ES2209106T3 - Aparato para lubricar cojinetes. - Google Patents
Aparato para lubricar cojinetes.Info
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Abstract
La presente invención se refiere a un sistema de lubricación de cojinetes de un árbol de rotación vertical, en el interior de un alojamiento de cojinete. Este sistema se constituye de una cubeta anular de recuperación de lubricante (40) en la parte inferior del alojamiento de cojinete (11) de un depósito anular superior de lubricante (20) en la parte superior del alojamiento de cojinete, y de un conducto (35) de comunicación fluídica entre la cubeta anular de recuperación de lubricante (40) y el depósito anular superior de lubricante y que desemboca en las cabezas de cojinetes (14). El principio aplicado consiste en bombear el lubricante en la cubeta anular de recuperación de lubricante (40) para enviarlo, a través del conducto (35) en el depósito anular superior de lubricante (20) con un caudal superior al caudal constatado para el flujo que desemboca en las cabezas de cojinetes (14). Se conserva así un tope constante de lubricante por encima del orificio caudalimétrico en eldepósito anular superior de lubricante (20) , el cual comprende por otra parte un orificio de evacuación que permite reenviar el excedente de lubricante a la cubeta de recuperación de lubricante.
Description
Aparato para lubricar cojinetes.
Esta invención se refiere generalmente a la
lubricación de cojinetes de un eje rotativo, y más en particular al
suministro de fluido de lubricación a cojinetes, dentro de un
alojamiento de cojinetes vertical de cárter mojado, a una tasa de
flujo constante, que es independiente de la velocidad de
funcionamiento.
Los sistemas actuales de lubricación para
alojamientos de cojinetes de cárter mojado están diseñados
típicamente para suministrar lubricante con una tasa de flujo
específica para una velocidad de funcionamiento. Bombean lubricante
desde un cárter situado en el fondo del alojamiento a los cojinetes
situados en la parte superior del alojamiento. El lubricante fluye
hacia abajo a través de los cojinetes y retorna al cárter. La
cantidad y la tasa de flujo del lubricante suministrado a los
cojinetes están limitadas por la velocidad de funcionamiento del
mecanismo de la bomba, la viscosidad del lubricante, y el tamaño de
los pasos a través de los cuales es bombeado el lubricante a los
cojinetes. Aunque sistemas de este tipo, suponiendo una viscosidad
constante, funcionan adecuadamente a la velocidad de diseño, pueden
resultar ineficaces a velocidades de funcionamiento bajas, o pueden
proporcionar un exceso de lubricante a velocidades de
funcionamiento altas, como las que se encontrarían con una entrada
de accionamiento de velocidad variable. De esta forma, a baja
velocidad la lubricación puede resultar inadecuada, mientras que a
alta velocidad un flujo excesivo de lubricante puede causar una
sobrepresión y fugas de lubricante a las inmediaciones.
Adicionalmente, los lubricantes son líquidos
viscosos que están sometidos a cambios de viscosidad que están
inversamente relacionados con las variaciones de temperatura. De
esta manera, elevaciones de temperatura causan descensos de
viscosidad, y descensos de temperatura causan elevaciones de
viscosidad. Aun cuando se funcione a la velocidad de diseño, el
lubricante se calienta debido a la generación de calor mecánico y
pierde viscosidad. Esto origina una acción de bombeo reducida y da
lugar a una lubricación inadecuada de los cojinetes. Tales
inadecuaciones dan lugar a costosos daños en el equipo y en el
ambiente.
El documento
GB-A-444 496 describe un aparato
para la lubricación de cojinetes de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1.
De acuerdo con un aspecto de la presente
invención, se proporciona un aparato para la lubricación de
cojinetes superiores e inferiores de un eje vertical rotatorio
dentro de un alojamiento de cojinetes, que comprende un cárter
inferior de lubricante en una porción inferior de dicho alojamiento
de cojinetes; un depósito superior de lubricante en una porción
superior de dicho alojamiento de cojinetes; un conducto que
proporciona comunicación de fluido entre dicho cárter inferior de
lubricante y dicho depósito superior de lubricante; medios para
medir un flujo de lubricante desde dicho depósito superior de
lubricante a dichos cojinetes superiores; medios para bombear
lubricante desde dicho cárter inferior de lubricante, a través de
dicho conducto, a dicho depósito superior de lubricante a una tasa
que excede una tasa de dicho flujo medido hacia dentro de dichos
cojinetes superiores; y medios en dicho depósito de lubricante
superior para mantener una presión constante de lubricante por
encima de dichos medios de medición y para derivar el lubricante en
exceso que es devuelto a dicho cárter inferior de lubricante;
caracterizado por medios para alimentar una porción de dicho
lubricante en exceso a dichos cojinetes inferiores, antes de que
dicho lubricante en exceso sea devuelto a dicho cárter inferior de
lubricante.
