ES2303223T3 - Maquina con una lubricacion mejorada de los cojinetes. - Google Patents

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ES2303223T3 ES05706373T ES05706373T ES2303223T3 ES 2303223 T3 ES2303223 T3 ES 2303223T3 ES 05706373 T ES05706373 T ES 05706373T ES 05706373 T ES05706373 T ES 05706373T ES 2303223 T3 ES2303223 T3 ES 2303223T3
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Abstract

Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes, que consiste principalmente en una envuelta (2) y un rotor (5) que está previsto sobre un eje (6), previsto de manera giratoria en la envuelta (2) anteriormente mencionado por medio de cojinetes (7) lubricados con aceite, por lo que, dentro de la envuelta (2), los conductos (14) de lubricación están previstos para suministrar y descargar aceite a y desde los cojinetes (7), caracterizada porque está dotada de canales (21, 15) de refrigeración para suministrar y descargar un agente de refrigeración, canales (21, 15) de refrigeración que se abren enfrente del eje (6), en un lugar entre el rotor (5) y el cojinete (7) anteriormente mencionado y porque los canales (21, 15) de refrigeración anteriormente mencionados están conectados a los conductos (14) de lubricación anteriormente mencionados.

Description

Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes.
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La presente invención se refiere a una máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes.
Más en particular, la invención se refiere a una máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes, que consiste principalmente en una envuelta y un rotor que está previsto sobre un eje, previsto de manera giratoria en la envuelta anteriormente mencionada por medio de cojinetes lubricados con aceite.
Se conocen ya varios métodos para la lubricación de tales cojinetes, tales como una lubricación de baño de aceite, un sistema de circulación de aceite, una lubricación de inyección de aceite, el método de goteo de aceite, una lubricación de niebla de aceite y la llamada lubricación con el mínimo de aceite.
Dependiendo de la aplicación, se selecciona un método de lubricación específico, por lo que siempre es importante encontrar un equilibrio entre disponer, por una parte, de una cantidad suficiente de aceite para formar una película lubricante que garantice que no haya contacto entre los elementos rodantes y los anillos de cojinete y, por otra parte, que no se admita más aceite que el estrictamente necesario para evitar pérdidas adicionales por los cojinetes que, a su vez, producen también un aumento de la temperatura de los cojinetes.
Un problema que se produce, por ejemplo en el caso de compresores de tornillo, es que, debido al calor desarrollado en la compresión, el rotor se calienta y este calor del rotor en cuestión se disipa a través del eje de rotor y de los cojinetes de este eje de rotor al ambiente, por lo que como resultado los cojinetes se calientan.
Tal fenómeno también se produce con motores y generadores eléctricos, por lo que los cojinetes se calientan por las pérdidas de calor a través del eje de rotor.
Este calentamiento de los cojinetes conduce a un desgaste prematuro, más en particular de los elementos de rodamiento y de los anillos de cojinete de los cojinetes, puesto que el calentamiento tiene una influencia negativa en la viscosidad del aceite lubricante y esta viscosidad puede ser insuficiente para formar la película lubricante de manera suficiente.
Con el fin de evitar este problema, actualmente se dirige al cojinete una cantidad excesiva de aceite, por lo que este aceite sirve como líquido de refrigeración para el cojinete, como consecuencia de lo cual puede mantenerse la temperatura del cojinete dentro de los límites deseados.
Tal uso excesivo de aceite, sin embargo, no es ventajoso ya que se presentan posteriores pérdidas por los cojinetes adicionales, indeseadas, puesto que el aceite presente en el cojinete da vueltas y las pérdidas por los cojinetes resultan particularmente evidentes a altas velocidades de rotación, generando una eficacia menor del cojinete y, como consecuencia, de la máquina globalmente.
Este fenómeno se produce en particular en el caso de motores de alta velocidad, que son muy compactos, ya que el calor resultante de las pérdidas mecánicas y eléctricas en el eje del motor puede disiparse sólo a través de una superficie limitada.
Otra desventaja del calentamiento de los cojinetes es el hecho de que el alojamiento de cojinete debe hacerse normalmente de un material especial, que resista las altas temperaturas, lo que es costoso.
