Três tipos de caixas de engrenagens para compressores — Onde as engrenagens helicoidais se encaixam
Um anexo separado engrenagem helicoidal Caixa de engrenagens entre o motor e o compressor centrífugo, aumentando a velocidade do motor (1.500 ou 3.000 RPM) para a velocidade do rotor (5.000–30.000 RPM) em um ou dois estágios. Esta é a configuração mais comum para grandes compressores centrífugos industriais (500 kW–50 MW) e é regida pela norma API 613 - Unidades de Engrenagens para Fins Específicos em Serviços para as Indústrias de Petróleo, Química e Gás.
Os impulsores são montados diretamente nas extremidades estendidas dos eixos de pinhão de alta velocidade — não há acoplamento separado entre a engrenagem e o compressor. O corpo da engrenagem faz parte do limite do processo. Múltiplos estágios de compressão podem ser obtidos montando-se os impulsores em diferentes extensões do eixo de pinhão com diferentes relações de transmissão, todos acionados por uma engrenagem central no eixo de entrada do motor.
Os compressores de parafuso isentos de óleo utilizam engrenagens de sincronização para manter uma folga precisa entre os rotores macho e fêmea sem contato físico. A sincronização engrenagens helicoidais Não transmitem carga de processo (o contato do rotor fornece a transmissão de torque nos tipos lubrificados a óleo), mas devem manter a relação de fase exata do rotor — tornando a folga e a precisão do passo os parâmetros críticos.
Aumentador de velocidade de compressor centrífugo — Requisitos de projeto de engrenagens
De alta velocidade engrenagem helicoidal Para multiplicadores de velocidade de compressores centrífugos — a combinação da precisão DIN Classe 3–5, rugosidade superficial do dente Ra ≤ 0,2 µm e projeto com baixo ângulo de hélice (β = 5–15°) limita a contribuição da vibração da engrenagem ao limite máximo permitido de vibração pico a pico de 25 µm na carcaça do rolamento, conforme a norma API 613.
Velocidade da linha de arremesso — a principal restrição de projeto
A velocidade na linha de passo v = π × d₁ × n₁ / 60.000 [m/s] para um pinhão multiplicador de velocidade de um compressor centrífugo varia de 25 m/s para um compressor de gás natural de baixa velocidade a mais de 200 m/s para um compressor de ar multiestágio de alta velocidade. Nessas velocidades:
- A perda por atrito na malha dentada é o fator dominante: Em velocidades superiores a 30 m/s, a perda viscosa na malha sem carga P_VZO ∝ v² torna-se uma fração significativa da potência transmitida. Para um multiplicador de velocidade de compressor API 613. engrenagem helicoidalÉ especificado óleo de turbina ISO VG 32–68 (não óleo de engrenagem) — o grau de viscosidade mais baixo que mantém uma película EHL adequada — para minimizar as perdas por agitação em alta velocidade.
- O fator de carga dinâmico KV torna-se significativo: A uma velocidade de 50 m/s, para uma engrenagem DIN Classe 8, o KV atingiria 1,5–2,0, exigindo uma engrenagem duas vezes maior do que a necessária para o torque nominal. As classes DIN 3–5 reduzem o KV para 1,02–1,05, permitindo um projeto de engrenagem compacto. Esta é a razão fundamental pela qual os compressores de alta velocidade são tão importantes. engrenagens helicoidais Deve ser retificado de acordo com a classe DIN 3-5 — não em relação ao ruído, mas sim em relação ao tamanho do corpo da engrenagem.
- Sistema de lubrificação por névoa de óleo: Em velocidades superiores a 80–100 m/s, a lubrificação por aspersão a partir de um bico não consegue fornecer óleo à zona de contato dos dentes, pois a velocidade da superfície arrasta o óleo antes que ele penetre. Nessas velocidades, é necessária a lubrificação por injeção pressurizada com bicos que direcionam o óleo para a zona de contato por ambos os lados.
