ES2985181T3

ES2985181T3 - Rotor

Info

Publication number: ES2985181T3
Application number: ES20767554T
Authority: ES
Inventors: Jens Jørren Sørensen; Gorm Rosenberg
Original assignee: Rockwool AS
Current assignee: Rockwool AS
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2024-11-04
Anticipated expiration: 2040-09-09
Also published as: US12479753B2; JP2022547177A; CN118954940A; JP7556946B2; DK4028368T3; US20220340474A1; CA3149054A1; CN114761366B; JP2024178236A; PL4028368T3; WO2021048178A1; EP4028368B1; CN114761366A; US20260042696A1; HRP20240536T1; EP4028368A1

Abstract

Un rotor para un aparato de fibrización que comprende una carcasa de rotor; un primer y un segundo conjunto de cojinetes, en donde cada conjunto de cojinetes comprende al menos dos cojinetes de bolas, cada uno asentado en un respectivo asiento de cojinete; un eje sustancialmente horizontal montado de forma giratoria entre el primer conjunto de cojinetes y el segundo conjunto de cojinetes; caracterizado por una pluralidad de amortiguadores elásticos dispuestos en un anillo anular, en donde cada amortiguador elástico está conectado de forma liberable en un primer extremo al asiento de cojinete y está conectado de forma liberable en un segundo extremo a la pared interior de la carcasa del rotor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Rotor

La presente invención se refiere a un rotor mejorado y, en particular, se refiere a un rotor para un aparato de obtención de fibras para su uso en la fabricación de fibras vítreas artificiales (MMVF), y a un método de fabricación de fibras vítreas artificiales (MMVF).

Los dispositivos de hilatura, conocidos como aparatos de obtención de fibras o hiladoras (en cascada), se utilizan para la fabricación de MMVF para producir material aislante; por ejemplo, proporcionar material aislante acústico o térmico a partir de una masa fundida mineral de piedra o roca o una escoria o masa fundida de vidrio. El aparato de obtención de fibras tiene un conjunto de rotores para hilar el material fundido o lava sobre una rueda de hilatura para producir un producto aislante similar a una banda. La piedra fundida o lava (“ la masa fundida” ) se lanza sucesivamente desde un primer rotor a los rotores restantes del conjunto y las fibras se expulsan de cada rueda a medida que cada uno de los rotores gira. Las fibras se recogen y se llevan lejos del conjunto de rotores para la fabricación de productos de aislamiento, tales como productos de aislamiento de lana de roca.

Los rotores dentro de las hiladoras funcionan a una velocidad muy alta. El control de la alta velocidad y la alta fuerza de aceleración de la hiladora controla las características físicas y de rendimiento de las fibras y, por lo tanto, el aislamiento que se produce. Se ha hallado que al aumentar la velocidad y aceleración del dispositivo de hilatura, las fibras hiladas pueden hacerse más delgadas y más blandas con propiedades de aislamiento térmico mejoradas y altamente deseables. Se ha hallado que la conducción en la fibra hilada es menor si la fibra es más delgada y se mantiene más aire dentro de un producto de aislamiento si está constituido por fibras más delgadas.

Las hiladoras conocidas funcionan a velocidades y aceleraciones altas de aproximadamente 150 km/s2 para lograr las fibras muy delgadas requeridas para buenas propiedades de aislamiento térmico. Cada rueda de rotor comprende un árbol giratorio suspendido entre cojinetes en cada uno de un extremo de accionamiento (DE) y un extremo sin accionamiento (NDE). El NDE y el DE del rotor no son equidistantes de los extremos respectivos del árbol porque el árbol en el NDE pasa más allá del rotor hasta la rueda sobre la que se dirige el material fundido. El NDE del árbol sobresale efectivamente de los cojinetes y se ha hallado que el NDE del rotor tiene la carga más alta. La vibración de la mecánica del rotor en el DE y el NDE durante la hilatura provoca un desgaste significativo en los cojinetes asentados en cada extremo del rotor y un desgaste en cualquier amortiguador colocado entre la carcasa de rotor y el cuerpo de la hiladora. Los dispositivos conocidos usan amortiguadores posicionados entre la carcasa de rotor y el cuerpo de la hiladora para reducir las vibraciones que pasan de un rotor a otros rotores en el conjunto.

Se conoce el uso de resortes como medios de absorción de vibraciones. El documento US 2.556.317 describe un conjunto de cojinete para una centrífuga con resortes de compresión radial o elementos de amortiguamiento de caucho dispuestos radialmente entre el elemento de cojinete y el bastidor estacionario de la máquina. El documento WO 2014/000799 describe un elemento amortiguador de resorte para un compresor eléctrico/generador de turbina. El elemento de amortiguador es un anillo de acero de resorte con rebajes en los que se reciben resortes de ballesta para ejercer una fuerza radial.

Sin embargo, la escala y las velocidades de hilatura del aparato de obtención de fibras ejercen una carga muy alta en los cojinetes utilizados y, por lo tanto, requieren que se reemplacen con frecuencia los cojinetes desgastados. Normalmente, una hiladora de cuatro ruedas con la que se usa el rotor de la presente invención produce 5-6 toneladas de lana de roca por hora, de manera que cualquier reducción en el “ tiempo de inactividad” debido al mantenimiento aumenta significativamente el volumen de producto que puede producirse.

Cada uno de los rotores en las hiladoras de obtención de fibras se dispone alrededor de un eje sustancialmente horizontal, de modo que existe una contribución al desgaste en los cojinetes del rotor debido a que la gravedad contribuye a un desequilibrio, lo que conduce a un desgaste variable en los cojinetes. También se ha hallado que un desequilibrio en las fuerzas ejercidas sobre cada rotor es provocado por la masa fundida que se expulsa sobre la rueda del rotor. Cualquier desgaste irregular de la mecánica del rotor o desgaste de la superficie externa del conjunto del rotor sobre el cual se dirige el material fundido, agrava el desequilibrio. Un ejemplo es la acumulación de una capa de masa fundida solidificada en el rotor, denominada “ revestimiento de congelación” , que puede ser irregular y puede desprenderse en zonas dando lugar a un desequilibrio. Debido a una combinación de estos factores, los cojinetes utilizados dentro de las hiladoras existentes se desgastan mucho más rápidamente de lo deseado, lo que requiere que la hiladora salga de la producción para el mantenimiento. Por lo tanto, existe una necesidad significativa de mejorar la configuración y la dinámica del rotor para aumentar el tiempo medio entre fallos.

La presente invención se establece para proporcionar un rotor mejorado para un aparato de obtención de fibras, que aborda los problemas descritos anteriormente asociados con desequilibrios y altas fuerzas de giro que provocan desgaste en los cojinetes de los rotores.

En un primer aspecto, la invención proporciona un rotor para un aparato de obtención de fibras que comprende una carcasa de rotor; un primer y segundo conjunto de cojinete, en donde cada conjunto de cojinete comprende al menos dos cojinetes de bolas, cada uno asentado en un asiento de cojinete respectivo; un árbol sustancialmente horizontal montado de manera giratoria entre el primer conjunto de cojinete y el segundo conjunto de cojinete; y una pluralidad de amortiguadores elásticos dispuestos en un anillo anular, en donde cada amortiguador elástico está conectado de manera liberable en un primer extremo al asiento de cojinete y conectado de manera liberable en un segundo extremo a la pared interior de la carcasa de rotor.

Se entiende que en el contexto de la presente invención “ rotor” se entiende que se refiere a un conjunto giratorio; se entiende que “ árbol” se refiere a una varilla giratoria cilíndrica larga usada para transferir potencia de giro; “ amortiguador” se entiende que es un dispositivo para inhibir o absorber vibraciones y la “ pared interior” de la carcasa de rotor se entiende que es la pared orientada hacia el árbol del rotor.

Preferiblemente, cada amortiguador elástico es un tronco; más preferiblemente, cada amortiguador elástico es troncocónico.

