ES2355368T3

ES2355368T3 - Máquina equilibradora.

Info

Publication number: ES2355368T3
Application number: ES03729888T
Authority: ES
Inventors: Martin Rogalla; Werner Kissel; Juergen Muenzel
Original assignee: Schenck RoTec GmbH
Current assignee: Schenck RoTec GmbH
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2011-03-25
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: EP1511984B1; WO2003098180A1; DE10393082D2; DE50313327D1; AU2003240420A1; PL210162B1; CN1656367A; US7314313B2; DE10223011A1; US20050141790A1; PL373281A1; ATE491931T1; EP1511984A1; CN100462705C

Abstract

Máquina equilibradora para la medición y la compensación de desequilibrios de los rotores, en particular de los cigüeñales, comprendiendo un cojinete deslizable (1) para el alojamiento rotativo de un rotor (2) a equilibrar y un dispositivo de alimentación para alimentar el cojinete deslizable con un fluido, presentando el cojinete deslizable (1) un revestimiento del cojinete (6) con una superficie de alojamiento cilíndrica hueca, en la que se aloja una sección del rotor con una superficie de deslizamiento cilíndrica, caracterizada porque el revestimiento del cojinete (6) está constituido por un material cerámico duro y el dispositivo de alimentación para alimentar el cojinete deslizable está diseñado para suministrar cantidades mínimas de fluido en un rango comprendido entre 1 ml/h y 100 ml/h.

Description

El presente invento trata de una máquina equilibradora para la medición y la compensación de los desequilibrios de los rotores, en particular de los cigüeñales, con un cojinete deslizable para el alojamiento rotativo de un rotor a equilibrar y un dispositivo de alimentación para alimentar el cojinete deslizable con un 5 fluido, presentando el cojinete deslizable un revestimiento del cojinete con una superficie de alojamiento cilíndrica hueca, en la que se aloja una sección del rotor con una superficie de deslizamiento cilíndrica en la que se aloja una sección del rotor.

En las máquinas equilibradoras se prevén para el rotor a equilibrar, y conforme a su diseño y dimensión, diferentes dispositivos de alojamiento para lograr un soporte giratorio. Los dispositivos de alojamiento 10 comunes son, por ejemplo, cojinetes de rodillos de transporte, en los cuales el rotor se apoya sobre pares de rodillos de transporte. En el caso de rotores ligeros se utilizan cojinetes con forma de prisma de diferentes materiales, en donde sin embargo sólo se admiten compresiones muy pequeñas de la superficie. En el caso de rotores ligeros puede preverse un alojamiento aerostático o aerodinámico. A elevadas velocidades y con rotores pesados se utilizan por lo general cojinetes deslizables, por ejemplo, cojinetes 15 deslizables hidrostáticos o hidrodinámicos. Se utiliza además una variedad de cojinetes similares o iguales a los utilizados durante la marcha, que están apoyados exactamente sobre el muñón del respectivo rotor.

En una máquina equilibradora conocida por la US 1.486.115 del tipo mencionado inicialmente, el cojinete deslizable presenta dos revestimientos del cojinete con forma de segmento dispuestos con una determinada distancia entre sí y fijados a un soporte de modo que pueden realizar movimientos oscilantes limitados. Los 20 revestimientos del cojinete poseen perforaciones en la superficie de alojamiento conectadas al sistema de alimentación mediante conductos flexibles, para suministrar aceite a presión. Cuando el rotor alojado gira, entre éste y el revestimiento del cojinete se forma un tampón de aceite con forma de cuña que soporta el rotor.

Además, por el impreso B 1420 "Máquina equilibradora para cigüeñales" de la empresa Carl Schenck AG, 25 Darmstadt, se conoce una máquina equilibradora con un cojinete deslizable alimentado con un fluido. En esta máquina, y durante el proceso de medición, los cojinetes deslizables se lubrican con el fluido refrigerante filtrado utilizado para enfriar la herramienta equilibradora durante el proceso de equilibrado.

