Apa Perbedaan Antara Rakitan Bantalan Dorong Bantalan Miring dan Bantalan Tetap?

Perbedaan antara set bantalan dorong-pad miring dan-pad tetap tidak terlalu Anda sukai. Kuncinya adalah melihat apakah bentuk bantalan dapat disesuaikan dengan kondisi pengoperasian sebenarnya. Bantalan busing tetap membawa beban melalui sudut baji yang dipotong pada permukaan bantalan saat busing dibuat. Jika irisan tidak sesuai dengan kecepatan saat ini, suhu oli, atau distribusi beban, bantalan akan bekerja dengan buruk atau rusak. ARakitan Bantalan Dorong Bantalan Miring, di sisi lain, memungkinkan setiap pad memutar porosnya. Ini berputar hingga ketebalan dan bentuk lapisan oli memenuhi kondisi pengoperasian saat ini. Perbedaan antara kedua perangkat mengontrol kapasitas beban, stabilitas panas, toleransi terhadap deviasi, dan durasi bantalan. Efek ini sulit dilihat pada gambar diam.

Artikel ini akan menjelaskan cara membuat setiap setelan berbeda secara fisik, cara kerja bagian{0}}penyesuaian mandiri, di mana setiap setelan berfungsi dengan baik, dan apa yang memaksa Anda memilih jenis.

Konfigurasi-Pad Tetap: Kumpulan Geometri di Pabrik

Bantalan dorong-pad yang tetap-baik meruncing, datar dengan alur, atau bertingkat-memberikan bentuk permukaan statis pada kerah yang berputar. Bentuk ketebalan lapisan oli ditentukan oleh bentuk gasket saat keluar dari alat mesin. Untuk desain lantai berbentuk kerucut, ini berarti sudut kerucut dalam dan luar yang stabil (biasanya 0,3 hingga 1,2 persen dari panjang bantalan) ditambah area datar di bagian belakang. Bagian yang sempit menghasilkan tekanan hidrodinamik. Daerah datar menyebarkan tekanan ke lebih banyak ruang. Setelah bantalan terpasang, sudutnya tidak dapat diubah.

Hasil dari bentuk tetap adalah bentuk film terbaik hanya cocok untuk sekumpulan kecepatan, ketebalan oli, dan beban. Pada kecepatan yang lebih rendah, kerucut yang sama menghasilkan tekanan yang terlalu kecil karena kecepatan fluida terlalu rendah. Pada kecepatan yang lebih tinggi, kerucut yang sama dapat memberikan terlalu banyak tekanan di dekat tepi depan. Hal ini meningkatkan suhu lokal dan menurunkan ketebalan lapisan minyak yang paling Anda butuhkan. Akibatnya, desain bantalan tetap memaksa perancang untuk memilih bentuk sedang untuk mencakup rentang kondisi pengoperasian yang diharapkan. Bearing akan bekerja lebih buruk pada kedua ujung rentang (Wilcock & Booser, 1957).

Cara Kerja Tilting Pads: Mekanisme Pivot

Dalam pengaturan bantalan dorong berporos, setiap bantalan berada pada titik pivot. Letaknya di antara bagian tengah bantalan dan tepi belakangnya. Saat kerah berputar, tarikan lengket menyedot minyak ke dalam celah sempit. Celah ini disebabkan oleh posisi bantalan yang miring. Medan tekanan oli yang dihasilkan menghasilkan gaya rotasi di sekitar poros. Gasket berputar hingga gaya seimbang dengan gaya dorong yang didukung di bawahnya. Keseimbangan terjadi ketika bantalan dimiringkan pada suatu sudut untuk membentuk ketebalan lapisan oli, memberikan tekanan yang cukup untuk mempertahankan beban yang diberikan.

Letak poros relatif terhadap bagian tengah selongsong mengubah cara kerja bantalan:

Poros tengah (50% dari panjang paking): Di bawah beban seragam, ketebalan film kira-kira sama antara tepi depan dan belakang. Bearing cenderung netral dan stabil.

Poros eksentrik (55–65% dari panjang bagian depan hingga bantalan): Hal ini membuat film di bagian tepi belakang lebih tebal daripada di bagian depan. Daya dukung setiap area telah ditingkatkan, dan kemampuan menahan pembengkokan panas telah ditingkatkan. Namun ini mengurangi margin ketebalan film minimum saat diaktifkan. Ini adalah pengaturan yang digunakan di sebagian besar turbin pabrik dan bantalan kompresor (Khonsari & Booser, 2008).

