O que é um mancal de deslizamento? Suporte hidrodinâmico • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é um mancal de deslizamento? Suporte hidrodinâmico • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é um mancal de deslizamento? Suporte hidrodinâmico

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Entendendo os Mancais de Deslizamento

Definição: O que é um mancal de deslizamento?

A mancal de deslizamento (Também chamado de mancal de deslizamento, mancal de bucha ou mancal de película fluida) é um tipo de mancal que suporta um eixo rotativo por meio de uma fina película de lubrificante pressurizado, em vez de elementos rolantes. O eixo rotativo (o "munhão") é separado da superfície estacionária do mancal por uma película de óleo hidrodinâmica gerada pela rotação do eixo, que arrasta o óleo para um espaço convergente em forma de cunha. Essa cunha de óleo pressurizado suporta a carga do eixo sem contato metal-metal.

Os mancais de deslizamento são fundamentais para máquinas rotativas de alta velocidade e alta carga, como turbinas, geradores e grandes compressores, pois oferecem excelente capacidade de carga, baixo atrito em altas velocidades e significativa estabilidade. amortecimento que ajuda a controlar vibração e estabilizar rotor sistemas.

Princípio de funcionamento: Lubrificação hidrodinâmica

Como se forma a película de óleo

O mancal de deslizamento opera segundo o princípio da lubrificação hidrodinâmica:

  1. Contato inicial: Quando parado, o eixo repousa sobre a superfície de apoio sob a ação da gravidade.
  2. Início da rotação: À medida que o eixo começa a girar, ele arrasta o óleo para a folga por adesão.
  3. Formação de cunha: A geometria convergente entre o eixo e o rolamento cria um espaço em forma de cunha.
  4. Geração de pressão: O óleo arrastado para a cunha convergente gera pressão hidrodinâmica.
  5. Decolagem: A força da pressão excede o peso do eixo, elevando-o até ficar completamente coberto por uma película de óleo.
  6. Curso estável: O eixo flutua sobre uma película de óleo pressurizado sem contato com metal.

Espessura da película de óleo

  • Espessura típica: 10-100 micrômetros (0,0004-0,004 polegadas)
  • Extremamente fino, mas suficiente para evitar o contato.
  • A espessura varia ao longo da circunferência (mínima no ponto de maior aproximação).
  • Depende da velocidade, da carga, da viscosidade do óleo e da folga do rolamento.

Tipos de Mancais de Deslizamento

1. Cilíndrico liso (mancal completo)

  • Design mais simples: furo cilíndrico com ranhura de lubrificação
  • ângulo de envolvimento de 360°
  • Boa capacidade de carga, mas pode apresentar instabilidade em altas velocidades.
  • Comum em motores, bombas e equipamentos industriais em geral.

2. Mancais de Arco Parcial

  • A superfície de apoio cobre apenas uma porção da circunferência (120-180°).
  • Mais leve, requer menos fluxo de óleo.
  • Rigidez inferior à do mancal completo
  • Utilizado em aplicações com carga leve

3. Mancais de pastilhas oscilantes

  • Superfície de apoio dividida em várias almofadas independentes que pivotam.
  • Cada almofada desenvolve sua própria cunha hidrodinâmica.
  • Intrinsecamente estável contra turbulência/chicoteamento de óleo
  • Padrão da indústria para turbomáquinas de alta velocidade
  • Mais caro, mas com características dinâmicas superiores.

4. Barragem de pressão e mancais de deslocamento

  • Mancais cilíndricos modificados com características geométricas para aumentar a estabilidade.
  • Sulcos, barragens ou furos deslocados aumentam o amortecimento efetivo.
  • Compromisso entre almofada cilíndrica simples e almofada inclinável

Características dinâmicas

Rigidez

A rigidez dos mancais de deslizamento é complexa e depende da velocidade:

  • Baixa velocidade: Baixa rigidez, a posição do eixo muda significativamente com a carga.
  • Alta velocidade: Maior rigidez devido à pressão hidrodinâmica mais desenvolvida.
  • Variação direcional: A rigidez difere nas direções horizontal e vertical.
  • Rigidez acoplada cruzada: A deflexão em uma direção cria uma força na direção perpendicular.