En las máquinas de equilibrado, los cojinetes deslizables alimentados con fluido conocidos, el esfuerzo constructivo es significativo, ya que éstos requieren dispositivos especiales de protección contra las 30 salpicaduras y para aislar el sistema de alimentación de fluido del entorno.

Se conocen también las superficies de deslizamiento o de alojamiento del cojinete deslizable fabricadas con materiales cerámicos. Por la DE 195 26 497 A1 se conoce, por ejemplo, un cojinete deslizable con cuerpos deslizables de cerámica para la formación de una cuña de fluido de lubricación hidrodinámica y de una superficie de contacto formada por un revestimiento cerámico. Se conocen además, compuestos 35 sinterizados para la formación de pares de cojinetes deslizables, en donde los compuestos conforman un volumen poroso suficientemente grande como para almacenar el aceite para la lubricación de los cojinetes, compárese la DE 38 22 919 A1, DE 42 14 877 A1. En los cojinetes cerámicos o sinterizados conocidos, las superficies de deslizamiento convergentes de los componentes del cojinete están formadas por el mismo material o por materiales similares. 40

Por consiguiente, el objetivo del invento consiste en presentar una máquina equilibradora del tipo mencionado inicialmente, de construcción sencilla y por lo tanto, de fabricación económica, que se caracterice por sus excelentes mediciones de precisión.

Para lograr este objetivo, en la máquina equilibradora según el invento, el cojinete deslizable se equipa con un revestimiento de un material cerámico duro, y el dispositivo de alimentación para alimentar el cojinete 45 deslizable con un fluido está diseñado para suministrar cantidades mínimas de fluido en un rango comprendido entre 1 ml/h y 100 ml/h, en particular de un aerosol o de un aerosol de aceite.

El diseño según el invento prevé que, en lugar de utilizar, por ejemplo, un cojinete deslizable hidrodinámico de uso común, se utilice un cojinete deslizable alimentado con una cantidad mínima de fluido, con un revestimiento cerámico resistente al desgaste, duro y con poca tendencia al desgaste por abrasión, para el 50 alojamiento de rotores pesados y con altas velocidades. De manera sorprendente se ha demostrado que, en el caso de un revestimiento cerámico duro y liso, una cantidad de suministro muy pequeña alcanza para garantizar una alimentación segura de lubricante y de fluido refrigerante. El cojinete se opera aquí en la zona de fricción mixta, por lo que no se produce una separación completa de las superficies del perno del rotor y del revestimiento del cojinete. Tribológicamente, la combinación del perno metálico del rotor y del 55 revestimiento cerámico del cojinete resulta particularmente ventajosa. Evita fiablemente los desgastes por adhesión ("desgaste abrasivo"), a pesar de que la superficie de alojamiento se alimente con una cantidad mínima de lubricante. Gracias al invento, el dispositivo de alimentación de lubricante y de fluido refrigerante puede reducirse a un sistema sencillo de volúmenes mínimos, evitando además, los problemas relativos al cuidado del medio ambiente que surgen como consecuencia de una lubricación hidrodinámica. 60

La cantidad de fluido para un cojinete deslizable según el invento se limita a unos pocos mililitros por hora, en tanto que, por ejemplo, en el caso de los cojinetes deslizables hidrodinámicos, las cantidades necesarias se ubican en un rango de litros por minuto. Cuando se realiza una lubricación con fluido se deben observar por lo general las normas especiales que aplican a los suministros operativos del usuario y que pueden diferir de un usuario a otro o incluso de una aplicación a otra y que se eliminan de manera ventajosa con la 5 alimentación según el invento. Por otra parte se eliminan los problemas, en particular aquellos de carácter ambiental, que surgen cuando se utilizan fluidos operativos en forma de aceites y que están vinculados con la protección contra incendios, explosiones y emisiones o con las normas de protección de aguas. El invento garantiza así un trabajo ecológico.

