Acoplamentos de diafragma: princípios de funcionamento, benefícios e guia de seleção

Durante uma pesquisa de vibração de rotina em um trem de compressores de alta velocidade, os engenheiros descobriram um pico de velocidade de 4,5 mm/s na extremidade do acionamento do motor. A causa foi um acoplamento de engrenagem desgastado, devido à falta de lubrificação. Substituí-lo por uma proteção de diafragma eliminou o problema para sempre. Os revestimentos de diafragma são metálicos flexíveis e não lubrificados que toleram desalinhamento enquanto transmitem torque nominal total. Eles fizeram a escolha padrão para máquinas rotativas de alta velocidade, porque não são novas, mas porque resolvem problemas operacionais reais.

O que é uma proteção de diafragma?

Uma proteção de diafragma conecta dois eixos usando um ou mais diafragmas metálicos finos. O torque flui do flange acionador através do diafragma flexível para o flange acionado. O diafragma foi projetado para dobrar de maneira controlada, o que permite absorver desalinhamento angular, posição paralela e posição axial sem peças deslizantes ou folgas.

Ao contrário dos acoplamentos de engrenagem, os acoplamentos de diafragma não dependem de dentes lubrificados. A flexão do metal funciona por meio de deformação metalúrgica, portanto não há desgaste por atrito. Isso oferece vários benefícios práticos:

• Não é necessário sistema de lubrificação ou colocação, reduzindo a manutenção e eliminando vazamentos de óleo.
• Ampla faixa de temperatura operacional, normalmente de -40 °C a mais de 250 °C, dependendo do material.
• Transmissão de torque suave sem ruído periódico da malha dos dentes.
• Sem folga, tornando-os adequados para ações de precisão e reversão.
• Rigidez torcional previsível, que ajuda a evitar problemas críticos de velocidade em trens de alta velocidade.

Acoplamento de diafragma vs. acoplamento de engrenagem: principais diferenças

A comparação mais frequente no projeto de equipamentos rotativos é entre anéis de engrenagem e anéis de diafragma. A tabela abaixo resume as diferenças que mais importam no serviço.

Para uma comparação mais profunda de engenharia, leia por que um envoltório de diafragma é frequentemente mais adequado do que um envoltório de envergadura .

Projetos de disco único, diafragma duplo e eixo intermediário

Os revestimentos de diafragma são construídos em diversas configurações. Uma unidade de disco única possui um elemento flexível e suporta dessalinização angular moderada. Quando você precisa de maior deslocamento paralelo ou maior flexível, uma vedação de diafragma duplo utiliza dois elementos flexíveis separados por um espaçador central. Esta é a configuração industrial mais comum porque permite compensação angular e de deslocamento sem gerar grandes forças de ocorrência nos rolamentos.

Acoplamento de diafragma duplo JMII para aplicações industriais compactas Esta proteção de disco de aço inoxidável utiliza dois elementos flexíveis e um espaçador central para lidar com desalinhamentos angulares e paralelos. Seu design compacto de peça única se adapta a curtas distâncias de transmissão em bombas, máquinas-ferramentas e sistemas de automação. Ver Produto →

Para vários maiores entre máquinas, uma junta de diafragma com eixo intermediário um dois pacotes de diafragmas com um tubo leve. Esse arranjo permite que os engenheiros cubram grandes distâncias, mantenham o sistema equilibrado e reduzam o peso geral em comparação com um eixo sólido de peça única. É amplamente utilizado em trens de bombas e motores, torres de resfriamento e grupos geradores.

Acoplamento de diafragma JMIJ com eixo intermediário para vãos longos Este cobre dois conjuntos de diafragmas com um eixo intermediário de nível, permitindo a transmissão de torque em longa distância, diminuindo o peso e mantendo o equilíbrio. É ideal para trens de bombas, torres de resfriamento e grupos geradores. Ver Produto →

Ambos os projetos compartilham o mesmo princípio de ausência de manutenção: o diafragma metálico flexiona-se elasticamente, retorna à sua forma original quando a carga é removida e nunca precisa de lubrificação. A escolha entre eles depende do vão e da capacidade de dessalinização necessária.

