Tres tipos de cajas de engranajes para compresores: dónde encajan los engranajes helicoidales
Un recinto separado y cerrado engranaje helicoidal La caja de engranajes, ubicada entre el motor y el compresor centrífugo, aumenta la velocidad del motor (1500 o 3000 RPM) hasta alcanzar la velocidad del impulsor (5000–30 000 RPM) en una o dos etapas. Esta es la configuración más común para compresores centrífugos industriales de gran tamaño (500 kW–50 MW) y se rige por la norma API 613, relativa a las unidades de engranajes de propósito especial para la industria petrolera, química y gasística.
Los impulsores se montan directamente en los extremos extendidos de los ejes de piñón de alta velocidad; no existe un acoplamiento independiente entre el engranaje y el compresor. El cuerpo del engranaje forma parte del límite del proceso. Se pueden lograr múltiples etapas de compresión montando los impulsores en diferentes extensiones del eje de piñón con distintas relaciones de transmisión, todos accionados por un engranaje central en el eje de entrada del motor.
Los compresores de tornillo sin aceite utilizan engranajes de sincronización para mantener una holgura precisa entre los rotores macho y hembra sin contacto físico. La sincronización engranajes helicoidales No transmiten carga de proceso (el contacto del rotor proporciona la transmisión de par en los tipos lubricados con aceite), pero deben mantener una relación de fase exacta del rotor, lo que convierte la holgura y la precisión del paso en parámetros críticos.
Incrementador de velocidad para compresor centrífugo: requisitos de diseño de engranajes
Alta velocidad engranaje helicoidal Para el multiplicador de velocidad del compresor centrífugo, la combinación de precisión DIN Clase 3–5, superficie del flanco del diente Ra ≤ 0,2 µm y diseño de bajo ángulo de hélice (β = 5–15°) limita la contribución de la vibración del engranaje a la vibración máxima admisible de 25 µm pico a pico de la norma API 613 en la carcasa del cojinete.
Velocidad de la línea de cabeceo: la principal restricción de diseño.
La velocidad de la línea de paso v = π × d₁ × n₁ / 60 000 [m/s] para un piñón multiplicador de velocidad de un compresor centrífugo varía desde 25 m/s para un compresor de gas natural lento hasta más de 200 m/s para un compresor de aire multietapa de alta velocidad. A estas velocidades:
- La pérdida por fricción entre los dientes del engranaje es el factor dominante: A v > 30 m/s, la pérdida de malla viscosa sin carga P_VZO ∝ v² se convierte en una fracción significativa de la potencia transmitida. Para un incrementador de velocidad de compresor API 613 engranaje helicoidalSe especifica aceite para turbinas ISO VG 32-68 (no aceite para engranajes), el grado de viscosidad más bajo que mantiene una película EHL adecuada, para minimizar las pérdidas por agitación a alta velocidad.
- El factor de carga dinámico KV se vuelve significativo: A v = 50 m/s para un engranaje DIN Clase 8, KV alcanzaría 1,5–2,0, lo que requeriría un engranaje el doble de grande que el necesario al par nominal. Las clases DIN 3–5 reducen KV a 1,02–1,05, lo que permite un diseño de engranaje compacto. Esta es la razón fundamental por la que los compresores de alta velocidad engranajes helicoidales Debe estar rectificado según la norma DIN Clase 3–5; no se trata de ruido, sino del tamaño del cuerpo del engranaje.
- Sistema de lubricación por niebla de aceite: A velocidades superiores a 80–100 m/s, la lubricación por pulverización mediante boquilla no logra suministrar aceite a la zona de contacto dentada, ya que la velocidad superficial lo arrastra antes de que penetre. A estas velocidades, se requiere lubricación por inyección a presión con boquillas que dirijan el aceite a la zona de contacto desde ambos lados.