En lo que respecta a la precisión de equilibrado que se desea alcanzar, resulta particularmente favorable 10 evitar indefectiblemente que el rotor se moje con lubricante o con fluido refrigerante ya que, especialmente en el caso de rotores de rotación no simétrica como los cigüeñales, esto puede generar resultados de medición erróneos. En lo que respecta a la precisión de equilibrado que se desea alcanzar resulta favorable además, que la rigidez no se vea influenciada por una capa de fluido y con ello también por la velocidad angular del rotor. Se puede lograr incluso una reducción de los costos, gracias a que la alimentación, por 15 ejemplo con aerosol, se ajusta fácilmente a las diferentes condiciones de trabajo.

Como aerosol se utiliza, de manera particularmente favorable, un aceite que se ingresa en el área de lubricación como aceite pulverizado microscópicamente fino y que produce allí la lubricación y en determinadas circunstancias también la refrigeración. Debido a que se genera una niebla de aceite extremadamente fina, se garantiza de este modo un ahorro de aceite. El aerosol puede poseer también 20 sustancias básicas o adicionales, que permitan, por ejemplo, una lubricación no adhesiva de un cuerpo sólido o que puedan tener influencia sobre una niebla homogénea del aerosol.

En un diseño del invento, en el que se prevé una aplicación de aerosol dentro de la zona de alojamiento del revestimiento del cojinete, pueden utilizarse además de manera favorable, componentes de un alojamiento hidrodinámico o hidrostático. Esto también es posible para aplicaciones por goteo. Por otra parte, los 25 revestimientos del cojinete están protegidos contra la suciedad mediante el soplado del aerosol o se pueden limpiar por este medio o bien insuflando aire según sea necesario.

Un diseño particularmente sencillo prevé, que la aplicación de fluido se realice en la superficie libre no rodeada por el revestimiento del cojinete de la sección del rotor. En una aplicación por pulverización, la abertura de salida puede posicionarse de manera óptima en un dispositivo atomizador y en una aplicación 30 por goteo, en la salida del goteo. Favorablemente, la aplicación por pulverización puede realizarse mediante una breve atomización, preferentemente al inicio del proceso de medición.

Para garantizar la seguridad del proceso del cojinete deslizable de la máquina equilibradora según el invento puede preverse, conforme a otra propuesta del invento, un control de temperatura del cojinete deslizable o de un revestimiento del mismo. Un eventual fallo de lubricación de la cantidad mínima se 35 manifiesta en un creciente rozamiento entre el revestimiento del cojinete y el perno del rotor, con un consiguiente aumento de la temperatura y puede reconocerse por lo tanto prematuramente mediante el control de temperatura y utilizarse para aplicar contramedidas.

En una máquina equilibradora con una estación, en la que el rotor no cambia de alojamiento entre el proceso de medición y el proceso de equilibrado, la abertura de salida, por ejemplo, de un dispositivo 40 atomizador o de un dispositivo de goteo puede, de manera favorable, estar posicionada durante el proceso de medición en el alojamiento, con el objeto de lubricar los cojinetes y refrigerar y, durante el proceso de equilibrado con el objeto de refrigerar y lubricar la herramienta equilibradora. Debido a que en una máquina de este tipo deben alimentarse varios puntos de aplicación, puede garantizarse así de manera sencilla un consumo económico del fluido refrigerante y del lubricante. 45

Para poder alimentar los puntos de alojamiento y los puntos de equilibrado de manera separada y uno tras otro, por ejemplo, con aerosol, pueden preverse tuberías de alimentación móviles, capaces de ser posicionadas en los respectivos puntos de alimentación. Se pueden prever también tuberías de alimentación para cada uno de los puntos de alimentación, diseñadas de manera que puedan conectarse y desconectarse. 50

Si sólo se alimentan determinados puntos de alimentación, pero también si se alimentan simultáneamente todos estos puntos, por ejemplo, con aerosol, se produce la seria ventaja de tener una máquina equilibradora "seca", en la que pueden dejarse de lado los recubrimientos o los depósitos de recolección para proteger la máquina, por ejemplo, contra salpicaduras o derrames de fluido. Con el invento se logra por primera vez una conformación "seca" de la lubricación de fluido, tanto durante el proceso de medición como 55 así también durante el de equilibrado.

