ES2253891T3 - Cojinete radial de tipo liso. - Google Patents

Abstract

Cojinete radial de tipo liso, especialmente para la utilización en bombas centrífugas, con un casquillo de cojinete configurado de manera que transmite el par, dispuesto en el eje, rotativo, dentro de un casquillo de cojinete, encontrándose entre las piezas deslizantes una encima de la otra una rendija para un medio lubricante de reducida viscosidad, el casquillo del cojinete comprende un elemento de soporte, un elemento fijado y acoplado en él, y el elemento de soporte en la zona de apoyo del elemento del cojinete presenta diferentes espesores de pared, caracterizado porque una estructura de fibras, dispuestas principalmente en forma de matriz, formada con las partes de cerámica o de carbono, dispuestas allí, forma el elemento del cojinete, que una estructura de fibra forma la matriz de cerámica o de carbono, porque el elemento de soporte se ha configurado igual o más largo que el elemento del cojinete, y porque partiendo de un máximo espesor de pared en la zona central del elemento de soporte está configurado con el espesor de pared decreciente en dirección a los lados frontales del elemento de soporte.

Description

Cojinete radial de tipo liso.

La presente invención se refiere a un cojinete radial de tipo liso, especialmente para la utilización en bombas centrífugas, con un casquillo de cojinete configurado de manera que transmite el par, dispuesto en el eje, rotativo, dentro de un casquillo de cojinete, encontrándose entre las piezas deslizantes una encima de la otra una rendija para un medio lubricante de reducida viscosidad, el casquillo del cojinete comprende un elemento de soporte, un elemento fijado y acoplado en él, y el elemento de soporte en la zona de apoyo del elemento del cojinete presenta diferentes espesores de pared.

En las bombas centrífugas se conocen diferentes formas de realización de soporte de eje, utilizándose en función del fluido a transportar diferentes materiales de cojinete. Los materiales de cojinetes cerámicos han resultado especialmente ventajosos para los cojinetes que se lubrican con un fluido de bombeado de reducida viscosidad, por ejemplo, con agua o alcohol. Es desventajoso en tales cojinetes cerámicos su sensibilidad respecto a los sobrecalentamientos por falta de lubricación y cargas intermitentes. Una carga de esta clase existe en el campo de mezcla de rozamientos, si, por ejemplo, debido a cargas radiales demasiado elevadas chocan entre sí las superficies deslizantes. Debido a una aportación local demasiado elevada de calor por fricción en las superficies cerámicas se pueden formar con ello grietas de tensiones térmicas dentro de la cerámica. Con ello existe el peligro de una sobrecarga de material localmente fuerte, con lo cual como consecuencia se originan grietas o roturas en la parte de cerámica y hay que contar con daños consiguientes.

Una carga adicional se origina en un casquillo de cojinete de esta clase, que se encuentra en reposo, y un soporte formado por un casquillo de cojinete rotativo, si entre estas dos partes se presenta un desplazamiento angular. Por ejemplo, por el documento DE-A-1 528 640 se conoce un soporte de esta clase, en el que el casquillo del cojinete se dispone con relación a la carcasa elásticamente, mediante anillos tóricos, para alcanzar una ligera movilidad.

Otra solución se conoce por el documento EP 0 492 605 A del que se parte como del estado de la técnica más próximo. Éste muestra un elemento de cojinete cerámico que está unido con la intercalación de un elemento de goma fijado en la zona del diámetro interior en unión de forma con un eje perfilado. El eje puede presentar un perfil de sección transversal, está configurado como cuña múltiple, hexágono, dos planos, o similares. Para la transmisión de fuerza en unión de forma, el elemento de goma dispone en la zona de su diámetro interior de un diseño que casi corresponde al eje en forma negativa. De este modo el elemento de goma en cierta forma comprende secciones de cilindro que se encuentran, una junto a otra, presentando cada sección de cilindro otra sección, pero permanece constante en la dirección longitudinal del eje. Debido a que en ambos lados del extremo del casquillo del eje se han dispuesto arandelas, el elemento de goma se ha colocado entre el casquillo cerámico, las arandelas y el eje perfilado en cámaras.

