WO2014069975A1 - Proceso de sallado de motores eléctricos para la aplicación de lubricación por niebla - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a process for applying a seal of a composite material, consisting of carbon fibers retained in a polytetrafluoroethylene fluorocarbon resin matrix.
  • This seal is applied to the housing of electric motor bearings, and more specifically for the application of mist lubrication. Likewise, it refers to the device that provides the seal between said housings and the interior of the engine.
  • the object of the present invention is to provide a process to modify the electric motors in order to seal the passage of the integrated mist by air and lubricant between the bearing housing and the interior of said motors, lay the foundations and methodology for manufacture the corresponding device that keeps the oil mist inside the housing of each bearing, prevents the passage of oil into the engine, and in case of high vibrations or failure of a bearing, provide additional radial support to the shaft or shaft engine.
  • the lubrication of the motor bearings is done by means of grease.
  • Grease injection is used by grease fittings by manual grease pumps, or in certain cases sealed and lubricated bearings are used for life.
  • This grease lubrication has the disadvantages that excessive grease feed causes temperature rise and reduced bearing life.
  • insufficient lubrication or without the correct frequency causes bearing failure due to lack of lubrication, the pressure of the grease pump causes this lubricant to flow into the interior soiling the windings, the rotor itself and causing more heating.
  • the grease injection operation can introduce foreign particles that will damage the bearings causing premature failure.
  • elastomeric seals are used that have lips that press the arrow with the help of a circumferential spring. These seals give little protection, wear out of foreign particles, wear to the arrow and fail frequently before fulfilling the life of the bearings. Likewise, by failing they contribute to the failure of the bearings.
  • grease lubrication is replaced by oil that forms a puddle of liquid that covers part of the bearing. This oil is difficult to keep and leaks without lubrication to the bearing, so it is not reliable.
  • mist lubrication which consists of a constant stream of air with small drops of suspended oil. When circulating, this fog lubricates the bearings, dissipates heat, cleanses them and keeps pollutants out.
  • these systems require that the flow of air and lubricant be maintained in the bearing housing chambers and not penetrate other parts of the lubricated equipment, in this case the electric motors.
  • the seal systems must be suitable for the necessary tightness. Labyrinth seals do not prevent leakage of lubricating mist into the engine and mechanical contact seals are not applicable because there is no space needed to accommodate them.
  • the fat accumulated inside the engine promotes the heating of the motorcycle and the windings, and the same heating accelerates the decomposition of the fat, which becomes more viscous, increases the heating, generates vapors by its decomposition and causes the overall fouling of the windings and other internal parts of the motor, resulting in progressive deterioration by fouling, heating, degradation of the lubricant, more heating and more fouling, thereby reducing the duration of the average time between failures.
  • JP 2004286080 of Hitoshi a system for recovering axially leaking oil is described, for which it uses flexible elements made of an oil-repellent material. These elements can fail or fail to fulfill their function if oils with high detergency characteristics or with additives that form high tenacity lubricant films are used, all of which nullify the oil repellency of the seal elements.
  • the process mentioned in the present invention consists in the modification of electric motors, and more specifically for the application of mist lubrication, to seal the passage of air and lubricant between the bearing housing and the interior of the motor.
  • the modification object of this procedure will provide additional support to the motor shaft or shaft that can prevent major damage due to a possible contact between the rotor and the motor stator or decrease The magnitude of such damages.
  • said process includes the design, manufacture and installation of a high precision smooth cylindrical seal in the form of bushing or sleeve (below mentioned only as bushing) with an interior finish that does not allow the passage of oil mist inside the motor.
  • the process object of this patent gives a long life to the bearings and therefore the average time between failures is improved, the application of the necessary amount of lubricant is controlled, the general life of the engine is prolonged because the temperature in its operation, the risk of catastrophic destruction of the engine is minimized, the risks of loss of production are reduced and in case of bearing failure the damage is not generalized and allows a specific repair.
  • the present process includes a change in the direction and direction of flow of the lubricant to make it feed on the side of the bearing that faces the inside of the engine, flow through the balls or rollers and once used, exit on the side that it gives the engine outside towards a connection to the air, or to a purge collection system.
  • the process consists of the following:
  • First step A control inspection and maintenance procedure is performed to ensure the good condition of the engine.
  • Second step the cover and the back cover of each end of the engine are modified to change the direction and direction of the flow of the lubricant to make it feed on the side of the bearing that faces the inside of the engine, then flow through the balls or rollers of the bearing and once used, exit from the side facing the outside of the engine, towards a connection to the air or to a purge collecting element or system.
  • This step consists of enabling the hole of the arrow passage in each back cover to accommodate in each the seal in the form of a bushing made of a composite material, consisting of carbon fibers retained in a matrix of polytetrafluoroethylene fluorocarbon resin and install said bushing.