Cuando se usan cojinetes de bolas con un contacto angular, el problema de las pérdidas por los cojinetes aumenta adicionalmente, como consecuencia de la operación de bombeo de este tipo de cojinete.
El documento GB 595.346 describe una máquina en forma de turbina o compresor, dotada de un cojinete que está lubricado por medio de una niebla de aceite. Además, dicho documento GB 595.396 describe la presencia de un circuito de refrigeración independiente, que usa aire o gas para refrigerar el eje de la máquina.
Una desventaja de estas máquinas conocidas es que son complejas y requieren circuitos completamente independientes para la refrigeración del eje y la lubricación del cojinete. Además, la refrigeración por aire o gas será insuficiente para la refrigeración del eje y para producir un funcionamiento apropiado y una larga vida de la máquina.
Del documento US 6.579.078 se conoce un compresor centrífugo accionado por un motor de alta velocidad y que está montado sobre cojinetes en una envuelta, por lo que el aceite lubricante de los cojinetes deslizantes sirve también para la refrigeración de los cojinetes.
La idea básica del documento US 6.579.078 es dirigir el aceite refrigerado a través de los cojinetes deslizantes para refrigerar y lubricar los cojinetes y para además usar el aceite excesivo que pasa a través del cojinete para llevarlo hacia el eje y refrigerar así este último.
La excesiva lubricación de los cojinetes lleva a pérdidas por turbulencia adicionales y el aceite de refrigeración se caliente además en este cojinete, por lo que el eje que se riega con este aceite se refrigerará de manera menos eficaz.
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Sin embargo, estos métodos de refrigeración adicionales no son eficaces y requieren medidas adicionales, en este caso en forma de inyección de aire comprimido, para evitar que el aceite acabe en el espacio entre el rotor y el estator. La presente invención aspira a remediar una o varias de las desventajas mencionadas anteriormente y otras desventajas.
Con este fin, la invención se refiere una máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes, que consiste principalmente en una envuelta y un rotor previsto sobre un eje, que se prevé en la envuelta mencionada anteriormente de manera giratoria por medio de cojinetes lubricados con aceite, por lo que se prevén conductos de lubricación en la envuelta para suministrar y descargar aceite a y desde los cojinetes, y por lo que está dotada de canales de refrigeración para suministrar y descargar un agente de refrigeración, canales de refrigeración que se abren enfrente del eje, en un lugar entre el rotor y el cojinete mencionado anteriormente y por lo que los canales de refrigeración mencionados anteriormente están conectados a los conductos de lubricación mencionados anteriormente.
Una ventaja de la invención es que no debe enviarse una cantidad excesiva de aceite a los cojinetes para refrigerar los cojinetes, por lo que esta cantidad de aceite puede optimizarse para formar una película lubricante suficiente, de modo que las pérdidas por los cojinetes se reducen enormemente.
Otra ventaja es que, gracias a la inyección directa de un agente de refrigeración sobre el eje, el flujo de calor del rotor hacia el cojinete se interrumpe, y por tanto fluye un flujo de calor reducido hacia el cojinete y por tanto se prolonga también la vida del cojinete, ya que la viscosidad del aceite no se ve afectada por la temperatura del cojinete.
Una ventaja adicional de la menor temperatura del cojinete es que puede usarse un alojamiento de cojinete estándar para los cojinetes y, por tanto puede reducirse el precio de coste de los cojinetes.
Otra ventaja adicional de una máquina de este tipo según la invención es que el aceite lubricante sirve también como agente de refrigeración para el eje, lo que permite realizar la construcción de la máquina compacta, relativamente económica y sencilla ya que no requiere la presencia de circuitos independientes.
Según una característica preferida de la invención, el eje de rotor está dotado de una o varias ranuras, enfrente de los canales de refrigeración.
Esto proporciona la ventaja principal de que la superficie de contacto entre el agente de refrigeración y el eje aumenta, lo que mejora considerablemente la refrigeración del eje.