La presente invención reduce el desgaste en los cojinetes de manera que el rotor pueda soportar las altas velocidades y cargas significativas ejercidas por la hiladora. La disposición anular de una pluralidad de amortiguadores elásticos es particularmente adecuada para los desequilibrios que se producen en las hiladoras de alta velocidad de la presente invención. La presente invención es una mejora significativa sobre las soluciones conocidas utilizadas en las turbinas. Por ejemplo, los resortes o amortiguadores elásticos en forma de anillo no protegen suficientemente los cojinetes para lograr el tiempo medio mejorado entre fallos logrado por la presente invención. La suspensión “blanda” de la presente invención aumenta significativamente el tiempo medio entre fallos de los cojinetes/rotor y, por lo tanto, mejora la eficiencia de un aparato de obtención de fibras al reducir el tiempo de mantenimiento. La conexión liberable del amortiguador elástico al asiento de cojinete y a la pared interior de la carcasa de rotor es tal que los amortiguadores funcionan tanto en compresión como en tensión para ofrecer un aumento significativo en el tiempo medio antes del fallo de los cojinetes. La presente invención evita cualquier posible problema con la frecuencia natural de los amortiguadores y evita cualquier pérdida de efecto que pueda producirse cuando se usan resortes; por ejemplo, si un resorte pierde contacto en un extremo.

Se ha hallado que el uso de una pluralidad de amortiguadores troncocónicos puede reducir significativamente la carga sobre los cojinetes incluso cuando la velocidad del rotor se acerca a velocidades supercríticas para los cojinetes. A modo de ejemplo, la prueba a 13500 RPM con y sin la suspensión blanda de la presente invención mostró una reducción en la carga dinámica de 2760 N a 192 N.

Una pluralidad de amortiguadores troncocónicos minimiza el desgaste interno de los cojinetes al proporcionar una absorción mejorada de las vibraciones generadas por la alta velocidad/alta aceleración y desequilibrios del rotor de hilatura. De manera efectiva, cada amortiguador está posicionado y conformado para proporcionar un material más elástico donde más se necesita para resistir tanto las cargas estáticas como dinámicas ejercidas sobre el conjunto de cojinete. Se ha demostrado que un amortiguador de tipo tronco, cónico o troncocónico soporta mejor tanto cargas estáticas como dinámicas en las suspensiones de cojinetes. Cuando el árbol se hace girar a alta velocidad, cualquier desequilibrio que se produzca; por ejemplo, cuando se vierte la masa fundida o las fibras se expulsan, es absorbido por un amortiguador(es) elástico(s) que se expande(n) o se contrae(n) según la fuerza ejercida sobre el conjunto de cojinete. La solución de la presente invención es particularmente adecuada para su uso con un aparato de obtención de fibras y se ha configurado cuidadosamente para optimizar el volumen y la rigidez del caucho que se dispone en el anillo anular para extender la vida útil de los cojinetes. Se ha hallado que la elección óptima es maximizar el volumen de caucho dentro de las restricciones de la hiladora, mientras se hace la suspensión lo más “ blanda” posible.

Opcionalmente, cada amortiguador elástico es cilíndrico. Alternativamente, cada amortiguador elástico es un tronco de una pirámide; sin embargo, preferiblemente cada amortiguador elástico es rotacionalmente simétrico.

La facilidad de montaje de los amortiguadores en un asiento de cojinete de una hiladora se mejora mediante los amortiguadores que tienen simetría de giro; es decir, el amortiguador es rotacionalmente simétrico alrededor de su eje central.

Preferiblemente, el rotor comprende una pluralidad de amortiguadores elásticos troncocónicos que forman un anillo anular entre el asiento de cojinete y la pared interior de la carcasa de rotor.

Preferiblemente, el rotor comprende una pluralidad de amortiguadores elásticos troncocónicos en donde cada amortiguador tiene un diámetro mayor en la pared interior de la carcasa de rotor y un diámetro menor en el asiento del cojinete.

Preferiblemente, cada amortiguador comprende un tornillo roscado para la conexión liberable al asiento de cojinete y/o cada amortiguador comprende una abertura roscada para la conexión liberable con un tornillo a través de la carcasa de rotor.

Preferiblemente, la carcasa de rotor comprende además al menos un tornillo roscado que puede recibirse mediante una abertura roscada en un amortiguador.

La conexión liberable de cada amortiguador permite una sustitución rápida y conveniente para mejorar la eficiencia del mantenimiento del rotor.

Preferiblemente, la carcasa de rotor tiene un grosor de pared mayor en la base de la carcasa de rotor que en la superficie superior de la carcasa de rotor.

Preferiblemente, la carcasa de rotor tiene un grosor de pared de base aumentado y un grosor de pared superior disminuido en el que el grosor de pared de base aumenta entre aproximadamente 2 mm y aproximadamente 3 mm y el grosor de pared superior de la carcasa de rotor se reduce de manera correspondiente; más preferiblemente, la carcasa de rotor tiene un grosor de pared de base que aumenta entre aproximadamente 2,2 mm y aproximadamente 2,7 mm y el grosor de pared superior de la carcasa de rotor se reduce de manera correspondiente; lo más preferiblemente, la carcasa de rotor tiene un grosor de pared de base que aumenta en aproximadamente 2,5 mm y un grosor de pared superior de la carcasa de rotor que se reduce en aproximadamente 2,5 mm cuando se compara con un grosor de pared convencional de la carcasa de rotor.

Preferiblemente, el asiento de cojinete es sustancialmente cilíndrico, y la carcasa de rotor es sustancialmente cilíndrica, en donde el eje central del asiento de cojinete está desplazado del eje central de la carcasa de rotor.

Se entiende que “grosor de pared base” se refiere al grosor de la pared de carcasa de rotor en la zona más cercana al suelo en uso. El “grosor de pared superior” se refiere al grosor de la pared de carcasa de rotor en la zona más alejada del suelo en uso.

Preferiblemente, el perfil interno de la carcasa de rotor es asimétrico.

Se ha hallado que un mayor grosor de pared en la base de la carcasa de rotor levanta eficazmente la rueda para compensar el efecto sobresaliente, es decir, el efecto de la gravedad sobre la rueda sobresaliente, y así reduce los posibles problemas en el procedimiento de hilatura ajustando el rotor a la posición deseada. Por ejemplo, surgen posibles problemas cuando diversas instalaciones auxiliares no están alineadas con la rueda, por ejemplo, boquillas de aire o boquillas de suministro de aglutinante.

Preferiblemente, el espacio entre el asiento de cojinete anular y la superficie interior de la carcasa de rotor está entre aproximadamente 10 mm y aproximadamente 18 mm; más preferiblemente, entre aproximadamente 12 mm y aproximadamente 16 mm; lo más preferiblemente, aproximadamente 14 mm.

Se ha hallado que al aumentar el espacio entre el asiento de cojinete anular y la cara interior de la carcasa de rotor, el riesgo de fallo debido a los desechos/escoria que quedan alojados entre el asiento de cojinete anular y la superficie interior de la carcasa de rotor se reduce significativamente. Si los desechos/escoria se alojan dentro del espacio, la suspensión ya no puede moverse, y el cojinete se daña. La disposición de la presente invención asegura que se elimina esta causa de fallo.

Preferiblemente, la altura de cada amortiguador está entre aproximadamente 20 mm y aproximadamente 30 mm; más preferiblemente, la altura de cada amortiguador está entre aproximadamente 22 mm y aproximadamente 27 mm; lo más preferiblemente, la altura de cada amortiguador es de aproximadamente 25 mm.

Preferiblemente, la cara exterior de cada amortiguador tiene un diámetro de entre aproximadamente 18 mm y aproximadamente 22 mm; más preferiblemente, la cara exterior de cada amortiguador tiene un diámetro de entre aproximadamente 19 mm y aproximadamente 21 mm; lo más preferiblemente, la cara exterior de cada amortiguador tiene un diámetro de aproximadamente 20 mm.

Se entiende que la cara “exterior” del amortiguador se refiere a la cara adyacente a la carcasa de rotor.

Preferiblemente, la cara interior de cada amortiguador tiene un diámetro de entre aproximadamente 25 mm y aproximadamente 29 mm; más preferiblemente, la cara interior de cada amortiguador tiene un diámetro de entre aproximadamente 26 mm y aproximadamente 28 mm; lo más preferiblemente, la cara interior de cada amortiguador tiene un diámetro de aproximadamente 27 mm.

Se entiende que la cara “ interior” del amortiguador se refiere a la cara adyacente al asiento de cojinete

Preferiblemente, el volumen total de cada amortiguador está entre aproximadamente 35.000 mm3 y aproximadamente 45.000 mm3; más preferiblemente, el volumen total de cada amortiguador está entre aproximadamente 39.000 mm3 y aproximadamente 44.000 mm3; lo más preferiblemente, el volumen total de cada amortiguador es de aproximadamente 43.000 mm3.

Preferiblemente, el amortiguador o cada amortiguador es un amortiguador de caucho.

Opcionalmente, el amortiguador o cada amortiguador es un amortiguador de silicona.