  • This seal is made to the extent indicated with a tightening interference of 0.004 to 0.015 in. (The bushing must be mounted on the back cover under pressure). In this machining operation, the radial tolerance between the adjustment eyebrow of the back cover with the cap will be verified, and if it exceeds 0.002 in (0.051 mm), the eyebrow will be capped and machined again to achieve radial tolerance in order to achieve ensure concentricity.
  • Fourth step It consists of verifying the bearing housing in the covers and machining to the extent required by the bearing if required (if it requires capping only use cast iron material to manufacture it).
  • the next step is to dynamically balance the rotor, especially if the work area of the bearing is repaired with the addition of material.
  • Seventh step It consists of assembling the engine in its entirety and installing the double lip and nitrile material seals on the outside of the covers, giving an adjustment between 0.001 to 0.015 in. (.00254 to 0.381 mm) maximum tightening with the arrow.
  • the last step is to connect the engine to the mist lubrication system, and apply it in a minimum time of 30 minutes prior to the vacuum test.
  • the points of entry and exit of the fog in the cover, both of the injection and of the drain will be at 06:00 and at 12:00 with respect to a clock face.
  • the process includes the manufacture of the seal device object of the present invention integrated by a cylindrical bushing, which is used to seal the passage of air and lubricant between the bearing housing chambers and the interior of the engine, and more specifically, for the application of mist lubrication.
  • Figure 1 shows a cut of the cover and back cover of a modified electric motor according to the present invention, representing the cover and back cover of the motor, the rotor with its arrow, the bearings, the composite seal and the inlet ports. and lubricant mist outlet.
  • Figure 2 shows in detail the U-shaped cup retainer, mounted on the engine cover.
  • Figure 3 shows the composite seal mounted on the engine back cover, and its relation to the motor arrow. DESCRIPTION OF THE PREFERRED MODES OF THE INVENTION
  • the cylindrical seal or bushing 101 which is located inside the engine, should preferably be made of a composite material, consisting of carbon fibers retained in a fluorocarbon resin matrix of polytetrafluoroethylene, PTFE, preferably as manufactured by the DuPont company with the Vespel commercial.
  • a material like this has many properties among which: it is a synthetically treated material with good hardness corresponding to a compressive strength of the order of 20 kpsi (140 MPa), low coefficient of thermal expansion (10 "6 m / m « ° C), high temperature limit (-46 ° to 230 ° C), chemical compatibility with hydrocarbons, high pressure-speed capacity, among others.
  • the mentioned seal 101 must be manufactured with the following dimensions: with a length range 304 of 0.250 to 0.750 in (6.35 to 19.05 mm) and a radial tolerance 303 of + 0.0003 to +0.0015 in (+0.00762 to +0.0381 mm) between its inner diameter, and the diameter of the arrow 102 in the work area of the back cover 104, with a thickness of at least 0.2000 in (5.08 mm) 302.
  • Said cylindrical bushing or seal 101 of non-metallic material, is fixed to the metal body of the back cover 104 by pressure and interference between the outer diameter of the bushing or seal 101 and inside of the back cover cavity 104 on the contact surface 301 with a setting of 0.004 to 0.015 in. (0.1016 to 0.381 mm) and preferably 0.008 to 0.012 in (0.2032 to 0.3048 mm) minimum interference
  • the aforementioned cylindrical bushing or seal 101 must be complemented with a cup or retainer seal 105 type "V" or "U” of nitrile mounted on the cover 106 of the engine, to prevent the outflow of oil mist outwards;
  • This seal or retainer will be smooth and without reinforcement spring, being able to be single or double lip, preferably double lip, thus forming an integral assembly with the modified back cover.
  • the cup or retainer seal 105 has dimensions 201 and 202 according to the diameter of the arrow 102.
  • the clear gap between the retainer 105 and the arrow 102 is represented as data 203 and will be between 0.010 to 0.020 in. (0.254 to 0.508 mm), and preferably from 0.011 to 0.015 in. (0.2794 to 0.381 mm) diametral maximum.
  • the oil mist is fed by the port 109, flows back from the bearing 108, passes through it by lubricating and cooling it, reaches the housing chamber 107 of the bearing 108 and is finally discharged by the port 110 outwards, either to a container or a lubricant collection system for recovery
  • the points of Fog inlet and outlet at the top, both of the injection and the drain is at 06:00 and 12:00 hours with respect to a clock face.
  • a Second Modality of the present invention is that the Bushing or seal 101 is manufactured with an axial measurement 304 of greater length, reaching up to 1.5 in (38.1 mm), to give greater radial support in applications where the driven equipment imparts greater vibrations or axial loads to the arrow.
  • a Third Modality of the present invention is that the bushing or seal 101 is made of composite materials with metal fibers or fillers, such as bronze alloys, babbitt, etc., retained in a PTFE matrix.
  • a fourth embodiment of the present invention consists of in which the housing (or chamber) of housing 107 of the bearing 108 has an outlet port connected to a collecting system that prevents the emission of mist and liquid lubricant into the atmosphere, thus allowing its recovery.