En una realización preferida, los canales de refrigeración mencionados anteriormente se extienden a través de una empaquetadura, que está dotada de bordes de sellado dirigidos hacia el eje a ambos lados de las ranuras mencionadas anteriormente.
Una ventaja de la misma es que no deben tomarse medidas adicionales para impedir que el aceite entre entre el rotor y el estator.
En la forma de realización más preferida, se prevé una barrera térmica también entre el lugar en el que se inyecta el líquido de refrigeración sobre el eje y el cojinete anteriormente mencionados, por lo que esta barrera térmica consiste en una capa de material que es un mal conductor del calor.
De esta forma, se minimiza el flujo de calor que pasa del eje a los cojinetes y se prolonga la vida de los cojinetes.
Si la máquina con lubricación mejorada de los cojinetes es un motor o un generador eléctrico, los canales de refrigeración se extienden en la tapa de cojinete que sella la envuelta y los cabezales de bobinado de las bobinas eléctricas están encerrados en un material conductor del calor, por ejemplo una pasta conductora del calor o epoxi o silicona, pulverizada alrededor de los cabezales y que está en contacto con la tapa de cojinete anteriormente mencionada.
Dotando la placa de cojinete de refrigeración, es posible también disipar calor procedente de los cabezales de bobinado en la dirección axial, lo que es esencial, por ejemplo, en el caso de los motores de imanes permanentes encerrados.
Para explicar mejor las características de la presente invención se describen, únicamente a modo de ejemplo, las siguientes formas de realización preferidas de una máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la invención, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 es una sección de una parte de una máquina en forma de motor eléctrico, dotada de una lubricación de los cojinetes según la técnica anterior;
Las figuras de 2 a 5 representan variantes de un motor, según la figura 1, con una lubricación mejorada de los cojinetes según la invención.
La figura 1 representa una parte de un motor 1 eléctrico, más en particular de un extremo axial de tal motor 1, que consiste principalmente en una envuelta 2 con una camisa 3, que está sellada en el extremo lejano representado por medio de una tapa de cojinete 4.
En la envuelta 2 anteriormente mencionada está previsto un rotor 5, previsto sobre un eje 6, dicho eje 6 se prevé en la envuelta 2 anteriormente mencionado de manera giratoria por medio de los cojinetes 7, que están previstos en el extremo lejano representado, en la tapa 4 de cojinete mencionada anteriormente.
Cada uno de los cojinetes 7 en este caso consiste en un anillo 8 interno y un anillo 9 externo, entre los que están situados elementos 10 de rodamiento, en este caso bolas.
Entre los cojinetes 7 está previsto un manguito 11 separador formado por dos anillos 12 y 13 concéntricos, cuyo anillo 12 interno está previsto sobre el eje 6 y el anillo 13 externo está previsto en la tapa 4 de cojinete.
En la tapa 4 de cojinete también están previstos conductos 14 de lubricación y canales 15 de refrigeración independientes, por lo que cada uno de los conductos 14 de lubricación anteriormente mencionados se abre a través de una abertura 16 en el anillo 13 externo anteriormente mencionado del manguito 11 separador y, enfrente del anillo 12 interno, en un espacio 17, que se extiende axialmente entre los cojinetes 7 anteriormente mencionados y que se extiende radialmente entre los anillos 12 y 13 concéntricos anteriormente mencionados del manguito 11
separador.
Alrededor del eje 6 está prevista una empaquetadura 18, dotada de una pared 19 lateral vertical contra la tapa 4 de cojinete anteriormente mencionada y que está dotada de dos bordes 20 de sellado dirigidos hacia el eje 6, que están conectados al eje 6 con una holgura muy reducida y que están situados a una distancia entre sí.
En la empaquetadura 18 anteriormente mencionada también están previstos canales 21, que se abren enfrente del eje 6, entre los bordes 20 de sellado anteriormente mencionados y en un lugar entre el rotor 5 y los cojinetes 7 anteriormente mencionados.
Los canales 15 de refrigeración anteriormente mencionados en la tapa 4 de cojinete están conectados sobre los canales 21 de la empaquetadura 18 y forman así un canal 15, 21 de refrigeración continuo único.