Ângulo da hélice para engrenagens helicoidais de compressores de alta velocidade
Aumentador de velocidade do compressor centrífugo engrenagens helicoidais Utilizam-se ângulos de hélice baixos (β = 5–15°) — contrariando a tendência geral de favorecer ângulos de hélice mais altos para redução de ruído. A razão: em velocidades de linha de passo muito altas, o empuxo axial F_a = F_t × tan β gera um deslocamento axial significativo do eixo do rotor que deve ser absorvido pelo mancal de encosto do eixo. A v = 100 m/s com β = 25°, F_a = 0,466 × F_t — e o mancal de encosto nessas velocidades é um mancal de pastilhas oscilantes de precisão cuja capacidade de carga axial é limitada pelo seu projeto. O compressor padrão API 613 engrenagem helicoidal Utiliza β = 8–15° como um compromisso entre ruído (ligeiramente mais alto) e empuxo axial controlável em alta velocidade.
Requisitos da API 613 para engrenagens multiplicadoras de velocidade de compressores
| Parâmetro API 613 | Exigência | Justificativa |
|---|---|---|
| Classe de precisão da engrenagem | AGMA 13–15 (≈ Classe DIN 3–5) | Controla o KV em alta velocidade; limita a excitação vibratória do TE |
| Limite de vibração (carcaça do rolamento) | ≤ 25 µm pico a pico (ou conforme a Tabela 3 da API 613) | Protege a folga na ponta do impulsor; evita o contato entre rotor e estator. |
| Material da engrenagem | AISI 4340 ou equivalente (17CrNiMo6) temperado ou cementado. | Alta resistência à fadiga; sem risco de falha por fragmentação em alta velocidade. |
| Sistema de óleo lubrificante | Injeção pressurizada; óleo de turbina ISO VG 32–68; filtro duplo; resfriador de óleo | Fluxo contínuo de óleo em todas as condições de operação; óleo limpo é essencial nessas velocidades dos dentes. |
| margem de velocidade crítica | ≥ 20% separação entre a velocidade de corrida e qualquer velocidade crítica | Impede a amplificação por ressonância da vibração induzida por TE |
Engrenagens de Sincronização de Compressores de Parafuso — Folga e Precisão de Fase
Um compressor de parafuso isento de óleo requer sincronização precisa das fases dos rotores macho e fêmea — se os rotores entrarem em contato (o que acontece se a folga da engrenagem de sincronização for muito grande e os rotores se expandirem termicamente, reduzindo a folga), o resultado é o travamento imediato dos rotores e a destruição do compressor. A sincronização engrenagem helicoidal A especificação para compressores de parafuso isentos de óleo tem, portanto, a folga como parâmetro principal — não a capacidade de carga (as engrenagens transmitem apenas torque leve), mas sim a classe g ou h da norma DIN 3967 para manter a folga do rotor em toda a faixa de operação térmica.
As engrenagens de sincronização também devem manter uma relação de fase constante durante os ciclos térmicos da carcaça do compressor. Isso exige que a expansão da carcaça da engrenagem de sincronização (que altera a distância entre centros e, portanto, a folga) seja compensada no projeto — seja permitindo que a folga aumente com a temperatura dentro de uma faixa controlada que ainda mantenha a folga do rotor, seja utilizando ajustadores de distância entre centros com compensação de temperatura na carcaça da engrenagem de sincronização.
Korea Ever-Power — Fornecimento de Engrenagens Helicoidais para Aumentar a Velocidade do Compressor
A Korea Ever-Power produz equipamentos de substituição e de novo design. engrenagens helicoidais Para multiplicadores de velocidade de compressores centrífugos nas classes DIN 3 a 5, Ra ≤ 0,2 µm, em materiais compatíveis com API 613 (17CrNiMo6 temperado ou cementado), com medição do analisador de engrenagens 100% e documentação de qualificação de vibração. Como um direto fabricante de engrenagens helicoidaisA Korea Ever-Power realiza o cálculo da velocidade crítica e a estimativa de vibração para engrenagens de reposição, confirmando a conformidade com os limites de vibração da norma API 613 na velocidade de operação especificada antes da produção. Para engrenagens de sincronização de compressores de parafuso, a Korea Ever-Power produz pares combinados com folga e precisão de passo confirmadas, verificadas no analisador de engrenagens. Navegue pelo catálogo. gama de produtos de engrenagens helicoidais Para aplicações em compressores.
