Generating Insights: Vida útil del rodamiento

Uno de los componentes más importantes del alternador son los cojinetes del eje

STAMFORD | AvK tiene un historial probado de fabricación y suministro de alternadores de calidad superior para numerosas aplicaciones en una amplia gama de entornos. La empresa se esfuerza constantemente por mejorar muchos aspectos del diseño, y en particular, la vida útil de los productos y sus componentes constituyentes, con el fin de satisfacer los requisitos en constante evolución de nuestros clientes.

Uno de los componentes más importantes del alternador son los cojinetes del eje. Es responsable de facilitar la ubicación y rotación del rotor dentro del estator, y debido a esto, se considera un componente crítico, cuyo comportamiento funcional debe entenderse claramente. De importancia primordial es la vida útil del rodamiento y los factores que lo afectan. Este artículo revisa algunos de los principales factores que STAMFORD | AvK tiene en cuenta al considerar la vida útil de los rodamientos con elementos rodantes lubricados con grasa.

Las aplicaciones en las que se usan los alternadores STAMFORD^® y AvK^® se pueden clasificar en dos categorías principales: industriales y marinas. Dependiendo del tipo de aplicación y su entorno, los rodamientos podrían estar sometidos a diferentes tipos de cargas, vibraciones, contaminación, etc. que afectarían a la vida útil de los rodamientos.

Para adaptarse a estas variaciones en los parámetros de funcionamiento, se ofrecen varios tipos de rodamientos de elementos rodantes:

1. Rodamiento de bolas ranurado profundo abierto

2. Rodamiento de bolas ranurado profundo sellado

3. Rodamiento de bolas de ranura profunda con aislamiento eléctrico - recubierto de anillo - híbrido

4. Rodamiento de bolas de ranura profunda antifluencia

5. Rodamiento de rodillos cilíndricos

6. Rodamiento de rodillos cilíndricos aislado eléctricamente - recubierto de anillo

7. Rodamiento de rodillos esféricos

8. Cojinete de carbohidratos

Factores que afectan la vida útil del rodamiento

Hay muchos factores que afectan la vida útil del rodamiento, pero los principales son:

1. Carga en el rodamiento

2. Tipo y cantidad de grasa en la disposición del rodamiento

3. Tipo, cantidad y tamaño de la contaminación en el rodamiento

Fig.1

STAMFORD | AvK utiliza la norma ISO 281:2007(E) (Rodamientos rodantes - Clasificaciones de carga dinámica y vida útil nominal) para tener en cuenta la carga, la contaminación y el estado de la grasa al determinar la vida útil del rodamiento. Con el fin de obtener una idea de la naturaleza de estos tres factores, se da la siguiente breve revisión:

Tipos de cargas

Al determinar la vida útil del rodamiento, se tienen en cuenta las cargas estáticas y dinámicas aplicadas que los rodamientos del alternador podrían tener que soportar mientras están en servicio. Los dos tipos de carga se explican brevemente a continuación.

Cargas estáticas

Un tipo de carga estática en los rodamientos se debe a los pesos combinados de todos los componentes que componen el rotor del alternador. Los componentes típicos que se ven en el rotor son: eje, cubo de acoplamiento, ventilador, núcleo del rotor principal, núcleo del rotor excitador y rotor PMG (Fig.1). La masa de estos componentes está sujeta a aceleración gravitacional, lo que resulta en lo que comúnmente llamamos "peso". Este peso se ve como una carga en los rodamientos. Otro tipo de carga estática en los rodamientos se debe a la tracción magnética desequilibrada (UMP). UMP es una fuerza magnética causada por la asimetría del espacio de aire del rotor / estator. Esta fuerza UMP se ve de nuevo en los rodamientos.

Cargas dinámicas

Estas cargas se deben a que la masa del rotor es acelerada por fuerzas no gravitacionales. Las cargas dinámicas experimentadas por el rotor se pueden generar desde el interior del alternador, por ejemplo, fuera de balance, o desde fuentes que dependen del tipo de aplicación / entorno.

