IT201900000635A1

IT201900000635A1 - Un componente di cuscino smorzato, cuscino comprendente detto componente, e macchina ruotante comprendente detto cuscino

Info

Publication number: IT201900000635A1
Application number: IT102019000000635A
Authority: IT
Inventors: Francesco Cangioli; Matteo Berti; Mirko Libraschi; Leonardo Tognarelli
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2020-07-15
Also published as: KR102604512B1; JP7482138B2; CN113260798A; WO2020148090A1; EP3911864A1; CN113260798B; BR112021013994A2; KR20210124995A; US11859662B2; EP3911864B1; US20220074422A1; JP2022518693A

Description

"UN COMPONENTE DI CUSCINO SMORZATO, CUSCINO COMPRENDENTE DETTO COMPONENTE, E MACCHINA RUOTANTE COMPRENDENTE DETTO CUSCINO"

Descrizione

CAMPO TECNICO

[0001] La presente descrizione concerne miglioramenti a cuscini e loro componenti. Forme di realizzazione qui descritte concernono perfezionamenti a cuscini e loro componenti specificamente destinati a supportare girevolmente giranti di pompe rotodinamiche, quali pompe multifase.

ARTE ANTERIORE

[0002] Pompe rotodinamiche sono utilizzate in una varietà di applicazioni per trasferire energia a un fluido di processo per mezzo di una o più giranti ruotanti.

[0003] Come noto agli esperti del ramo, pompe dinamiche o pompe rotodinamiche sono macchine in cui un fluido viene pressurizzato trasferendo energia cinetica, tipicamente da un elemento ruotante quale una girante, ad un fluido che viene elaborato attraverso la pompa.

[0004] Alcune pompe sono progettate per lavorare un fluido multifase, contenente una fase liquida e una fase gassosa. Alcune pompe comprendono motori elettrici incorporati, che ruotano ciascuna girante e che possono essere atti a controllare la velocità di rotazione di ciascuna girante indipendentemente da quella delle altre giranti della pompa, ad esempio allo scopo di adattare la velocità di rotazione all'effettivo rapporto gas/liquido in ciascuno stadio della pompa. Forme di realizzazione di pompe multifase con motori elettrici incorporati sono descritte ad esempio in US2017/0159665.

[0005] Le giranti delle pompe sono supportate su un albero stazionario per mezzo di cuscini, ad esempio cuscini in diamante policristallino (PCD), che sono forniti di tacchetti di supporto realizzati o comprendenti diamante sintetico. Durante l'utilizzo, le giranti, nonché altri componenti di macchina ruotanti, possono generare vibrazioni. Queste vibrazioni sono trasmesse attraverso i cuscini alla struttura stazionaria e possono propagarsi da una girante ad altre giranti, o ad altre parti di macchina, e possono danneggiare la macchina.

[0006] Cuscini PCD sono particolarmente rigidi e hanno un piccolo coefficiente di attrito. Queste caratteristiche sono vantaggiose in molte applicazioni. Tuttavia, la rigidezza dei cuscini dà luogo a propagazione di vibrazioni dai componenti ruotanti ai componenti stazionari della macchina.

[0007] Esiste pertanto la necessità di perfezionamenti ai cuscini, allo scopo di risolvere o alleviare gli inconvenienti dei cuscini dell'arte corrente, in particolare dal punto di vista della generazione e propagazione delle vibrazioni, con particolare riguardo ai cuscini rigidi, quali i cuscini PCD.

SOMMARIO

[0008] Secondo forme di realizzazione qui descritte, un componente di cuscino comprende un organo cilindrico esterno avente una superficie di supporto esterna e una cavità interna, e un organo cilindrico interno, disposto nella cavità interna dell'organo cilindrico esterno e sostanzialmente coassiale ad esso. L'organo cilindrico esterno e l'organo cilindrico interno formano uno spazio libero tra di essi. Una caratteristica resiliente smorzante è disposta nello spazio libero.

[0009] La caratteristica resiliente smorzante può comprendere un organo o lamiera corrugato.

[0010] La caratteristica resiliente smorzante riduce la trasmissione di vibrazioni da un organo ruotante, quale una girante, a un organo stazionario, quale un albero di supporto di una pompa rotodinamica o altra macchina ruotante.

