ES2244465T3 - Soporte de cilindros y rodillos con la ayuda de cojinetes de gas. - Google Patents

Abstract

Cojinete de gas para una utilización en cilindros (11) y rodillos que tiene un eje (19) y una parte envolvente giratoria (14) sostenida mediante cojinetes en el eje, presentando dicho cojinete una parte interna (17) fijada al eje (19) y una parte externa (15) fijada a la envolvente (14), con un espacio entre la parte interna y la parte externa, espacio dentro del cual un gas, utilizado para la lubricación, se suministra a través de toberas (20) o de un material poroso, caracterizado porque la parte interna (17) fijada en la superficie externa del eje (19) del cilindro o del rodillo, está compuesta por manguitos o segmentos desmontables separados que forman un anillo interior (17), porque la parte externa, que gira alrededor del anillo interior y que tiene una superficie interna cilíndrica o estando compuesta por segmentos cilíndricos, forma un anillo exterior (15) y porque el anillo interior y el anillo exterior (17, 15) están fijados, mediante juntas flexibles o articuladas (18), al eje (19) y a la envolvente giratoria (14) de tal manera que permiten al anillo interior y al anillo exterior (17, 15) adaptase a un eje común de rotación formado por el eje (19) y la envolvente (14).

Description

Soporte de cilindros y rodillos con la ayuda de cojinetes de gas.

La presente invención se refiere a la aplicación de cojinetes de gas para soporte de cilindros y rodillos, en particular en máquinas utilizadas en la industria de procesos.

Actualmente la mayor parte de las máquinas giratorias, utilizadas en la industria de procesos, están provistas de cojinetes deslizantes o de rodillos. Estos cojinetes funcionan de manera fiable en muchas circunstancias. Sin embargo, plantean un problema de lubricación, porque si cualquier lubricante puede introducirse en el producto final, tal como papel o productos alimenticios, esto sería un perjuicio. Por lo tanto, necesitan una supervisión constante de su condición y mantenimiento para garantizar que los procesos no serán interrumpidos. Son fiables y duraderos si se utilizan de forma adecuada. Este requisito se suele cumplir lubricándolos convenientemente y asegurando un suministro continuo y sin perturbaciones de lubricante a los cojinetes. Con frecuencia, esto requiere lubricación con circulación de aceite y cierres de aceite adecuados, puesto que, de no ser así, el agua, el polvo, la alta temperatura, la suciedad, etc. producidas por los procesos pueden destruir los cojinetes, que de no ser así funcionarían correctamente. De manera análoga, una solución de lubricación de fácil utilización y diseño adecuado puede ser no utilizable en un entorno de máquina de papel, por ejemplo, en cojinetes de rodillos diseñados para los cilindros extendedores, que no funcionan cuando la carga que se les aplica es demasiado baja. Esto puede resultar, por ejemplo, en una interrupción de proceso de fabricación de papel. Por lo tanto, se están realizando esfuerzos para encontrar nuevas soluciones que serían de uso más fiable en condiciones de procesos difíciles.

Los cojinetes de gas proporcionan una solución que funciona adecuadamente en condiciones de alta temperatura y suciedad y en otras circunstancias difíciles. Las propiedades de un lubricante gaseoso incluyen la estabilidad y la inmunidad a la formación de incrustaciones. Cuando se emplea un lubricante gaseoso, el gas puede hacerse salir hacia el entorno de trabajo sin causar ninguna suciedad de los productos de los procesos. Dichos entornos de procesos son, por ejemplo, las industrias de alimentos, productos textiles, productos farmacéuticos y papel, donde se requiere que no se permita la penetración de ningún lubricante en el producto final. Otra ventaja evidente es la estabilidad y la disponibilidad de un lubricante gaseoso. Por ejemplo, en circunstancias que indican una alta temperatura y radiación, muchos otros lubricantes pierden sus propiedades de lubricación originales. La disponibilidad es también una cuestión importante con respecto a los lubricantes en condiciones extremas. El aire está disponible como un lubricante de calidad uniforme incluso en condiciones de procesos difíciles, en cantidades casi ilimitadas y a un coste relativamente bajo.

En cuanto al rendimiento, el empleo de gas como lubricante, en comparación con, por ejemplo, aceite, posibilitar tener superficies de objetos girando a muy alta velocidad una respecto a la otra.

