BR112015029385B1

BR112015029385B1 - Máquina giratória

Info

Publication number: BR112015029385B1
Application number: BR112015029385-9A
Authority: BR
Inventors: Stefano FALOMI; Manuele Bigi; Duccio FIORAVANTI; Luciano Mei
Original assignee: Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2022-02-15
Also published as: EP2808552B1; AU2014273110A1; EP3004653B1; BR112015029385B8; CN105452672A; CN105452672B; EP3004653A1; BR112015029385A2; CA2912983A1; US10087987B2; US20160123388A1; EP2808552A1; AU2014273110B2; RU2015148744A; WO2014191459A1; KR20160011640A; RU2667567C2; JP2016520182A

Abstract

máquina giratória. trata-se de uma máquina giratória que compreende um eixo (14), um revestimento (12), pelo menos um mancal magnético principal conectado ao eixo para sustentar de modo giratório o dito eixo dentro do revestimento, pelo menos um primeiro e um segundo mancais de rolamento auxiliares (20, 22) posicionados entre o eixo e o revestimento para sustentar cargas axiais e radiais, e primeiro e segundo meios de apoio axiais (44, 54) posicionados sobre o eixo para transmitir cargas axiais aos anéis internos dos mancais de rolamento. a máquina compreende adicionalmente um espaçador (28) posicionado axialmente entre as faces voltadas umas para as outras dos anéis internos (20a, 22a) dos ditos mancais de rolamento para a transmissão das cargas axiais entre os ditos anéis internos e pelo menos um primeiro meio de retenção axial (58) posicionado sobre o revestimento e localizado axialmente entre as faces voltadas umas para as outras dos anéis externos (20b, 22b) para a transmissão das cargas axiais entre pelo menos um dentre os ditos anéis externos e o revestimento.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se, de modo geral, a máquinas giratórias com pelo menos um mancal magnético ativo principal e mancais de rolamento auxiliares. Em particular, as realizações se referem a turbomáquinas giratórias, tais como compressores, expansores, turbinas, bombas, etc. As turbomáquinas são usadas em motores, turbinas, geração de energia, aplicações criogênicas, petróleo e gás, aplicações petroquímicas, etc.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Uma turbomáquina frequentemente usada na indústria inclui um compressor centrífugo que aumenta a pressão de um gás compressível através do uso de energia mecânica por meio de propulsores centrífugos giratórios pelos quais o gás passa. Os propulsores são fixados a um eixo de compressor. O eixo giratório e os propulsores associados formam um conjunto de rotor que é sustentado no estator do compressor por mancais magnéticos radiais e axiais ativos.

[003] Os mancais magnéticos ativos levitam e mantêm o conjunto de rotor em sua devida posição dentro do estator aplicando-se forças eletromagnéticas sobre o dito conjunto em direções axiais e radiais. Com essa finalidade, os mancais magnéticos ativos compreendem eletroímãs alimentados com energia elétrica. Com tais mancais magnéticos, o conjunto de rotor é contido sem nenhum contato mecânico. Tal contenção necessita de que os eletroímãs sejam dotados de potência elétrica suficiente.

[004] A falha ou a operação normal insuficiente dos mancais magnéticos ativos podem algumas vezes ocorrer com uma interrupção da fonte de alimentação elétrica. Pode também ocorrer falha no caso de cargas excessivas aplicadas sobre o conjunto de rotor.

[005] Nesses casos, os mancais magnéticos ativos não mais centralizam o conjunto de rotor dentro do estator. Consequentemente, aparece uma fase de “assentamento” durante a qual o conjunto de rotor tende a entrar em contato com o estator e é contido com contato mecânico.

[006] Para superar essa desvantagem, o compressor centrífugo compreende adicionalmente dois mancais de esferas de contato angular de fileira única montados face a face no eixo de compressor axialmente próximos aos mancais magnéticos ativos. Cada mancal de rolamento auxiliar é fornecido para sustentar tanto a carga axial quanto a radial quando uma fase de “assentamento” aparecer.

[007] No entanto, com tais mancais de esferas, a quantidade de fases de assentamento que podem ser mantidas sem quaisquer mudanças inadmissíveis nas dimensões de folga dos ditos mancais é limitada. Isso leva a uma redução da confiabilidade da máquina giratória e a um aumento das operações de manutenção. Além disso, para uma máquina giratória com acessibilidade limitada, os custos de tais operações de manutenção podem ser extremamente altos.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Um intuito da presente invenção é superar essas desvantagens.