Preferiblemente, el amortiguador o cada amortiguador es un amortiguador de neopreno.

Preferiblemente, el amortiguador o cada amortiguador tiene una dureza Shore A de entre 40 y 60; más preferiblemente, el amortiguador o cada amortiguador tiene una dureza Shore A de aproximadamente 55.

Preferiblemente, la rigidez del anillo del amortiguador está entre aproximadamente 5.105 N/m y 106 N/m; más preferiblemente, la rigidez del anillo del amortiguador es menor o igual a 106 N/m.

Se entiende que “ rigidez del anillo del amortiguador” es la rigidez total del número total de amortiguadores dispuestos de manera anular.

Se ha hallado que si la rigidez del anillo del amortiguador es demasiado baja, esto hará que la rueda cuelgue en mayor medida de lo deseable, mientras que si la rigidez del anillo del amortiguador es demasiado alta, la vida útil de los cojinetes se reducirá. Además, si la rigidez del anillo del amortiguador es demasiado baja, esto puede provocar daños porque el rotor se mueve más de lo deseable y existe un movimiento significativo en relación con el acoplamiento a un motor o contacto entre partes. Optimizando la rigidez del anillo del amortiguador, la vibración y los desequilibrios en el rotor pueden compensarse con precisión para reducir el desgaste en los cojinetes y aumentar la vida útil del/de los rotor(es). Las pruebas rigurosas han demostrado que un mayor volumen de caucho más blando funciona más eficazmente que un volumen menor de caucho más rígido. La rigidez del anillo del amortiguador de la presente invención se ha optimizado a una velocidad de giro de trabajo de entre aproximadamente 4000 RPM y 13000 RPM. Se entiende que la vida útil del cojinete es cuánto tiempo puede esperar un usuario que el cojinete de bolas dure en condiciones de funcionamiento convencionales, que se ha hallado que depende de la cantidad de carga de cojinetes y se calcula en número de revoluciones, de modo que el tiempo por revolución y el porcentaje de tiempo que el cojinete está en revolución continua se usan para determinar la vida útil del cojinete.

Preferiblemente, el primer conjunto de cojinete está en un extremo sin accionamiento del rotor y comprende entre 10 y 24 amortiguadores; más preferiblemente, el primer conjunto de cojinete está en un extremo sin accionamiento del rotor y comprende 20 amortiguadores. Preferiblemente, el segundo conjunto de cojinete está en un extremo con accionamiento del rotor y comprende entre 10 y 24 amortiguadores; más preferiblemente, el segundo conjunto de cojinete está en un extremo de accionamiento del rotor y comprende 18 amortiguadores.

El volumen de caucho en la suspensión “blanda” de la presente invención y el número de amortiguadores se ha seleccionado cuidadosamente para resistir el desgaste. Para todos los tamaños de rotor, se utiliza un número óptimo de amortiguadores de caucho para proporcionar la vida útil requerida mientras se garantiza que se compensan los desequilibrios.

Preferiblemente, el rotor comprende entre aproximadamente 10 y aproximadamente 24 amortiguadores troncocónicos dispuestos de manera anular. Más preferiblemente, el rotor comprende entre aproximadamente 10 y aproximadamente 24 amortiguadores troncocónicos dispuestos de manera anular equidistantes entre sí alrededor de un conjunto de cojinete sustancialmente anular.

Preferiblemente, el cojinete o cada cojinete es un cojinete de bolas; más preferiblemente, un cojinete de bolas de contacto angular.

Preferiblemente, el cojinete o cada cojinete es un cojinete de bolas angular híbrido que tiene un revestimiento de acero y bolas hechas de material cerámico.

Preferiblemente, el diámetro interior del cojinete de bolas o de cada cojinete de bolas está entre aproximadamente 40 mm y aproximadamente 80 mm; más preferiblemente, el diámetro del cojinete de bolas o de cada cojinete de bolas está entre aproximadamente 60 mm y aproximadamente 70 mm; lo más preferiblemente, el diámetro del cojinete de bolas o de cada cojinete de bolas es de aproximadamente 70 mm.

Un diámetro pequeño aumenta la vida útil del cojinete, pero un diámetro demasiado pequeño es problemático en vista del ajuste de la rueda sobre el árbol (las caras de contacto en el árbol se harán demasiado pequeñas).

Preferiblemente, el conjunto de cojinete comprende dos cojinetes de bolas de contacto angular dispuestos separados.

Preferiblemente, la distancia entre los dos cojinetes de contacto angular está entre aproximadamente 10 mm y aproximadamente 30 mm; más preferiblemente, la distancia entre los dos cojinetes de contacto angular está entre aproximadamente 15 mm y aproximadamente 25 mm; lo más preferiblemente, la distancia entre los dos cojinetes de contacto angular es de aproximadamente 20 mm.

Preferiblemente, el ángulo de contacto de cada cojinete de bolas de contacto angular es de aproximadamente 15°.

Preferiblemente, el conjunto de cojinete comprende dos cojinetes de bolas angulares, cada uno separado por un anillo separador axial interior y un anillo separador axial exterior.

Se ha hallado que existe una diferencia de temperatura significativa entre el árbol del rotor y el asiento de cojinete cuando el rotor está en uso. Cuando el árbol está frío, tendrá un diámetro menor y un ángulo de presión mayor con respecto a la dirección de presión en el cojinete. Cuando el árbol está caliente, se expandirá hasta un diámetro mayor y el ángulo de presión en el cojinete se reducirá. La configuración del conjunto de cojinete para comprender un anillo separador axial interior y un anillo separador axial exterior permite la diferencia de temperatura esperada de modo que los cojinetes de bolas no “traqueteen” o tengan demasiada presión ejercida sobre ellos, pero estén en la posición deseada.

Preferiblemente, la anchura del anillo separador exterior es menor que la anchura del anillo espaciador interior. Preferiblemente, la anchura del anillo separador exterior está entre aproximadamente 10 pm y aproximadamente 70 pm menor que la anchura del anillo separador interior; más preferiblemente, la anchura del anillo separador exterior es de aproximadamente 16 pm menor que la anchura del anillo separador interior.

Preferiblemente, el anillo separador o cada anillo separador es de acero.

Preferiblemente, el árbol es sustancialmente cilindrico.

Preferiblemente, el diámetro en sección transversal exterior del árbol está entre aproximadamente 80 mm y aproximadamente 120 mm; más preferiblemente, aproximadamente 100 mm.

El diámetro del árbol de la presente invención es un compromiso debido a que el diámetro creciente hará que el árbol sea más rígido, influyendo de ese modo positivamente en el comportamiento dinámico del sistema, pero influyendo negativamente en el peso y el coste. Si el diámetro se elige a 30 mm para el presente sistema, la flexibilidad del árbol significará que el árbol gira a una velocidad crítica a 12.000 RPM y se dobla de manera crítica. Preferiblemente, la relación entre el diámetro del árbol (Dárbol) y la longitud del árbol (Lárbol) se define como: Dárbol(Lárbol)S0,12*Lárbol- 32 mm para un intervalo de longitudes de árbol entre aproximadamente 101 mm y aproximadamente 1325 mm y para un intervalo de diámetros de árbol mayores o iguales a 20 mm y para una rigidez del asiento (rigidez del anillo del amortiguador) inferior o igual a 3*106 N/m.

Al aumentar el diámetro de la sección transversal, también denominado “grosor” del árbol, las vibraciones generadas por el árbol cuando gira se reducen significativamente. Al reducir la vibración, se reduce el desgaste en las partes móviles y el desequilibrio del dispositivo, de modo que se aumenta el tiempo medio entre fallos.

Preferiblemente, la longitud del eje entre un punto central del primer conjunto de cojinete y un punto central del segundo conjunto de cojinete está entre aproximadamente 530 mm y aproximadamente 590 mm; más preferiblemente, aproximadamente 590 mm.

Preferiblemente, la longitud total del árbol está entre aproximadamente 800 mm y aproximadamente 1200 mm; preferiblemente aproximadamente 1000 mm.

Preferiblemente, el árbol es de acero.

Preferiblemente, el peso del asiento de cojinete o de cada asiento de cojinete está entre aproximadamente 1,5 kg y aproximadamente 3,5 kg; preferiblemente, entre aproximadamente 2 kg y aproximadamente 3 kg; más preferiblemente, el peso de cada asiento de cojinete es de aproximadamente 3 kg.