Los diseños favorables del invento se representan en el dibujo y se describen más detalladamente a continuación. Muestran,

la figura 1, un corte del dispositivo de alojamiento según el invento y

la figura 2, una vista lateral de un dispositivo de medición y compensación de los desequilibrios según el invento.

El dispositivo de alojamiento representado esquemáticamente en la figura 1 presenta un cojinete deslizable 1 del rotor 2, un dispositivo de alimentación de cantidades mínimas de fluido 3, un dispositivo de control 4 así como un conector de medio de presión 5. El dispositivo de alojamiento es parte de un dispositivo de 5 medición y compensación de los desequilibrios del rotor 2, representado esquemáticamente en la figura 2, en el cual el rotor 2 se aloja con sus puntos de alojamiento 10 y 11 en dos dispositivos de alojamiento diseñados como fijación de soporte 8 y 9. De manera conocida, para realizar el equilibrado se desplaza el rotor 2 en rotación, se miden y evalúan las oscilaciones producidas por los desequilibrios que deben eliminarse y se equilibra el rotor 2 en planos de equilibrado 12 y 13 determinados previamente, mediante la 10 remoción de material en los puntos de equilibrado.

Los dispositivos de alojamiento presentan revestimientos de cojinete 6, que están ajustados a los muñones del rotor 2 que presentan alojamientos 10 y 11. Para alojar el muñón, el revestimiento del cojinete 6 posee un rebaje cilíndrico hueco 7 con una cavidad 20 con forma de bolsillo para la aplicación del aerosol o del aire para soplar el alojamiento. La cavidad 20 con forma de bolsillo está dispuesta sobre un dispositivo de 15 control 4 en forma de válvula de distribución, ya sea unida al conector del medio de presión 5 o al dispositivo de alimentación de cantidades mínimas de fluido 3 o bien bloqueada. El revestimiento del cojinete 6 está constituido por elementos autoalineables de un material cerámico muy duro y posee una superficie de alojamiento muy lisa. La lubricación entre el revestimiento del cojinete 7 y el rotor 2 es lo más óptima posible. 20

El dispositivo de alimentación de fluido 3 está conformado como dispositivo atomizador en aerosol. El dispositivo de alimentación de fluido 3 puede estar diseñado también, de manera alternativa o adicional, para el suministro de cantidades mínimas de un fluido en un dispositivo de goteo o para alimentar un cuerpo de lubricación, cuyo volumen está empapado con un fluido, que se pone periódicamente en contacto con la sección del rotor 2. Con el dispositivo atomizador en aerosol se pulveriza, por ejemplo, aceite en aire de 25 manera extremadamente fina y de este modo se lo ingresa en una abertura de salida de la cavidad 20 con forma de bolsillo del revestimiento del cojinete 6. Para ello, el dispositivo atomizador en aerosol está conectado al conector del medio de presión 5 para aire comprimido y sobre el dispositivo de control 4, en tanto que la rotación del rotor 2 está conectada en la fase de medición, a la cavidad 20 con forma de bolsillo, conforme a lo representado esquemáticamente en la sección izquierda del dispositivo de control 4. 30 En diversos ensayos se ha manifestado de manera sorprendente, que incluso pequeñas cantidades de aerosol, en un rango comprendido entre aprox. 1 y 100 ml/h, también alcanzan completamente para equilibrar rotores pesados con altas velocidades, para evitar de manera segura un daño de la superficie de alojamiento y un sobrecalentamiento excesivo; para ello basta con aplicar sólo una pulverización de aerosol durante aprox. 1 segundo al inicio del proceso de medición. En caso necesario, y conforme a lo 35 representado esquemáticamente en la sección derecha del dispositivo de control 4, el conector del medio de presión puede estar conectado directamente a la cavidad 20 con forma de bolsillo con el objeto de limpiar el alojamiento insuflando aire; el suministro de aerosol queda entonces eliminado. Sin embargo, la limpieza del alojamiento puede realizarse también utilizando el aerosol.