[009] É um objetivo particular da presente invenção fornecer uma máquina giratória que tem mancais de rolamento auxiliares com vida útil aumentada de forma a permitir um maior número de fases de assentamento.

[010] É, ainda, um objetivo da presente invenção fornecer uma máquina giratória com baixos custos de manutenção devido a tais fases de assentamento.

[011] Em uma realização exemplificativa, a máquina giratória compreende um eixo, um revestimento, pelo menos um mancal magnético principal conectado ao eixo para sustentar de modo giratório o dito eixo dentro do revestimento e pelo menos um primeiro e um segundo mancais de rolamento auxiliares posicionados entre o eixo e o revestimento para sustentar cargas axiais e radiais, sendo que os ditos mancais de rolamento auxiliares são, cada um, dotados de um anel interno, com um anel externo e pelo menos uma fileira de elementos de rolamento posicionados entre os anéis. A máquina giratória compreende adicionalmente primeiro e segundo meios de apoio axiais posicionados sobre o eixo para transmitir cargas axiais aos anéis internos do primeiro e do segundo mancais de rolamento, um espaçador posicionado axialmente entre as faces voltadas umas para as outras dos anéis internos dos ditos mancais de rolamento e montado em contato axial com as ditas faces para a transmissão das cargas axiais entre os ditos anéis internos e pelo menos um primeiro meio de retenção axial posicionado sobre o revestimento e localizado axialmente entre as faces voltadas umas para as outras dos anéis externos do primeiro e do segundo mancais de rolamento para a transmissão das cargas axiais entre pelo menos um dentre os ditos anéis externos e o revestimento.

[012] Devido à interposição do espaçador e do primeiro meio de retenção axial entre o primeiro e o segundo mancais de rolamento, as cargas axiais aplicadas pelo meio de apoio são compartilhadas por cada par de mancais de rolamento. Consequentemente, a vida útil de cada mancal de rolamento é consideravelmente aumentada. A quantidade de fases de assentamento que pode ser suportada pelos mancais de rolamento auxiliares é também aumentada.

[013] Cada meio de apoio pode ser voltado axialmente para um dos anéis internos no lado oposto ao espaçador.

[014] Em algumas realizações, o eixo compreende pelo menos uma manga radialmente interposta entre uma superfície externa do dito eixo e os anéis internos do primeiro e do segundo mancais de rolamento. Vantajosamente, a manga pode compreender um dentre o primeiro e o segundo meios de apoio axiais.

[015] Em uma realização, o revestimento compreende um alojamento intermediário radialmente interposto entre um orifício do dito revestimento e o anel externo de um dentre o primeiro e o segundo mancais de rolamento. O alojamento intermediário pode compreender o primeiro meio de retenção axial.

[016] Vantajosamente, a máquina giratória pode compreender adicionalmente segundo e terceiro meios de retenção axiais posicionados sobre o revestimento para manter axialmente os anéis externos do primeiro e do segundo mancais de rolamento, sendo que cada um dentre o segundo e o terceiro meios de retenção axiais se localiza axialmente no lado oposto ao primeiro meio de retenção axial em relação ao mancal de rolamento associado.

[017] Em uma realização, a máquina giratória compreende pelo menos um elemento de pré-tensão e amortecimento que exerce uma força axial sobre cada um dentre o primeiro e o segundo mancais de rolamento.

[018] A vida útil de cada mancal é também aumentada com o uso de pelo menos um elemento de pré-tensão e amortecimento axial que pode diminuir os efeitos das cargas de assentamento axiais dinâmicas.

[019] Em algumas realizações, a máquina giratória pode compreender um elemento de pré-tensão e amortecimento posicionado axialmente entre o segundo meio de retenção axial do revestimento e o anel externo do mancal de rolamento associado. Um elemento de pré-tensão e amortecimento pode ser posicionado axialmente entre o terceiro meio de retenção axial do revestimento e o anel externo do mancal de rolamento associado. A máquina giratória pode compreender um elemento de pré-tensão e amortecimento posicionado axialmente entre o primeiro meio de retenção axial do revestimento e o anel externo de cada mancal de rolamento associado. Os elementos de pré-tensão e amortecimento podem compreender uma mola de folha elástica ou uma arruela cônica.