Amortecimento

Os mancais de deslizamento proporcionam um amortecimento significativo:

  • Energia dissipada através do cisalhamento viscoso da película de óleo
  • O amortecimento aumenta com a velocidade e a viscosidade do óleo.
  • Fundamental para limitar a vibração em velocidades críticas
  • Essencial para a prevenção instabilidade do rotor

Dependência da velocidade

Todas as propriedades dos mancais de deslizamento variam com a velocidade de rotação:

Vantagens dos mancais de deslizamento

  • Alta capacidade de carga: Pode suportar rotores muito pesados
  • Capacidade de alta velocidade: Adequado para velocidades de até 50.000+ RPM.
  • Baixo atrito em alta velocidade: Uma vez estabelecida a película hidrodinâmica, o coeficiente de atrito é muito baixo (0,001-0,003).
  • Excelente amortecimento: Controla a vibração em velocidades críticas.
  • Funcionamento silencioso: Sem ruído de elemento rolante
  • Resistência a impactos: A película de óleo absorve cargas transitórias.
  • Vida longa: A ausência de contato com metal significa desgaste mínimo (possibilidade de décadas de operação).
  • Design simples: Os tipos básicos são simples e econômicos.

Desvantagens e desafios

  • Alto atrito inicial: Sem película de óleo em repouso, requer torque de desprendimento.
  • Sistema de lubrificação necessário: Deve fornecer óleo limpo e resfriado continuamente.
  • Risco de redemoinho/chicote de óleo: Mancais cilíndricos lisos suscetíveis à instabilidade
  • Resposta mais lenta: A película de óleo aumenta a flexibilidade, sendo menos rígida do que os rolamentos de esferas em baixas velocidades.
  • Sensibilidade à temperatura: O desempenho varia com a temperatura do óleo (afeta a viscosidade).
  • Sensibilidade à contaminação: Partículas podem danificar a superfície do rolamento ou bloquear as passagens de óleo.
  • Posicionamento axial: Não oferece restrição axial inerente (requer rolamento de encosto separado).

Aplicações

Os mancais de deslizamento são padrão em:

  • Turbinas a vapor e a gás: Unidades de geração de energia de vários megawatts
  • Geradores de grande porte: Geradores síncronos em usinas de energia
  • Compressores centrífugos: Compressores industriais de alta velocidade e alta carga
  • Grandes motores elétricos: Motores com potência superior a 500 HP geralmente utilizam mancais de deslizamento.
  • Propulsão marítima: Mancais do eixo da hélice do navio
  • Máquinas de papel: Rolamentos de rolos grandes
  • Motores de combustão interna: Mancais principais e de biela do virabrequim

Relação com a dinâmica do rotor

Os mancais de deslizamento influenciam criticamente o comportamento dinâmico do rotor:

  • Determinação da velocidade crítica: A rigidez e o amortecimento dos rolamentos afetam diretamente as localizações e amplitudes das velocidades críticas.
  • Estabilidade: O tipo e o projeto do rolamento determinam a suscetibilidade a redemoinho de óleo e chicote de eixo
  • Diagramas de Campbell: Mostre como as frequências naturais variam com a velocidade devido às variações na rigidez dos rolamentos.
  • Balanceamento: As características do rolamento afetam coeficientes de influência e resposta de equilíbrio

Os mancais de deslizamento representam uma tecnologia sofisticada e consolidada, essencial para máquinas rotativas de alto desempenho. Sua combinação única de capacidade de carga, velocidade e amortecimento os torna insubstituíveis em aplicações críticas, apesar da complexidade de seus requisitos de lubrificação e comportamento dinâmico.

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