Para monitorear la temperatura de operación se coloca un sensor de temperatura 21 en el revestimiento del 40 cojinete 7, que a su vez está conectado al control de la máquina mediante un cable 22. Si la temperatura de operación del cojinete sobrepasa un valor límite predeterminado, puede dispararse entonces el suministro inmediato de una cantidad adicional de fluido para lubricar el cojinete deslizable. Si la temperatura se sigue incrementando, puede producirse también la detención del rotor.

El dispositivo de medición y compensación de desequilibrios de una máquina equilibradora representado 45 esquemáticamente en la figura 2 presenta dos fijaciones de soporte 8 y 9 con revestimiento del cojinete 6 para el alojamiento rotativo del rotor 2, cuyo diseño se muestra en la figura 1, y posee un sistema de alimentación de lubricante y de fluido refrigerante, que está conectado mediante conectores 30 y 30’ a un dispositivo de alimentación de cantidades mínimas de fluido para alimentar un aerosol. El dispositivo de alimentación de cantidades mínimas de fluido comprende básicamente el dispositivo descrito en referencia 50 a la figura 1. Para compensar los desequilibrios detectados se prevén herramientas equilibradoras 32, con las cuales se remueve material del rotor en los puntos de equilibrado, en los planos de equilibrado 12 y 13.

El sistema de alimentación de lubricante y de fluido refrigerante posee dos sistemas de tuberías 31 y 31' para alimentar diferentes puntos de alimentación. Con el sistema de tuberías 31' se alimentan los alojamientos 10 y 11 con aerosol, en tanto que el sistema de tuberías 31 suministra aerosol a los puntos de 55 equilibrado y a las herramientas equilibradoras 32 y 33. Las aberturas de salida de las tuberías de alimentación del sistema de tuberías 31' están dispuestas en los alojamientos 10 y 11 próximos a las secciones del rotor no rodeadas por los revestimientos del cojinete 6, en tanto que las aberturas de salida de la tubería de alimentación del sistema de tuberías 31 están dispuestas cerca de los planos de equilibrado del rotor 2. 60

Las aberturas de salida de la tubería de alimentación del sistema de tuberías 31' pueden estar ubicadas alternativamente dentro del revestimiento del cojinete 6, como puede observarse en la figura 1.

Con el objeto de ahorrar aerosol, las tuberías de alimentación pueden conectarse de modo que, durante la fase de medición sólo se alimenten con aerosol los alojamientos 10 y 11. Se ha demostrado que basta con una breve pulverización del aerosol al inicio del proceso de medición. Durante el proceso de equilibrado, en el que el rotor 2 está detenido, el aerosol se utiliza exclusivamente para alimentar el punto de equilibrado, en el que transcurre el proceso de equilibrado. 5

En un modelo de fabricación del invento no representado de manera detallada, se prevé que el sistema de tuberías 31 presente una tubería de alimentación móvil, que se posicione con su abertura de salida en el respectivo punto de equilibrado, en el cual se realiza el proceso de equilibrado.

En otro modelo de fabricación puede preverse que sólo un sistema de tuberías esté provisto de dos tuberías de alimentación móviles, que se asignen respectivamente a los dos alojamientos 10 y 11 o bien a los dos 10 puntos de equilibrado y que durante la fase de medición se alimenten con aerosol ambos alojamientos 10 y 11 y durante el proceso de equilibrado sólo se alimenten con aerosol aquellos puntos de equilibrado, en los que se está realizando el proceso de equilibrado.