  • a fifth embodiment of the present invention is that the cup seal 105 type "V" or “U” of nitrite elastomer mounted on the engine cover, to prevent the outflow of oil mist outwards, is replaced by a ring of a composite material, consisting of carbon fibers retained in a matrix of polytetrafluoroethylene fluorocarbon resin, PTFE, similar to the inner seal 101.
  • This ring of composite material consisting of carbon fibers retained in a matrix of fluorocarbon resin of Polytetrafluoroethylene, PFTE, has a radial tolerance, which will not exceed 0.010 in. (0.254mm).

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Abstract

Se presenta un proceso para modificar motores eléctricos horizontales para aplicar un sello de material compuesto que consiste en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno. Este sello se aplica al alojamiento de los rodamientos de los motores eléctricos y más específicamente para la aplicación de lubricación por niebla integrada por aire y lubricante. El dispositivo de sello brinda un sellado entre los alojamientos de los rodamientos y el interior del motor, que evita que el lubricante pase excesivamente al interior del motor y además brinda un soporte radial a la flecha del motor en caso de que haya una falla del rodamiento o exista vibración excesiva causada por el motor mismo o por cargas externas.

Description

PROCESO DE SELLADO DE MOTORES ELÉCTRICOS PARA LA APLICACIÓN DE
LUBRICACIÓN POR NIEBLA
Campo de la Invención
La presente invención se refiere a un proceso de aplicación de un sello de un material compuesto, que consiste en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno. Este sello se aplica al alojamiento de los rodamientos de motores eléctricos, y más específicamente para la aplicación de lubricación por niebla. Así mismo, se refiere al dispositivo que brinda el sellado entre dichos alojamientos y el interior del motor. Objeto de la Invención
El objeto de la presente invención es el de aportar un proceso para modificar los motores eléctricos a fin de sellar el paso de la niebla integrada por aire y lubricante entre el alojamiento de los rodamientos y el interior de dichos motores, sentar las bases y metodología para fabricar el dispositivo correspondiente que mantenga la niebla de aceite dentro del alojamiento de cada rodamiento, evite el paso de aceite al interior del motor, y en caso de vibraciones altas o falla de un rodamiento, aporte un soporte radial adicional a la flecha o eje del motor.
Antecedentes
Es ampliamente conocido que la lubricación de los rodamientos de las máquinas y equipos rotatorios es absolutamente indispensable para su funcionamiento y duración. Particularmente en los motores eléctricos esta lubricación demanda condiciones particularmente exigentes porque se encuentran condiciones de poco espacio para alojar los rodamientos y su lubricación, hay que limitar el paso de lubricante a los devanados en el interior del motor que provocaría calentamiento y ensuciamiento, hay una tendencia a disminuir la atención a la lubricación de los motores, se presenta un calentamiento derivado tanto de la operación misma de los rodamientos como del calentamiento de los devanados eléctricos y la operación de los motores en muchos casos es continua, 24 horas diarias 7 días a la semana. Además, en años recientes se ha impuesto el uso de la variación de velocidad de los motores por variación de frecuencia, que dificulta la efectividad de los sistemas de lubricación y sello que dependen de la velocidad de rotación de los motores.
Como práctica normal, la lubricación de los rodamientos de los motores se realiza por medio de grasa. Se utiliza la inyección de grasa por medio de graseras mediante bombas manuales de grasa, o en ciertos casos se utilizan rodamientos sellados y lubricados de fábrica de por vida.
Esta lubricación por grasa tiene los inconvenientes de que una alimentación excesiva de grasa produce una elevación de la temperatura y reducción de la vida útil de los rodamientos. Además, una lubricación insuficiente o sin la frecuencia correcta causa falla de los rodamientos por falta de lubricación, la presión de la bomba de grasa provoca que este lubricante fluya al interior ensuciando los devanados, el rotor mismo y provocando más calentamientos. Finalmente, la operación de inyección de grasa puede introducir partículas extrañas que dañarán a los rodamientos causando su falla prematura.
Para conservar al lubricante en su sitio se utilizan retenes elastoméricos que cuentan con labios que oprimen la flecha con el auxilio de un resorte circunferencial. Estos sellos dan poca protección, se desgastan por partículas extrañas, desgastan a la flecha y fallan con frecuencia antes de cumplir la vida útil de los rodamientos. Así mismo, al fallar contribuyen a causar la falla de los rodamientos.
En algunos casos se reemplaza la lubricación con grasa por aceite que forma un charco de líquido que cubre parte del rodamiento. Este aceite es difícil de conservar y al fugarse deja sin lubricación al rodamiento, por lo que no es confiable.
En lugar de los retenes elastoméricos se utilizan sellos mecánicos, estoperos, sellos de laberinto o arreglos complicados que tratan de evitar la fuga de lubricante y lá entrada de partículas o sustancias extrañas.