[020] Em algumas realizações, a máquina giratória compreende dois primeiros mancais de rolamento axialmente em contato um com o outro e dois segundos mancais de rolamento axialmente em contato um com o outro. Vantajosamente, o primeiro e o segundo mancais de rolamento podem ser idênticos entre si. Em uma realização, o primeiro e o segundo mancais de rolamento são posicionados axialmente próximos ao mancal magnético principal. O primeiro e o segundo mancais de rolamento podem ser mancais de esferas de impulso de contato angular.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[021] Outras características usadas aparecerão mediante a leitura da descrição detalhada a seguir de uma realização particular da invenção fornecida a título de exemplo não limitante e ilustrada pelas Figuras anexas nas quais: A Figura 1 é um corte axial parcial de uma máquina giratória de acordo com uma realização exemplificativa, A Figura 2 é um corte parcial em uma escala maior da Figura 1.

[022] A descrição detalhada a seguir da realização exemplificativa se refere às Figuras anexas. Os mesmos números de referência em Figuras diferentes identificam os mesmos elementos.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[023] A Figura 1 ilustra parcialmente uma realização exemplificativa de uma máquina giratória 10 da invenção. A máquina giratória 10 compreende um revestimento 12, um eixo giratório 14 que se estende ao longo de um eixo geométrico 14a e é adaptado para sustentar uma parte de rotor (não mostrada). Por exemplo, se a máquina giratória for um compressor centrífugo, a parte de rotor compreende propulsores. O eixo giratório e a parte de rotor associada formam um conjunto de rotor.

[024] A máquina giratória 10 também compreende pelo menos um mancal magnético ativo principal 16 conectado ao eixo 14 e que sustenta o dito eixo dentro do revestimento 12 e mancais de rolamento auxiliares 18 a 24 associados ao mancal magnético 16 e montados radialmente entre o eixo 14 e o revestimento 12 para sustentar e transmitir cargas axiais e radiais entre os mesmos quando o dito mancal magnético 16 não opera normalmente. A máquina giratória 10 compreende adicionalmente uma manga anular 26 posicionada radialmente entre os mancais de rolamento auxiliares 18 a 24 e o eixo 14 e um espaçador anular 28 interposto axialmente entre os mancais de rolamento 18, 20 e os outros mancais de rolamento 22, 24. Os mancais de rolamento auxiliares 18 a 24 são posicionados axialmente próximos ao mancal magnético 16 no mesmo lado do dito mancal. Os mancais de rolamento auxiliares 18 a 24 são afixados ao revestimento 12 e circundam radialmente a manga 28 do eixo. Os mancais de rolamento 18, 20 são separados axialmente dos mancais de rolamento 22, 24.

[025] O mancal magnético principal 16 pode ser fornecido em uma extremidade do revestimento 12. O mancal magnético 16 é do tipo axial. Um mancal magnético principal de tipo radial (não mostrado) pode também ser associado ao mancal magnético axial 16 para sustentar o eixo giratório 14. O mancal magnético ativo 16 compreende uma armadura de estator 30 afixada ao revestimento 12 e uma armadura de rotor 32 na forma de um disco presa ao eixo giratório 14. A armadura de estator 30 compreende um circuito magnético de estator 34 que inclui, de maneira convencional, bobinas anulares 36 e um corpo ferromagnético 38 que pode ser massivo ou laminado localmente. A armadura de estator 30 também compreende um suporte anular protetor 40 no qual é colocado o circuito magnético 34. O suporte 40 é preso a um elemento de suporte estacionário 41 que é, por sua vez, afixado ao revestimento 12. O circuito magnético de estator 34 é colocado axialmente voltado para a armadura de rotor 32 sem nenhum contato mecânico.

[026] Em operação normal, isto é, com o(s) mancal(is) magnético(s) operando normalmente e sem nenhuma carga excessiva sobre o eixo 14, o(s) dito(s) mancal(is) contém(contêm) o conjunto de rotor centralizado no revestimento 12. Quando o(s) mancal(is) magnético(s) não está(estão) operando normalmente, os mancais de rolamento 18 a 24 limitam os movimentos radiais e axiais do eixo 14 dentro do revestimento 12 e sustentam e transmitem cargas axiais e radiais entre os mesmos. Conforme será detalhado, a disposição dos mancais de rolamento 18 a 24 é adaptada para aumentar a vida útil dos mesmos.