Como selecionar uma proteção de diafragma

Selecionar a vedação do diafragma correta é um processo simples se você cobrir os seguintes dados de aplicação:

• Torque nominal e fator de serviço — calcular o torque real transmitido e aplicar um fator para cargas de choque, frequência de partida e velocidade.
• Velocidade operacional — verificar se a velocidade máxima do engate é superior à velocidade máxima da máquina e verificar as margens de velocidade crítica para trens de alta velocidade.
• Requisitos de dessalinização — definir deslocamentos angulares, paralelos e axiais esperados do crescimento térmico, recalque da fundação ou tolerâncias de fabricação.
• Tamanhos de furo e rasgos de chaveta — combinar o furo da escuridão com os dois diâmetros do eixo; furos personalizados são comuns e devem ser especificados no pedido.
• Envelope espacial — meça a distância entre as extremidades do eixo e o espaço radial disponível.
• Meio Ambiente — considerar os requisitos de temperatura, umidade, exposição a produtos químicos e lavagem. Diafragmas e fixadores de aço inoxidável podem ser especificados para áreas corrosivas.
• Qualidade de equilíbrio — para ações de alta velocidade ou precisão, especifique um grau de equilíbrio como G2.5 ou G1 de acordo com a ISO 21940.

Quando essas configurações são conhecidas, as equipes de engenharia podem calcular o tamanho do revestimento usando as classificações de torque e desalinhamento do fabricante. Como o elemento flexível não é uma peça de desgaste, a mesma proteção pode muitas vezes ser reutilizada em uma nova instalação, desde que os adaptadores de furo e o espaçamento sejam selecionados.

Onde os revestimentos de diafragma são usados

Os revestimentos de diafragma parecem onde quer que a confiabilidade e a limpeza sejam importantes. Eles são a escolha padrão para compressores, bombas, geradores, turbinas a gás e outros equipamentos rotativos de alta velocidade. Os setores químico, petroquímico, marítimo e de geração de energia utilizam porque eliminam vazamentos de petróleo e mantêm a manutenção em locais remotos ou de difícil acesso. Em indústrias pesadas, como siderurgia e mineração, os revestimentos de diafragma são cada vez mais usados ​​​​em ações que anteriormente dependiam de revestimentos de envergadura, especialmente onde os custos de tempo de inatividade são altos.

Os fabricantes de seguros personalizados atendem a esses setores industriais com unidades usinadas e balanceadas, muitas vezes construídas para combinar com um envelope existente sem alterar o maquinário. Uma proteção de diafragma bem feita pode durar anos sem qualquer intervenção além da inspeção visual periódica.

Considerações sobre instalação e manutenção

A qualidade da instalação tem um forte efeito na vida útil da proteção do diafragma. O elemento flex permite uma certa quantidade de dessalinização, mas não é uma licença para alinhamento grosseiro. Sempre siga estas práticas:

• Alinhe os eixos à temperatura operacional sempre que possível; o crescimento térmico altera os valores de alinhamento ao frio.
• Verifique o espaçamento axial para que o conjunto de diafragma funcione dentro da faixa de deslocamento axial pretendida.
• Aperte os parafusos do cubo e do elemento flexível com o torque especificado pelo fabricante usando uma chave dinamométrica calibrada.
• Verifique os furos de ajuste dos parafusos quanto ao ajuste adequado; um revestimento de diafragma é sensível à fixação irregular dos parafusos.
• Após a instalação, gire o conjunto lentamente e meça o desvio no diâmetro externo dos flanges.

A manutenção periódica limita-se à inspeção do diafragma quanto a rachaduras, corrosão e condições dos parafusos. Nenhuma lubrificação é necessária, e é por isso que muitos usuários convertem qualquer acionamento problemático com acoplamento de engrenagem em um acoplamento de diafragma durante uma revisão.

Conclusão

Os silicones de diafragma oferecem uma combinação única de serviço sem lubrificação, útil vida previsível contra fadiga e operação limpa. Para máquinas de alta velocidade ou alto torque, onde o tempo de inatividade é caro, eles se tornaram uma alternativa preferida às dobradiças de engrenagens. Ao definir seu torque, velocidade, desalinhamento e dimensões do eixo, você pode selecionar uma unidade padrão ou um revestimento de diafragma personalizado que funcione de forma confiável por anos. Se você estiver substituindo uma blindagem desgastada em um posicionamento crítico, a simples mudança para uma vedação de diafragma livre de manutenção geralmente elimina a causa raiz de falhas repetidas.