Aplicaciones industriales

En aplicaciones industriales típicas, el entorno general es estacionario y el alternador está sometido a fuerzas de aceleración asociadas con el movimiento vibratorio de los grupos electrógenos. Este movimiento es impulsado por el comportamiento dinámico del motor, que se transmite al rotor a través de las conexiones del alternador al motor y a la subestructura de los grupos electrógenos. Las magnitudes de las fuerzas impresas en el rotor dependen de la masa del rotor, el diseño/montaje del grupo electrógeno, el comportamiento dinámico del motor. Estas fuerzas deben tenerse en cuenta al determinar la vida útil del rodamiento (Fig. 2).

Aplicaciones marinas

En aplicaciones marinas típicas, el entorno general está en movimiento, por lo que el alternador está sometido a fuerzas de aceleración asociadas tanto con el entorno dinámico como con el movimiento vibratorio de los grupos electrógenos. Los alternadores vendidos en aplicaciones marinas deben ser capaces de adaptarse a ciertos movimientos específicos del barco según lo especificado por las diversas autoridades marinas (Lloyds: ABS: DNV, etc.). Estos movimientos generarán cargas dinámicas del rodamiento que deben tenerse en cuenta al determinar la vida útil del rodamiento.

 Fig.2



Las autoridades marítimas suelen especificar un determinado conjunto de ángulos para las inclinaciones estáticas y dinámicas que el alternador debe acomodar. La American Bureau of Shipping establece ciertos ángulos de inclinación para las instalaciones de energía de emergencia en buques que se muestran en la figura 3.

 Fig.3

Contaminación

Cuando los rodamientos de elementos rodantes funcionan en condiciones normales de funcionamiento, la distancia entre las partes móviles y estacionarias dentro del rodamiento es extremadamente pequeña. Cualquier ingreso de contaminación por partículas (pequeñas partículas sólidas) en estos pequeños espacios, ya sea por el medio ambiente o por el desgaste metálico dentro del rodamiento, puede resultar en hendiduras permanentes (degradación de la superficie metálica) en las pistas, lo que a su vez puede conducir a elevadores de tensión locales y fatiga del metal. Las partículas también pueden causar daños a los elementos rodantes y la jaula si se incrustan en los bolsillos de la jaula. En general, la contaminación disminuirá la vida útil del rodamiento.

Otro tipo de contaminación es la entrada de agua. Si el agua entra en el rodamiento, puede degradar las propiedades de lubricación del lubricante en el rodamiento y también puede causar corrosión de las superficies metálicas. Ambos efectos resultarán en una vida útil reducida del rodamiento.

Grasa

La grasa se utiliza para lubricar los rodamientos de elementos rodantes. El tipo de grasa utilizada en un rodamiento en particular depende de muchos factores, como el tipo de rodamiento, la velocidad de rotación, las condiciones ambientales, la carga del rodamiento y los requisitos de aplicación, etc. El aceite en la grasa forma una película delgada entre los elementos rodantes del rodamiento, los caminos de rodadura y la jaula para reducir la frecuencia del contacto del metal con el metal y, por lo tanto, aumentar la vida útil del rodamiento. Una función secundaria de la grasa es disipar el calor generado dentro del rodamiento. Si no se elimina el calor del rodamiento, puede sufrir una fuga térmica, lo que provocará un fallo prematuro del rodamiento.

Otro aspecto importante cuando se trata de grasa, es la cantidad de grasa que requiere un rodamiento. Demasiada grasa puede interrumpir la disipación de calor que conduce a altas temperaturas de funcionamiento. Los elementos rodantes (bolas o rodillos) comienzan a batir la grasa que mecánicamente sobrecarga la grasa y la descompone estructuralmente. Esto conduce a una lubricación inadecuada del rodamiento y a una falla prematura del rodamiento.

Todas las grasas tienen una esperanza de vida. Esta esperanza de vida está influenciada por la temperatura, la velocidad, la carga, la disposición del rodamiento y las condiciones ambientales. Los rodamientos que funcionan a temperaturas más altas oxidan el lubricante más rápido, lo que resulta en una vida útil reducida de la grasa, por lo que es necesario llevar a cabo una relubricación más frecuente. Los rodamientos que se utilizan en aplicaciones donde el ambiente está muy contaminado (aplicaciones mineras y marinas) requerirán una relubricación más frecuente.

Las partículas también pueden causar daños a los elementos rodantes y la jaula si se incrustan en los bolsillos de la jaula

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