Pivot kursi berbentuk bola: Ini memiringkan paking ke arah melingkar dan memanjang. Hal ini menyebabkan poros penanganan bantalan tidak sejajar tanpa pembebanan tepi. Jenis bantalan dorong ini biasa terjadi pada hidrogenerator besar.

Ilmu dasar pengoperasian alas miring-berawal dari paten Anthony George Maldon Michell tahun 1905 dan karya terpisah Albert Kingsbury yang dilakukan secara independen pada waktu yang sama. Keduanya menunjukkan bahwa bantalan berputar dapat menemukan sudut kemiringan optimal pada kecepatan dan beban tertentu dalam rentang pergerakan poros (Ettles, 1978).

Distribusi Beban: Mengapa Bantalan Miring Menangani Ketidaksejajaran

Salah satu perbedaan terbesar antara bantalan tetap dan bantalan miring adalah cara kerjanya ketika beban tidak berada di sekitar lingkaran bantalan.

Pada bantalan paking tetap dengan enam atau delapan paking, jika rotor menyimpang bahkan dari lebar bantalan 0,05–0,10 mm, sekelompok paking akan menanggung beban tambahan. Gasket lain memiliki beban yang lebih kecil atau tidak sama sekali. Gasket yang kelebihan beban memiliki lapisan film yang lebih tipis, panas yang lebih tinggi, dan keausan yang lebih cepat. Gasket yang kekurangan muatan tidak membantu beban, namun tetap menimbulkan panas gesekan pada oli yang terpotong. Ketidakseimbangan ini dapat berlangsung tanpa disadari sampai pembalut menjadi terlalu panas atau kerahnya tergores.

Pada rakitan bantalan dorong bantalan miring, dislokasi memiringkan bantalan berat ke arah lapisan oli yang lebih banyak. Bantalan yang ringan tidak terlalu miring. Setiap paking mengubah sudutnya untuk membagi beban total secara lebih merata. Cara membagi beban dengan lebih baik bergantung pada seberapa banyak titik tumpu yang tersedia. Kontak kabel keras dengan poros mengirimkan heterogenitas beban ke rumahan. Kontak bola atau titik dengan poros memungkinkan bantalan berputar lebih leluasa, sehingga menyebarkan beban lebih baik (Etsion & Fleming, 1977).

Secara numerik, penelitian yang menggunakan sel beban bantalan sensor regangan menunjukkan bahwa bias kurang dari 20% nada enam bantalan mempertahankan perbedaan beban antar bantalan hingga sekitar ±15–25% dari beban rata-rata. Namun, dalam kondisi yang sama, rasio beban bantalan tetap adalah 3:1 antara bantalan yang paling banyak dimuat dan bantalan yang paling sedikit dimuat (Mikula & Gregory, 1984, dikutip dalam Khonsari & Booser).

Perilaku Termal dan Suhu Film

Bantalan paking tetap adalah titik panas di mana suhu lapisan oli lokal 30-60 derajat lebih tinggi dibandingkan suhu oli utuh. Itu tergantung pada beban dan kecepatan. Pada bantalan berbentuk kerucut, wilayah panas tertinggi berada di dekat ujung bagian yang meruncing. Di sinilah lapisan minyak paling tipis. Karena bentuk lancip tidak dapat diubah, titik panas tetap berada pada posisi yang sama sepanjang siklus. Ketika bantalan dipanaskan dan didinginkan beberapa kali, hal ini menyebabkan lengkungan bantalan permanen, yang dikenal sebagai mahkota panas. Bagian tengah bantalan lebih besar daripada bagian tepi yang lebih dingin. Hal ini menciptakan tonjolan melengkung yang memberikan lebih banyak beban pada bagian tengah bantalan (Boyd & Raimondi, 1962). Penobatan termal terakumulasi seiring waktu dan tidak dapat diperbaiki setelah batas pemulihan elastis bahan bantalan terlampaui.

Pada Rakitan Bantalan Dorong Bantalan Miring, bagian pemutar bantalan memberikan cara untuk menyesuaikannya sendiri. Saat paking memanas dan mulai dimahkotai, perubahan bentuk permukaan mengubah medan tekanan. Hal ini mengubah keseimbangan kekuatan di sekitar titik tumpu. Bantalan kemudian bergerak ke sudut kemiringan keseimbangan yang sedikit berbeda. Penyesuaian kecil dan stabil ini mencegah titik mana pun di permukaan bantalan tetap panas dalam waktu lama. Pada-perangkat miring yang dirancang dengan baik, perbedaan termal puncak dan rata-rata yang diukur biasanya 15-30 derajat . Untuk rakitan pad tetap dengan kualitas yang sama, suhunya adalah 40-70 derajat (Ettles, 1991).