Esto es así porque el gas tiene una viscosidad notablemente más baja que el aceite. La viscosidad del lubricante determina el rozamiento entre las superficies de deslizamiento así como el calor producido, que suele limitar la velocidad de rotación de dos cuerpos entre sí. Por lo tanto, utilizando aire se consiguen velocidades de rotación considerablemente más altas en comparación con las soluciones que utilizan cojinetes de deslizamiento.

Además, los sistemas de lubricación cerrados de los cojinetes deslizantes y de rodillos han de protegerse contra la penetración de suciedad procedente del exterior. En los cojinetes de gas, el gas que fluye fuera del huelgo del cojinete mantiene limpias las superficies del cojinete. Utilizando cojinetes de gas, es posible aumentar la fiabilidad de los cojinetes de cilindros y reducir el rozamiento en los cojinetes. De forma análoga, el número de cierres se puede reducir puesto que no es necesario hacer circular el lubricante y el lubricante usado se puede hacer salir al entorno de trabajo sin causar ninguna suciedad en el proceso.

En los cojinetes de gas, una capa de gas delgada separa las superficies que se desplazan una contra otra, de modo que no existe ningún contacto entre las superficies como ocurre en los cojinetes de bolas o de rodillos. Existen dos tipos principales de cojinetes de gas, el cojinete de gas aerodinámico, en el que la presión del gas en la película lubricante, que transporta la carga, se desarrolla por el propio cojinete y el cojinete de gas aerostático, en el que la presión del gas en la película lubricante, que transporta la carga, se desarrolla utilizando una fuente de presión exterior. Esta fuente suele establecerse utilizando un compresor. Además, existe un cojinete de gas híbrido que es una combinación de estos dos tipos. En el caso de un cojinete de gas aerostático, el gas presurizado se suministra continuamente desde una fuente exterior al cojinete. El gas fluye desde pequeños orificios capilares o desde un material poroso hacia el huelgo del cojinete, descargándose a lo largo de los bordes del cuerpo hacia el aire ambiente. Con dicho cojinete, se consigue fácilmente una capacidad de soporte deseada variando la presión de las fuentes del gas en el margen de 1 a 20 bares.

En los cojinetes de gas se puede establecer un soporte del eje utilizando un rodamiento radial cilíndrico con un cojinete de empuje axial, un cojinete cónico, un rodamiento de Yates o un cojinete esférico.

Las Figuras 1 y 2 ilustran el principio de funcionamiento de un cojinete de gas axial tal como se utiliza, por ejemplo, en una máquina de fabricación de papel, presentando la Figura 1 una situación sin carga y la Figura 2 una situación con carga. Un cilindro en la máquina de fabricación de papel comprende un eje de rotación suave 1, que está provisto de un cojinete que soporta la fuerza que actúa como una carga sobre el cojinete. El cojinete tiene una carcasa 2 en la que se suministra el gas lubricante. Desde la carcasa, el gas se hace pasar a través del orificio de estrangulamiento 3 en el huelgo del cojinete 4. La Figura 2 muestra, además, una fuerza hacia abajo (F)5 que desvía el eje desde su posición equilibrada, una fuerza antagonista 6 (cojín neumático) que actúa contra la carga 5 producida por la película de gas y un huelgo de cojinete reducido 7 por debajo del eje 1. Los orificios de estrangulamiento 3 son muy pequeños, incluso de un diámetro interior a 0,1 mm, y los huelgos 4 entre las superficies de deslizamiento son del orden de magnitud de 0,01 mm.

En un cojinete de gas sin carga (Figura 1), el eje está en una posición equilibrada con respecto a las superficies superior e inferior y su cojín neumático es igual en las superficies superior e inferior.

Cuando se aplica una carga a un eje 1 montado con cojinetes de gas (Figura 2), el eje 1 se desvía con respecto a la posición central, lo que lleva a un aumento de la presión en la parte inferior del cojinete, produciendo una fuerza antagonista (-F) 6 que transporta la carga F. El huelgo del cojinete 4, en el lado superior, se incrementa en estas circunstancias y se reduce la presión en la superficie superior del cojinete, con lo que se reduce también la fuerza que actúa sobre el eje 1 desde arriba. Debido a la reducción de la fuerza que actúa sobre el lado superior y el incremento de la fuerza sobre el lado inferior, el eje tiende, de nuevo, a volver a una posición equilibrada, según se ilustra en la Figura 1. Una vez que el eje 1 ha encontrado la posición equilibrada, los huelgos del cojinete 4, en los lados superior e inferior, son de nuevo iguales y el cojinete de gas está en condición de equilibrio. Para que el cojinete de gas funcione de forma adecuada, los orificios de estrangulamiento del gas 3 en los lados superior e inferior deben ser del tamaño correcto. Si los orificios de estrangulamiento 3 son demasiado grandes, entonces el gas que fluye hacia el huelgo del cojinete no puede salir del huelgo con rapidez suficiente y esta circunstancia reduce, de nuevo, la carga sobre la superficie de apoyo superior. El orificio de estrangulamiento 3 ha de ser suficientemente pequeño para permitir que el gas que transporta la carga pueda salir del huelgo del cojinete estrecho. Además, el tamaño de los orificios de estrangulamiento del gas 3 ha de ser correcto respecto a la carga, velocidad de rotación del cojinete, etc.