Los sellos mecánicos de contacto son voluminosos, de muy elevado costo, se desgastan, son sensibles a la presencia de partículas o sustancias extrañas (como agua), se calientan, no aceptan vibraciones ni desplazamientos axiales ni radiales y requieren un ajuste muy preciso que es difícil de lograr en un motor.
Los sellos mecánicos no son aplicables hacia el interior del motor por la dificultad para instalarlos con la precisión que demandan y ocupan mucho espacio que no está disponible. No permiten el juego axial requerido para absorber dilataciones diferenciales entre rotor y estator. No permiten su mantenimiento y no se puede detectar oportunamente una falla.
Otra posibilidad es usar sellos de laberinto. Pero éstos no dan la hermeticidad necesaria, se dañan fácilmente y a la larga no impiden la entrada de sustancias extrañas ni la fuga de lubricante. Una solución a los problemas de lubricación consiste en el uso de lubricación por niebla, que consiste en una corriente constante de aire con pequeñas gotas de aceite en suspensión. Al circular, esta niebla lubrica los rodamientos, disipa el calor, los limpia y mantiene fuera los contaminantes. Estos sistemas requieren que el flujo de aire y lubricante se mantenga en las cámaras de alojamiento de los rodamientos y no penetre en otras partes del equipo lubricado, en este caso los motores eléctricos. Sin embargo, los sistemas de sello tienen que ser los adecuados para la hermeticidad necesaria. Los sellos de laberinto no impiden la fuga de niebla lubricante hacia el interior del motor y los sellos mecánicos de contacto no son aplicables porque no hay el espacio necesario para alojarlos.
Los sistemas de lubricación por niebla aplicados hace tiempo en los rodamientos de las bombas del proceso en algunas refinerías u otras plantas de varias industrias, han contribuido en gran medida a la estabilidad de la aplicación del mantenimiento predictivo y preventivo de estos equipos debido a que sus corridas han sido más prolongadas y su operación más estable, lo que ha permitido una previa programación en la intervención de fallas a través de una predicción más confiable de la evolución del desgaste de los rodamientos, facilitando así un efectivo mantenimiento predictivo y preventivo sin prisas. Tomando en cuenta la importancia considerable que para la maquinaria es la lubricación y mayormente de aplicación constante, justa, necesaria y limpia y con un bajo porcentaje de riesgo de que no se aplique por un evento de negligencia u olvido, se ha analizado y experimentado su aplicación en los motores eléctricos, con resultados muy favorables.
En los motores eléctricos fabricados recientemente sus devanados prácticamente son encapsulados con resinas que no son afectadas químicamente por los aceites lubricantes por lo que se ha comprobado que los daños en este componente del motor no son mayores, sin embargo por sanidad, se diseñó un sello interno con un compuesto de carbono y material flurocarbonado y teflón con propiedades de bajo coeficiente de temperatura y desgaste, permitiendo una reducción en los claros de contacto con la flecha en las zonas de la contratapa donde se monta, para evitar el paso de la niebla. Con el fin de permitir que el lubricante se condense y permanezca en la cavidad de operación del rodamiento, dando paso a que fluya por el dren al exterior donde se recupera en un recipiente o en un sistema colector.
En motores eléctricos lubricados con grasa, se ha detectado que el exceso de grasa permanece en el devanado por el nulo control en su aplicación, por su consistencia y por los claros de las dimensiones de las contratapas con el paso de la flecha, ya que esto es normal por ser partes metálicas, pero que no evita que la grasa aplicada sin control se desplace al interior y permanezca en el devanado. Con el paso del tiempo, la grasa acumulada en el interior del motor propicia el calentamiento del moto y de los devanados, y el mismo calentamiento acelera la descomposición de la grasa, que se torna más viscosa, aumenta el calentamiento, genera vapores por su descomposición y causa el ensuciamiento general de los devanados y otras partes interiores del motor, dando como resultado un deterioro progresivo por ensuciamiento, calentamiento, degradación del lubricante, más calentamiento y más ensuciamiento, con lo que se reduce la duración del tiempo medio entre fallas. En la patente US 6177744 de Williams, et al., se plantea un arreglo de sellos para motores eléctricos, que son lubricados por medio de una niebla o rocío, en esta patente se describe un dispositivo de sello de la cámara de los rodamientos, en el cual la flecha gira en contacto con los elementos de sello que impiden la salida del lubricante. En la patente JP 2008232354 de NSK, se describe un sistema de sello que contiene múltiples elementos rotatorios dispuestos para evitar el paso del aceite hacia fuera de la cámara de alojamiento de los rodamientos.
En la patente JP 2004286080 de Hitoshi, se describe un sistema orientado a recuperar el aceite que se fuga axialmente, para lo cual utiliza elementos flexibles hechos de un material repelente al aceite. Estos elementos pueden fallar o dejar de cumplir su función si se utilizan aceites con características de alta detergencia o con aditivos que forman películas de lubricante de alta tenacidad, todo lo cual anula la repelencia al aceite de los elementos del sello.