Entre los bordes 20 de sellado anteriormente mencionados están previstas ranuras 22 en el eje 6, enfrente de los canales 21 de la empaquetadura 18.
Los canales 21 de refrigeración anteriormente mencionados están preferiblemente dirigidos de manera tangencial sobre el eje 6, en su salida en el eje 6, según la dirección de rotación del eje 6.
Los conductos 14 de lubricación anteriormente mencionados forman parte de un circuito 23 de lubricación convencional, que está representado por medio de una línea discontinua en la figura y que está dotado de un depósito 24 con aceite lubricante y una bomba 25 hidráulica.
Los canales 15, 21 de refrigeración anteriormente mencionados forman parte, en este caso, de un circuito 26 de refrigeración que también comprende, aparte de una bomba 25 hidráulica y un depósito 24, un dispositivo 27 de refrigeración.
En la tapa 4 de cojinete está previsto un canal 28 en la parte inferior, que está conectado al espacio interior de la envuelta 2.
El funcionamiento de un motor 1 de este tipo con una lubricación mejorada de los cojinetes es muy sencillo y como sigue.
Cuando se excita el motor 1, está accionándose el rotor 5 y los cojinetes 7 del eje 6 de rotor se lubrican mediante el circuito 23 de lubricación, por lo que la bomba 25 aspira aceite lubricante desde el depósito 24 y lo dirige a través de los conductos 14 de lubricación y el espacio 17 entre los cojinetes 7, hacia los cojinetes 7.
Por tanto, la entrega del aceite lubricante puede ajustarse con gran precisión de modo que se forma una película lubricante hasta un grado
Cuando se enciende la bomba 25 en el circuito 26 de refrigeración, el aceite de refrigeración en este caso se aspira desde un depósito 24 y se inyecta a través de un dispositivo 27 de refrigeración y el primer canal 15, 21 de refrigeración sobre el eje 6, entre los bordes 20 de sellado.
El aceite de refrigeración se inyecta preferiblemente según el sentido de rotación del eje 6.
Las ranuras 22 que están previstas enfrente de los canales 21-15 de refrigeración en el eje 6 garantizan que la superficie de intercambio de calor entre el eje 6 y el aceite de refrigeración se amplía, y que la transferencia de calor desde el eje 6 al aceite de refrigeración aumente.
Por tanto, el aceite de refrigeración calentado se devuelve al depósito 24 a través de un segundo canal 21, 15 de refrigeración.
Gracias a la pequeña holgura entre el eje 6 y los bordes 20 de sellado, sólo una cantidad muy pequeña de aceite de refrigeración se escapará al espacio interno de la envuelta 2. La cantidad limitada de aceite de refrigeración que se escapa a este espacio se descarga a través del canal 28 en la tapa 4 de cojinete.
Puesto que el aceite lubricante sirve únicamente para lubricar y no para refrigerar los cojinetes 7, la entrega de aceite lubricante puede restringirse, de modo que se reducen enormemente las pérdidas por los cojinetes y se restringe la temperatura en los cojinetes 7, por lo que se prolonga también la vida de los cojinetes 7.
También es posible usar otro agente de refrigeración, diferente del aceite de refrigeración para refrigerar el eje 6, tal como agua o un gas de refrigeración.
La figura 2 representa una variante de un motor 1, con una lubricación mejorada de los cojinetes según la presente invención, por lo que los canales 15 de refrigeración en la tapa 4 de cojinete están conectados a los conductos 14 de lubricación.
Aquí está previsto solo un circuito 29 hidráulico, a través del cual se transporta el aceite. Además, el funcionamiento es análogo a la realización anterior.
La figura 3 representa una variante de la figura 2 por lo que, en este caso, el eje 6 entre la parte refrigerada del eje 6 y los cojinetes 7 está dotado de un puente 30 térmico, por lo que el eje 6 está constituido por varias partes, concretamente por partes 31 montadas sobre cojinetes y partes 32 no montadas sobre cojinetes, por lo que el puente 30 térmico está formado por un anillo 33 constituido por un material térmicamente aislante, por ejemplo un material cerámico, que está previsto entre partes 31 y 32 montadas sobre cojinetes y no montadas sobre cojinetes, anteriormente mencionadas.
