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Cojinete de láminas

Cojinete de láminas de aire
Un cojinete de aire y lámina para el eje del rotor central de un motor de turbina de aeronave.

Un cojinete de lámina , también conocido como cojinete de lámina-aire , es un tipo de cojinete de aire . Un eje está soportado por un revestimiento de muñón de lámina flexible y cargado por resorte . Una vez que el eje gira lo suficientemente rápido, el fluido de trabajo (generalmente aire ) empuja la lámina lejos del eje para que no se produzca contacto. El eje y la lámina están separados por la alta presión del aire, que se genera por la rotación que atrae gas hacia el cojinete a través de efectos de viscosidad. La alta velocidad del eje con respecto a la lámina es necesaria para iniciar el espacio de aire y, una vez que esto se ha logrado, no se produce desgaste. A diferencia de los cojinetes aerostáticos o hidrostáticos , los cojinetes de lámina no requieren un sistema de presurización externo para el fluido de trabajo, por lo que el cojinete hidrodinámico se inicia por sí solo.

Desarrollo

Diagrama seccional de un cojinete de lámina, que muestra los componentes (interior, moviéndose hacia afuera) del muñón del eje, una lámina superior lisa, la lámina de protuberancia (ambas láminas unidas) y, finalmente, la carcasa del cojinete.
Cojinete de láminas
Gráfico de capacidad de carga en función de la velocidad para rodamientos de primera y tercera generación: la carga es proporcional a la velocidad de rotación, la longitud del rodamiento y el cuadrado del diámetro del eje. Los rodamientos de tercera generación soportan aproximadamente tres veces más carga que los de primera generación.
Capacidad de carga frente a la velocidad de rotación, para rodamientos Gen I y Gen III

Los cojinetes de láminas fueron desarrollados por primera vez a fines de la década de 1950 por AiResearch Mfg. Co. de Garrett Corporation utilizando fondos de I+D independientes para servir a aplicaciones militares y espaciales. [1] [2] Se probaron por primera vez para uso comercial en las turbinas de enfriamiento de los Boeing 727 y Boeing 737 de United Airlines a principios y mediados de la década de 1960. [3] Los cojinetes de láminas de la máquina de ciclo de aire Garrett AiResearch se instalaron por primera vez como equipo original en 1969 en los sistemas de control ambiental del DC-10 . Los cojinetes de láminas Garrett AiResearch se instalaron en todos los aviones militares de EE. UU. para reemplazar los cojinetes de contacto rodante lubricados con aceite existentes. La capacidad de operar a temperaturas de gas criogénico y a temperaturas muy altas le dio a los cojinetes de láminas muchas otras aplicaciones potenciales. [4]

Los cojinetes de láminas de la generación actual con recubrimientos avanzados han superado con creces las limitaciones de los diseños anteriores. Existen recubrimientos antidesgaste que permiten más de 100.000 ciclos de arranque y parada para aplicaciones típicas. [5]

Aplicaciones

La turbomaquinaria es la aplicación más común porque los cojinetes de láminas funcionan a alta velocidad. [6] Las aplicaciones comerciales en producción incluyen microturbinas, [7] sopladores de celdas de combustible, [8] y máquinas de ciclo de aire. La principal ventaja de los cojinetes de láminas es la eliminación de los sistemas de aceite requeridos por los diseños de cojinetes tradicionales. Otras ventajas son:

Las áreas de investigación actuales son:

Las principales desventajas son:

Véase también

Referencias

  1. ^ Giri L. Agrawal (1997). "Tecnología de cojinetes de aire y gas en láminas: descripción general" (PDF) . Publicación 97-GT-347 . Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos .
  2. ^ Giri L. Agrawal (julio de 1998). "Foil Bearings Cleared to Land" (PDF) ( Cojinetes de láminas autorizados para aterrizar) (PDF) . Ingeniería mecánica . Vol. 120, núm. 7. Archivado desde el original (PDF) el 15 de abril de 2016 – vía R&D Dynamics.
  3. ^ Scholer Bangs (febrero de 1973). "Los cojinetes de láminas ayudan a los pasajeros aéreos a mantenerse frescos". Diseño de transmisión de potencia .
  4. ^ MA Barnett; A. Silver (septiembre de 1970). " Aplicación de cojinetes de aire a turbomáquinas de alta velocidad". Documento técnico n.º 700720. Serie de documentos técnicos de la SAE. 1. Sociedad de ingenieros automotrices . doi :10.4271/700720. 700720.
  5. ^ Heshmat, Hooshang (septiembre de 2005). "Gran avance en capacidad de carga, velocidad y temperatura de funcionamiento de cojinetes axiales de láminas". Documento técnico n.º WT2005-63712 . Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos . WT2005-63712. Archivado desde el original el 14 de febrero de 2008. Consultado el 25 de septiembre de 2006 .
  6. ^ RM "Fred" Klaass; Christopher DellaCorte (2006). "La búsqueda de motores de turbina de gas sin aceite". Documentos técnicos de la SAE . SAE . 2006-01-3055. Archivado desde el original el 2007-09-30 . Consultado el 2007-08-18 .
  7. ^ Lubell, D.; DellaCorte, C.; Stanford, M. (2006). "Evolución de la prueba y experiencia en motores sin aceite de un revestimiento de cojinetes de aire con láminas de alta temperatura". Actas de la ASME Turbo Expo 2006: Energía para tierra, mar y aire . Vol. 5: Marina, Microturbinas y turbomáquinas pequeñas, Aplicaciones de petróleo y gas, Estructuras y dinámica, Partes A y B. ASME . págs. 1245–1249. doi :10.1115/GT2006-90572. ISBN. 0-7918-4240-1.GT2006-90572.
  8. ^ "Compresores con cojinetes de lámina aplicados en pilas de combustible". 13 de abril de 2020.
  9. ^ Se informa sobre algunos antecedentes en Giri L. Agrawal (1997), "http://www.rddynamics.com/pdfs/foil-97-gt-347.pdf — An Overview" (PDF). Publicación 97-GT-347. Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos.

Enlaces externos