Ángulo de hélice para engranajes helicoidales de compresores de alta velocidad
Aumentador de velocidad para compresores centrífugos engranajes helicoidales Utilice ángulos de hélice bajos (β = 5–15°), en contra de la tendencia general que favorece ángulos de hélice mayores para la reducción de ruido. La razón: a velocidades de línea de paso muy altas, el empuje axial F_a = F_t × tan β genera un desplazamiento axial significativo del eje del rotor que debe ser absorbido por el cojinete de empuje del eje. A v = 100 m/s con β = 25°, F_a = 0,466 × F_t, y el cojinete de empuje a estas velocidades es un cojinete de almohadilla basculante de precisión cuya capacidad de carga axial está limitada por su diseño. El compresor estándar API 613 engranaje helicoidal Utiliza β = 8–15° como un compromiso entre el ruido (ligeramente mayor) y un empuje axial manejable a alta velocidad.
Requisitos de la norma API 613 para engranajes multiplicadores de velocidad de compresores
| Parámetro API 613 | Requisito | Razón fundamental |
|---|---|---|
| Clase de precisión de engranajes | AGMA 13–15 (≈ DIN Clase 3–5) | Controla KV a alta velocidad; limita la excitación por vibración de TE |
| Límite de vibración (carcasa del rodamiento) | ≤ 25 µm de pico a pico (o según la tabla 3 de la API 613) | Protege las holguras de la punta del impulsor; evita el contacto rotor-estator. |
| Material de engranajes | AISI 4340 o equivalente (17CrNiMo6) templado en toda su masa o carburizado. | Alta resistencia a la fatiga; sin riesgo de fallo por fragmentación a alta velocidad. |
| Sistema de aceite lubricante | Inyección a presión; aceite para turbinas ISO VG 32–68; filtro dúplex; enfriador de aceite | Flujo continuo de aceite en todas las condiciones de funcionamiento; aceite limpio fundamental a estas velocidades de los dientes. |
| Margen de velocidad crítico | ≥ 20% separación entre la velocidad de funcionamiento y cualquier velocidad crítica | Evita la amplificación por resonancia de la vibración inducida por TE. |
Engranajes de sincronización de compresores de tornillo: juego y precisión de fase
Un compresor de tornillo sin aceite requiere una sincronización exacta de las fases del rotor macho y hembra; si los rotores entran en contacto (lo que ocurre si la holgura del engranaje de distribución es demasiado grande y los rotores se expanden térmicamente reduciendo su espacio libre), el resultado es el agarrotamiento inmediato del rotor y la destrucción del compresor. La sincronización engranaje helicoidal Por lo tanto, la especificación para compresores de tornillo sin aceite tiene como parámetro principal el juego libre, no la capacidad de carga (los engranajes solo transmiten un par ligero), sino la norma DIN 3967 clase g o h para mantener la holgura del rotor en todo el rango de funcionamiento térmico.
Los engranajes de sincronización también deben mantener una relación de fase constante durante los ciclos térmicos de la carcasa del compresor. Esto requiere que la expansión de la carcasa de los engranajes de sincronización (que modifica la distancia entre centros y, por lo tanto, el juego) se compense en el diseño, ya sea permitiendo que el juego aumente con la temperatura dentro de un rango controlado que mantenga la holgura del rotor, o utilizando ajustadores de distancia entre centros con compensación de temperatura en la carcasa de los engranajes de sincronización.
Korea Ever-Power — Suministro de engranajes helicoidales para aumentar la velocidad del compresor
Korea Ever-Power produce repuestos y nuevos diseños. engranajes de corte helicoidal para multiplicadores de velocidad de compresores centrífugos en DIN Clase 3–5, Ra ≤ 0,2 µm, en materiales compatibles con API 613 (17CrNiMo6 templado o carburizado), con medición del analizador de engranajes 100% y documentación de calificación de vibraciones. Como un directo fabricante de engranajes helicoidalesKorea Ever-Power realiza el cálculo de velocidad crítica y la estimación de vibración para engranajes de repuesto, confirmando el cumplimiento con los límites de vibración API 613 a la velocidad de funcionamiento especificada antes de la producción. Para engranajes de sincronización de compresores de tornillo, Korea Ever-Power produce pares emparejados con clase de juego y precisión de paso confirmadas, verificadas en el analizador de engranajes. Explore la Gama de productos de engranajes helicoidales para aplicaciones de compresores.
