualquer um dos outros aspectos.

[0044] Um rolamento híbrido, compreendendo: - Uma pista feita de um aço inoxidável nitretado sob pressão, em que o aço inoxidável nitretado sob pressão tendo uma faixa de concentração de nitrogênio igual ou maior do que 0,3%, uma faixa de concentração de carbono de 0,10 a 0,60%, e uma faixa de concentração de cromo de 10 a 18%. - Uma pista feita de um aço inoxidável nitretado sob pressão, em que o aço inoxidável nitretado sob pressão tendo uma faixa de concentração de nitrogênio maior do que 0,1%, uma faixa de concentração de carbono de 0,10 a 0,60%, e uma faixa de concentração de cromo de 12 a 18%. - Aço inoxidável nitretado sob pressão com uma faixa de número de tamanho de grão ASTM E112 com um valor igual ou maior do que 10. - Aço inoxidável nitretado sob pressão que tem uma classificação de inclusão ASTM A295 para sulfeto igual ou menor do que 1/2. - Aço inoxidável nitretado sob pressão que tem uma classificação de inclusão ASTM A295 para alumina igual ou menor do que 1/2. - Aço inoxidável nitretado sob pressão tem uma classificação de inclusão ASTM A295 para silicato igual ou menor do que 1/2. - Aço inoxidável nitretado sob pressão tem uma classificação de inclusão ASTM A295 para óxido globular igual ou menor do que 1/2.

Claims

1. Compressor (10) para um sistema refrigerante, caracterizado por compreender: primeiro (26) e segundo (28) rolamentos híbridos, cada um dos primeiro (26) e segundo (28) rolamentos híbridos incluindo uma pista feita de um aço inoxidável nitretado por pressão, em que o aço inoxidável nitretado por pressão tem uma faixa de concentração de nitrogênio igual ou superior a 0,3% em peso, faixa de concentração de carbono de 0,10-0,60% em peso e faixa de concentração de cromo de 10-18% em peso; um eixo (22) suportado por ambos os primeiro (26) e segundo (28) rolamentos híbridos, de modo que quando em operação normal do compressor (10), o primeiro (26) e o segundo (28) rolamentos híbridos carreguem uma carga de empuxo e a maioria de uma carga radial imposta através do eixo (22); e um lubrificante refrigerante disposto no primeiro (26) e no segundo (28) rolamentos híbridos para lubrificar o primeiro (26) e o segundo (28) rolamentos híbridos, em que o lubrificante refrigerante é livre de óleo.

2. Compressor (10) para um sistema refrigerante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que há ausência de óleo no primeiro (26) e no segundo (28) rolamentos híbridos.

3. Compressor (10) para um sistema refrigerante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o lubrificante refrigerante é um fluido que é comprimido pelo compressor (10).

4. Compressor (10) para um sistema refrigerante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro (26) e o segundo (28) rolamentos híbridos estão em um compressor (10) centrífugo de um resfriador centrífugo.

5. Método de uso do primeiro (26) e do segundo (28) rolamentos híbridos como suporte para um eixo (22) rotativo de um compressor (10) de um sistema refrigerante em operação normal, cada um dos primeiro (26) e segundo (28) rolamentos híbridos tendo uma pista feita de um aço inoxidável nitretado sob pressão, em que o aço inoxidável nitretado sob pressão tem uma faixa de concentração de nitrogênio igual ou superior a 0,3% em peso, uma faixa de concentração de carbono de 0,100,60% em peso, e uma faixa de concentração de cromo de 1018% em peso, sendo o método caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: lubrificar o primeiro (26) e o segundo (28) rolamentos híbridos com um lubrificante refrigerante, em que o lubrificante refrigerante é livre de óleo; e transportar uma carga axial e a maior parte de uma carga radial imposta através do eixo (22) rotativo por meio do primeiro (26) e do segundo (28) rolamentos híbridos quando em operação normal do compressor (10).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a lubrificação é realizada na ausência de óleo no primeiro (26) e no segundo (28) rolamentos híbridos.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o compressor (10) é um compressor (10) centrífugo em um resfriador centrífugo.

8. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a compressão do lubrificante refrigerante realizada pelo compressor (10).

9. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda direcionar o fluxo do lubrificante refrigerante para o primeiro (26) e o segundo (28) rolamentos híbridos.

10. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o aço inoxidável nitretado por pressão da pista de cada um dos primeiro (26) e segundo (28) rolamentos híbridos tem um número de tamanho de grão ASTM E112 igual ou superior a 10.

11. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o aço inoxidável nitretado sob pressão da pista cada um dos primeiro (26) e segundo (28) rolamentos híbridos tem taxa(s) de inclusão ASTM A295 para um ou mais dos seguintes: sulfeto igual ou inferior a ^; alumina igual ou inferior a ^; silicato igual ou inferior a ^; e óxido globular igual ou inferior a ^.