Se ha hallado que reducir la masa del asiento de cojinete reduce las vibraciones y, por lo tanto, el desgaste en los cojinetes de tal manera que aumenta la vida útil y el tiempo medio entre fallos de los cojinetes.

Preferiblemente, el asiento de cojinete es un anillo anular que tiene una pluralidad de rebajes sustancialmente cilíndricos, cada uno para recibir un amortiguador, preferiblemente un amortiguador troncocónico. Opcionalmente, el asiento de cojinete es un anillo anular que tiene una pluralidad de rebajes cilíndricos truncados, cada uno para recibir un amortiguador, preferiblemente un amortiguador troncocónico.

Al minimizar el peso del asiento de cojinete, se reduce la carga sobre los cojinetes. La forma y la configuración del asiento de cojinete sujetan de forma segura los amortiguadores, al tiempo que permiten una fácil extracción de los amortiguadores para el mantenimiento y para acceder a los cojinetes de bolas.

Preferiblemente, la velocidad de giro máxima del rotor es de aproximadamente 13.000 RPM.

Preferiblemente, la velocidad de giro del rotor está entre aproximadamente 6.000 RPM y aproximadamente 13.000 RPM. Preferiblemente, el rotor comprende además un sistema de enfriamiento.

Preferiblemente, el sistema de enfriamiento comprende al menos una entrada de fluido y al menos una salida de fluido con al menos un canal entre ellos que pasa a través de al menos un asiento de cojinete del rotor.

El sistema de enfriamiento de la presente invención permite que el cambio de temperatura (AT) entre los asientos de cojinete sea sustancialmente constante. Por lo tanto, la temperatura de los cojinetes de bolas puede reducirse. El sistema de enfriamiento también asegura que la temperatura del/de los amortiguador(es) de caucho se mantenga baja, de modo que la temperatura máxima se mantenga a aproximadamente 50-60 0C.

Preferiblemente, el rotor se enfría con agua.

Preferiblemente, el rotor comprende además un sistema de flujo de aire.

Preferiblemente, el rotor comprende además un sistema de purga de flujo de aire.

La presente invención funciona dentro de un entorno duro y los cojinetes están relativamente expuestos debido al diseño de carcasa abierta. Se ha hallado que el flujo de aire a través del sistema puede usarse para eliminar residuos y contaminantes no deseados de alrededor del cojinete o cada cojinete para reducir el desgaste desigual de los cojinetes y optimizar el rendimiento del rotor.

Preferiblemente, cada rotor está dotado de un medio de accionamiento.

Preferiblemente, la carcasa de rotor es sustancialmente cilíndrica.

Más preferiblemente, la carcasa de rotor es sustancialmente cilíndrica comprendiendo dos partes de acoplamiento. Preferiblemente, las dos partes de acoplamiento son sustancialmente simétricas. Más preferiblemente, la carcasa de rotor comprende dos cubiertas semicilíndricas. Preferiblemente, las dos cubiertas semicilíndricas se acoplan entre sí para formar la carcasa sustancialmente cilíndrica. Preferiblemente, cada cubierta tiene la forma de una mitad longitudinal de un cilindro. Al proporcionar una carcasa abierta, que puede abrirse fácil y convenientemente, el tiempo y la complejidad del mantenimiento se reducen de modo que el “ tiempo de inactividad” cuando el dispositivo no está operativo por motivos de mantenimiento también se reduce.

En un aspecto adicional, la invención proporciona un aparato de obtención de fibras que comprende un conjunto de al menos tres rotores tal como se describen en la presente memoria, cada rotor montado para girar alrededor de un eje sustancialmente horizontal diferente y dispuesto de manera que, cuando los rotores están girando, la masa fundida vertida en la periferia del primer rotor en el conjunto se expulsa sucesivamente sobre la periferia de cada uno de los rotores posteriores y las fibras se expulsan de los rotores.

Preferiblemente, el aparato de obtención de fibras comprende un conjunto de cuatro rotores tal como se describe en la presente memoria.

Preferiblemente, cada rotor posterior está dimensionado de manera que pueda dar una mayor aceleración que el rotor anterior en el conjunto.

Preferiblemente, cada rotor está unido a una rueda.

Preferiblemente, un primer rotor está unido a una primera rueda que tiene un diámetro de aproximadamente 184 mm, en donde la primera rueda puede hacerse girar entre aproximadamente 5.000 RPM y aproximadamente 6.000 RPM con un campo de aceleración de entre aproximadamente 25 km/s2 y aproximadamente 36 km/s2. Preferiblemente, un segundo rotor está unido a una segunda rueda que tiene un diámetro de aproximadamente 234 mm, en donde la segunda rueda puede hacerse girar entre aproximadamente 6.000 RPM y aproximadamente 13.000 RPM con un campo de aceleración de entre aproximadamente 46 km/s2 y aproximadamente 217 km/s2. Preferiblemente, un tercer rotor está unido a una tercera rueda que tiene un diámetro de aproximadamente 314 mm, en donde la tercera rueda puede hacerse girar entre aproximadamente 6.000 RPM y aproximadamente 13.000 RPM con un campo de aceleración de entre aproximadamente 62 km/s2 y aproximadamente 291 km/s2.

Preferiblemente, un cuarto rotor está unido a una cuarta rueda que tiene un diámetro de aproximadamente 332 mm, en donde la cuarta rueda puede hacerse girar entre aproximadamente 6.000 RPM y aproximadamente 13.000 RPM con un campo de aceleración de entre aproximadamente 65 km/s2 y aproximadamente 308 km/s2.

Preferiblemente, el aparato de obtención de fibras comprende además un colector; más preferiblemente, que comprende una cámara para recoger las fibras del rotor o de cada rotor y llevarlas lejos del conjunto de rotores.

Preferiblemente, el aparato de obtención de fibras comprende además al menos un sensor de temperatura; opcionalmente, que comprende un termopar.

En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un método de fabricación de fibras vítreas artificiales (MMVF) que comprende:

proporcionar un aparato de obtención de fibras que comprende un conjunto de al menos tres rotores tal como se describe en la presente memoria, montado cada uno para el giro alrededor de un eje sustancialmente horizontal diferente, en donde cada rotor tiene un medio de accionamiento;

hacer girar los rotores;

proporcionar una masa fundida mineral para la formación de fibras vítreas artificiales (MMVF) en donde la masa fundida se vierte sobre la periferia del primer rotor;

recoger las fibras formadas.

Con fines de claridad y una descripción concisa, las características se describen en la presente memoria como parte de las mismas realizaciones o independientes; sin embargo, se apreciará que el alcance de la invención puede incluir realizaciones que tengan combinaciones de todas o algunas de las características descritas.

La invención se explicará ahora a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: -La Figura 1 es una vista en sección transversal longitudinal de un rotor según la presente invención;

la Figura 2 es una vista en perspectiva de una hiladora de posición derecha que comprende cuatro rotores según la presente invención, mostrada sin la carcasa de hiladora;

la Figura 3 es una vista en perspectiva de un conjunto de cojinete en el extremo sin accionamiento (NDE) del rotor de la Figura 1;

la Figura 4a es una vista en perspectiva del asiento de cojinete del conjunto de cojinete del rotor según la presente invención sin los amortiguadores mostrados;

la Figura 4b es una vista en perspectiva de una sección del asiento de cojinete mostrado en la Figura 4a;

la Figura 5a es una vista en sección transversal a través de un amortiguador troncocónico mostrado en el conjunto de cojinete de la Figura 3;

la Figura 5b es una vista en perspectiva de una sección transversal del amortiguador troncocónico de la Figura 5a; la Figura 5c es una vista en perspectiva del amortiguador de las Figuras 5a y 5b;

la Figura 6a es una vista en perspectiva de una realización alternativa de un conjunto de cojinete en el extremo sin accionamiento (NDE) de un rotor según la presente invención;

la Figura 6b es una vista en perspectiva de una sección del asiento de cojinete mostrado en la Figura 6a;

la Figura 7 es una vista en sección transversal a través de un conjunto de cojinete en el extremo sin accionamiento (NDE) del rotor que muestra el mayor espacio entre el conjunto de cojinete y la carcasa de rotor;

la Figura 8a es una vista en perspectiva del rotor de la presente invención que muestra la mitad de la carcasa de rotor retirada;

la Figura 8b es una vista en planta del NDE de la carcasa de rotor, el asiento de cojinete y los amortiguadores de la presente invención;