De acuerdo con otro aspecto de la presente
invención, se proporciona un dispositivo de bombeo que comprende un
miembro giratorio con aspecto de copa, con un eje que es, en la
utilización, vertical, y que tiene surcos helicoidales dirigidos
longitudinalmente en manos opuestas sobre las superficies interior y
exterior; un orificio de paredes lisas en un miembro estacionario
rodeando de cerca la superficie exterior de dicho miembro rotatorio
en forma de copa, sin entrar en contacto con ella; un miembro
cilíndrico estacionario de paredes lisas rodeando de cerca sin
entrar en contacto con ella por la superficie interior de dicho
miembro en forma de copa; y un cárter que contiene fluido a un
nivel suficiente para cubrir una porción inferior de dicho miembro
rotatorio en forma de copa, dicho orificio de paredes lisas y dicho
miembro cilíndrico de paredes lisas, de forma que la rotación de
dicho miembro en forma de copa hace que el fluido a bombear se
bombee hacia arriba sobre dicha superficie y hacia abajo sobre la
otra superficie mencionada del miembro en forma de copa.
Para un mejor entendimiento de la invención y
para mostrar como se puede llevar a efecto la misma, se hará
referencia a continuación, a título de ejemplo, a los dibujos que e
anexan, en los cuales:
la Figura 1 es una vista esquemática vertical,
parcialmente cortada, de una bomba equipada con un sistema de
lubricación vertical de cárter mojado;
la Figura 2 es una vista por el fondo en
perspectiva fragmentaria del dispositivo de bombeo; y
la Figura 3 es una vista fragmentaria de alzado
en corte de los elementos de medición y derivación de un depósito
superior de lubricante.
Se pueden ver todas las características
principales haciendo referencia a la Figura 1; sin embargo,
también ayuda hacer referencia las Figs. 2 y 3, según sea
apropiado, para apreciar además los detalles de los elementos de
bombeo, medición y derivación. En la Fig. 1, la invención se
muestra aplicada a una unidad de bombeo vertical 60. Un conjunto de
alojamiento de cojinetes 50 tiene cojinetes superiores 14 y
cojinetes inferiores 18 que soportan un eje rotativo 5 que está
montado en un alojamiento de cojinete 10. Un cárter anular inferior
40 de lubricante en una tapa 11 de extremo inferior del alojamiento
10 y un depósito anular superior 20 de lubricante es una tapa de
extremo superior 12 están conectados por un conducto 35, que está
preferiblemente taladrado en la pared del alojamiento 10. Un
dispositivo de bombeo en forma de copa o de elevación 30, que está
fijado al eje rotativo 5, bombea lubricante por medio de al menos un
surco helicoidal 33, en la superficie exterior del mismo, el cual
surco coopera con la pared interior 31 de un orificio a través del
cual el dispositivo de bombeo en forma de copa 30 se extiende hacia
abajo en el cárter de lubricante inferior 40. Obsérvese que no
existe contacto alguno entre el dispositivo de bombeo en forma de
copa 30 y la pared interior 31 del orificio. El surco 33 está
dimensionado de manera tal que bombea una cantidad en exceso de
lubricante a los cojinetes superiores 14 a todas las velocidades de
funcionamiento. En las Figs. 1 y 2 se ven estas características.
El depósito superior 20 de lubricante que se ve
en las Figs. 1 y 3, tiene un aliviadero o barrera de sobreflujo 26
que mantiene una altura de presión constante por encima de un
orificio de medición 25. El orificio de medición 25 está
dimensionado para proporcionar la totalidad de la lubricación
requerida por los cojinetes superiores 14, a todas las velocidades
de funcionamiento y en todos los rangos de viscosidad. El orificio
de medición 25 tiene situada su boca ligeramente por encima del
fondo del depósito superior 20, a fin de retener una pequeña
cantidad de lubricante en el depósito 20 al producirse la parada.