El anillo 33, constituido por material térmicamente aislante, garantiza que el flujo de calor desde el rotor 5 a través del eje 6 hacia los cojinetes 7 se detenga, parcialmente o no, de modo que la temperatura en los cojinetes 7 se restringe y la entrega de aceite a través de los cojinetes 7 puede reducirse por tanto y se impiden las pérdidas por los
cojinetes.
La figura 4 representa una variante de la realización según la figura 3 por lo que, en este caso, el puente 30 térmico está formado por un casquillo 34 constituido por un material térmicamente aislante que está previsto entre el eje 6 y el cojinete 7.
También en este caso, el flujo de calor desde el eje 6 a los cojinetes 7 está restringido gracias a la presencia del casquillo 34 aislante.
La figura 5 representa otra realización de un motor 1, con una lubricación mejorada de los cojinetes según la invención.
En esta realización, comparado con la figura 2, están previstos dos canales 35 de refrigeración adicionales en la tapa 4 de cojinete, que están conectados con un espacio 36 de refrigeración anular en la tapa 4 de cojinete mencionada anteriormente. Estos canales 35 de refrigeración adicionales de la tapa 4 de cojinete pueden, por ejemplo, también estar conectados con los conductos 14 de lubricación y con los canales 15 de refrigeración.
En el ejemplo dado, el motor 1 es un motor eléctrico con bobinas 37 eléctricas, cuyos cabezales 38 de bobinado están rodeados por un material 39 conductor de calor y eléctricamente aislante en los extremos lejanos, por ejemplo una pasta conductora de calor, que se ha pulverizado alrededor de los cabezales 38 de bobinado mencionados anteriormente para rellenar el espacio entre los cabezales 38 de bobinado y la envuelta 2, por lo que este material en particular está en contacto con la tapa 4 de cojinete.
El calor de las bobinas 37 eléctricas, en este caso, se transmite a la envuelta 2 a través de los cabezales 38 de bobinado y el material 39 conductor de calor.
A través de los canales 35 adicionales de refrigeración y del espacio 36 de refrigeración anular encerrado se dirige un fluido de refrigeración que refrigera la envuelta 2, especialmente la tapa 4 de cojinete y en particular los cabezales 38 de bobinado.
El agente de refrigeración que se dirige a través de los canales 35 de refrigeración adicionales garantiza la disipación de calor axial desde la tapa 4 de cojinete y en particular desde los cabezales 38 de bobinado, por lo que esta disipación de calor es, o puede ser, complementaria a la refrigeración por camisa radial convencional del motor o generador.
Los canales 35 de refrigeración adicionales garantizan también que el calor procedente de los cojinetes 7, que fluye a través de la conducción térmica a la tapa 4 de cojinete, se disipe por medio del agente de refrigeración en los canales 35 de refrigeración adicionales, por lo que la refrigeración directa de los cojinetes 7 por medio del aceite lubricante puede excluirse y como consecuencia, se reducen las pérdidas por los cojinetes.
Queda claro que es posible usar como fluido de refrigeración dirigido a través de los canales 35 de refrigeración adicionales un aceite de refrigeración, agua o cualquier otro líquido de refrigeración adecuado, pero que puede usarse también gas para refrigerar las tapas 4 de cojinetes.
Naturalmente, no se excluye aplicar una combinación de las características anteriormente mencionadas para obtener una óptima refrigeración de los cojinetes 7, y para poder limitar la entrega de aceite lubricante a través de los cojinetes 7 al mínimo que se exige para formar una película lubricante de manera suficiente.
Además, la presente invención no sólo puede aplicarse a motores 1 eléctricos, sino que puede aplicarse también a cualquier otra máquina dotada de uno o varios cojinetes 7 lubricados con aceite, tales como por ejemplo generadores y compresores.