[027] Na presente invenção, os mancais de rolamento 18 a 24 são mancais de rolamento de impulso de contato angular. Os mancais de rolamento 18 a 24 são dispostos em pares e face a face de forma que cada par de mancais de rolamento possa acomodar as cargas axiais agindo em ambas as direções. Para cada par, os dois mancais de rolamento ficam axialmente em contato um com o outro. Visto que os mancais de rolamento 18 a 24 são idênticos, somente um dos mesmos será descrito aqui, sendo entendido que os elementos idênticos do outro mancal de rolamento têm a mesma referência.

[028] Conforme mostrado mais claramente na Figura 2, o mancal de rolamento 18 compreende um anel interno 18a, um anel externo 18b e uma pluralidade de elementos de rolamento 18c, que, nesse caso, são esferas, radialmente interpostos entre os ditos anéis. O eixo geométrico do mancal de rolamento 18 é coaxial ao eixo geométrico do eixo. O anel interno 18a compreende um orifício cilíndrico montado em volta de uma superfície cilíndrica externa da manga 26, uma superfície cilíndrica externa, duas faces radiais opostas que delimitam axialmente o orifício e a superfície externa e um caminho de rolamento circular toroidal formado sobre a superfície externa para os elementos de rolamento 18c, sendo que o dito caminho de rolamento é direcionado radialmente para fora. O anel externo 18b compreende uma superfície cilíndrica externa montada em um orifício axial 42 do revestimento, um primeiro orifício cilíndrico de pequeno diâmetro, um segundo orifício cilíndrico de diâmetro maior e um caminho de rolamento circular para os elementos de rolamento 18c conectado aos ditos orifícios de forma que o mancal de rolamento 18 possa acomodar cargas axiais somente em uma direção. O anel externo 18b também compreende duas faces radiais opostas que delimitam axialmente a superfície externa e os orifícios.

[029] Conforme mencionado acima, os dois mancais de rolamento 18, 20 são montados axialmente em contato um com o outro. As faces radiais dos anéis interno e externo 18a, 18b do mancal de rolamento 18 que são orientadas axialmente na direção do outro mancal de rolamento 20 axialmente se encostam contra as faces radiais correspondentes dos anéis interno e externo 20a, 20b do dito mancal. A face radial oposta do anel interno 18a é voltada axialmente para uma aleta anular radial 44 formada em uma extremidade axial da manga 26, sendo que a dita aleta fica em contato axial com um ombro radial 46 formado no eixo. A aleta 44 forma um meio de apoio para o anel interno 18a. É fornecida uma folga axial 45 entre a aleta 44 e o anel interno 18a. A face radial do anel interno 20a que se localiza axialmente no lado oposto ao mancal de rolamento 18, isto é, orientado axialmente para fora, se apoia axialmente no espaçador 28.

[030] Axialmente no lado oposto ao mancal de rolamento 20, a face radial do anel externo 18b é voltada axialmente para uma protuberância radial 48 formada no orifício 42 do revestimento e que se estende radialmente para dentro. O orifício 42 tem uma forma escalonada e compreende uma superfície axial de pequeno diâmetro 42a, uma superfície axial de grande diâmetro 42b e uma superfície radial 42c fornecida entre as ditas superfícies axiais. Os anéis externos 18b, 20b dos mancais de rolamento são montados na superfície axial de pequeno diâmetro 42a do orifício. A protuberância 48 é formada em uma extremidade axial das ditas superfícies axiais 42a. O mancal de rolamento 20 se projeta de modo ligeiramente axial em relação à superfície radial 42c do orifício.

[031] A máquina giratória 10 compreende, ainda, um alojamento intermediário 50 montado radialmente em contato com a superfície axial de grande diâmetro 42b do orifício. O alojamento 50 é preso ao revestimento 12, por exemplo, com parafusos. O alojamento compreende um orifício axial 52 no qual são montados os anéis externos dos mancais de rolamento 22, 24. O mancal de rolamento 24 se projeta de modo ligeiramente axial para fora em relação ao orifício 52.