En la solicitud de modelo de utilidad CN 201020300747.6, de Shaohua Zhou, se describe un sistema de sello constituido principalmente por componentes de tipo de laberinto. Estos componentes si bien pueden reducir la fuga de aceite hacia fuera de la cámara de alojamiento de los rodamientos o reducir la entrada de fluidos externos al mismo, tienen la característica inherente a todos los sellos de laberinto de que si llega a ocurrir una vibración excesiva de la flecha, o peor aún una falla del rodamiento, el sello se daña gravemente, deja de cumplir su función, y además, no es capaz de darle a la flecha un soporte adicional.
Los sellos de contacto como los que se mencionan en la citada patente US 6177744 de Williams, et al., y otras descripciones del estado de la técnica tienen componentes flexibles o elastoméricos que tienen un apriete contra la flecha asegurado mediante la ' (
aplicación de un resorte o un elemento similar. Estos sellos son propensos a fallar por desgaste, ya sea del material del sello mismo o del metal de la flecha, o ambos, con lo que se inicia la fuga del lubricante que obliga a un paro de operación para hacer una reparación. Finalmente, cuando un rodamiento llega a fallar o si hay desplazamientos radiales grandes por vibración excesiva (por el rotor mismo o por cargas externas), ninguno de los dispositivos de sello de uso normal puede dar un soporte radial adicional a la flecha, con lo que además de dañarse irreparablemente, no impiden daños a la flecha, rotor, tapas, u otros componentes del motor. La necesidad de resolver tales limitaciones originó la presente invención.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El proceso mencionado en la presente invención consiste en la modificación de motores eléctricos, y más específicamente para la aplicación de lubricación por niebla, para sellar el paso de aire y lubricante entre el alojamiento de los rodamientos y el interior del motor. En caso de vibraciones altas o falla de un rodamiento, la modificación objeto de este procedimiento aportará un soporte adicional a la flecha o eje del motor que puede llegar a evitar daños mayores debidos a un posible contacto entre el rotor y el estator del motor o disminuir la magnitud de tales daños. Así mismo, dicho proceso incluye el diseño, fabricación e instalación de un sello cilindrico liso de alta precisión en forma de buje o manguito (a continuación mencionado sólo como buje) con un acabado interior que no permite el paso de la niebla de aceite al interior del motor.
El proceso objeto de esta patente da una larga vida a los rodamientos y por ende el tiempo medio entre fallas se mejora, se controla la aplicación de la necesaria cantidad de lubricante, la vida en general del motor se prolonga porque se reduce la temperatura en su operación, el riesgo de una catastrófica destrucción del motor se minimiza, se reducen los riesgos de pérdida de producción y en caso de falla del rodamiento no se generaliza el daño y permite una reparación específica.
El presente proceso incluye un cambio en la dirección y sentido de flujo del lubricante para hacer que se alimente por el lado del rodamiento que da hacia el interior del motor, fluya a través de las bolas o rodillos y una vez usado salga por el lado que da hacia el exterior del motor hacia una conexión al aire, o a un sistema colector de purga. El proceso consiste en lo siguiente:
Primer paso: Se realiza un procedimiento de inspección y mantenimiento de control para asegurar el buen estado del motor.
Segundo paso: se modifican la tapa y la contratapa de cada extremo del motor para cambiar la dirección y sentido del flujo del lubricante para hacer que se alimente por el lado del rodamiento que da hacia el interior del motor, luego fluya a través de las bolas o rodillos del rodamiento y una vez usado salga por el lado que da hacia el exterior del motor, hacia una conexión al aire o a un elemento o sistema colector de purga.
Tercer paso: Este paso consiste en habilitar el orificio del paso de la flecha en cada contratapa para alojar en cada una el sello en forma de buje hecho de un material compuesto, consistente en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno e instalar dicho buje. Dicho sello está hecho con la medida que se indique con una interferencia de apriete de 0.004 a 0.015 pulg.(el buje deberá ser montado en la contratapa a presión). En esta operación de maquinado se verificará la tolerancia radial entre la ceja de ajuste de la contratapa con la tapa, y si excede de 0.002 pulg (0.051 mm), se procederá a encasquillar dicha ceja y maquinarla nuevamente para lograr la tolerancia radial a fin de asegurar la concentricidad.
Cuarto paso: Consiste en verificar el alojamiento de los rodamientos en las tapas y maquinar a la medida requerida por el rodamiento si lo requiere (si requiere encasquillado solo usar material de hierro fundido para fabricarlo).
Quinto paso: A continuación, se verifican los ajustes en la flecha en la zona de trabajo del rodamiento, y se rehabilitan si es necesario, se da la medida requerida por los estándares del fabricante de los rodamientos con relleno de soldadura de proceso MIG, o depósito de metal por plasma. El metal depositado se maquina y rectifica a las dimensiones y acabado de fábrica.
Sexto paso: El siguiente paso consiste en balancear dinámicamente el rotor, especialmente si es reparada la zona de trabajo del rodamiento con adición de material.