Con bombas grandes de varias etapas con ejes largos o cojinetes dispuestos entre ellos, por ejemplo, con grandes bombas de alimentación, con bombas de ejes perforados o con cojinetes volantes con un voladizo en un lado, debido a las fuerzas dominantes durante el funcionamiento se presentan posiciones inclinadas o flexiones del eje. Como consecuencia de ello, el casquillo del soporte rotativo con el eje asimismo toma una posición inclinada. Una carga del cojinete resultante de ello de un solo lado, representa otro riesgo para los cojinetes de cerámica sensibles a las cargas por golpes o choques.

La presente invención tiene por ello como base el problema de desarrollar un soporte de eje que utiliza material sensible a la rotura, que permite un desplazamiento angular que se presente en el soporte.

La solución de este problema prevé una estructura de fibras, dispuestas principalmente en forma de matriz, formada con las partes de cerámica o de carbono, dispuestas allí, forma el elemento del cojinete, que una estructura de fibra forma la matriz de cerámica o de carbono, porque el elemento de soporte se ha configurado igual o más largo que el elemento del cojinete, y porque partiendo de un máximo espesor de pared en la zona central del elemento de soporte está configurado con el espesor de pared decreciente en dirección a los lados frontales del elemento de soporte.

Visto en sección longitudinal, el elemento de soporte presenta un desarrollo de espesor de pared, que tiene un máximo en la zona central y partiendo de ella se configura de forma decreciente a ambos lados. Sobre el elemento de soporte, se ha montado a presión un elemento de cojinete que presenta una estructura de fibras, principalmente matricial con un asiento por contracción o presión. Las dimensiones y tolerancias de las diversas piezas se han elegido de tal manera que con los efectos de la temperatura el elemento del cojinete permanezca unido fijamente con el elemento de soporte. La combinación de un elemento de esta clase con un elemento de soporte, que presenta una elasticidad, se consigue la ventaja de que al presentarse un desplazamiento angular, ambas piezas reaccionan elásticamente y, de este modo, se evita un peligro de rotura en el elemento del cojinete. La estructura de fibra, dispuesta principalmente en forma de matriz, está configurada como matriz de cerámica o de fibra de carbono, en la que se han incluido partes de cerámica o de carbono, presenta, en cambio, con relación a un componente monolítico, una flexibilidad respecto a cargas de flexión. Según la pareja de cojinetes deseada, se puede disponer para ello en una matriz de carbono, tanto piezas de cerámica como también de carbono. Lo mismo es válido también para una matriz de cerámica.

De este modo, se puede generar en estos elementos de cojinete de esta clase, sensibles por si mismos a la rotura y fabricados como piezas sinterizadas, unos característica que resisten las tensiones de tracción que se presentan en las cargas de flexión. Las tensiones de tracción con peligro de rotura, que se presentan con una carga de flexión en una sección transversal del casquillo de un elemento de cojinete de esta clase, se mejoran con el factor 10 por las fibras dispuestas en forma de matriz con relación a un material se mejoran sinterizado puro.

Si el elemento del cojinete está unido mediante una unión por contracción con el elemento de soporte, entonces las fuerzas de contracción del elemento del cojinete originan la formación ligeramente abombada en el estado unido. Debido a que el elemento de soporte, según una configuración de la invención, se encuentra en aquella zona, en la que se encuentran los extremos del elemento del cojinete, presenta un espesor de pared esencialmente más delgado que en su zona central, las fuerzas de contracción originan en la zona de los espesores más delgados de la pared una reducción del diámetro. Un casquillo de cojinete, montado por contracción con su unión de fibra, construida en especial matricialmente, por ejemplo, de fibras de carburo de silicio o de carbono dispone de este modo de una superficie formada ligeramente bombeada, la cual favorece la compensación de desviaciones angulares de un soporte de eje equipado con él. La combinación del elemento de cojinete, dotado de una estructura de fibra matricial con el elemento de soporte, cuyo diseño lleva a una curva elástica característica alrededor del eje radial garantiza una elasticidad que compensa un error angular. Con elementos de cojinetes montados a presión garantiza sólo la flexibilidad elástica la compensación de desviaciones angulares.