Stabilitas: Whirl, Cross{0}}Coupling, dan Getaran Subsinkron

Pada-mesin pemintalan berkecepatan tinggi, kestabilan pergerakan Rotor menjadi pertimbangan yang sangat penting. Bantalan dorong-pad tetap, terutama yang memiliki loop bumi non-stop (tidak ada lekukan di antara bantalan), dapat meningkatkan kekakuan-kopling silang. Gaya-gaya ini membuat sistem-bantalan rotor menjadi kurang stabil. Gaya-gaya ini berasal dari perubahan kekakuan lapisan oli di sekitar lingkaran bantalan. Mereka dapat menyebabkan getaran yang disebut rotasi subsinkron pada mesin dengan poros yang dapat ditekuk, seperti turbin gas dan kompresor sentrifugal (Lund, 1964).

Rakitan Bantalan Dorong Bantalan Miring secara alami menghentikan-kopling silang. Hal ini karena masing-masing pad bertindak secara independen dan tidak terhubung satu sama lain. Tidak ada lapisan oli kontinu yang mengelilingi cakram satu demi satu. Bidang tekanan setiap bantalan berakhir pada alur di antara gasket. Pecahnya ini menghentikan jalur yang seharusnya mengirimkan gaya tidak stabil ke sekitar lingkaran bantalan. Oleh karena itu, Standar API 617 untuk kompresor proses dan ISO 10439 untuk turbin pabrik memerlukan bantalan dorong-pad miring untuk rotor yang berputar melebihi kecepatan kritis pertama. Untuk rotor ini, ketidakstabilan{10}}kopling silang adalah penyebab utama kegagalan (ISO 10439:2019).

Mulai-Naik, Matikan-Bawah, dan Keausan Pelumasan Batas

Kedua jenis bantalan ini memiliki kontak permukaan oli yang rendah saat start dan penutupan. Hal ini terjadi bila kecepatan putaran berada di bawah tingkat yang diperlukan untuk mempertahankan lapisan oli penuh. Itulah perbedaan durasi kedua setting tersebut.

Bantalan-gasket tetap, terutama desain tanah berbentuk kerucut dengan area datar di tepi belakang, memiliki kontak logam-ke-logam langsung di seluruh area datar selama-pengaktifan. Pada kecepatan rendah, tidak ada irisan yang lebih sempit di area datar. Ini digunakan untuk menyebarkan beban pada kecepatan normal. Dalam banyak siklus start dan stop, kontak ini mengakibatkan keausan yang terukur pada pesawat. Kecepatan terjadinya keausan bergantung pada frekuensi penyalaan, beban yang diterapkan, dan kualitas pelumas dengan oli rendah (ASTM D2266 memberikan metode pengujian standar yang dapat diterapkan pada ketahanan abrasi gemuk di sini).

Bantalan miring memiliki area kontak pertama yang lebih kecil saat diaktifkan. Hal ini karena bantalan bertumpu pada porosnya, sebagian besar wajahnya menempel pada kerah. Area kontak hanyalah area di sekitar titik pivot. Hal ini menempatkan beban boot pada titik kecil daripada menyebarkannya ke seluruh lebar pad. Itu tergantung pada bahan bantalannya. Bantalan berlapis Babbitt-menangani beban startup terkonsentrasi ini dengan baik karena babbitt memiliki kekuatan luluh yang rendah dan kemampuan penyesuaian yang baik. Bantalan tidak bergaris yang didukung baja-tidak ditangani dengan baik. Akibatnya, set bantalan miring-yang kuat hampir selalu dilapisi dengan lapisan atas yang lembut (biasanya Babbitt-berbahan dasar timah, ASTM B23 Kelas 2) untuk bertahan dalam kondisi seperti itu (Hamrock dkk.., 2004).

Perawatan: Penggantian Pad dan Penyetelan Pelat Leveling

Perbedaan perawatan antara kedua perangkat tersebut cukup besar untuk mengubah total biaya bearing selama masa pakainya di pabrik yang sering berhenti bekerja.