Perguntas frequentes
O óleo de engrenagem padrão (ISO VG 220–320 com aditivos EP) é formulado para caixas de engrenagens de velocidade moderada, onde o filme EHL necessita do suporte de viscosidade de uma base de alta viscosidade. Nas velocidades da linha de passo dos multiplicadores de velocidade do compressor (50–200 m/s), o filme de óleo é gerado por ação hidrodinâmica em alta velocidade — a espessura do filme EHL, h_min, varia aproximadamente com v^0,68. O uso de ISO VG 220 a 100 m/s gera um filme muito mais espesso do que o necessário, causando perdas viscosas excessivas e geração de calor. O óleo de turbina ISO VG 32–68 (sem aditivos EP — os aditivos EP são corrosivos para as ligas de cobre nos mancais do compressor) mantém um filme EHL adequado, minimizando as perdas por agitação. A ausência de aditivos EP é aceitável porque, nessas velocidades, o par de engrenagens está firmemente no regime EHL completo — o contato entre as asperezas não ocorre e a proteção EP é desnecessária.
A norma API 613 adiciona diversos requisitos além da ISO 6336: (1) um teste de aceitação de vibração obrigatório em velocidade e carga máximas antes do envio, com vibração na caixa do rolamento ≤ 25 µm pico a pico; (2) análise específica da dinâmica do rotor, incluindo velocidade crítica de torção, velocidade crítica lateral e margem de separação em todas as velocidades de operação; (3) requisitos de material que especificam os níveis máximos de impurezas no aço da engrenagem além das faixas de composição padrão EN/ASTM; (4) um teste mecânico de funcionamento presenciado pelo comprador ou inspetor do comprador; (5) requisitos específicos de limpeza do óleo lubrificante (ISO 16/14/11 mínimo). Esses requisitos adicionais são o motivo pelo qual um compressor em conformidade com a API 613 é necessário. engrenagem helicoidal Normalmente custa de 2 a 4 vezes mais do que uma engrenagem industrial padrão do mesmo tamanho.
Sim — desde que o ruído seja proveniente de fadiga superficial progressiva (pitting ou micropitting) que tenha causado rugosidade nos flancos dos dentes acima do Ra original ≤ 0,2 µm, e desde que a profundidade restante da camada após a remoção do material ainda esteja dentro do mínimo especificado. A Korea Ever-Power aceita compressores de alta velocidade. engrenagens helicoidais Para retificação, são feitas medições da condição do material remanescente e da profundidade da camada endurecida, e um relatório de viabilidade é fornecido antes de iniciar a operação. A retificação para a classe DIN 4-5 a partir de uma superfície rugosa em serviço é viável se a remoção total de material necessária for inferior a 0,2-0,3 mm — acima desse valor, a substituição da engrenagem é mais econômica do que tentar a retificação.
Em um compressor com engrenagens integradas, os rotores são montados diretamente nas extensões dos eixos das engrenagens de alta velocidade dentro da carcaça da caixa de engrenagens — não há carcaças de compressor separadas flangeadas a um multiplicador de velocidade. Cada engrenagem pode acionar dois rotores (um em cada extremidade do eixo) com diferentes relações de pressão, permitindo compressão em múltiplos estágios em uma única máquina. A vantagem: ausência de acoplamento entre a caixa de engrenagens e o compressor, menor massa rotativa e instalação mais compacta. A desvantagem: o projeto da engrenagem é inseparável do projeto do compressor — a engrenagem faz parte do limite do processo e deve suportar as cargas de pressão do gás de processo, além das cargas da própria engrenagem. A Korea Ever-Power produz engrenagens de reposição para compressores com engrenagens integradas, com as certificações de materiais e controles dimensionais específicos exigidos para sua função dupla.
Consulta sobre multiplicador de velocidade do compressor ou engrenagem de sincronização
Forneça a velocidade do pinhão (RPM), o diâmetro primitivo, o módulo, o ângulo da hélice e o status de conformidade com a norma API 613. A Korea Ever-Power produz engrenagens para compressores nas classes DIN 3 a 5 com rugosidade superficial (Ra) ≤ 0,2 µm, documentação completa do analisador de engrenagens e estimativa de vibração de acordo com a norma API 613 — com prazos de entrega padrão para engrenagens helicoidais.
Classe DIN 3–5 · Ra ≤ 0,2 µm · Em conformidade com a norma API 613 · Estimativa de vibração · Compatível com óleo de turbina · Quantidade mínima de encomenda: 1 peça
Editor: Cxm