[0011] Ulteriori caratteristiche e forme di realizzazione del cuscino secondo la presente descrizione sono dettagliate nella descrizione che segue e definite nelle rivendicazioni accluse.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0012] Una comprensione più completa delle forme di realizzazione illustrate dell’invenzione e dei molti vantaggi conseguiti verrà ottenuta quando la suddetta invenzione verrà meglio compresa con riferimento alla descrizione dettagliata che segue in combinazione con i disegni allegati, in cui:

la Fig.1 illustra una vista in sezione di una pompa rotodinamica multistadio comprendente motori elettrici incorporati per azionare giranti di pompa;

la Fig.2 illustra un ingrandimento del cuscino di una girante della pompa della Fig.1 e rispettivo circuito di lubrificazione;

la Fig.3 illustra una vista in sezione schematica, secondo la linea III-III della Fig.2, di un componente di cuscino interno;

la Fig.4 illustra una vista schematica in sezione di una seconda forma di realizzazione di un cuscino secondo la presente descrizione;

la Fig.5 illustra una vista in sezione secondo la linea V-V della Fig.4; e

la Fig.6 mostra una vista in sezione schematica di una terza forma di realizzazione di un cuscino secondo la presente descrizione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME DI REALIZZAZIONE

[0013] E' stata sviluppata una nuova e utile struttura di cuscino, per migliorare il comportamento dinamico dei cuscini, quali in particolare, ma non esclusivamente, cuscini PCD e altri cuscini caratterizzati da elevata rigidezza. I nuovi cuscini comprendono due componenti, disposti coassialmente l'uno all'altro. Un componente ruota integralmente con una parte di macchina ruotante, quale una girante di una pompa rotodinamica. L'altro componente è disposto stazionario nella cassa della macchina. Il componente stazionario comprende caratteristiche smorzanti, per prevenire o ridurre la propagazione di vibrazioni fra il componente di macchina ruotante e la struttura stazionaria della macchina.

[0014] In forme di realizzazione qui descritte, il componente stazionario del cuscino comprende due organi cilindrici sostanzialmente coassiali, ovvero uno interno e uno esterno. Gli organi interno ed esterno formano tra di essi uno spazio libero. Nello spazio libero è disposta una caratteristica elastica smorzante, la quale è atta a consentire spostamenti smorzati dell'organo cilindrico esterno rispetto all'organo cilindrico interno. Gli spostamenti possono essere in una direzione radiale e/o in una direzione tangenziale. Gli spostamenti possono essere provocati da vibrazioni del componente di macchina ruotante, montato per ruotare integralmente con il componente esterno del cuscino. Le vibrazioni si propagano attraverso i tacchetti del cuscino dal componente esterno al componente interno e sono smorzati dalla caratteristica elastica smorzante disposta nello spazio libero formato nel componente interno fra l'organo cilindrico esterno e l'organo cilindrico interno di esso. Ciò da luogo ad un efficiente smorzamento delle vibrazioni e ad una riduzione della propagazione delle vibrazioni generate dal componente ruotante della macchina verso la struttura stazionaria della macchina.

[0015] La nuova struttura di cuscino verrà ora descritta in combinazione con una pompa rotodinamica, e specificamente con una pompa rotodinamica multifase. Gli esperti del ramo comprenderanno, tuttavia, che la struttura di cuscino della presente descrizione può essere usata con vantaggio anche in altre applicazioni, ad esempio tutte le volte che un cuscino relativamente rigido è usato per supportare una parte di macchina ruotante soggetta a vibrazioni e che sia desiderato uno smorzamento delle vibrazioni.

[0016] Riferendosi ora alla Fig.1, una pompa rotodinamica 1 comprende una cassa 3 e un albero stazionario 5 disposto in essa. L'albero stazionario può essere formato da una trave che si estende longitudinalmente attraverso la cassa della pompa. In altre forme di realizzazione, l'albero stazionario 5 può comprendere sezioni impilate di albero collegate l'una all'altra da un tirante. La pompa può comprendere una pluralità di stadi 7. Ciascuno stadio di pompa 7 comprende una rispettiva girante 9 che è supportata per ruotare sull'albero 5 e coopera con una parte statorica 11, cioè un componente stazionario non ruotante della pompa 1. Se l'albero stazionario 5 è formato da sezione impilate, ciascuna girante 9 può essere supportata da una separata sezione dell'albero stazionario 5.

[0017] Riferendosi ora alla Fig.2, continuando a riferirsi alla Fig.1, ciascuna girante 9 comprende un corpo discoidale 12 e una pluralità di pale 13 distribuite anularmente attorno ad un asse di rotazione A-A. Un percorso di fluido di processo 15 si estende attraverso la porzione palettata di ciascuna girante 9. Potenza meccanica generata da motori elettrici incorporati, da descrivere, ruotano le giranti 9, che trasferiscono la potenza al fluido di processo lungo il percorso di fluido di processo 15 per aumentare la pressione del fluido.