las Figuras 9a, 9b y 9c son vistas esquemáticas en sección transversal (no a escala) a través de un par de cojinetes de bolas de contacto angular en el rotor de la presente invención, que ejemplifican la reducción preferida en las precargas de cojinete debido a diferencias de temperatura, en donde la Figura 9b muestra el árbol cuando está frío y la Figura 9c muestra el árbol cuando está caliente;

la Figura 10 es una vista en perspectiva externa del rotor de la presente invención que muestra los sistemas de enfriamiento y purga de aire;

la Figura 11 es una vista en sección transversal del asiento de cojinete en el DE que muestra un laberinto de grasa; la Figura 12 es una vista frontal de la hiladora de posición derecha de la presente invención que muestra los cuatro rotores con ruedas montadas; y

la Figura 13 es una vista trasera de una superficie en 5D y un gráfico de contorno del rotor 4 que simula la vida útil del asiento de cojinete en el NDE variando el diámetro del árbol, la masa del asiento, la longitud del árbol y la rigidez del caucho del asiento (rigidez del anillo del amortiguador) a una velocidad máxima del rotor de 13000 RPM;

la Figura 14 muestra una vista desde arriba de la superficie en 5D y el gráfico de contorno de la Figura 13, que muestra la masa del asiento (Masiento kg), diámetro del árbol de la sección media (Dárbol mm), longitud del árbol entre centros de asiento (Lárbol mm) y rigidez del caucho del asiento (Kasiento N/m); y

la Figura 15 muestra un gráfico en 5D y de contorno del rotor 4 que simula el desplazamiento del asiento en el NDE (Axasiento nde) a una velocidad máxima del rotor de 13.000 RPM.

Con referencia a la Figura 1, se muestra una sección transversal longitudinal del rotor 1, con el árbol 2 posicionado longitudinalmente entre un extremo de accionamiento (DE) 3 y un extremo sin accionamiento (NDE) 4 del rotor 1 para que sea sustancialmente horizontal. El árbol 2 es un árbol de acero cilíndrico hueco con un diámetro exterior de aproximadamente 100 mm y un diámetro del asiento de cojinete de aproximadamente 70 mm. En realizaciones alternativas, el diámetro exterior del árbol está entre aproximadamente 100 mm y aproximadamente 120 mm y el diámetro del asiento de cojinete está entre aproximadamente 50 mm y aproximadamente 100 mm. La longitud del árbol 2 entre un punto central del cojinete en el DE 3 y un punto central del cojinete en el NDE 4 está entre aproximadamente 530 mm y 590 mm. Para la realización mostrada, la longitud del árbol 2 es de aproximadamente 590 mm. En el NDE 4, el árbol 2 “sobresale” más allá del primer conjunto de cojinete 5 y la longitud total del árbol 2 es de aproximadamente 955 mm. Un segundo conjunto de cojinete 6 está posicionado en el DE 3. El conjunto de cojinete 5, 6 para el NDE 4 y el DE 3 son idénticos (excepto por detalles menores como el suministro de agua de enfriamiento a la rueda), pero el conjunto de cojinete 5 en el NDE 4 se describe con más detalle con respecto a las Figuras 3 a 5. El primer y el segundo conjunto de cojinete 5, 6 se colocan cada uno adyacente a una suspensión “blanda” , actuando las suspensiones blandas primera y segunda respectivas independientemente entre sí. El NDE 4 puede comprender más de un conjunto de cojinete 5, lo que aumentará la vida útil a medida que se reduce la carga estática en cada conjunto de cojinete 5.

Con referencia a la Figura 2, se muestra una vista en perspectiva de los cuatro rotores de una hiladora de posición derecha sin el cuerpo de hiladora; se muestran un primer rotor 1a, un segundo rotor 1b, un tercer rotor 1c y un cuarto rotor 1d. La posición derecha se refiere a la posición del cuarto rotor 1d a la derecha. Una variante (no mostrada) es una hiladora de posición izquierda, que es una imagen especular de la hiladora de posición derecha mostrada en la Figura 2, pero con el cuarto rotor 1d colocado a la izquierda. El primer rotor 1a tiene una velocidad máxima de 6000 RPM y está conectado a un primer motor 30a. El segundo rotor 1 b tiene un intervalo de velocidad máxima de entre 6000-13000 RPM y está conectado a un segundo motor 30b. El tercer rotor 1 c tiene un intervalo de velocidad máxima de entre 6000-13000 RPM y está conectado a un tercer motor 30c. El cuarto rotor 1d tiene un intervalo de velocidad máxima de entre 6000 13000 RPM y está conectado a un cuarto motor 30d. Se muestran las ruedas 13b, 13c, 13d unidas respectivamente al segundo, tercer y cuarto rotores. Cada motor 30a, 30b, 30c, 30d y el árbol de motor respectivo están fijados en el cuerpo de la hiladora. El árbol 2 de rotor, mostrado en la Figura 1, está montado de manera flexible en el interior de la carcasa de rotor 12, que también está fijada. Un acoplamiento de lámina flexible 32 conecta los árboles de cada extremo de accionamiento de motor y el extremo de accionamiento de cada rotor y permite cierta desalineación radial. Sin embargo, la desalineación radial máxima permitida del presente acoplamiento es de 1,3 mm. Por lo tanto, el acoplamiento pone una restricción en el desplazamiento permitido del árbol 2 en el DE 3. Con referencia a la Figura 8a, hay conexiones adicionales entre los motores 30a, 30b, 30c, 30d y los rotores 1, 1b, 1c, 1d para alimentar y enfriar la hiladora.

Con referencia a las Figuras 3, 4a y 4b, el conjunto de cojinete 5 se muestra con más detalle y comprende dos cojinetes de bolas 7 que se mantienen dentro de un asiento de cojinete anular 8. El asiento de cojinete 8 tiene un cuerpo de acero inoxidable mostrado en la Figura 4a y la Figura 4b que tiene una pluralidad de rebajes 9a separados por igual alrededor de su superficie exterior con asientos de amortiguador 9b equidistantes entre sí. Con referencia a la Figura 4b, cada asiento de amortiguador 9b tiene un orificio roscado 9c en el que se fija un amortiguador 11. Como se muestra en la Figura 4b, los rebajes 9a son rebajes cilíndricos truncados. El asiento de cojinete 8 tiene una masa muy baja de 3 kg con el mínimo de material para soportar los componentes contenidos por el asiento de cojinete 8. El asiento de cojinete 8 también comprende un anillo de laberinto de aluminio 10 para reducir la masa de asiento.

Con referencia a la Figura 3 y la Figura 4a, cada asiento de amortiguador 9b soporta un extremo de un amortiguador troncocónico 11, que sobresale del asiento de cojinete 9b y del asiento de cojinete 8. Como se muestra en las Figuras 5a, 5b y 5c, los amortiguadores 11 son troncocónicos con un tornillo de metal roscado 11a en una primera cara de extremo interior o extremo de derivación más pequeño. La cara de extremo interior tiene un diámetro de aproximadamente 20 mm. Hay un inserto de metal 11b adicional en la segunda cara de extremo exterior o extremo de orificio, que tiene una abertura roscada central 11 c parcialmente en el amortiguador de caucho 11. La cara de extremo exterior tiene un diámetro de aproximadamente 27 mm y la longitud del amortiguador 11 es de aproximadamente 25 mm. Con referencia a las Figuras 3 y 4b, el amortiguador 11 está conectado al asiento de cojinete 8 mediante una conexión de tornillo, por lo que el tornillo roscado 11a del amortiguador 11 se acopla a un orificio roscado 9c en el asiento de cojinete 8. De manera similar, la cara de extremo exterior del amortiguador 11 está dotada de la abertura roscada 11c para su acoplamiento con un tornillo o perno roscado para conectar el amortiguador 11 a la carcasa de rotor (no mostrada). Los amortiguadores 11 están hechos de caucho de neopreno con una dureza Shore A de aproximadamente 55 y una rigidez del anillo del amortiguador de aproximadamente 106 N/m. Se entiende que, aunque la realización mostrada es para un conjunto de cojinete/suspensión en el NDE 4, la rigidez del anillo del amortiguador de aproximadamente 106 N/m es sustancialmente similar en el DE 3. En realizaciones alternativas, los amortiguadores son cilíndricos, pero en la realización preferida mostrada en la Figura 3, para el rotor 4, hay veinte amortiguadores troncocónicos 11 separados equidistantes entre sí alrededor del asiento de cojinete 8. Cada amortiguador 11 no toca el amortiguador 11 adyacente en la disposición anular. La realización mostrada en la Figura 3 es para el cuarto rotor de un aparato de obtención de fibras que tiene cuatro rotores. En realizaciones alternativas, como se muestra en la Figura 6a, el rotor tiene entre aproximadamente doce y aproximadamente veintidós amortiguadores troncocónicos 11’ equidistantes entre sí.