Séptimo paso: Consiste en armar el motor en su totalidad e instalar los retenes de doble labio y de material nitrilo en el exterior de las tapas, dando un ajuste de entre 0.001 hasta 0.015 pulg. (.00254 a 0.381 mm) como máximo de apriete con la flecha.
Octavo paso: El último paso consiste en conectar el motor al sistema de lubricación de niebla, y aplicarla en un tiempo mínimo de 30 minutos previo a la prueba en vacío. Los puntos de entrada y salida de la niebla en la tapa, tanto de la inyección como del dren serán a las 06:00 y a las 12:00 respecto a una carátula de reloj.
Así mismo, el proceso incluye la fabricación del dispositivo de sello objeto dé la presente invención integrado por un buje cilindrico, el cual es utilizado para sellar el paso de aire y lubricante entre las cámaras de alojamiento de los rodamientos y el interior del motor, y más específicamente, para la aplicación de lubricación por niebla.
A diferencia de la citada patente US 6177744 de Williams, et al., en la presente invención se presenta un mecanismo de sello en el cual el sello que está hacia el interior del motor, no tiene contacto con la flecha y el paso del lubricante se impide mediante una tolerancia radial muy estricta entre el anillo de sello de material compuesto, que consiste en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno, y la flecha misma.
Una diferencia adicional con la citada patente US 6177744 de Williams, et al, consiste en que en la presente invención el sello que está hacia el lado exterior del motor, es de un material polimérico, preferiblemente de hule nitrilo, desprovisto de resortes que den un apriete como en el estado de la técnica. Esta concepción incrementa la vida de estos sellos y de la flecha misma.
Una diferencia adicional con la citada patente US 6177744 de Williams, et al., consiste en que el anillo de sello de material compuesto tiene la capacidad de proporcionarle soporte radial a la flecha como se menciona en el párrafo siguiente.
A diferencia de la patente JP2008232354 de NS , la presente invención presenta un arreglo muy simple sin elementos rotatorios múltiples.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra un corte de la tapa y contratapa de un motor eléctrico modificado de acuerdo con la presente invención, representando la tapa y contratapa del motor, el rotor con su flecha, los rodamientos, el sello de material compuesto y los puertos de entrada y salida de niebla de lubricante.
La Figura 2 muestra en detalle el retén tipo copa en forma de U, montado en la tapa del motor. La Figura 3 muestra el sello de material compuesto montado en la contratapa del motor, y su relación con la flecha del motor. DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN
En una primera modalidad o Modalidad Preferente de la presente invención, el sello o buje cilindrico 101 , que va ubicado hacia el interior del motor, deberá ser fabricado preferiblemente en un material compuesto, consistente en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno, PTFE, preferiblemente como el fabricado por la compañía DuPont con el comercial de Vespel. Un material como este presenta muchas propiedades entre las cuales: es un material sintéticamente tratado con buena dureza correspondiente a una resistencia a la compresión del orden de 20 kpsi (140 MPa), bajo coeficiente de dilatación térmica (10"6 m/m«°C), límite alto de temperatura (-46° a 230°C), compatibilidad química con hidrocarburos, alta capacidad presión-velocidad, entre otros. El sello 101 mencionado deberá ser fabricado con las siguientes dimensiones: con un rango de longitud 304 de 0.250 a 0.750 pulg (6.35 a 19.05 mm) y una tolerancia radial 303 de + 0.0003 a +0.0015 pulg (+0.00762 a +0.0381 mm) entre su diámetro interior, y el diámetro de la flecha 102 en la zona de trabajo de la contratapa 104, con un espesor 302 de 0.2000 pulg (5.08 mm) como mínimo. Dicho buje cilindrico o sello 101 , de material no metálico, se fija al cuerpo metálico de la contratapa 104 por presión e interferencia entre el diámetro exterior del buje o sello 101 y el interior de la cavidad de la contratapa 104 en la superficie de contacto 301 con un ajuste de 0.004 a 0.015 pulg. (0.1016 a 0.381 mm) y preferentemente de 0.008 a 0.012 pulg (0.2032 a 0.3048 mm) como mínimo de interferencia
El buje cilindrico o sello 101 antes mencionado, deberá ser complementado con un sello de copa o retén 105 tipo "V" o "U" de nitrilo montado en la tapa 106 del motor, para impedir la salida de niebla de aceite hacia el exterior; este sello o retén será de forma suave y sin resorte de refuerzo, pudiendo ser de labio sencillo o doble, preferiblemente de doble labio, formando así un conjunto integral con la contratapa modificada. El sello de copa o retén 105 tiene dimensiones 201 y 202 según el diámetro de la flecha 102. El claro en vacío entre el retén 105 y la flecha 102 se representa como el dato 203 y será de entre 0.010 hasta 0.020 pulg. (0.254 a 0.508 mm), y preferentemente de 0.011 hasta 0.015 pulg. (0.2794 hasta 0.381 mm) diametral como máximo.