Un inconveniente con los cojinetes de gas actuales es la complejidad de su instalación.

El objeto de la invención es conseguir un sistema de cojinete de gas en el que los cojinetes estén constituidos por manguitos o segmentos desmontables separados y varios elementos del cojinete se pueden fabricar seleccionando la tolerancia y estabilizados y en el que los cojinetes de gas se pueden fabricar y montar sobre un eje recto o curvado como una unidad acabada independiente sobre el mismo principio que los cojinetes de rodillos.

El sistema de cojinetes de gas de la invención se caracteriza, por lo tanto, porque la parte interna montada en la superficie exterior del eje del cilindro o rodillo consiste en manguitos o segmentos desmontables separados que forman un anillo interior, porque la parte exterior que gira alrededor del anillo interior, y que tiene una superficie interna cilíndrica o está constituido por segmentos cilíndricos forma un anillo exterior y porque los anillos interior y exterior están unidos mediante juntas flexibles o articuladas al eje y la envolvente de rotación, de modo que permitan que los anillos interior y exterior se adapten a un eje de rotación común formado por el eje y la envol-
vente.

Con la disposición de cojinetes de gas de la invención, es posible conseguir un alto nivel de precisión en la fabricación así como ahorros de costes. Además, utilizando una solución de cojinete que esté separada del eje y del cilindro, la instalación del cojinete y del cilindro se pueden facilitar en gran manera. Es más fácil fabricar un cojinete de gas como un componente separado, por ejemplo, para un cilindro en una máquina de fabricación de papel o un recubridor fuera de máquina, que directamente sobre el eje o cuerpo del cilindro. Además, utilizando una superficie de deslizamiento cilíndrica, provista de cojinetes de gas en un eje de cilindro separado, se facilita la fabricación de cilindros giratorios.

En el caso de numerosos cilindros utilizados en la fabricación del papel, si el cojinete de gas está hecho de componentes separados, será preferible implantar el equilibrado y montaje de cada componente del cilindro por separado y poner finalmente la estructura equilibrada junta en un conjunto de cilindro único. Dichas aplicaciones son cilindros extensores, cilindros seccionales, cilindros de recuperación de salida y otros cilindros utilizados en la fabricación del papel.

A continuación, la invención se describirá con detalle con la ayuda de un ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos en donde:

la Figura 1 ilustra el principio de funcionamiento de un cojinete de gas axial cuando está sin carga, la Figura 2 ilustra el principio de funcionamiento de un cojinete de gas axial cuando sostiene una carga, la Figura 3 presenta un cilindro extendedor curvado, la Figura 4 ilustra la estructura de un segmento de cilindro individual de un cilindro extendedor según se ilustra en la Figura 3, según la invención, y la Figura 5 muestra cómo se pueden conectar entre sí los cojinetes de gas.

La Figura 3 presenta un cilindro extendedor curvado 11 de una máquina de fabricación de papel. Comprende un eje curvado fijo 12 con segmentos de cilindro giratorios 13 montados en el eje con cojinetes, formando dichos segmentos una envolvente del cilindro. Los segmentos del cilindro son soportados por cojinetes de gas según se ilustra en la Figura 4. Estos cojinetes tienen una estructura modular de modo que se puedan fabricar y montar en el eje como una unidad acabada independiente.

Los cojinetes comprenden un anillo exterior 15 montado dentro de la envolvente cilíndrica 14 del segmento de cilindro y girando juntos, teniendo dicho anillo exterior una sección transversal casi rectangular y comprendiendo una superficie interna cilíndrica, bordes rectos en los lados y una ranura estrecha en la parte media contra la envolvente 14 y un anillo interior 17 sujeto a un eje hueco estacionario constituido por un cilindro 19 sujeto por sus extremos, comprendiendo dicho anillo interior una base colocada contra el cilindro 19 y bordes laterales rectos, de modo que el anillo exterior se pueda instalar, en parte, dentro del anillo interior 17. Entre los anillos exterior e interior, existe un huelgo de cojinete estrecho 16, que suele ser inferior a 0,1 mm.