Preguntas frecuentes
El aceite para engranajes estándar (ISO VG 220–320 con aditivos EP) está formulado para cajas de engranajes de velocidad moderada donde la película EHL necesita el soporte de viscosidad de una base de alta viscosidad. A las velocidades de línea de paso de los multiplicadores de velocidad del compresor (50–200 m/s), la película de aceite se genera por acción hidrodinámica a alta velocidad; el espesor de la película EHL h_min escala aproximadamente con v^0.68. El uso de ISO VG 220 a 100 m/s genera mucha más película de la necesaria, lo que provoca pérdidas viscosas excesivas y generación de calor. El aceite para turbinas ISO VG 32–68 (sin aditivos EP, ya que estos son corrosivos para las aleaciones de cobre en los cojinetes del compresor) mantiene una película EHL adecuada a la vez que minimiza las pérdidas por agitación. La ausencia de aditivos EP es aceptable porque a estas velocidades el par de engranajes se encuentra firmemente en el régimen EHL completo; no se produce contacto entre asperezas y la protección EP es innecesaria.
La norma API 613 añade varios requisitos más allá de la ISO 6336: (1) una prueba de aceptación de vibración obligatoria a velocidad y carga máximas antes del envío, con una vibración en la carcasa del cojinete ≤ 25 µm pico a pico; (2) un análisis específico de la dinámica del rotor que incluye la velocidad crítica torsional, la velocidad crítica lateral y el margen de separación de todas las velocidades de funcionamiento; (3) requisitos de materiales que especifican los niveles máximos de impurezas en el acero de los engranajes más allá de los rangos de composición estándar EN/ASTM; (4) una prueba de funcionamiento mecánico presenciada por el comprador o su inspector; (5) requisitos específicos de limpieza del aceite lubricante (ISO 16/14/11 como mínimo). Estos requisitos adicionales son la razón por la que un compresor que cumple con la norma API 613 debe cumplir con dicha norma. engranaje helicoidal Suele costar entre 2 y 4 veces más que un engranaje industrial estándar del mismo tamaño.
Sí, siempre que el ruido provenga de una fatiga superficial progresiva (picaduras o micropicaduras) que haya aumentado la rugosidad de los flancos de los dientes por encima del Ra original ≤ 0,2 µm, y siempre que la profundidad de la capa restante después de la eliminación del material se encuentre dentro del mínimo especificado. Korea Ever-Power acepta compresores de alta velocidad engranajes helicoidales Para el rectificado, se mide el estado del material restante y la profundidad de la capa, y se proporciona un informe de viabilidad antes de realizar la operación. El rectificado a la clase DIN 4-5 a partir de una superficie rugosa en servicio es factible si la eliminación total de material necesaria es inferior a 0,2-0,3 mm; más allá de este límite, resulta más rentable reemplazar el engranaje que intentar el rectificado.
En un compresor de engranajes integrados, los impulsores se montan directamente en las extensiones del eje de los piñones de alta velocidad dentro de la carcasa de la caja de engranajes; no hay carcasas de compresor separadas con bridas para un multiplicador de velocidad. Cada piñón puede accionar dos impulsores (uno en cada extremo del eje) con diferentes relaciones de presión, lo que permite la compresión multietapa en una sola máquina. La ventaja: no hay acoplamiento entre la caja de engranajes y el compresor, menor masa giratoria, instalación más compacta. La desventaja: el diseño del engranaje es inseparable del diseño del compresor; el engranaje forma parte del límite del proceso y debe soportar las cargas de presión del gas del proceso, además de las cargas del engranaje. Korea Ever-Power fabrica engranajes de piñón de repuesto para compresores de engranajes integrados con las certificaciones de materiales y los controles dimensionales específicos requeridos para su doble función.
Consulta sobre multiplicadores de velocidad del compresor o engranajes de distribución
Indique la velocidad del piñón (RPM), el diámetro primitivo, el módulo, el ángulo de hélice y el estado de cumplimiento de la norma API 613. Korea Ever-Power fabrica engranajes para compresores DIN Clase 3-5 con Ra ≤ 0,2 µm, documentación completa del analizador de engranajes y estimación de vibraciones según la norma API 613, con plazos de entrega estándar para engranajes helicoidales.
Clase DIN 3–5 · Ra ≤ 0,2 µm · Conforme a API 613 · Estimación de vibraciones · Compatible con aceite de turbina · Cantidad mínima de pedido: 1 pieza
Editor: Cxm
