ES2204821T3 - Dispositivo de embrague. - Google Patents

Dispositivo de embrague.

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ES2204821T3 ES01810824T ES01810824T ES2204821T3 ES 2204821 T3 ES2204821 T3 ES 2204821T3 ES 01810824 T ES01810824 T ES 01810824T ES 01810824 T ES01810824 T ES 01810824T ES 2204821 T3 ES2204821 T3 ES 2204821T3
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Abstract

Dispositivo de embrague (4) para la conexión de dos ejes giratorios (2a, 3a) de un turbocompresor (1), que comprende una primera y una segunda parte de embrague (4a, 4b), que forman parte del eje (2a, 3a) o están configuradas para la conexión fija con una sección extrema respectiva de los ejes (2a, 3a), así como que comprende una tercera parte de embrague (4c) configurada en forma de disco, que se puede disponer entre la primera y la segunda parte de embrague (4a, 4b), donde la primera, segunda y tercera partes de embrague (4c) presenta una sección (4l), que se proyecta en dirección radial sobre la primera y segunda partes de embrague (4a, 4b), que está configurada como disco de cojinete de un cojinete axial (7).

Description

Dispositivo de embrague.
La invención se refiere a un dispositivo de embrague según el preámbulo de la reivindicación 1.
Se conoce por la publicación DE 26 58 687 S1 un dispositivo de cojinete para un turbocompresor. Este dispositivo de cojinete es especialmente adecuado para turbomáquinas configuradas muy largas con una pluralidad de ruedas de compresor dispuestas adyacentes sobre un eje común. El eje del rotor de este dispositivo de cojinete conocido está montado de forma totalmente electromagnética por medio de un cojinete radial electromagnético así como de un cojinete axial electromagnético. En este dispositivo de cojinete conocido es un inconveniente el hecho de que el cojinete axial presenta una fuerza de soporte reducida. Especialmente cuando están dispuestas varias ruedas de compresor sobre el eje del rotor pueden aparecer vibraciones de fuerza relativamente grandes en dirección axial, con lo que se podría sobrecargar o dañar el dispositivo de cojinete conocido. Además, en el dispositivo de cojinete conocido es un inconveniente el hecho de que el cojinete axial puede repercutir de forma desfavorable sobre el comportamiento dinámico de rotación del eje.
El cometido de la presente invención es crear un dispositivo de embrague que presenta las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes 2 a 7 se refieren a otros dispositivos de embrague configurados de forma favorable. El cometido se soluciona, además, con un turbocompresor que presenta las características de la reivindicación 8.
El cometido se soluciona especialmente con un dispositivo de embrague para la conexión de dos ejes giratorios de un turbocompresor, que comprende una primera y una segunda parte de embrague, que están configuradas para la conexión fija con una sección extrema respectiva de los ejes, así como comprende una tercera parte de embrague configurada en forma de disco, que se puede disponer entre la primera y la segunda parte de embrague, donde la primera, segunda y tercera parte de embrague se pueden conectar fijamente entre sí, y donde la tercera parte de embrague presenta una sección que se proyecta en dirección radial sobre la primera o segunda parte de embrague, que está configurada como disco de cojinete de un cojinete axial.
El dispositivo de embrague según la invención presenta la ventaja adicional de que el cristal de cojinete se puede configurar radialmente relativamente grande, para provocar con el cojinete axial electromagnético una fuerza grande en dirección axial. En función del elevado el número de revoluciones de un turbocompresor aparecen, en un disco de cojinete pesado o en un disco de cojinete con diámetro relativamente grande, elevadas fuerzas radiales o bien elevadas tensiones de fuerza centrífuga. El dispositivo de embrague según la invención posibilita configurar el disco de cojinete de tal forma que es adecuado para números de revoluciones altos, por ejemplo para una velocidad circunferencial de 400 m/s. En una forma de realización preferida, el disco de cojinete está configurado como disco de cojinete continuo, sin un taladro en su centro. Además, el disco de cojinete está preferentemente lubricado. Un disco de cojinete configurado de esta manera presenta las propiedades necesarias del material para ser utilizado también a altos números de revoluciones. En otra configuración ventajosa, el disco de cojinete está configurado de manera que se va adelgazando hacia el exterior, para reducir su masa, y para conseguir de esta manera una forma de construcción optimizada en cuanto a la tensión.
El eje de un turbocompresor presenta especialmente en la región de la primera, segunda, tercera o cuarta frecuencias de resonancia crítica desviaciones radiales grandes, donde el árbol configura en su dirección de desarrollo abombados de oscilación y nudos de oscilación. Una ventaja del dispositivo de embrague según la invención es el hecho de que a través del acortamiento de la longitud de construcción, que resulta a partir de la integración del disco de cojinete axial en el embrague, se puede conseguir una capacidad de influencia mejorada de la dinámica del rotor.
A continuación se describe la invención con la ayuda de varios ejemplos de realización, donde los mismos signos de referencia se refieren a los mismos objetos. En este caso:
La figura 1 muestra una sección longitudinal de un turbocompresor con un motor eléctrico, un turbocompresor radial así como un dispositivo de embrague.
La figura 2 muestra una sección longitudinal a través de un dispositivo de embrague.
La figura 3 muestra una sección longitudinal a través de otro dispositivo de embrague.
La figura 4 muestra una sección longitudinal a través de un disco de cojinete de un cojinete axial.
La figura 5 muestra un fragmento de una vista lateral del disco de cojinete según la figura 4.
La figura 1 muestra de forma esquemática un turbocompresor 1, que comprende un turbocompresor radial 3 con un eje 3a así como un motor eléctrico 2 de accionamiento con un eje 2a. Los dos ejes 2a, 3a están conectados entre sí a través de un embrague 4 que comprende tres partes de embrague 4a, 4b, 4c, de manera que el motor eléctrico 2 acciona a través del eje 2a y el embrague 4 el eje 3a del turbocompresor radial 3. Los dos ejes 2a, 3a están montados a través de tres cojinetes radiales 5 electromagnéticos. El embrague 4 comprende una primera parte de embrague 4a, una segunda parte de embrague 4b así como una tercera parte de embrague 4c dispuesta en medio, que forma al mismo tiempo el disco de cojinete del cojinete axial 7, por lo que directamente adyacente a la parte de embrague 4c están dispuestos electroimanes 7c que comprenden bobinas electromagnéticas 7a, para configurar de esta manera un cojinete axial electromagnético 7.
El turbocompresor 1 representado en la figura 1 comprende una carcasa de presión 6 cerrada herméticamente, dentro de la cual están dispuestos el motor eléctrico 2 y el turbocompresor radial 3. Un conducto de alimentación 6c que atraviesa la carcasa de presión 6 y un conducto de derivación conectan el turbocompresor radial de forma conductora de fluido con un dispositivo dispuesto fuera de la carcasa de presión 6 o bien con un proceso de procedimiento que se desarrolla fuera de la carcasa de presión. El motor eléctrico 2 comprende el rotor 2b así como el estator 2c, donde el rotor 2b forma parte del árbol del motor 2a. El árbol del motor 2a está montado en dirección radial a ambos lados en el cojinete radial electromagnético 5, que comprende, respectivamente, un dispositivo de apoyo 5a así como una bobina electromagnética 5b. El eje de motor 2a está conectado en una de sus secciones extremas a través de un embrague 4 con la sección extrema del rotor 3a del turbocompresor radial 3. En el punto de unión entre el eje del motor 2a y el eje del compresor 3a está dispuesto, además del embrague 4, adicionalmente el cojinete axial electromagnético 7. El eje del motor 2a así como el rotor 3a forman un eje común. En la dirección de desarrollo del rotor 3a están dispuestas dos ruedas de compresor 3b, que configuran una primera etapa de compresión 3c así como una segunda etapa de compresión 3b. No se representan las paletas de guía o bien el difusor del turbocompresor radial 3. La corriente principal de masas 8 del fluido a comprimir, con preferencia en forma de un gas, entre a través del orificio de entrada 6a y el conducto de alimentación 6c en la primera etapa de compresión y es conducida a continuación a la segunda etapa de compresión 3d y a continuación a través del conducto de derivación 6d hacia el orificio de salida 6b.
El turbocompresor 1 podría presentar naturalmente una pluralidad de ruedas de compresor 3b dispuestas distanciadas en la dirección de la extensión del rotor 3a, tal como, por ejemplo, también en total tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho, nueve o diez ruedas de compresor 3b. La presión de compresión a conseguir está abierta en gran medida hacia arriba, pudiendo alcanzarse a través de un número correspondiente de ruedas de compresor 3b conectadas en serie, por ejemplo, una presión de compresión de 600 bares. El turbocompresor 1 podría presentar también uno o varios turbocompresores radiales 3 y/o motores eléctricos 2 adicionales, que están dispuestos en la dirección de la extensión del rotor 3a; 2a, donde todos los rotores 3a; 2a configuran un eje común. Este eje común podría estar alojado a través de cojinetes radiales, especialmente cojinetes radiales magnéticos 5, estando dispuesto con preferencia un único cojinete radial 5, respectivamente, entre un turbocompresor radial 3. Con preferencia, todos los turbocompresores radiales 3 están dispuestos junto con el motor eléctrico 2 o los motores eléctricos 2 en una única carcasa de presión 6 común.
Los cojinetes radiales electromagnéticos 5 así como las secciones de los ejes 2a y 3a asociadas a los cojinetes radiales 5 presentan otros componentes evidentes para un técnico y, por lo tanto, no representados, para configurar un cojinete radial electromagnético 5, como bobinas eléctricas, piezas ferromagnéticas, etc. Lo mismo se aplica para el motor eléctrico 2, que se representa también sólo de forma esquemática.
Durante el funcionamiento del turbocompresor 1 representado en la figura 1, pueden aparecer fuerzas axiales relativamente altas en el eje común 2a, 3a. El dispositivo de embrague 4 según la invención posibilita configurar un cojinete axial electromagnético 7 con un disco de cojinete 4c relativamente grande, lo que permite generar fuerzas de cojinete axiales altas.