La Figura 6a y la Figura 6b muestran una realización alternativa del primer conjunto de cojinete 5’ y un asiento de cojinete 8’ para el tercer y cuarto rotores que tienen doce amortiguadores sustancialmente cilindricos 11 separados equidistantes entre sí alrededor del asiento de cojinete 8', teniendo cada amortiguador 11 una dureza Shore A de aproximadamente 55 y una rigidez del anillo del amortiguador de aproximadamente 106 N/m. El amortiguador 11 está conectado al asiento de cojinete 8’ mediante una conexión de tornillo, en el que un tornillo roscado del amortiguador 11 se acopla a un orificio roscado en el asiento de cojinete 8’. De manera similar, el otro extremo del amortiguador 11 está dotado de una abertura roscada para acoplarse con un perno para conectar el amortiguador 11 a la carcasa de rotor. El asiento de cojinete 8’ comprende además un anillo interior de acero de cojinete de bolas 8’ y un anillo de laberinto de aluminio 10’, que se usa para reducir la masa del asiento.

Con referencia a las Figuras 1,2 y 7, los amortiguadores 11 se posicionan entre el asiento de cojinete 8 y la carcasa de rotor 12 para formar un anillo de cojinete anular. Como se muestra en la Figura 7, la carcasa de rotor 12 de la presente invención tiene un espacio de aproximadamente 14 mm entre el conjunto de cojinete 5 y la superficie interior de la carcasa 12, tanto en el NDE 4 como en el DE (no mostrado). En uso, el rotor 1 estaría unido a una rueda de acero de alta resistencia en una posición 13 a lo largo del árbol 2 del primer conjunto de cojinete 5 en el NDE 4. Con referencia a la Figura 2, la rueda 13a, 13b, 13c, 13d se coloca en un primer extremo del árbol 2 y el extremo opuesto está conectado a un motor de alta velocidad 30a, 30b, 30c, 30d mediante un acoplamiento flexible. Hay un espacio relativamente estrecho entre las ruedas 13a, 13b, 13c, 13d. Para el ejemplo de cuarto rotor mostrado en la Figura 1, la rueda es sustancialmente cilíndrica con un peso de aproximadamente 50 kg, un diámetro de aproximadamente 332 mm, un grosor de pared exterior de aproximadamente 25 mm y un grosor de pared lateral de aproximadamente 15 mm. Se entiende que la pared exterior de la rueda es una superficie curva y las paredes laterales son circulares y sustancialmente perpendiculares a la longitud del árbol 2. Con referencia a la Figura 2; normalmente, el diámetro de rueda de la rueda 3 es de aproximadamente 314 mm con una masa de aproximadamente 50 kg. Para una realización preferida del cuarto rotor, la rueda es de aproximadamente 47 mm desde la línea central del conjunto de cojinete en el NDE 5 y gira entre aproximadamente 6000 RPM y aproximadamente 13000 RPM. La carcasa de rotor 12 soporta los cojinetes y cubre la parte media del árbol 2. Sin embargo, para facilitar la comprensión de la invención, la rueda no se muestra en la Figura 1.

Con referencia a las Figuras 2 y 8a, cada carcasa de rotor 12 comprende dos partes de acoplamiento simétricas, cada una de las cuales es una cubierta semicilíndrica, de manera que cuando las dos partes se acoplan se forma una carcasa sustancialmente cilíndrica 12. Cada mitad de la carcasa de rotor 12 se sujeta en la mitad adyacente de la carcasa mediante tornillos 33. La Figura 8a también muestra los tornillos 11d que sujetan cada amortiguador (no mostrado) a la carcasa de rotor. La carcasa de rotor 12 comprende además soportes 35 que soportan tuberías y cables. Un anillo de caucho 34 en cada extremo 4, 5 de la carcasa de rotor 12 se usa para montar el rotor 1 en la hiladora.

Con referencia a la Figura 8b, en realizaciones preferidas, la carcasa de rotor 12 tiene un grosor de pared mayor de aproximadamente 5 mm en la base de la carcasa 12 en comparación con el grosor de la pared superior de la carcasa de rotor 12, que eleva efectivamente la rueda para compensar el efecto sobresaliente. El perfil interno de la carcasa del rotor 12 es asimétrico. Con referencia a la Figura 8b, los amortiguadores 11’ en la parte superior del NDE 4 se estiran en aproximadamente 2,5 mm. Los amortiguadores 11’’ en la parte inferior del NDE 4 se comprimen aproximadamente 2,5 mm. La disposición desplazada del eje central del anillo anular de montaje/asiento de cojinete 8 con respecto al eje central de la carcasa de rotor anular 12 contrarresta el efecto de la gravedad sobre la suspensión de los cojinetes 7, el árbol 2 y la rueda 13 en la carcasa de rotor 12 de modo que el centro de gravedad del rotor 1 está en la posición deseada.

Con referencia a las Figuras 3 y 6b, la superficie interior de cada asiento de cojinete anular 8 soporta dos cojinetes de bolas híbridos 7, que son cojinetes de bolas de contacto angular 7 de superprecisión lubricados de por vida que se han seleccionado para lograr la velocidad y vida útil deseadas antes del fallo. Los dos cojinetes 7 en cada uno del DE 3 y el NDE 4 se montan muy juntos con poco espacio entre ellos en cada extremo del rotor 1.

Con referencia a las Figuras 9a, 9b y 9c, los cojinetes son cojinetes de bolas de cerámica 7 entre dos anillos de cojinete de acero 16, 17. Los cojinetes 7 se han seleccionado para soportar cargas de hasta 1400 N. Se determinó que el desequilibrio de carga dinámica en la rueda del rotor 4 era de aproximadamente 560 g-cm y la configuración de los asientos de cojinete y las suspensiones de amortiguador se optimizó para compensar este desequilibrio. Los cojinetes de bolas de contacto angular 7 tienen un diámetro de aproximadamente 70 mm, pero en realizaciones alternativas el diámetro del cojinete es cualquiera de 60 mm, 65 mm, 70 mm o 75 mm.

En la realización de las Figuras 9a, 9b y 9c el cojinete de bolas 7 tiene un diámetro de 70 mm. Cada uno del par de cojinetes de bolas 7 están separados axialmente por un anillo separador interior 14 entre las superficies interiores giratorias de los cojinetes de bolas 7 adyacentes al árbol 2 y un anillo separador exterior 15 entre las superficies interiores giratorias de los cojinetes de bolas 7 más lejos del árbol 2. Los cojinetes de bolas 7 se mantienen entre un anillo de acero interior de cojinete de bolas 16 montado en el árbol de acero 2 y un anillo de acero exterior de cojinete de bolas 17. Los cojinetes de bolas de contacto angular 7 tienen cada uno un ángulo de contacto p angular (presión), que es simétrico alrededor de la línea central entre los cojinetes de bolas 7. El ángulo de contacto p es la dirección de presión durante el giro. El ángulo de contacto p variará dependiendo de la temperatura del árbol de acero 2.

Con referencia a la Figura 9b, el ángulo de contacto p aumentará si el árbol 2 está más frío porque el árbol se contraerá hasta un diámetro más pequeño. Con referencia a la Figura 9c, el ángulo de contacto p disminuye si el árbol 2 está más caliente porque el árbol se expandirá hasta un diámetro mayor. Como se muestra en la Figura 9b cuando el árbol 2 está frío, tiene un diámetro menor Rc y el ángulo p de presión es mayor. El anillo separador exterior 15 tiene una anchura Wc y no está en contacto con el anillo de acero interior de cojinete de bolas 16 y el anillo de acero exterior de cojinete de bolas 17 y existe un mayor alcance para el movimiento/traqueteo de los cojinetes de bolas 7. Sin embargo, como se muestra en la Figura 9c, cuando el árbol 2 está caliente tiene un diámetro mayor Rh y el ángulo p de presión es menor. El diámetro aumentado del árbol también significa que las bolas 7 del cojinete empujan los asientos de cojinete exteriores 17 uno hacia el otro hasta que luego están en contacto con el anillo separador exterior 15. Por lo tanto, el conjunto de cojinete 5, 6 se ha dispuesto para reducir las precargas de cojinete debido a la diferencia de temperatura esperada cuando el rotor está en uso, que es aproximadamente de 10 0C.