Esto asegura un tiempo de respuesta mínimo para el suministro de
lubricante a los cojinetes superiores 14 cuando se reinicia la
unidad después de una parada de este tipo. Cualquier lubricante en
exceso que alcance el depósito superior 20 pasa sobre la barrera de
sobreflujo 26 y es derivado devolviéndolo al cárter inferior 40 a
través del conducto de derivación 19. Esta característica de
sobreflujo y derivación permite funcionar al dispositivo de bombeo
sin estrangulamiento u otras constricciones, sin considerar la
velocidad de funcionamiento; porque siempre se satisface la
totalidad de las necesidades de lubricante, y cualquier lubricante
en exceso es meramente devuelto al cárter inferior 40. Una porción
del lubricante en exceso se dirige por la superficie inferior en
forma de cuenco del alojamiento 10, a través de los cojinetes
inferiores 18, antes de ser drenada al cárter inferior 40.
El lubricante que pasa a través de los cojinetes
superiores 14 cae en un anillo colgante 45 unido al eje 5 por
debajo de los cojinetes 14. El anillo colgante 45 arroja el
lubricante contra la pared del alojamiento del cojinete 10, donde
desprende el calor recogido al entrar en contacto con diversas
partes de los cojinetes y del eje 5. Por diseño, el lubricante que
no está realmente lubricando los cojinetes está expuesto, en la
medida de lo posible, a superficies más frías dentro del alojamiento
de cojinetes 10. Esto contribuye a disipar el calor y a mantener
una temperatura de funcionamiento en condición estable.
El dispositivo de bombeo 30 en forma de copa
actúa como un sumidero de calor para extraer calor del eje 5
adyacente al cojinete inferior 18. El contacto de mezcla íntima
entre el lubricante y el dispositivo de bombeo 30 asegura una
transferencia de calor máxima al lubricante, que sirve entonces
para llevar el calor a las paredes del alojamiento 10, 11, 12 y de
esta forma disiparlo a las inmediaciones del conjunto de alojamiento
50. Esta característica es importante específicamente si el eje 5
está expuesto a una fuente externa de calor, tal como un bombeo
caliente o aire caliente. De esta forma, en condiciones de
funcionamiento, el conjunto de alojamiento de cojinetes 50 logra
rápidamente un estado estable de temperatura de funcionamiento.
Se proporciona un sello para evitar el escape de
lubricante del cárter inferior 40. Esto se logra sin contacto entre
las partes estacionarias y rotativas. El cárter inferior 40 tiene
una pared interior 39 que se extiende por encima de la parte
superior del nivel de lubricante estacionario y, sin entrar en
contacto con él, rodea el eje 5 y proporciona efectivamente un
sello estático. No sería necesario ningún sello adicional, excepto
para la turbulencia inducida en el lubricante dentro del cárter 40.
Para contrarrestar la pérdida de lubricante inducida por la
turbulencia se coloca un dispositivo de sellado a contraflujo
axial, dinámico sin contacto, usando el dispositivo de bombeo 30 de
aspecto de copa. Un surco helicoidal 36 en la superficie interior
del dispositivo de bombeo 30, que está en la mano opuesta desde el
surco de bombeo 33, bombea el lubricante hacia abajo durante el
funcionamiento. El surco 36 coopera con la superficie exterior de la
pared interior 39 sin contacto, de la misma manera que el surco 33
coopera con la pared 31 del orificio sin contacto.
El sistema de lubricación de cojinetes se ha
mostrado en la Fig. 1 aplicado a una bomba. Está claro que
cualquier alojamiento vertical de cojinetes que se encuentre
lubricado por un sistema de lubricación de cárter mojado puede
beneficiarse de las características aquí descritas.
Claims (11)
1. Un aparato para la lubricación de cojinetes
superiores e inferiores (14, 18) de un eje vertical rotatorio (5)
dentro de un alojamiento (10) de cojinetes, que comprende un cárter
inferior (40) de lubricante en una porción inferior de dicho
alojamiento de cojinetes; un depósito superior (20) de lubricante
en una porción superior de dicho alojamiento de cojinetes; un
conducto (35) que proporciona comunicación de fluido entre dicho
cárter inferior de lubricante y dicho depósito superior de
lubricante; medios (25) para medir un flujo de lubricante desde
dicho depósito superior de lubricante a dichos cojinetes
superiores; medios (30) para bombear lubricante desde dicho cárter
inferior de lubricante, a través de dicho conducto, a dicho
depósito superior de lubricante a una tasa que excede una tasa de
dicho flujo medido hacia dentro de dichos cojinetes superiores; y
medios (26) en dicho depósito de lubricante superior para mantener
una presión constante de lubricante por encima de dichos medios de
medición y para derivar el exceso de lubricante que es devuelto a
dicho cárter inferior de lubricante; caracterizado por
medios para alimentar una porción de dicho exceso de lubricante a
dichos cojinetes inferiores (18), antes de que dicho exceso de
lubricante sea devuelto a dicho cárter inferior de lubricante
(40).