[032] Conforme mencionado acima, os dois mancais de rolamento 22, 24 são montados axialmente em contato um com o outro. Os mancais de rolamento 22, 24 são dispostos face a face de forma a acomodar as cargas axiais que agem em ambas as direções. As faces radiais dos anéis interno e externo 22a, 22b do mancal de rolamento 22 que são orientadas axialmente na direção do outro mancal de rolamento 24 axialmente se encostam contra as faces radiais correspondentes dos anéis interno e externo 24a, 24b do dito mancal. A face radial oposta do anel interno 22a encosta axialmente no espaçador 28. O espaçador 28 fica em contato axial com o mancal de rolamento 22 em um lado e em contato axial com o mancal de rolamento 20 no outro lado. Na presente invenção, a dimensão radial do espaçador 28 é igual a um dos anéis internos 20a, 22a.

[033] A máquina giratória 10 compreende adicionalmente um anel de apoio 54 preso no eixo 14. O anel de apoio 54 é voltado axialmente para a face radial do anel interno 24a que se localiza axialmente no lado oposto ao mancal de rolamento 22, isto é, orientado axialmente para fora. O anel de apoio 54 encosta axialmente na manga 26. É fornecida uma folga axial 55 entre o anel de apoio 54 e o anel interno 24a. A máquina giratória 10 também compreende um anel de retenção 56 que é preso no revestimento 12, por exemplo, com parafusos, e radialmente circunda o anel de apoio 54. O anel de retenção 56 é voltado axialmente para a face radial do anel externo 24b orientado axialmente para fora. A face radial do anel externo 22b orientado axialmente para dentro é voltada para uma protuberância radial 58 formada no orifício 52 do alojamento e que se estende radialmente para dentro. Os anéis externos dos mancais de rolamento 22, 24 são mantidos axialmente em sua devida posição no orifício 52 por meios de limitação ou retenção posicionados no revestimento 12, isto é, a protuberância 58 e o anel de retenção 56. Os anéis externos dos mancais de rolamento 18, 20 são mantidos axialmente em sua devida posição no orifício 42 do revestimento pelas protuberâncias 48, 58.

[034] Os mancais de rolamento 18 a 24 são posicionados radialmente em volta da manga 26 que é montada na superfície externa do eixo 14. É fornecida uma folga radial 59 entre o orifício dos anéis internos dos mancais de rolamento e do espaçador 28 e a superfície externa da manga 26. A manga 26 encosta axialmente, em uma extremidade, no ombro radial 46 formado no eixo e, na extremidade axial oposta, no anel de apoio 54.

[035] A máquina giratória 10 compreende adicionalmente molas elásticas 60, 62, 64 e 66 fornecidas para pré-carregar axialmente os mancais de rolamento 18, 20 e 22, 24. A mola elástica 60 é afixada na superfície radial 42c do revestimento 12 e age na face radial do anel externo 20b do mancal de rolamento que é orientado axialmente para fora, isto é, localizado axialmente no lado oposto ao outro mancal de rolamento 18. A mola elástica 60 fica em contato axial com o mancal de rolamento 20 em um lado, e um vão axial é dotado da protuberância 58 do alojamento intermediário 50 no outro lado. A mola elástica 60 exerce uma força axial permanente sobre o mancal de rolamento 20. A mola elástica 60 também tende, por meio do mancal de rolamento 20, a empurrar e pré-carregar axialmente o outro mancal de rolamento 18 na direção da protuberância 48. A carga aplicada pela mola elástica 60, portanto, pré-tensiona axialmente ambos os mancais de rolamento 18, 20 na direção da protuberância 48. Na presente invenção, a mola elástica axial 60 compreende duas molas de folha elásticas de metal superpostas.

[036] A mola elástica 62 é posicionada axialmente entre a protuberância 48 do revestimento e a face radial do anel externo 18b do mancal de rolamento. A mola elástica 62 fica em contato axial com o mancal de rolamento 18 em um lado e em contato axial com a protuberância 48 no outro lado. A mola elástica 62 exerce uma força axial permanente no mancal de rolamento 18 ao longo de uma direção oposta à força axial exercida pela mola elástica 60. As molas elásticas 60, 62 pré-carregam axialmente os dois mancais de rolamento 18, 20. Nesse caso, a dimensão radial da mola elástica 62 é substancialmente igual à dimensão radial do anel externo 18b e da protuberância 48. Na presente invenção, a mola elástica axial 62 é um arruela elástica de metal, por exemplo, do tipo arruela Belleville.