[0018] Nella forma di realizzazione esemplificativa delle Figg.1 e 2, ciascuna girante 9 comprende un contro-disco 17. Ciascuna girante 9 è azionata in rotazione da un rispettivo motore elettrico 18 alloggiato nella cassa 3. Ciascun motore elettrico 18 comprende un rotore 19, disposto attorno al contro-disco 17 e ruotante con la girante 9, nonché uno statore 21 estendentesi attorno al rotore 19 e alloggiato fisso nella cassa 3.

[0019] Ciascuna girante 9 è supportata sull'albero stazionario 5 per mezzo di un rispettivo cuscino 31. Nella forma di realizzazione delle Figg.1 e 2, ciascun cuscino 31 comprende un componente di cuscino interno stazionario 31B e un componente di cuscino esterno ruotante 31A. I due componenti 31A, 31B sono sostanzialmente coassiali.

[0020] In forme di realizzazione attualmente preferite il cuscino 31 è un cuscino PCD (Diamante Policristallino) comprendente tacchetti di cuscino radiale 51A sul componente di cuscino ruotante esterno 31A e tacchetti di cuscino radiale 51B sul componente stazionario interno 31B. Ciascun cuscino 31 può comprendere inoltre tacchetti di cuscino assiale 53A sul componente di cuscino ruotante esterno 31A e tacchetti di cuscino assiale 53B sul componente di cuscino stazionario interno 31B o sulla parte statorica 11 della pompa 1.

[0021] Secondo forme di realizzazione qui descritte, il componente di cuscino interno 31B è configurato per fornire un effetto di smorzamento delle vibrazioni, così che vibrazioni generate dalla girante ruotante 9, ad esempio, sono smorzate e non propagate, o propagate soltanto in maniera smorzata, attraverso il rispettivo cuscino 31 verso la struttura stazionaria 11 della pompa 1.

[0022] Riferendosi ora alla Fig.3, continuando a riferirsi alla Fig.2, il componente di cuscino stazionario interno 31B comprende un organo cilindrico esterno 61 e un organo cilindro interno 63. Gli organi cilindrici interno ed esterno 61, 63 sono sostanzialmente coassiali l'uno all'altro e all'albero stazionario 5, su cui l'organo cilindrico interno 63 può essere montato. I tacchetti di cuscino 51B sono integrali con l'organo cilindrico esterno 61.

[0023] L'organo cilindrico esterno 61 e l'organo cilindrico interno 63 possono essere accoppiati l'uno all'altro da una ghiera 65, vedasi Fig.2, che può essere avvitata su un’estremità dell'organo cilindrico interno 63. L'estremità opposta dell'organo cilindrico interno 63 può formare una flangia 67. L'organo cilindrico interno 61 può essere premuto fra la flangia 67 e la ghiera 65 avvitando la ghiera 65. Tenute O-ring o simili 71, 73 possono essere disposti fra l'organo cilindrico interno 63 e l'organo cilindrico esterno 61.

[0024] Uno spazio libero cilindrico 75 è formato fra l'organo cilindrico esterno 61 e l'organo cilindrico interno 63. Lo spazio libero cilindrico 75 si estende in una direzione assiale, cioè parallelamente all'asse di rotazione A-A. Nello spazio libero cilindrico 75 è disposta una caratteristica elastica smorzante. Nel senso qui utilizzato, il termine "caratteristica elastica smorzante" può essere intesa come qualunque dispositivo meccanico o combinazione di dispositivi meccanici disposti fra l'organo cilindrico esterno 61 e l'organo cilindrico interno 63 e cooperanti con essi così che la vibrazione di uno di detti organi cilindrici interno ed esterno 63, 61 non è trasmessa all'altro di detti organi cilindrici interni ed esterno 63, 61, o ad esso è trasmessa una vibrazione smorzata.

[0025] Un fluido lubrificante, preferibilmente un liquido lubrificante, quale olio o altro fluido preferibilmente ad alta viscosità può riempire lo spazio libero 75.