Otras configuraciones de la invención se describen en las subreivindicaciones. La parte rotativa del cojinete radial y el casquillo del cojinete, forman el elemento de soporte y el elemento de cojinete fijado en él. En una zona media del elemento del cojinete está dotado el elemento de soporte de un máximo de refuerzo de pared, habiéndose elegido las dimensiones de tal manera que, de este modo, se garantice una transmisión de fuerza. Además, se utiliza la zona del máximo espesor de pared para la absorción de movimientos de giro de los medios de transmisión entre eje y elemento de soporte. En la zona de los lados frontales del elemento de cojinete se han previsto mínimos refuerzos de pared en el elemento de soporte. Estos favorecen el efecto de muelle del elemento de soporte, así como la configuración de un diseño abombado de la superficie de apoyo.

En la zona de los lados frontales del elemento de soporte se puede prever por lo menos una sección final de pared gruesa, en la sección final introducida en el eje, estando dispuesta esta sección final separada del lado frontal del elemento del cojinete. En medio, se ha configurado la pared del elemento de soporte, como una sección elástica flexible de pared delgada. La sección final de pared gruesa, que se encuentra en la zona del lado frontal del elemento de soporte, puede presentar también configuraciones que transmiten el par o la fuerza. Para la instalación del elemento de cojinete, puede disponer el elemento de soporte de una superficie de apoyo frontal.

La característica, según la cual los lados frontales del elemento de soporte sobresalen a través de los lados frontales del elemento de cojinete, reduce la presencia de puntas de tensión intermitente, un influjo positivo de la característica elástica. Debido a la disposición de un espacio libre, entre el eje y el elemento de soporte, en la zona de un lado o de ambos lados frontales del elemento de soporte, se crea un espacio para la compensación elástica de los errores angulares.

Configuraciones de la invención se han representado en el dibujo y se describirán a continuación con mayor detalle. En el dibujo muestran:

las figuras 1 a 3, diferentes formas de realización del elemento de soporte,

la figura 4, la disposición de un elemento de soporte de esta clase en un cojinete sin desplazamiento angular,

las figuras 5 y 6, la disposición de un elemento de soporte al presentarse un desplazamiento angular, así como un diagrama de contacto correspondiente, y

las figuras 7 y 8, una representación análoga a la de las figuras 5 y 6 de un cojinete configurado convencionalmente.

La figura 1 muestra, en sección longitudinal, un elemento de soporte 1, que puede ser de tipo metálico o no metálico, que en la zona central está configurado como sección 2, con un espesor de pared máximo. Esta sección 2 está configurada para la transmisión de pares y utiliza para ello medios conocidos 3, por ejemplo, uniones macho-hembra. Desde la sección central 2 se convierte el espesor de pared del elemento de soporte 1 en los lados de la pared 4, 5 cada vez más delgados. Un desarrollo de espesor de pared de esta clase presenta un desarrollo sin transiciones de ángulos vivos. En el diámetro exterior del elemento de soporte 1 se ha fijado un cojinete 6 que está formado por una estructura simple, dispuesta principalmente como matriz, formando una matriz cerámica o de carbono de las estructuras de fibra. En la matriz se han incluido partes de cerámica o de carbono. La longitud axial del elemento de cojinetes 6 es igual a la longitud axial del elemento de soporte 1. Los lados frontales 7, 8 del elemento de cojinete se han dispuesto desplazados con relación a los lados frontales 4, 5 del soporte 1. Una medida de esta clase evita en la transición entre estas dos partes la presencia de puntas de tensión.

La sección central 2 de elementos soporte 1 representa una unión en forma de refuerzo hacia el eje. Partiendo de la sección 2, el espesor de pared del elemento de soporte 1 en ambos lados frontales 4, 5 se ha configurado decreciente. Una forma de esta clase, que representa un espacio libre entre una superficie simple de un eje y el elemento de soporte 1, se puede generar de forma simple, por ejemplo, mediante mecanizado con arranque de viruta.