La presente invención no está limitada a las realizaciones dadas a modo de ejemplo y representadas en los dibujos adjuntos; por el contrario, tal máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la invención puede hacerse de cualquier forma y dimensión mientras continúe estando dentro del alcance de la invención.
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Referencias mencionadas en la descripción
Esta lista de referencias mencionadas por el solicitante es sólo para comodidad del lector. No forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el máximo cuidado al compilar las referencias, no pueden excluirse posibles errores u omisiones y la OPE niega cualquier responsabilidad al respecto.
Documentos de patente mencionados en la descripción
\bullet GB 595346 A [0013]
\bullet US 6579078 B [0016]
\bullet GB 595396 A [0013]

Claims (14)

1. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes, que consiste principalmente en una envuelta (2) y un rotor (5) que está previsto sobre un eje (6), previsto de manera giratoria en la envuelta (2) anteriormente mencionado por medio de cojinetes (7) lubricados con aceite, por lo que, dentro de la envuelta (2), los conductos (14) de lubricación están previstos para suministrar y descargar aceite a y desde los cojinetes (7), caracterizada porque está dotada de canales (21, 15) de refrigeración para suministrar y descargar un agente de refrigeración, canales (21, 15) de refrigeración que se abren enfrente del eje (6), en un lugar entre el rotor (5) y el cojinete (7) anteriormente mencionado y porque los canales (21, 15) de refrigeración anteriormente mencionados están conectados a los conductos (14) de lubricación anteriormente mencionados.
2. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 1, caracterizada porque el rotor (5) sobre el lugar anteriormente mencionado opuesto a los canales (21, 15) de refrigeración está dotado de una o varias ranuras (22).
3. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 2, caracterizada porque los canales (21, 15) de refrigeración se extienden a través de una empaquetadura (18), prevista a ambos lados de las ranuras (22) anteriormente mencionadas de bordes (20) de sellado dirigidos hacia el eje (6).
4. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 3, caracterizada porque la holgura entre los bordes (20) de sellado anteriormente mencionados y el eje (6) es muy pequeña.
5. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 3, caracterizada porque los canales (21, 15) de refrigeración anteriormente mencionados se abren entre los bordes (20) de sellado anteriormente mencionados.
6. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 5, caracterizada porque los canales (21, 15) de refrigeración anteriormente mencionados están dirigidos tangencialmente hacia el eje (6) en su salida en el eje (6).
7. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 6, caracterizada porque los canales (21, 15) de refrigeración están orientados de modo que inyectan el agente de refrigeración según el sentido de rotación del eje (6).
8. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 1, caracterizada porque el eje (6) está dotado de un puente (30) térmico entre la parte refrigerada y el cojinete.
9. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 8, caracterizada porque el eje (6) está constituido por varias partes, concretamente partes (31) montadas sobre cojinetes y partes (32) no montadas sobre cojinetes, por lo que el puente (30) térmico está formado por un anillo (33) reconstituido por un material aislante térmicamente, que está previsto entre las partes (31 y 32) mencionadas anteriormente montadas sobre cojinetes y no montadas sobre cojinetes.
10. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 8, caracterizada porque el puente (30) térmico está formado por un casquillo (34) constituido por un material térmicamente aislante, que está previsto entre el eje (6) y el cojinete (7).
11. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 1, caracterizada porque los conductos (14) de lubricación y los canales (21, 15) de refrigeración están previstos en una tapa (4) de cojinete que forma parte de la envuelta (2).
12. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 11, caracterizada porque la tapa (4) de cojinete mencionada anteriormente está dotada de una refrigeración.
13. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 12, caracterizada porque los conductos (14) de lubricación, los canales (21, 15) de refrigeración del eje (6) y los canales (35) de refrigeración de la tapa (4) de cojinete están conectados entre sí.
14. Máquina con una lubricación mejorada de los cojinetes según la reivindicación 11, caracterizada porque, en el caso de que la máquina sea un motor (1) eléctrico o generador, los cabezales (38) de bobinado de las bobinas (37) eléctricas están encerrados en un material (39) conductor de calor que está en contacto con la tapa (4) de cojinete anteriormente mencionada.
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