[0026] In alcune forme di realizzazione, come mostrato in Fig.3, la caratteristica elastica smorzante comprende una lamiera tubolare corrugata 77. La lamiera tubolare corrugata 77 comprende ondulazioni 77A che si estendono assialmente, cioè parallelamente all'asse di rotazione A-A del cuscino 33. A causa della lamiera tubolare corrugata 77 disposta nello spazio libero 75, l'organo cilindrico esterno 61 e l'organo cilindrico interno 63 possono muoversi l'uno rispetto all'altro in maniera limitata in direzione radiale, ad esempio a causa di oscillazioni indotte da vibrazioni della girante ruotante 9. Lo spostamento radiale dell'organo cilindrico esterno 61 rispetto all'organo cilindrico interno 63 è ottenuto per effetto della cedevolezza delle ondulazioni 77A sotto un carico radiale applicato ad esse. L'oscillazione in direzione radiale viene smorzata dalla caratteristica elastica smorzante, fornita dalla lamiera tubolare corrugata 77.

[0027] Oltre ad uno spostamento radiale, l'organo cilindrico esterno 61 può muoversi anche tangenzialmente rispetto all'organo cilindrico interno 63, cioè i due organi 61, 63 possono ruotare l'uno rispetto all'altro di un angolo limitato. Lo spostamento tangenziale (freccia f61, Fig.3) può essere limitato da dispositivi di limitazione dello spostamento tangenziale. Ad esempio, detti dispositivi possono comprendere almeno una e preferibilmente una serie di prime sporgenze radiali 81 che si estendono radialmente verso l'interno da una superficie interna dell'organo cilindrico esterno 61 verso la superficie esterna dell'organo cilindro interno 63. I dispositivi di limitazione dello spostamento tangenziale possono inoltre comprendere almeno una, e preferibilmente una serie di seconde sporgenze radiali 83 che si estendono radialmente verso l'esterno dalla superficie esterna dell'organo cilindrico interno 63 verso l'organo cilindrico esterno 61. Le prime sporgenze radiali 81 e le seconde sporgenze radiali 83 si estendono fra ondulazioni 77A adiacenti, così che lo spostamento tangenziale degli organi cilindrici interno ed esterno 63, 61 è limitato dalla cooperazione delle prime e delle seconde sporgenze radiali 81, 83 con le ondulazioni 77A.

[0028] Uno spostamento tangenziale provocato da vibrazioni od oscillazioni indotte dalla girante ruotante provoca la deformazione flessionale delle ondulazioni 77A della lamiera tubolare corrugata 77, che in tal modo smorza le oscillazioni.

[0029] L'effetto smorzante della caratteristica elastica smorzante può essere migliorata dal liquido lubrificante ad alta viscosità contenuto nello spazio libero 75 e/o dall'attrito fra la caratteristica elastica smorzante 77 e le superfici degli organi cilindrici esterno ed interno 61, 63 in contatto con le ondulazioni 77A della caratteristica elastica smorzante 77.

[0030] Riferendosi ora alle Figg.4 e 5, continuando a riferirsi alla Fig.2, in altre forme di realizzazione, attualmente meno preferite, la caratteristica elastica smorzante può comprendere una serie di inserti comprimibili disposti nello spazio libero fra l'organo cilindrico esterno 61 e l'organo cilindrico interno 63. Nelle Figg.4 e 5 parti o elementi uguali o equivalenti già mostrati nelle Figg.2 e 3 e sopra descritti sono contrassegnati con gli stessi numeri di riferimento e non sono descritti nuovamente. Nella forma di realizzazione delle Figg.4 e 5 la caratteristica elastica smorzante comprende una serie di O-ring 78 alloggiati nello spazio libero 75. Scanalature anulari sulla superficie cilindrica interna 61A dell'organo cilindrico esterno 61 e scanalature anulari sulla superficie cilindrica esterna 63A dell'organo cilindrico interno 63 possono essere previste per trattenere gli o-ring 78 nella corretta posizione.

[0031] Riferendosi ora alla Fig.6, continuando a riferirsi alla Fig.2, in ancora ulteriori forme di realizzazione, attualmente meno preferite, la caratteristica elastica smorzante può comprendere una serie di organi elastici estendentisi longitudinalmente 79. In Fig.6 elementi o parti uguali o equivalenti già mostrati nelle Figg.2 e 3 e sopra descritte sono contrassegnati con gli stessi numeri di riferimento e non verranno descritti nuovamente. Gli organi elastici 79 sono alloggiati nello spazio libero 75 e possono essere trattenuti in posizione da scanalature longitudinali previste sulla superficie cilindrica interna 61A dell'organo cilindrico esterno 61 e da scanalature longitudinali nella superficie cilindrica esterna 63A dell'organo cilindrico interno 63.