Con referencia a la Figura 9b y la Figura 9c, se ha hallado que es ventajoso que el anillo separador exterior 15 sea más corto que el anillo separador interior 14. Normalmente, para un diámetro de cojinete de 70 mm para el rotor 3 y 4, la anchura del anillo separador exterior 15 es aproximadamente 61 pm menor que el anillo separador interior 14. Para el rotor 2 para un diámetro de cojinete de 70 mm, la anchura del anillo separador exterior 15 es aproximadamente 16 pm menor que el anillo separador interior 14.

Como se muestra en las Figuras 3 y 10, el asiento de cojinete anular 8 está rodeado por anillos de extremo 18.

Como se muestra en la Figura 10, el rotor 1 tiene un sistema de enfriamiento tanto para el conjunto de cojinete en el DE 6 como para el conjunto de cojinete en el NDE 5. Una entrada de fluido de enfriamiento en el NDE 20 y una salida de fluido de enfriamiento en el NDE 21 están conectadas por canales a través de los cuales fluye fluido de enfriamiento para transportar calor lejos del NDE 4 del rotor 1. Una entrada de fluido de enfriamiento en el DE 23 y una salida de fluido de enfriamiento en el DE 24 también están conectadas por canales para transportar calor lejos del DE 3 del rotor 1. También se proporciona una entrada de fluido 25 para enfriamiento por agua de la rueda (no mostrada). En la realización mostrada, el fluido de enfriamiento es agua. Se ha mostrado a través de pruebas que todas las temperaturas de cojinete pueden mantenerse a aproximadamente 50 0C.

Con referencia a la Figura 10, el rotor 1 comprende además una entrada de purga de aire en el DE 26 y una entrada de purga de aire en el NDE 27. El sistema de purga de aire elimina los contaminantes del rotor 1. El rotor 1 comprende además un acelerómetro 28 en el NDE 4 y un acelerómetro 29 en el DE 3 y un termopar 30 en el DE 3 y un termopar 31 en el NDE 4.

Con referencia a las Figuras 10 y 11, el sistema de purga de aire elimina los contaminantes de los rotores cuando la hiladora está en uso. El rotor también comprende un sistema de enfriamiento por agua con una salida de agua de enfriamiento 24 para transportar agua calentada lejos de los cojinetes 7. Se ha hallado que, al lavar la hiladora durante el mantenimiento normal, existe la posibilidad de que el agua contamine los cojinetes 6. Por lo tanto, la presente invención comprende además un laberinto de grasa 38, tal como se muestra en la Figura 11, para evitar que el agua contamine los cojinetes 7 durante el lavado de la hiladora. La Figura 11 muestra el conjunto de cojinete 6 en el DE 4 que comprende un anillo de caucho 34 para montar el rotor 1 en una hiladora. Para el DE 3 mostrado, hay una entrada de grasa en el laberinto en el DE 38a y una entrada de grasa en el laberinto en el NDE 38b. La entrada de grasa en el laberinto en el NDE 38b lleva grasa al NDE 4, que tiene un laberinto de grasa similar. Cuando el rotor está parado porque la hiladora está en mantenimiento, el laberinto 38 se sella con grasa para evitar que el agua contamine los cojinetes 7 durante el lavado. Los anillos de sellado 39 evitan que la grasa de laberinto fluya hacia los cojinetes 7, que se lubrican de por vida con su propia grasa.

Con referencia a la Figura 12, en uso, un aparato de obtención de fibras que comprende cuatro rotores 1a, 1b, 1c, 1d se utiliza para fabricar fibras vitreas artificiales (MMVF). Cada rotor 1a, 1b, 1c, 1d está montado para girar alrededor de un eje sustancialmente horizontal diferente y cada rotor 1a, 1b, 1c, 1d tiene un medio de accionamiento, que puede ser un único medio de accionamiento para alimentar los cuatro rotores 1. En una realización preferida, un segundo rotor comprende un anillo de suspensión en el conjunto de cojinete de extremo sin accionamiento que tiene catorce amortiguadores de caucho de neopreno y el tercer y cuarto rotor en el extremo sin accionamiento tienen un conjunto de cojinete con veinte amortiguadores de caucho de neopreno. El segundo rotor comprende doce amortiguadores de caucho de neopreno en el conjunto de cojinete del extremo de accionamiento y el tercer y cuarto rotores tienen dieciocho amortiguadores de caucho de neopreno en el conjunto de cojinete del extremo de accionamiento.

Cada rotor de posición derecha 1a, 1b, 1c, 1d tiene un motor de alta velocidad conectado en un extremo mediante un acoplamiento flexible y una rueda se coloca en el extremo opuesto del rotor 1a, 1b, 1c, 1d. En la realización mostrada en la Figura 12, los rotores 1 y 3 giran en sentido antihorario y los rotores 2 y 4 giran en sentido horario. La rueda del primer rotor 1a tiene un diámetro de aproximadamente 184 mm; la rueda del segundo rotor 1b tiene un diámetro de aproximadamente 234 mm; la rueda del tercer rotor 1c tiene un diámetro de aproximadamente 314 mm y la rueda del cuarto rotor 1d tiene un diámetro de aproximadamente 332 mm. El espacio entre la superficie exterior de cada rueda montada varía, siendo la mayor distancia de aproximadamente 228 mm entre las ruedas del rotor primero y cuarto 1 a, 1d y la menor distancia de aproximadamente 17 mm entre el primer y el segundo rotores 1a, 1b.

Con referencia a la Figura 12, haciendo girar los rotores 1a, 1b, 1c, 1d una masa fundida mineral fundida de piedra o roca o una escoria o una masa fundida de vidrio se vierte a través de una entrada 36 sobre la periferia de la rueda del primer rotor 1a para hilar la masa fundida y expulsar las MMVF. A continuación, la masa fundida se lanza sucesivamente a las ruedas de los tres rotores 1b, 1c, 1d restantes y las fibras se forman y recogen cada vez. Simultáneamente, a medida que la masa fundida pasa a la rueda de cada rotor sucesivo 1a, 1b, 1c, 1d, un flujo de aire a alta presión a través de la hiladora y a lo largo de la rueda retira fibras de las ruedas para su recogida.

Para un aparato de obtención de fibras de cuatro rotores típico según la presente invención, la rueda 1 produce aproximadamente el 5 % de la producción de lana de roca por hora; la rueda 2 produce aproximadamente un 25 %, la rueda 3 produce aproximadamente un 40 % y la rueda 4 produce aproximadamente un 30 %. La fabricación usando los rotores de la presente invención puede continuar durante aproximadamente 4000 horas antes de que los cojinetes de bolas 7 requieran reemplazo, lo que es un aumento significativo sobre los dispositivos conocidos. Una prueba de resistencia que compara una hiladora de la técnica anterior funcionando a una velocidad máxima (9300 RPM) con una hiladora según la presente invención funcionando a 13000 RPM, ambas funcionando con un desequilibrio de 560 g-cm, mostró una mejora de 603 horas a más de 4000 horas. Pruebas adicionales han hallado un tiempo medio entre fallos de aproximadamente 15000 horas para una hiladora según la presente invención.

Con referencia a la Figura 13, para evaluar los parámetros óptimos para el rotor mejorado de la presente invención, se realizaron simulaciones para un intervalo de longitudes de árbol (Lárbol), diámetro del árbol (Dárbol), rigidez del anillo del amortiguador (Kasiento), masa del asiento de cojinete (Masiento) y el diámetro del cojinete. El efecto de estos valores en la vida útil del cojinete (L<10>) y el desplazamiento del árbol del rotor (Ax) se mostraron en gráficos en 5D.

La Figura 13 es una vista trasera de un gráfico de contorno en 5D para el rotor 4 a una velocidad máxima del rotor de 13000 RPM para un asiento en el NDE que tiene un diámetro de cojinete de 70 mm. La altura de cada pico (L<10>) representa la vida útil del cojinete en horas o la clasificación básica de vida útil. La estadística de vida útil del cojinete usada es una medida de la cantidad de tiempo en revoluciones cuando puede esperarse que el 90 % de los cojinetes de bolas sobrevivan.