La sección longitudinal representada en la figura 2 a través del dispositivo de embrague 4 muestra el eje del motor 2a con sección extrema 2d que se extiende cónicamente así como el eje 3a del turbocompresor radial 3 con sección extrema 3f que se extiende cónicamente, que están conectadas entre sí de forma fija contra giro con el dispositivo de embrague 4. La primera parte de embrague 4a está zunchada sobre la sección extrema 2d del eje del motor 2a y está conectada de esta manera fijamente con este eje del motor. La segunda parte de embrague 4b está zunchada sobre la sección extrema 3f del eje 3a y está conectada de esta manera fijamente con ésta. Entre la primera y la segunda parte de embrague 4a, 4b está empotrada la tercera parte de embrague 4c configurada como disco macizo. La parte de embrague 4c presenta, como se deduce a partir de la vista lateral según la figura 5, una pluralidad de taladros 4k dispuestos a distancia en la dirección circunferencial, y la primera y la segunda parte de embrague 4a, 4b presenta taladros dispuestos adaptados de forma correspondiente, de manera, como se representa en la figura 2, las tres partes de embrague 4a, 4b, 4c están retenidas juntas, respectivamente, a través de un tornillo común 4h con tuerca. En la dirección periférica del dispositivo de embrague 4 están dispuestos a distancia regular con preferencia 6, 8 ó 12 tornillos 4h de este tipo con tuerca 4i para retener juntas las tres partes de embrague 4a, 4b, 4c y transmitir el par de torsión necesario. La tercera parte de embrague 4c forma al mismo tiempo el disco de cojinete del cojinete axial 7. A lo largo de la sección 4l del disco de cojinete, que se proyecta en dirección radial sobre la primera y la segunda parte de embrague 4a, 4b, están dispuestos a ambos lados electroimanes 7c que comprenden una chapa de hierro maleable 7b así como bobinas electromagnéticas 7a, para provocar una fuerza que actúa en dirección axial A sobre el disco de cojinete 4c.
La figura 3 muestra en una sección longitudinal otro ejemplo de realización de un dispositivo de embrague 4, donde los extremos del eje del motor 2a así como del eje 3a están configurados como pestañas de embrague 4a, 4b, que están conectadas entre sí fijas contra giro junto con la tercera parte de embrague 4c por medio de tornillos 4g, 4i. Los detalles del cojinete axial 7, como los electroimanes 7c y las bobinas 7a, no se representan, pero pueden estar realizados como se representa en la figura 2.
La figura 4 muestra en una sección longitudinal otro ejemplo de realización de una tercera parte de embrague 4c o bien de un disco de cojinete 4c. El disco de cojinete 4c comprende una parte interior del disco 4m, que se empotra entre la primera y la segunda parte de embrague, así como una parte exterior del disco 4l, a lo largo de la cual se disponen los electroimanes 7c. Radialmente a la dirección axial A, la parte exterior del disco 4l está configurada de manera que se adelgaza hacia fuera para ahorrar de esta manera masa. En la parte interior del disco 4m está dispuesto un redondeo 40 que se extiende en la dirección circunferencial que, como se deduce de la figura 2, permite un centrado de la primera y de la segunda parte de embrague 4a, 4b con respecto a la tercera parte de embrague 4c. El redondeo 40 presenta, además, un redondeo para evitar las tensiones de entalladura. Por el mismo motivo se dispone en la parte interior del disco 4m una escotadura 4n que se extiende en dirección circunferencial.
La tercera parte de embrague 4c no se fabrica con el procedimiento de arranque de virutas sino a través de un proceso de transformación, con preferencia a través de forjado. Por el concepto proceso de transformación se entiende una formación a través de aplicación de fuerza y mecanización sin arranque de virutas. Después del proceso de transformación se puede mecanizar todavía la superficie de la pieza de trabajo, por ejemplo a través de rectificado o torneado. La tercera parte de embrague 4c podría presentar también una abertura o taladro dispuestos en su centro de giro. La parte de embrague 4c representada en la figura 4 podría presentar una abertura, que se extiende partiendo desde el lugar representado con 4 hasta el centro de giro A. Sin embargo, para resistir las fuerzas centrífugas altas, la tercera parte de embrague 4c está configurada con preferencia, como se representa en la figura 4, como disco de cojinete continuo. Además, con preferencia se procura que la tercera parte de embrague 4c no presente ningún taladro en el centro de giro A, y que en la periferia solamente estén dispuestos pocos taladros y, además, con preferencia con secciones transversales de los taladros lo más pequeñas posible, para no reducir o sólo en una medida insignificante la resistencia a la tensión de la tercera parte de embrague 4c.
El diámetro máximo de la parte de embrague 4c o bien del disco de cojinete se determina a través de la velocidad circunferencial máxima posible. El disco de cojinete 4c puede presentar, por ejemplo, un diámetro máximo de 50 cm.
El embrague 4 según la invención tiene dos funciones, a saber, el embrague y el alojamiento axial de los dos ejes 2a, 3a. Puesto que el embrague 4 según la invención ejerce ambas funciones, el eje completo, que comprende los ejes 2a, 3a y el embrague 4 presentan una longitud estructural corta. Debido a esta longitud estructural corta se consigue un comportamiento de oscilación ventajoso del eje completo. La longitud de construcción corta presenta, además, la ventaja de que se puede prolongar la longitud del eje completo, en el caso de que sea ventajoso, por ejemplo, por razones técnicas de oscilación.