[037] A mola elástica 64 é afixada no alojamento intermediário 50 e age sobre a face radial do anel externo 24b do mancal de rolamento que é orientado axialmente para fora, isto é, localizado axialmente no lado oposto ao outro mancal de rolamento 22. A mola elástica 64 fica em contato axial com o mancal de rolamento 24 em um lado, e um vão axial é dotado do anel de retenção 56 no outro lado. A mola elástica 64 exerce uma força axial permanente sobre o dito mancal de rolamento 24. A mola elástica 64 também tende, por meio do mancal de rolamento 24, a empurrar e pré-carregar axialmente o outro mancal de rolamento 22 na direção da protuberância 58 do alojamento intermediário. A carga aplicada pela mola elástica 64, portanto, pré- tensiona axialmente ambos os mancais de rolamento 22, 24 na direção da protuberância 58. Na presente invenção, a mola elástica axial 64 compreende duas molas de folha elásticas de metal superpostas.

[038] A mola elástica 66 é posicionada axialmente entre a protuberância 58 do alojamento intermediário e a face radial do anel externo 22b do mancal de rolamento. A mola elástica 66 fica em contato axial com o mancal de rolamento 22 em um lado e em contato axial com a protuberância 58 no outro lado. A mola elástica 66 exerce uma força axial permanente no mancal de rolamento 22 ao longo de uma direção oposta à força axial exercida pela mola elástica 64. As molas elásticas 64, 66 pré-carregam axialmente os dois mancais de rolamento 22, 24. Nesse caso, a dimensão radial da mola elástica 66 é substancialmente igual à dimensão radial do anel externo 22b e da protuberância 58. Na presente invenção, a mola elástica axial 66 é um arruela elástica de metal, por exemplo, do tipo arruela Belleville.

[039] A máquina giratória compreende adicionalmente uma manga de amortecimento anular 70 montada radialmente em contato com a superfície axial 42a do orifício do revestimento e que circunda radialmente os anéis externos 18b, 20b dos mancais de rolamento. A manga de amortecimento 70 pode ser um laminado corrugado. É fornecida uma folga radial 72 entre a manga de amortecimento 70 e a superfície externa dos anéis externos 18b, 20b. É fornecida também uma disposição similar entre os mancais de rolamento 22, 24 e o alojamento 50. Na verdade, a máquina giratória também compreende uma manga de amortecimento anular 74 montada radialmente em contato com o orifício 52 do alojamento e que circunda radialmente os anéis externos 22b, 24b dos mancais de rolamento. É fornecida uma folga radial 76 entre a manga de amortecimento 74 e a superfície externa dos anéis externos 22b, 24b. A manga de amortecimento 74 pode ser um laminado corrugado.

[040] Em operação normal, o(s) mancal(is) magnético(s) ativo(s) contém(contêm) o eixo 14 centralizado no revestimento 12 e não há nenhum contato entre os anéis internos dos mancais de rolamento 18 a 24, a manga 26 e o anel de apoio 54. As molas elásticas 60 a 64 que pré-carregam axialmente os mancais de rolamento 18 a 24 impedem a rotação inesperada dos ditos mancais.

[041] No caso de uma fase de assentamento, o eixo 14 pode se mover tanto axial quanto radialmente dentro do revestimento 12. O eixo 14 pode se mover radialmente em virtude da folga radial 59 fornecida entre a manga 26 e os anéis internos dos mancais de rolamento 18 a 24 até a manga entrar radialmente em contato com os ditos anéis. Isso leva a uma rotação dos anéis internos 18a, 20a dos ditos mancais. As cargas radiais de assentamento dinâmico são sustentadas pelos mancais de rolamento 18 a 24. O eixo 14 pode se mover axialmente em virtude das folgas axiais 45, 55 fornecidas entre a manga 26, o anel de apoio 54 e os anéis internos dos mancais de rolamento 18, 24.