En las figuras 2 y 3 se muestran otros ejemplos de realización, que asimismo garantizan características elásticas de un casquillo del cojinete así formado. Pueden utilizarse con fuerzas radiales crecientes. La longitud axial del elemento de soporte 1 está ampliada con relación a la forma de realización de la figura 1. La zona de los lados frontales 4, 5 del elemento de soporte 1 se ha configurado para ello de tal manera que tiene lugar una aproximación a la superficie 9 de un eje no representado.

Las superficies opuestas 10, 11 a la superficie del eje 9 de las caras frontales 4, 5 del elemento de soporte 1 están dispuestas en la figura 2, formando una rendija. De este modo existe la posibilidad de influir una flexión que tiene lugar bajo influjo de fuerzas radiales del elemento de soporte 1 mediante el juego mostrado entre las superficies 10 y 11 y la superficie 9. Mediante la selección adecuada de las medidas para una adaptación del juego a prever entre estas piezas, es posible de forma simple una limitación de la flexión. Una sección de pared delgada 12, 13 del elemento de soporte 1 está dispuesto entre los lados frontales 7, 8 del elemento de soporte 6 y las caras frontales 4, 5 del elemento de soporte 1, garantizan las características elásticas de un casquillo de cojinete así formado de un cojinete radial. Mediante tales medidas es posible la formación de una característica elástica progresiva.

En la representación de la figura 2 se han dibujado en el lado derecho, en la zona del lado frontal 4, otra curva del extremo opuesto del elemento de soporte 1 con una superficie 11 de la superficie del eje 9. La transición 13 se ha dibujado en este caso en forma de cono, pero son posibles también otras transiciones en forma de arcos o similares. Una configuración de esta clase es ventajosa con un montaje de un cojinete de esta clase y permite una introducción más fácil. En la representación de la figura 2 se ha configurado en el lado izquierdo, el lado frontal 5, de tal manera que el elemento de soporte se puede empujar mediante los medios 3 necesarios para la transmisión del par.

La modificación de la figura 3 prevé medios que permiten la transmisión del par sólo en la zona de la cara frontal 5 del elemento de soporte 1. Para la transmisión de las fuerzas de apoyo, que actúan sobre el elemento de soporte, se encuentra el elemento de soporte 1 en la zona 2 y con las superficies 10, 11 en la superficie 9 de un eje. Es esencial para ello que entre los lados frontales 7, 8, que limitan la longitud del elemento de apoyo 6 y las superficies 10, 11 del elemento de soporte 1, exista una sección de pared delgada 12, 13. Una sección de esta clase, como se puede reconocer en la figura 2, garantiza la flexibilidad de una unidad esta clase.

Las formas de realización de las figuras 1 a 3 muestran completamente una longitud idéntica del elemento de apoyo 6; la invención no se limita a ello. Sus ventajas se pueden conseguir también mediante otras longitudes constructivas del elemento de apoyo 6.

En la figura 4 se muestra una realización de cojinete, montada con la utilización, a título de ejemplo, del componente de la figura 1. En un eje 14 se ha dispuesto un elemento de soporte 1 que transmite par gracias a los medios 3. Un elemento de cojinetes 6 montado a presión sobre el elemento de soporte 1 actúa conjuntamente con un casquillo del cojinete 15. Se muestra como los extremos del elemento de soporte 1 de pared estrecha en los lados frontales consiguen bajo influjo de las fuerzas de contracción una forma bombeada y discurre hacia el eje 14. Además, permite, junto con un desarrollo de espesor más delgado, de la pared en dirección al lado frontal, una flexibilidad elástica y de este modo garantiza la condición para una compensación de un desplazamiento angular del eje 14 con relación al casquillo del cojinete 15.