Claims (8)

1. Dispositivo de embrague (4) para la conexión de dos ejes giratorios (2a, 3a) de un turbocompresor (1), que comprende una primera y una segunda parte de embrague (4a, 4b), que forman parte del eje (2a, 3a) o están configuradas para la conexión fija con una sección extrema respectiva de los ejes (2a, 3a), así como que comprende una tercera parte de embrague (4c) configurada en forma de disco, que se puede disponer entre la primera y la segunda parte de embrague (4a, 4b), donde la primera, segunda y tercera partes de embrague (4c) presenta una sección (4l), que se proyecta en dirección radial sobre la primera y segunda partes de embrague (4a, 4b), que está configurada como disco de cojinete de un cojinete axial (7).
2. Dispositivo de embrague (4) según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos la sección sobresaliente (4l) de la tercera parte de embrague (4c) está fabricada a través de un proceso de transformación, especialmente forjado.
3. Dispositivo de embrague (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tercera parte de embrague (4c) está configurada como disco, sin un taladro en su centro.
4. Dispositivo de embrague (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tercera parte de embrague (4c) presenta una pluralidad de taladros (4k) dispuestos excéntricamente, que están dispuestos especialmente sobre una línea circular que se extiende concéntricamente con respecto a la tercera parte de embrague.
5. Dispositivo de embrague (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de la tercera parte de embrague (4c) disminuye radialmente hacia fuera.
6. Dispositivo de embrague (4) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tercera parte de embrague (4c) presenta al menos un redondeo (40) de forma circular, que se extiende en dirección circunferencial, que está dispuesto concéntricamente con respecto a la tercera parte de acoplamiento (4c).
7. Dispositivo de embrague (4) según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende un electroimán (7c), que está dispuesto junto a la tercera parte de acoplamiento (4c).
8. Turbocompresor que comprende un dispositivo de embrague (4) según una de las reivindicaciones anteriores.
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