Como se muestra en la Figura 13, la configuración óptima de la presente invención permite una vida útil de cojinete maximizada de 3617 horas. La simulación considera un intervalo del diámetro del árbol (Dárbol) y la masa del asiento de cojinete (Masiento) representado junto con la longitud del árbol (Lárbol) entre centros de asiento de cojinete y la rigidez del caucho (Kasiento) en el asiento de cojinete. Cada cubo mostrado en el gráfico en 5D de la Figura 13 simboliza un gráfico en 3D de la función de la vida útil (L<10>) con la longitud del árbol (Lárbol) y los diámetros del árbol (Dárbol) como argumentos. En cada subgráfico en 3D la rigidez del caucho (Kasiento) y la masa del asiento de cojinete (Masiento) son constantes según lo dictado por la posición del subgráfico en 3D.

La Figura 14 muestra una vista desde arriba de la superficie en 5D y el gráfico de contorno del rotor 4 mostrado en la Figura 13. Cada cuadrado del gráfico muestra un intervalo de longitud del árbol de 101 a 1325 mm en incrementos de 101 mm, 407 mm, 713 mm, 1019 mm y 1325 mm y un intervalo de diámetro del árbol de 20 a 170 mm en incrementos de 20 mm, 58 mm, 95 mm, 133 mm y 170 mm. El intervalo de rigidez del caucho (Kasiento) es de 104 N/m a 108 N/m y la masa del asiento de cojinete (Masiento) de 1,5 a 12,0 kg.

Con referencia a la Figura 13 y la Figura 14, la rigidez del caucho (Kasiento) en el asiento de cojinete está optimizada a aproximadamente 106 N/m o inferior. También es preferible que la masa del asiento de cojinete (Masiento) sea lo más baja posible, con mejora en la vida útil del cojinete para la masa reducida de 3 kg del asiento de cojinete de la presente invención. También se halló que si la masa del asiento (Masiento) es demasiado baja; por ejemplo, a aproximadamente 1,5 kg, sería necesario reducir la rigidez del caucho (Kasiento) en el asiento de cojinete para lograr cualquier ganancia en la vida útil del cojinete. También se muestra que para la longitud del árbol (Lárbol) de 590 mm y diámetro del árbol (Dárbol) de 100 mm para la presente invención, se logra una mejora en la vida útil del cojinete. Se han investigado realizaciones adicionales de la presente invención, con un diámetro de cojinete de 60 mm y se halló que la presente invención puede lograr una vida útil máxima del cojinete de 6183 horas.

Con referencia a la Figura 15, se muestra una superficie de en 5D y un gráfico de contorno para el rotor 4 representando el desplazamiento del asiento en el NDE (AxasientoNDE) a una velocidad máxima del rotor de 13000 RPM para un asiento en el NDE que tiene un diámetro de cojinete de 70 mm. Como se muestra, para el desplazamiento máximo permitido (AxasientoNDEmáx) de 15 mm la rigidez de caucho del asiento es de 105 N/m. Por lo tanto, se concluyó que, para evitar que se supere el desplazamiento máximo permitido del asiento de cojinete, la rigidez del caucho del asiento (rigidez del anillo del amortiguador) debería ser superior a 105 N/m.

Dentro de esta memoria descriptiva, el término “aproximadamente” significa más o menos un 20 %; más preferiblemente, más o menos un 10 %; aún más preferiblemente, más o menos un 5 %; lo más preferiblemente, más o menos un 2 %.

Dentro de esta memoria descriptiva, el término “ sustancialmente” significa una desviación de más o menos un 20 %; más preferiblemente, más o menos un 10 %; aún más preferiblemente, más o menos un 5 %; lo más preferiblemente, más o menos un 2 %.

Claims

REIVINDICACIONES

i.Un rotor para un aparato de obtención de fibras que comprende:

una carcasa de rotor;

un primer y segundo conjunto de cojinete, en donde cada conjunto de cojinete comprende al menos dos cojinetes de bolas, cada uno asentado en un asiento de cojinete respectivo;

un árbol horizontal montado de manera giratoria entre el primer conjunto de cojinete y el segundo conjunto de cojinete;

caracterizado por una pluralidad de amortiguadores elásticos dispuestos en un anillo anular, en el que cada amortiguador elástico está conectado en un primer extremo al asiento de cojinete y conectado en un segundo extremo a la pared interior de la carcasa de rotor.
2. Un rotor según la reivindicación 1, en donde cada amortiguador elástico es un tronco, preferiblemente en donde cada amortiguador elástico es troncocónico.
3. Un rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende una pluralidad de amortiguadores elásticos troncocónicos en donde cada amortiguador tiene un diámetro mayor en la cara del amortiguador adyacente a la pared interior de la carcasa de rotor y un diámetro menor en la cara del amortiguador adyacente al asiento del cojinete y/o en donde el amortiguador o cada amortiguador es cualquiera de un amortiguador de caucho, un amortiguador de silicona, un amortiguador de caucho de neopreno.
4. Un rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pluralidad de amortiguadores elásticos se adapta para una velocidad de giro de trabajo del rotor de entre 4000 RPM y 13000 RPM,
5. Un rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa de rotor tiene un grosor de pared mayor en la base de la carcasa de rotor que en la superficie superior de la carcasa de rotor; preferiblemente, en donde la carcasa de rotor tiene un grosor de pared de base 5 mm mayor que el grosor de pared en la superficie superior de la carcasa de rotor y/o en donde el perfil interno de la carcasa de rotor es asimétrico; y/o en donde el asiento de cojinete es cilíndrico, la carcasa de rotor es cilíndrica y el eje central del asiento de cojinete está desplazado del eje central de la carcasa de rotor.
6. Un rotor según cualquier reivindicación anterior, en donde la o cada amortiguador tiene una dureza Shore A de 55; y/o en donde la rigidez del anillo del amortiguador está entre 5-105 y 106 N/m.
7. Un rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada amortiguador comprende un tornillo roscado para la conexión liberable al asiento de cojinete; y/o cada amortiguador comprende una abertura roscada para la conexión liberable con un tornillo a través de la carcasa de rotor.
8. Un rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende entre 10 y 24 amortiguadores troncocónicos dispuestos de manera anular; preferiblemente, en donde los amortiguadores son equidistantes entre sí alrededor de un conjunto de cojinete anular.
9. Un rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cojinete o cada cojinete es un cojinete de bolas angular híbrido; y/o el diámetro interior del cojinete o de cada cojinete de bolas está entre 60 mm y 75 mm; y/o el cojinete está hecho de un material cerámico; y/o la distancia entre los dos cojinetes de contacto angulares es de 20 mm,
10. Un rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el espacio entre el asiento de cojinete anular y la superficie interior de la carcasa de rotor es de 14 mm; y/o en donde los dos cojinetes de bolas angulares están separados por un anillo separador axial interno y un anillo separador axial exterior; preferiblemente, en donde la anchura del anillo separador exterior es menor que la anchura del anillo espaciador interior; más preferiblemente, en donde la anchura del anillo separador exterior está entre 16 pm y 61 pm menor que la anchura del anillo separador interior.
11. Un rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la relación entre el diámetro del árbol (Dárbol) y la longitud del árbol (Lárbol) se define como: Dárbol(Lárbol)S0,12*Lárbol-32 mm para un intervalo de longitudes de árbol entre 101 mm y 1325 mm y para un intervalo de diámetros de árbol mayores o iguales a 20 mm y para una rigidez del asiento (rigidez del anillo del amortiguador) inferior o igual a 3*106 N/m.
12. Un rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el diámetro de sección transversal exterior del árbol es de 100 mm; y/o el árbol tiene un diámetro de asiento de cojinete de 70 mm; y/o la longitud del árbol es de 955 mm; y/o en donde la longitud del árbol entre un punto central del primer conjunto de cojinete y un punto central del segundo conjunto de cojinete es de 590 mm.
13. Un rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el peso del asiento de cojinete o de cada asiento de cojinete es menor o igual a 3 kg.
14. Un aparato de obtención de fibras que comprende un conjunto de al menos tres rotores según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde cada rotor está montado para girar alrededor de un eje horizontal diferente y dispuesto de manera que, cuando los rotores están girando, la masa fundida vertida en la periferia del primer rotor en el conjunto se lanza sucesivamente sobre la periferia de cada uno de los rotores posteriores y las fibras se desprenden de los rotores.
15. Un método de fabricación de fibras vítreas artificiales (MMVF) que comprende:

proporcionar un aparato de obtención de fibras que comprende un conjunto de al menos tres rotores según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, montado cada uno para el giro alrededor de un eje horizontal diferente, en donde cada rotor tiene un medio de accionamiento;

hacer girar los rotores;

proporcionar una masa fundida mineral para la formación de fibras vítreas artificiales (MMVF) en donde la masa fundida se vierte sobre la periferia del primer rotor;

recoger las fibras formadas.