Las figuras 5 y 6 muestran un cojinete radial, según la invención, y durante la compensación de las desviaciones angulares. En la figura 5, se muestra un casquillo de cojinetes 15 en reposo, inclinado con el ángulo \beta de un casquillo de cojinete, formado por el elemento de soporte 1 y un elemento de cojinete 6, que gira con un eje 14. La representación en perspectiva correspondiente de la figura 6, una vista por encima de un casquillo de cojinetes deformado bajo el efecto de las fuerzas, muestra una superficie de contacto 16. Ésta está formada entre el casquillo del cojinete 15 y el elemento de cojinetes 6. Como consecuencia de la forma bombeada del elemento de cojinete 6 bajo carga, lleva la deformación con una posición inclinada una adaptación de las fuerzas deslizantes, situadas una junto a otra. Mediante la ampliación de la superficie de apoyo 16, con iguales fuerzas radiales, se reduce, en considerable medida, una compresión superficial que actúa sobre el elemento del cojinete 6. La consecuencia de ello es un cojinete radial, configurado de esta clase, esencialmente más insensible contra cargas o de golpes que un cojinete formado por elementos rígidos.

Las figuras 7 y 8 muestran claramente la representación de la figura 5 y 6 de un soporte, según el estado de la técnica. Con un desplazamiento angular \beta de un casquillo de cojinete 18 monolítico cerámico resulta con una posición inclinada, sólo una superficie de apoyo 17 muy estrecha representada en las figuras 8. En comparación a un apoyo en toda la superficie de las superficies con un funcionamiento sin posición inclinada, origina una posición inclinada una considerable reducción de la superficie de apoyo existente habitualmente. La fuerza radial que actúa sobre el cojinete se distribuye, por consiguiente, en una superficie esencialmente menor. Y, en consecuencia, supera la presión superficial que actúa sobre elemento del cojinete y/o la capacidad de generación los valores admisibles. Los casquillos de cojinete monolíticos utilizados hasta ahora para tales soportes en forma de materiales cerámicos, que debido a su sensibilidad a la rotura no se pueden montar por contracción ni por otra forma de tracción, están sobrecargados en un estado de servicio de esta clase. De este modo se limitan considerablemente las aplicaciones.

Claims (8)

1. Cojinete radial de tipo liso, especialmente para la utilización en bombas centrífugas, con un casquillo de cojinete configurado de manera que transmite el par, dispuesto en el eje, rotativo, dentro de un casquillo de cojinete, encontrándose entre las piezas deslizantes una encima de la otra una rendija para un medio lubricante de reducida viscosidad, el casquillo del cojinete comprende un elemento de soporte, un elemento fijado y acoplado en él, y el elemento de soporte en la zona de apoyo del elemento del cojinete presenta diferentes espesores de pared, caracterizado porque una estructura de fibras, dispuestas principalmente en forma de matriz, formada con las partes de cerámica o de carbono, dispuestas allí, forma el elemento del cojinete, que una estructura de fibra forma la matriz de cerámica o de carbono, porque el elemento de soporte se ha configurado igual o más largo que el elemento del cojinete, y porque partiendo de un máximo espesor de pared en la zona central del elemento de soporte está configurado con el espesor de pared decreciente en dirección a los lados frontales del elemento de soporte.

2. Cojinete radial, según la reivindicación 1, caracterizado porque en la zona central del elemento del cojinete (6), el elemento de soporte (1) está dotado de un espesor de pared máximo.

3. Cojinete radial, según la reivindicación 1, caracterizado porque en la zona (2), con un espesor de pared, se han dispuesto medios (3) que transmiten un máximo de fuerza.

4. Cojinete radial, según la reivindicación 1, 2, o 3 caracterizado porque en la zona de los lados frontales (7, 8) del elemento del cojinete (6) se ha dotado el elemento de soporte con un mínimo de refuerzo de pared.

5. Cojinete radial, según una varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el elemento de soporte (1), entre por lo menos una sección final (10, 11) formada de pared gruesa (10, 11) en la zona de sus lados frontales (4, 5), y un lado frontal (7, 8) del elemento del cojinete (6) presenta una sección (12, 13) de pared delgada.

6. Cojinete radial, según una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el elemento del cojinete (6) se apoya en una superficie axial del elemento de soporte (1).

7. Cojinete radial, según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el elemento de cojinete (6) se apoya en una superficie axial del elemento de soporte (1).

8. Cojinete radial según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la zona de los lados frontales (7, 8) del elemento del cojinete (6) se han dispuesto entre el elemento de soporte (1) y una superficie del eje (9) uno o varios espacios libres.