La niebla de aceite se alimenta por el puerto 109, fluye hacia atrás del rodamiento 108, atraviesa a éste lubricándolo y enfriándolo, llega a la cámara de alojamiento 107 del rodamiento 108 y finalmente se descarga por el puerto 110 hacia el exterior, ya sea a un recipiente o a un sistema colector de lubricante para su recuperación Los puntos de entrada y salida de niebla en la tapa, tanto de la inyección como del dren es a las 06:00 y a las 12:00 horas respecto a una carátula de reloj.
Una Segunda Modalidad de la presente invención consiste en que el Buje o sello 101 se fabrica con una medida axial 304 de mayor longitud, llegando hasta 1.5 pulg (38.1 mm), para dar mayor soporte radial en aplicaciones donde los equipos conducidos imparten mayores vibraciones o cargas axiales a la flecha.
Una Tercera Modalidad de la presente invención consiste en que el buje o sello 101 se fabrica con materiales compuestos con fibras o cargas metálicas, como aleaciones de bronce, babbitt, etc., retenidos en una matriz de PTFE Una cuarta modalidad de la presente invención consiste en que la caja (o cámara) de alojamiento 107 del rodamiento 108 tiene un puerto de salida conectado a un sistema colector que evita la emisión de niebla y lubricante líquido a la atmósfera, permitiendo así su recuperación.
Una quinta modalidad de la presente invención consiste en que el sello de copa 105 tipo "V" o "U" de elastómerp de nitrito montado en la tapa del motor, para impedir la salida de niebla de aceite hacia el exterior, es reemplazado por un anillo de un material compuesto, consistente en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno, PTFE, similar al sello interior 101. Este anillo de material compuesto, consistente en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno, PFTE, tiene una tolerancia radial, la cual no excederá de 0.010 pulg (0.254mm).

Claims

Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, en el cual se modifican los motores eléctricos a fin de sellar el paso de la niebla integrada por aire y lubricante entre el alojamiento de los rodamientos y el interior de dichos motores, que comprende los pasos siguientes:
a. Primer paso: Inspección y mantenimiento de control para asegurar el buen estado del motor
b. Segundo paso: modificar la tapa y la contratapa de cada extremo del motor para cambiar la dirección y sentido del flujo del lubricante para hacer que se alimente por el lado del rodamiento que da hacia el interior del motor, luego fluya a través de las bolas o rodillos del rodamiento y una vez usado salga por el lado que da hacia el exterior del motor, hacia una conexión al aire o a un elemento o sistema colector de purga. Los puntos de entrada y salida de niebla en la tapa, tanto de la inyección como del dren serán a las 06:00 y a las 12:00 hrs. Respecto a una carátula de reloj.
c. Tercer paso: Habilitar el orificio del paso de la flecha en cada contratapa para alojar en cada una el sello en forma de buje, hecho de un material compuesto consistente en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno e instalar dicho buje. d. Cuarto paso: verificar el alojamiento de los rodamientos en las tapas y maquinar a la medida requerida por el rodamiento si lo requiere. Si se requiere encasquillado usar solamente hierro fundido para fabricarlo. e. Quinto paso: verificar los ajustes en la flecha en la zona de trabajo del rodamiento, y se rehabilitan si es necesario, además, se da la medida requerida por los estándares del fabricante de los rodamientos con relleno de soldadura de proceso MIG o depósito de metal con arco de plasma. El metal depositado se maquina y rectifica a las dimensiones y acabado de fábrica.
f. Sexto paso: Balancear dinámicamente el rotor si es reparada la zona de trabajo del rodamiento con adición de material.
g. Séptimo paso: armar el motor en su totalidad e instalar retenes de doble labio de material nitrito en los lados exteriores de las tapas, dando un ajuste de entre 0.011 hasta 0.015 pulg. (0.2794 a 0.381 mm) como máximo de apriete con la flecha y hacia el lado interior un anillo de sello de material compuesto, que consiste en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno.
h. Séptimo paso: conectar el motor al sistema de lubricación por niebla y aplicarla durante un tiempo mínimo de 30 minutos previos a la prueba en vacío.
i. Octavo paso: conectar el motor al sistema de lubricación de niebla y aplicarla por un tiempo mínimo de 30 minutos, previo a la prueba en vacío.
Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, con respecto a la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende en cada extremo del motor un sello en forma de buje entre la flecha y la contratapa colocado hacia el lado interior del motor, el cual consiste en un anillo hecho de fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno, que está hecho con las medidas correspondientes al diámetro de la flecha y de la caja de la contratapa para dar con ésta una interferencia de apriete con la contratapa de 0.011 a 0.015 pulg. (0.2794 a 0.381 mm). En este paso se verificará la tolerancia radial entre la ceja de ajuste de la contratapa con la tapa, y si excede de 0.010 pulg (0.254mm), se procederá a encasquillar dicha ceja y maquinarla nuevamente para lograr la tolerancia radial a fin de asegurar la concentricidad.