[0032] Mentre l'invenzione è stata descritta in termini di varie specifiche forme realizzative, sarà chiaro agli esperti del ramo che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza uscire dallo spirito e dall'ambito delle rivendicazioni. Inoltre, se non diversamente indicato, l’ordine o sequenza di qualunque fase di processo o metodo può essere variata o ri-arrangiata secondo forme di realizzazione alternative.

Claims

"UN COMPONENTE DI CUSCINO SMORZATO, CUSCINO COMPRENDENTE DETTO COMPONENTE, E MACCHINA RUOTANTE COMPRENDENTE DETTO CUSCINO" Rivendicazioni 1. Un componente di cuscino comprendente: un organo cilindrico esterno avente una superficie di supporto esterna e una cavità interna; un organo cilindrico interno, disposto la cavità interna dell'organo cilindrico esterno e sostanzialmente coassiale ad esso; in cui l'organo cilindrico esterno e l'organo cilindrico interno formano fra di essi uno spazio libero; ed in cui una caratteristica elastica smorzante è disposta nello spazio libero.
2. Il componente di cuscini della rivendicazione 1, in cui la caratteristica elastica smorzante è atta a consentire almeno uno di spostamenti radiali smorzati e spostamenti tangenziali smorzati dell'organo cilindrico esterno rispetto all'organo cilindrico interno.
3. Il componente di cuscino della rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre tacchetti di cuscino sulla superficie di supporto esterna dell'organo cilindrico esterno.
4. Il componente di cuscino della rivendicazione 3, in cui i tacchetti di cuscino sono tacchetti di diamante policristallino.
5. Il componente di cuscino di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la caratteristica elastica smorzante comprende una lamiera tubolare corrugata disposta nello spazio libero fra l'organo cilindrico esterno e l'organo cilindrico interno.
6. Il componente di cuscino della rivendicazione 5, in cui la lamiera tubolare corrugata è realizzata in metallo.
7. Il componente di cuscino della rivendicazione 5 o 6, in cui la lamiera tubolare corrugata comprende ondulazioni estendentesi parallelamente ad un asse dell'organo cilindrico esterno e dell'organo cilindrico interno.
8. Il componente di cuscino della rivendicazione 7, comprendente inoltre dispositivi di limitazione dello spostamento, atti a limitare lo spostamento dell'organo cilindrico esterno e dell'organo cilindrico interno l'uno rispetto all'altro.
9. Il componente di cuscino della rivendicazione 7 o 8, in cui: la cavità interna dell'organo cilindrico esterno ha prime sporgenze radiali estendentisi verso l'interno da una superficie della cavità interna verso la lamiera tubolare corrugata; l'organo cilindrico interno ha seconde sporgenze radiali estendentisi verso l'esterno verso l'organo cilindrico esterno; le prime sporgenze radiali e le seconde sporgenze radiali cooperando con le ondulazioni della lamiera tubolare corrugata per limitare gli spostamenti angolari dell'organo cilindrico esterno rispetto all'organo cilindrico interno.
10. Il componente di cuscino di una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, in cui la caratteristica elastica smorzante comprende uno di: una serie di organi anulari elastici smorzanti disposti attorno ad un asse dell'organo cilindrico esterno e dell'organo cilindrico interno, distanziati l'uno dall'altro lungo detto asse; una serie di organi lineari elastici smorzanti estendentisi in una direzione parallela all'asse dell'organo cilindrico esterno e dell'organo cilindrico interno e distanziati l'uno dall'altro attorno a detto asse.
11. Il componente di cuscino di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo spazio libero è riempito con un liquido, preferibilmente un liquido lubrificante.
12. Un cuscino comprendente un componente di cuscino interno secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, e un componente di cuscino esterno, detto componente di cuscino esterno e detto componente di cuscino interno essendo disposti coassialmente l'uno all'altro e atti a ruotare l'uno rispetto all'altro attorno ad un asse del cuscino.
13. Il cuscino della rivendicazione 12, in cui il componente di cuscino esterno ha una superficie di supporto cilindrica interna provvista di una pluralità di tacchetti di cuscino cooperanti con tacchetti di cuscino sulla superficie di supporto esterna del componente di cuscino interno.
14. Una macchina ruotante comprendente un albero stazionario e un rotore supportato per ruotare sull'albero stazionario; in cui il rotore è supportato sull'albero stazionario da almeno un cuscino secondo la rivendicazione 12 o 13.
15. Una pompa rotodinamica comprendente una cassa, un albero stazionario disposto nella cassa ed almeno una girante ruotante disposta per ruotare sull'albero stazionario per mezzo di almeno un cuscino secondo la rivendicazione 12 o 13.