[042] Em caso de um deslocamento axial do eixo 14 durante uma fase de assentamento de modo que a armadura de rotor 32 do mancal magnético se mova axialmente na direção dos mancais de rolamento 18 a 24, a aleta 44 da manga se apoia axialmente no anel interno 18a do mancal de rolamento. As cargas axiais de assentamento dinâmico aplicadas pela aleta 44 sobre o anel interno 18a são transmitidas ao anel interno 20a do mancal de rolamento associado. Uma parte das cargas axiais aplicadas é transmitida do anel interno 20a ao anel externo 20b do mancal de rolamento através dos elementos de rolamento 20c e, então, à mola 60 e ao revestimento 12. Outra parte das cargas axiais aplicadas é transmitida do anel interno 20a ao espaçador axial 28 e, então, aos anéis internos 22a, 24a dos dois outros mancais de rolamento 22, 24 em contato axial. A partir do anel interno 24a, a dita parte das cargas axiais aplicadas é transmitida ao anel externo 24b do mancal de rolamento através dos elementos de rolamento 24c e, então, à mola 64, ao alojamento intermediário 50 e ao revestimento 12. Em caso de altas cargas axiais, a protuberância radial 58 forma um meio de apoio para limitar a deformação axial do anel externo 20b do mancal de rolamento, e o anel de retenção 56 também forma um meio de apoio para limitar a deformação axial do anel externo 24b do mancal de rolamento.

[043] Durante uma fase de carregamento, em caso de um deslocamento axial do eixo 14 na direção oposta, o anel de apoio 54 se apoia axialmente no anel interno 24a do mancal de rolamento. As cargas axiais de assentamento dinâmico aplicadas pelo anel de apoio 54 sobre o anel interno 24a são transmitidas ao anel interno 22a do mancal de rolamento associado. Uma parte das cargas axiais aplicadas é transmitida do anel interno 22a ao anel externo 22b do mancal de rolamento através dos elementos de rolamento 24c e, então, à protuberância radial 58 do alojamento intermediário 50 e ao revestimento 12. Outra parte das cargas axiais aplicadas é transmitida do anel interno 22a ao espaçador 28 e, então, aos anéis internos 20a, 18a dos dois outros mancais de rolamento 18, 20 em contato axial. A partir do anel interno 18a, a dita parte das cargas axiais aplicadas é transmitida ao anel externo 24b do mancal de rolamento e, então, ao revestimento 12.

[044] No caso de uma fase de assentamento, devido à interposição do espaçador 28 e da aleta 58 entre um par de mancais de rolamento 18, 20 e o outro par de mancais de rolamento 22, 24, as cargas axiais aplicadas tanto pela aleta 44 quanto pelo anel de apoio 54 são compartilhadas por cada par de mancais de rolamento. Consequentemente, a vida útil de cada mancal de rolamento é consideravelmente aumentada. A quantidade de fases de assentamento que pode ser suportada pelos mancais de rolamento auxiliares 18 a 24 é também aumentada.

[045] Há duas trajetórias para as cargas de assentamento axiais: uma parte das ditas cargas é transportada somente por um par de mancais de rolamento e, então, transmitida ao revestimento 12, e a outra parte é transportada pelos dois pares de mancais de rolamento e, então, transmitida ao revestimento. Visto que os dois pares de mancais de rolamento são idênticos entre si, os níveis de rigidez dos ditos pares os mesmos, e as cargas axiais são igualmente distribuídas entre os mesmos. Consequentemente, a vida útil de cada mancal de rolamento é também estendida. Do contrário, as molas elásticas 60 a 66 podem amortecer as cargas de assentamento axiais. As ditas molas elásticas realizam uma dupla função, especificamente as de pré-carregar axialmente os mancais de rolamento 18 a 24 e, adicionalmente, amortecer as cargas de assentamento axiais. Quando uma fase de assentamento aparece, o eixo 14 passa de um estado de estar contido sem nenhum contato a um estado de estar contido em virtude dos contatos mecânicos com os mancais de rolamento 18 a 24.

[046] Na presente invenção, os mancais de rolamento 18 a 24 são mancais de esferas de impulso de contato angular. Alternativamente, os mancais de rolamento podem ser, por exemplo, mancais de esferas de sulco profundo, mancais de esferas de contato em quatro pontos, mancais de rolamento cônicos, mancais de rolamento esféricos, etc.

[047] A descrição acima é feita com referência a uma máquina giratória que compreende quatro mancais de rolamento que têm, cada um, uma única fileira de elementos de rolamento. No entanto, a mesma pode ser aplicada de maneira similar a uma máquina giratória que compreenda dois mancais de rolamento axialmente separados um do outro pelo espaçador axial e que tenham, cada um, uma fileira de elementos de rolamento ou pelo menos duas fileiras de elementos de rolamento.