Un proceso de sellado de motores eléctricos de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado además porque el sello entre la flecha y la contratapa en cada extremo del motor está integrado por un buje cilindrico de fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno, que deberá ser fabricado con las siguientes dimensiones: con un rango de 0.250 a 0.750 pulg (6.35 a 19.05 mm) de longitud y +0.0003 a 0.0015 pulg (0.00762 a 0.0381 mm) radial de diámetro interior con respecto al diámetro de la flecha en la zona de trabajo de la contratapa con un espesor de 0.200 pulg (5.08 mm) como mínimo. El buje cilindrico o sello, de material no metálico, se fija al cuerpo metálico de la contratapa por presión e interferencia entre el diámetro exterior del buje de sello y el interior de la cavidad de la contratapa. Tales dimensiones y tolerancia permiten sellar el paso de aire y lubricante entre las cámaras de alojamiento de los rodamientos y el interior del motor, y más específicamente, para la aplicación de la lubricación por niebla. De esta manera se mantiene la niebla de aceite dentro del alojamiento de cada rodamiento, se evita el paso de aceite al interior del motor, se logra el efecto novedoso de mantener limpio el interior del motor y sorprendentemente reduce el calentamiento de los devanados y otras partes internas del motor.
Un proceso de sellado de motores eléctricos de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado además porque el buje cilindrico de de fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno es capaz de aportar a la flecha un soporte radial adicional en caso de vibraciones altas o por falla del rodamiento.
Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, con respecto a las reivindicaciones 1 a 3, que permite que la cantidad de lubricante en forma de niebla de aire y lubricante sea controlada para lograr la correcta lubricación, evite la entrada de contaminantes a las cámaras de alojamiento de los rodamientos, realice el enfriamiento de los mismos, y como resultado se prolongue el tiempo medio entre fallas, se extienda la vida útil de los rodamientos y del motor en su conjunto y se reduzcan los riesgos de una falla mayor o catastrófica del motor. Además, el buje aporta un soporte radial a la flecha que en caso de una falla del rodamiento impide que se generalice el daño al motor.
Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, con respecto a las reivindicaciones 1 a 3, donde el proceso incluye un cambio en la dirección y sentido de flujo del lubricante para hacer que se alimente por el lado del rodamiento que da hacia el interior del motor, fluya a través de las bolas o rodillos y una vez usado salga por el lado que da hacia el exterior del motor hacia una conexión al aire o a un sistema colector de purga.
Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, con respecto a la reivindicación 6, donde el sello o buje cilindrico, que va ubicado hacia el interior del motor, deberá ser fabricado preferiblemente en un material compuesto, consistente en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno, PTFE, preferiblemente como el fabricado por la compañía DuPont con el nombre comercial de Vespel. Las propiedades requeridas del material son: una resistencia a la compresión de 20 kpsi (140 MPa), bajo coeficiente de dilatación térmica (10~6 mmv°C), límite alto de temperatura (-46° a 230°C), compatibilidad química con hidrocarburos, alta capacidad presión-velocidad. Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, con respecto a las reivindicaciones 4 a 7, donde el buje cilindrico o sello, deberá ser complementado con un sello de copa tipo "V" o "U" de nitrito montado en la tapa del motor, para impedir la salida de niebla de aceite hacia el exterior; este sello o retén será de forma suave y sin resorte de refuerzo, pudiendo ser de labio sencillo o doble, preferiblemente de doble labio, formando así un conjunto integral con la contratapa modificada.
Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, con respecto a las reivindicaciones 6 a 8, donde el buje o sello puede ser fabricado con una longitud axial de mayor longitud, llegando hasta 1.5 pulg (38.1 mm), para dar mayor soporte radial en aplicaciones donde los equipos conducidos imparten mayores vibraciones a la flecha.
Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, con respecto a las reivindicaciones 6 a 8, donde el buje o sello puede ser hecho en materiales compuestos con fibras o cargas metálicas, como bronces, babbitt, etc., retenidos en una matriz de PTFE. Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, con respecto a las reivindicaciones 1 a 10, donde la caja (o cámara) de alojamiento del rodamiento tiene un puerto de salida conectado a un sistema colector que evita la emisión de niebla y lubricante líquido a la atmósfera, permitiendo así su recuperación.
Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sistema colector que evita la emisión de niebla funciona a vacío.
Un proceso de sellado de motores eléctricos horizontales para la aplicación de lubricación por niebla, de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado además porque el sello de copa tipo "V" o "U" de nitrilo montado en la tapa del motor, para impedir la salida de niebla de aceite hacia el exterior, es reemplazado por un anillo de un material compuesto, consistente en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno, PTFE. Este anillo de material compuesto, consistente en fibras de carbono retenidas en una matriz de resina de fluorocarbono de politetrafluoroetileno, PFTE, tiene una tolerancia radial, la cual no excederá de 0.010 pulg (0.254mm).
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