El cojinete consiste en segmentos o manguitos desmontables separados, de modo que dichos segmentos o manguitos desmontables separados, conectados a la superficie exterior del eje del cilindro 19, formen el anillo interior 17 y que el anillo exterior 15, que gira alrededor del anillo interior, tenga una superficie interna cilíndrica o esté constituido por segmentos cilíndricos.

Para permitir que las superficies de los cojinetes se adapten a los cambios dimensionales con respecto al eje de rotación, la unión ha de ser flexible y de adaptación automática. Con dicha estructura, es posible compensar la desalineación del eje y del cojinete. El anillo exterior 15 se sujeta por sus bordes a la envolvente 14 del segmento de cilindro y el anillo interior 17 se sujeta por sus bordes al eje 19 mediante elementos de sujeción flexibles o articulados 18 que permiten la oscilación de los anillos interior y exterior 15, 17.

El aire utilizado para lubricación se hace pasar al cojinete desde el interior del eje a través de orificios 21 provistos en el cilindro 19, a través de los cuales el aire fluye hacia el huelgo del cojinete a través de las toberas de gas 20 situadas en la parte media del anillo interior 17. Desde el huelgo del cojinete 16, el aire sale fuera del cojinete a través de los intersticios entre los bordes de los anillos interior y exterior.

El cojinete de gas según la invención se fabrica como un componente separado y luego se monta con elementos de sujeción 18, por ejemplo, sobre un rodillo extendedor, según se ilustra en la Figura 3. Cada componente del cilindro está equilibrado y montado por separado y la estructura equilibrada se pone finalmente junta para formar un conjunto de cilindro único.

La Figura 5 ilustra cómo dos cojinetes de gas 22, según la invención, se pueden unir entre sí mediante elementos de sujeción flexibles (18).

Resulta evidente para los expertos en esta materia que la invención no está restringida al ejemplo anteriormente descrito, sino que se puede variar dentro del alcance de las reivindicaciones presentadas a continuación.

Claims (6)

1. Cojinete de gas para una utilización en cilindros (11) y rodillos que tiene un eje (19) y una parte envolvente giratoria (14) sostenida mediante cojinetes en el eje, presentando dicho cojinete una parte interna (17) fijada al eje (19) y una parte externa (15) fijada a la envolvente (14), con un espacio entre la parte interna y la parte externa, espacio dentro del cual un gas, utilizado para la lubricación, se suministra a través de toberas (20) o de un material poroso, caracterizado porque la parte interna (17) fijada en la superficie externa del eje (19) del cilindro o del rodillo, está compuesta por manguitos o segmentos desmontables separados que forman un anillo interior (17), porque la parte externa, que gira alrededor del anillo interior y que tiene una superficie interna cilíndrica o estando compuesta por segmentos cilíndricos, forma un anillo exterior (15) y porque el anillo interior y el anillo exterior (17, 15) están fijados, mediante juntas flexibles o articuladas (18), al eje (19) y a la envolvente giratoria (14) de tal manera que permiten al anillo interior y al anillo exterior (17, 15) adaptase a un eje común de rotación formado por el eje (19) y la envolvente (14).

2. Cojinete de gas según la reivindicación 1, caracterizado porque el gas utilizado para la lubricación pasa desde el eje (19) al espacio de cojinete, a través de la superficie interna del anillo interior (17), mediante toberas (20) de gas insertadas en el anillo interior (17), después de lo cual el gas fluye fuera del cojinete a través de intersticios entre los bordes del anillo interior y del anillo exterior.

3. Cojinete de gas según la reivindicación 1, caracterizado porque el anillo exterior (15) posee bordes laterales, porque el anillo interior (17) comprende una base colocada contra el eje (19) y bordes laterales y porque el anillo exterior puede ser, al menos en parte, insertado dentro del anillo interior (17).

4. Sistema de cojinete de gas según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cojinete se emplea para realizar los rodamientos de un rodillo extensor de una máquina de papel y de máquinas de acabado.

5. Sistema de cojinete de gas según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 3, caracterizado porque la estructura se emplea para realizar los rodamientos de un cilindro transversal de una máquina de papel y de máquinas de acabado.

6. Sistema de cojinete de gas según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 3, caracterizado porque la estructura se emplea para realizar los rodamientos del cilindro de salida de una máquina de papel y de máquinas de acabado.