2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que los medios (30) para el bombeo de lubricante desde dicho
cárter inferior (40) de lubricante, a través de dicho conducto
(35), a dicho depósito superior (20) de lubricante actúan también
como un sumidero de calor para extraer calor de dicho eje rotativo
adyacente a dichos cojinetes inferiores y para transferir dicho
calor al lubricante para su disipación a las inmediaciones.
3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1
ó 2, que comprende además medios (39) en dicho cárter inferior (40)
de lubricante para proporcionar un sello de no contacto a fin de
retener el lubricante dentro de dicho alojamiento de cojinetes
(10).
4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
2 ó 3, en el que los medios (25) para medir un flujo de lubricante
desde dicho depósito superior (20) de lubricante a dichos cojinetes
superiores (14) comprenden al menos un conducto (25), a través de
una pared del fondo de dicho depósito de lubricante superior a
dichos cojinetes superiores, estando dimensionado dicho al menos un
conducto para proporcionar un pleno flujo de lubricante a dichos
cojinetes con independencia de la velocidad de funcionamiento.
5. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los medios (26) en dicho
depósito superior (20) de lubricante para mantener una presión
constante de lubricante y para derivar el lubricante en exceso
comprenden una pared exterior (26) de dicho depósito superior de
lubricante que tiene un rebosadero a un conducto de derivación (19)
que drena el lubricante en exceso a través de dicho alojamiento de
cojinetes y lo devuelve a dicho cárter inferior de lubricante
(40).
6. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los medios (30) para el
bombeo de lubricante desde dicho cárter inferior (40) de lubricante
a través de dicho conducto a dicho depósito superior de lubricante
(20) comprenden un collarín (30) sustancialmente cilíndrico fijado a
dicho eje rotatorio (5) por debajo de dichos cojinetes inferiores y
que tiene una porción en forma de copa que se extiende hacia abajo
a través de un orificio en una pared inferior de dicho alojamiento
de cojinetes hacia dentro de dicho cárter inferior de lubricante,
teniendo dicha porción en forma de copa un ajuste estrecho dentro
de dicho orificio y teniendo un surco helicoidal (33) en su
superficie cilíndrica exterior que eleva fluido lubricante a través
de dicho conducto (35) a dicho depósito superior de lubricante.
7. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 6,
que comprende además medios (39) sobre una superficie cilíndrica
interior de dicha porción en forma de copa para proporcionar un
sello de no contacto a fin de retener lubricante dentro de dicho
alojamiento de cojinetes.
8. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 7,
en el que los medios para proporcionar un sello de no contacto
comprenden un surco helicoidal (36) que tiene una disposición de
mano opuesta a la del surco (33) sobre la superficie cilíndrica
exterior y que descansa en proximidad estrecha a una pared anular
(39), rodeando dicha pared anular dicho eje rotatorio (5) y
extendiéndose hacia arriba desde una pared inferior de dicho cárter
de lubricante inferior (40) hasta un punto ligeramente por debajo
del punto de unión de dicho collarín sustancialmente cilíndrico (30)
a dicho eje rotatorio, actuando dicho surco helicoidal (36) para
producir un contraflujo de líquido que baja por dicha pared anular
para oponerse dinámicamente al escape de lubricante desde dicho
alojamiento (10) de cojinete.
9. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además medios (45) para
disipar el exceso de calor de dicho lubricante a las inmediaciones
de dicho alojamiento (10) de cojinetes.
10. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
9, en el que los medios para disipar el exceso de calor de dicho
lubricante incluyen medios colgantes (45) fijos a dicho eje
rotativo (5) por debajo de dichos cojinetes superiores (14) a fin de
desviar el lubricante procedente de dichos cojinetes a las paredes
laterales de dicho alojamiento (10) de cojinetes, y dirigir todo el
flujo de lubricante que no atraviesa los cojinetes a paredes
relativamente frías del alojamiento de cojinetes.
11. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
3, o con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 10 en cuanto
dependan de la reivindicación 3, en el que los medios en dicho
cárter inferior (40) de lubricante, para proporcionar una retención
sin contacto del lubricante comprenden una pared anular (39) que
rodea dicho eje (5) rotativo y que se extiende hacia arriba desde
una pared inferior de dicho cárter inferior de lubricante hasta un
punto por encima de un nivel estacionario de lubricante en dicho
cárter, siendo dicha pared anular estacionaria y no teniendo
contacto con dicho eje giratorio o con cualquier parte móvil.
Applications Claiming Priority (2)
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