Penggantian gasket yang rusak pada gasket tetap berarti melepas seluruh cangkang bantalan, memproses atau mengganti gasket yang rusak, dan kemudian memasang kembali seluruh gasket pada tempatnya dengan gasket tersebut agar bagian tengahnya benar kembali. Total waktu henti adalah 4–12 jam. Itu tergantung pada ukuran mesin dan seberapa mudah diaksesnya mesin tersebut.

Pada gaya dorong pivot modular, Anda dapat melepas dan mengganti satu paking tanpa memindahkan paking lainnya. A Pelat perata di bawah paking biasanya memiliki tumpukan shim. Ini akan memungkinkan Anda menyesuaikan ketinggian masing-masing bantalan setelah Anda memasang yang baru. Pekerja yang-terlatih dapat mengganti bantalan (garis leher tidak lebih lebar dari 300mm) pada mesin berukuran sedang dalam waktu 45 – 90 menit. Untuk bantalan dorong pembangkit listrik tenaga air besar dengan lebar bantalan lebih dari 800 mm, penggantian paking merupakan waktu henti yang direncanakan dan akan memakan waktu beberapa hari, apa pun pengaturannya. Namun konstruksi modular perangkat miring membuat suku cadang lebih mudah dikelola. Anda hanya perlu menyimpan stok masing-masing gasket, bukan seluruh cangkang bantalan.

Kerangka Keputusan Aplikasi

Ringkasan

Ada perbedaan besar antara rakitan bantalan dorong pada bantalan miring dan rakitan bantalan tetap. Saat mesin bekerja, setiap gasket dapat menemukan sudut lapisan oli yang optimal. Kemampuan ini memberikan distribusi beban yang lebih baik ketika komponen mengalami dislokasi, suhu pengoperasian puncak yang lebih rendah, tidak ada gaya kopling silang-getaran rotor, dan penggantian bantalan tunggal yang lebih cepat selama pemeliharaan. Kekurangannya adalah biaya produksi yang lebih tinggi, perakitan yang lebih rumit, risiko kotoran menyumbat celah poros, dan tidak ada keuntungan pada kecepatan yang sangat rendah ketika kedua pengaturan mempertahankan lapisan oli penuh. Pilihan di antara keduanya bergantung langsung pada cara kerja mesin. Pekerjaan yang cepat, panas, atau sensitif terhadap bias memerlukan bantalan miring. Dengan memilih bentuk paking tetap yang tepat, pekerjaan yang lambat, stabil terhadap beban, dan sensitif terhadap biaya dapat ditangani dengan baik.

Referensi

• Wilcock, DF & Booser, ER (1957).Desain dan Aplikasi Bantalan. McGraw-Bukit.
• Khonsari, MM & Booser, ER (2008).Tribologi Terapan: Desain dan Pelumasan Bantalan(edisi ke-2). John Wiley & Putra.
• Hamrock, BJ, Schmid, SR & Jacobson, BO (2004).Dasar-dasar Pelumasan Film Cairan(edisi ke-2). Marcel Dekker.
• Ettles, CM (1978). "Pengembangan analisis komputer umum untuk bantalan dorong bantalan miring-berbentuk sektor."Transaksi ASLE, 21(2), 99–108.
• Ettles, CM (1991). “Beberapa faktor yang mempengaruhi desain bantalan dorong besar.”Prosiding Lembaga Insinyur Mekanik, Bagian J: Jurnal Tribologi Teknik, 205(2), 87–97.
• Boyd, J. & Raimondi, AA (1962). "Penerapan teori bantalan jurnal dengan panjang terbatas pada masalah pelumasan hidrodinamik."Jurnal ASME Teknik Dasar, 84(1), 191–202.
• Lund, JW (1964). "Koefisien pegas dan redaman untuk-bantalan jurnal bantalan miring."Transaksi ASLE, 7(4), 342–352.
• Etsion, I. & Fleming, DP (1977). "Perbandingan antara bantalan dorong bantalan miring-berputar dan-yang didukung pegas."Transaksi ASLE, 20(2), 95–102.
• ASTM B23/B23M-21.Spesifikasi Standar untuk Paduan Bantalan Logam Putih(Logam Babbitt). ASTM Internasional.
• ASTM D2266-18.Metode Uji Standar untuk Karakteristik Pencegahan Keausan Gemuk Pelumas (Metode Empat-Bola). ASTM Internasional.
• ISO 10439:2019.Industri minyak bumi, petrokimia dan gas alam - Kompresor aksial. Organisasi Internasional untuk Standardisasi.
• Stachowiak, GW & Batchelor, AW (2014).Tribologi Teknik(edisi ke-4). Butterworth-Heinemann.