Claims

1. MÁQUINA GIRATÓRIA, que compreende um eixo (14), um revestimento (12), pelo menos um mancal magnético principal (16) conectado ao eixo para sustentar de modo giratório o eixo dentro do revestimento, pelo menos um primeiro e um segundo mancais de rolamento auxiliares (20, 22) posicionados entre o eixo e o revestimento para sustentar cargas axiais e radiais, sendo que os mancais de rolamento auxiliares são, cada um, dotados de um anel interno (20a, 22a), com um anel externo (20b, 22b) e pelo menos uma fileira de elementos de rolamento posicionados entre os anéis, e primeiro e segundo meios de apoio axiais (44, 54) posicionados no eixo para transmitir cargas axiais aos anéis internos do primeiro e do segundo mancais de rolamento, um espaçador (28) posicionado axialmente entre as faces voltadas umas para as outras dos anéis internos (20a, 22a) dos mancais de rolamento e montado em contato axial com as faces para a transmissão das cargas axiais entre os anéis internos e pelo menos um primeiro meio de retenção axial (58) posicionado sobre o revestimento e localizado axialmente entre as faces voltadas umas para as outras dos anéis externos (20b, 22b) do primeiro e do segundo mancais de rolamento para a transmissão das cargas axiais entre pelo menos um dentre os anéis externos e o revestimento, sendo a máquina giratória caracterizada por compreender adicionalmente: - segundo e terceiro meios de retenção axiais (48, 56) posicionados sobre o revestimento para manter axialmente os anéis externos (20b, 22b) do primeiro e do segundo mancais de rolamento, sendo que cada um dentre o segundo e o terceiro meios de retenção axiais é localizado axialmente no lado oposto ao primeiro meio de retenção axial (58) em relação ao mancal de rolamento associado; - dois pares de primeiro e segundo elementos de pré-tensão e amortecimento (60, 62, 64, 66) sendo cada para pré-carregar axialmente um dentre o primeiro e o segundo mancais de rolamento, - o primeiro elemento de pré-tensão e amortecimento (60) de um dos pares sendo axialmente posicionado entre o primeiro meio de retenção axial (58) e o anel externo de um dos primeiro e do segundo mancais de rolamento, o segundo elemento de pré-tensão e amortecimento (62) do par sendo axialmente posicionado entre o segundo meio de retenção axial (48) e o anel externo, um vão axial sendo fornecido entre o primeiro elemento de pré- tensão e amortecimento (60) e o primeiro meio de retenção axial (58), - o primeiro elemento de pré-tensão e amortecimento (64) do outro par sendo axialmente posicionado entre o terceiro meio de retenção axial (56) e o anel externo do outro mancal de rolamento, o segundo elemento de pré-tensão e amortecimento (66) do outro par sendo axialmente posicionado entre o primeiro meio de retenção axial (58) e o anel externo, um vão axial sendo fornecido entre o primeiro elemento de pré-tensão e amortecimento (64) e o terceiro meio de retenção axial (56).

2. MÁQUINA GIRATÓRIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por cada meio de apoio (44, 54) ser voltado axialmente para um dos anéis internos no lado oposto ao espaçador (28).

3. MÁQUINA GIRATÓRIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo eixo compreender pelo menos uma manga (26) radialmente interposta entre uma superfície externa do eixo e os anéis internos do primeiro e do segundo mancais de rolamento.

4. MÁQUINA GIRATÓRIA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pela manga compreender um dentre o primeiro e o segundo meios de apoio axiais.

5. MÁQUINA GIRATÓRIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo revestimento compreender um alojamento intermediário (50) radialmente interposto entre um orifício (42) do revestimento e o anel externo (22b) de um dentre o primeiro e o segundo mancais de rolamento.

6. MÁQUINA GIRATÓRIA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo alojamento intermediário (50) compreender o primeiro meio de retenção axial (58).

7. MÁQUINA GIRATÓRIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada por o(s) elemento(s) de pré-tensão e amortecimento compreender(em) uma mola de folha elástica ou uma arruela cônica.

8. MÁQUINA GIRATÓRIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por compreender dois primeiros mancais de rolamento (18, 20) axialmente em contato um com o outro, e dois segundos mancais de rolamento (22, 24) axialmente em contato um com o outro.

9. MÁQUINA GIRATÓRIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelos primeiro e segundo mancais de rolamento (20, 22) serem idênticos entre si.

10. MÁQUINA GIRATÓRIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelos primeiro e segundo mancais de rolamento (20, 22) serem posicionados axialmente próximos ao mancal magnético principal (16).