Con el invento se obtienen por primera vez máquinas equilibradoras que, gracias a la lubricación de los cojinetes y a la refrigeración de las herramientas están equipadas típicamente con dispositivos de manejo y 15 disposición de lubricantes y fluidos refrigerantes que permiten una operación "seca". Con ello puede renunciarse a cualquier medida destinada a proteger la máquina contra salpicaduras o derrames de fluido. El resultado del equilibrado no se ve afectado por la recolección de fluidos en la zona del rotor, lo que genera una mayor precisión.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Máquina equilibradora para la medición y la compensación de desequilibrios de los rotores, en particular de los cigüeñales, comprendiendo un cojinete deslizable (1) para el alojamiento rotativo de un rotor (2) a equilibrar y un dispositivo de alimentación para alimentar el cojinete deslizable con un fluido, presentando el cojinete deslizable (1) un revestimiento del cojinete (6) con una superficie de alojamiento cilíndrica hueca, en la que se aloja una sección del rotor con una superficie de deslizamiento cilíndrica, 5 caracterizada porque el revestimiento del cojinete (6) está constituido por un material cerámico duro y el dispositivo de alimentación para alimentar el cojinete deslizable está diseñado para suministrar cantidades mínimas de fluido en un rango comprendido entre 1 ml/h y 100 ml/h.
2. Máquina equilibradora según la reivindicación 1, caracterizada porque las cantidades mínimas de fluido se suministran en forma de aerosol, en particular, de un aerosol de aceite. 10
3. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de alimentación suministra las cantidades mínimas de fluido de manera intermitente.
4. Máquina equilibradora según la reivindicación 3, caracterizada porque en los intervalos se suministra aire.
5. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la 15 aplicación de fluido está prevista en la zona de alojamiento del revestimiento del cojinete (6).
6. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la aplicación de fluido está prevista en la zona de la superficie de deslizamiento de la sección del rotor que no está rodeada por el revestimiento del cojinete (6).
7. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la 20 aplicación de fluido se realiza mediante un dispositivo de goteo o un dispositivo de pulverización, en particular del tipo de pulverización por impulsos.
8. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el material cerámico posee una dureza de aprox. 4000 N/mm2 HV o más.
9. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la 25 superficie de alojamiento del revestimiento del cojinete es muy lisa, en particular con una rugosidad de superficie Ra < 0,2.
10. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el material cerámico previsto es una cerámica inoxidable.
11. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la 30 superficie de deslizamiento de la sección del rotor está constituida por metal.
12. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el revestimiento del cojinete presenta varios elementos de alojamiento de alineación automática.
13. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la superficie de alojamiento del revestimiento del cojinete y la superficie de deslizamiento de la sección del 35 rotor presentan una lubricación de alto grado.
14. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el cojinete deslizable está provisto de un dispositivo de control de la temperatura.
15. Máquina equilibradora con un sistema de alimentación para lubricantes y refrigerantes fluidos, con varios puntos de aplicación asignados, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada 40 porque el sistema de alimentación está configurado y concebido para suministrar una cantidad mínima de fluido, en particular un aerosol o un aerosol de aceite, al cojinete deslizable (1) destinado al alojamiento de un rotor a equilibrar (2) y a una herramienta equilibradora (32) para retirar el material del rotor.
16. Máquina equilibradora según la reivindicación 15, caracterizada porque el sistema de alimentación presenta tuberías de alimentación (31, 31') destinadas a conducir el fluido a todos los puntos de 45 alimentación.
17. Máquina equilibradora según la reivindicación 15, caracterizada porque el sistema de alimentación presenta al menos una tubería de alimentación móvil, cuyo orificio de salida puede moverse a diferentes puntos de alimentación.
18. Máquina equilibradora según la reivindicación 17, caracterizada porque la tubería de alimentación 50 móvil puede asociarse a uno o más planos de alojamiento para el rotor (6) y presenta uno o más planos de equilibrado (12 y 13) para el rotor (6).
19. Máquina equilibradora según una de las reivindicaciones de 15 a 18, caracterizada porque las tuberías de alimentación están adaptadas para conectarse y desconectarse en función del proceso de medición o equilibrado.