Structura instalaţiei de ungere cu ulei sub presiune de la reductoarele cu roţi dinţate (I)

Aşa cum s-a prezentat şi în articolul din numărul precedent, pentru ungerea şi răcirea lagărelor şi a angrenajelor din componenţa reductoarelor, se foloseşte ulei sub presiune, pregătit într-o instalaţie de curăţire, răcire şi presurizare. În cele ce urmează se prezintă principalele elemente ce compun o astfel de instalaţie de ungere.

1. Pompele hidrostatice

Alegerea pompelor utilizate în sistemul de ungere se face în funcţie de parametrii de funcţionare necesari: presiune de alimentare şi debit. Pompele cele mai utilizate în instalaţiile de ungere sunt diferite din punct de vedere al limitelor de performanţă, astfel încât alegerea trebuie făcută ţinând cont de caracteristicile fiecărui tip reprezentat schematic în figura 1.                           

Figura 1Limitele caracteristicilor debit și presiune în funcție de tipul pompei [1]

În figura 2 se prezintă o clasificare a principalelor tipuri de pompe volumetrice.

Figura 2Clasificarea pompelor [2]

În ceea ce priveşte alegerea tipului de pompă se pot lua în considerare următoarele indicaţii:

a) Pompele cu angrenaje sunt compacte şi silenţioase, fiind larg utilizate în sistemele care necesită debite şi presiuni medii. În figura 3 se prezintă schematic o astfel de pompă, notaţiile folosite în figură având următoarea semnificaţie:

1 - corpul pompei;

2 - rotor conducător;

3 - rotor condus;

4 - capace laterale;

5 - lagăre;

6 - garnitura de etanşare;

7 - capac;

A - camera de absorbţie;

B - camera de refulare;

n - turaţia de antrenare.

 Principalele caracteristici ale pompelor cu roţi dinţate sunt:

• simplitate constructivă;
• cost redus;
• debite medii (x1-x10 l/min); presiuni mici-medii (x1-150 bar);
• debit constant.

Figura 3Pompă cu roti dințate [4]

b) Pompele cu rotor lobat funcţionează  la turaţii reduse şi sunt utilizate la sistemele de ungere cu ajutorul lubrifianţilor cu viscozitate mare. În figura 4 se prezintă schematic o astfel de pompă, notaţiile folosite în figură având următoarea semnificaţie:

1 – orificiu de aspiraţie;

2 – rotor interior;

3 – rotor exterior;

4 – orificiu de refulare;

5 – presiune înaltă;

6 – presiune de aspiraţie;

7 – corpul pompei.

Figura 4Pompă cu rotor lobat [4]

c) Pompele melcate pot funcţiona perioade foarte îndelungate de timp cu viteze ridicate, acestea fiind silenţioase şi având randament bun;

d) Pompele cu palete sunt capabile de a furniza presiuni foarte mari. În figura 5 se prezintă schematic o astfel de pompă, notaţiile folosite în figură având următoarea semnificaţie:

1 - statorul; 

2 - rotorul;

3 - palete radiale deplasabile în rotor;

4 - capace laterale .

Figura 5Pompe cu palate [4]

e) Pompele centrifuge se pot utiliza şi pentru vehicularea cu lubrifianţi cu grad ridicat de impurificare.

Figura 6Pompe cu pistonașe [2]

f) Pompele cu piston sunt folosite numai atunci când sunt necesare presiuni foarte ridicate. În figura 6 (a,b,c,d) se prezintă schematic o astfel de pompă, notaţiile folosite în figură având următoarea semnificaţie:

1  -  blocul pistoanelor;

2  -  disc de acţionare a pistoanelor;

3  -  distribuitor frontal;

4  -  biele sau arcuri de antrenare a pistoanelor;

5  - sistem de rotire şi de acţionare axială a elementului condus;

 - unghi de înclinare;

n  - turaţia de antrenare a pompei;

Va -  ventile de absorbţie;

Vr - ventile de refulare. [13]

Unde:

a) cu bloc înclinat şi distribuitor frontal;

b) cu disc inclinat şi distribuitor frontal;

c) cu disc fulant si distribuitor frontal;

d) cu disc fulant şi distribuţie prin ventile de sens.

Uleiul circulă spre locul de ungere şi spre bazin prin conductele metalice unde se admit următoarele viteze de curgere ale uleiului, vu  în funcţie de tipul conductei:

• cca. 3m/s pentru conductele de alimentare cu ulei;
• 1m/s pentru conducta de aspiraţie a pompei;
• 0,3 m/s pentru conducta de retur.

Diametrul interior al conductei, dc, se calculează cu relaţia:

d_c=4,61 *Q/v_u                                    (1)

unde Q este debitul, în 1/min, iar vu – viteza uleiului, în m/s.

Pentru ungerea angrenajelor cu lăţimi mari se folosesc dispozitivele de stropire (stropitoare). Sunt preferate cele care pot fi montate din exteriorul carcasei (figura 7). Stropitoarele se amplasează  în apropierea zonelor de angrenare, de preferat la o distanţă ce nu depăşeşte 40 de mm faţă de diametrul exterior al danturii.[1]

Figura 7Dispozitiv de stropire

În mod uzual, acolo unde mişcarea de rotaţie este reversibilă, se folosesc două dispozitive de stropire amplasate simetric faţă de zona de angrenare. Lungimea porţiunii de stropire se va lua în raport cu cea mai lată roată din angrenaj, iar diametrul duzelor de stropire se va calcula în funcţie de debitul necesar de ulei, cu relaţia:

                                                                                                (2)

dd= 0,687                           

unde p este presiunea din stropitoare, în bari, iar ng este numărul de găuri de pe stropitoare.

2. Aparate de filtrare (filtre)

În cazul utilizării sistemului de ungere sub presiune, datorită volumului mare de lubrifiant şi al debitului ridicat, decantarea naturală a impurităţilor se face numai parţial, motiv pentru care se impune filtrarea uleiului. [1]

Aparatajul de filtrare are rolul de a menţine puritatea uleiului prin reţinerea impurităţilor mecanice care pot cauza uzura instalaţiei de ungere, precum şi modificarea parametrilor funcţionali, prin obstrucţionarea orificiilor mici din aceasta. Adoptarea sistemului de filtrare şi a tipului de filtru se face ţinându-se seama de condiţiile de mediu în care  lucrează angrenajul şi, totodată, de rugozitatea flancurilor dinţilor. Particulele ce nu pot fi reţinute din circuit prin decantare în rezervor vor fi eliminate prin filtrare. Există mai multe metode de filtrare:

• filtrarea magnetică;
• filtrarea mecanică;
• filtrarea centrifugală (pentru impurităţi cu densitate mare);
• filtrarea electrostatică (pentru impurităţi încărcate electric).

În cazul filtrării mecanice, pentru a se evita obturarea rapidă a filtrului, aceasta se va realiza în mai multe etape:

• prin sită metalică situată în orificiul de umplere a rezervorului;
• prin filtru sorb amplasat pe conducta de absorbţie;
• prin filtru fin de presiune care este montat pe conducta de refulare a pompei;
• prin filtru fin de joasă presiune montat pe retur.

Filtrele de ulei trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

• posibilitatea de a reţine particule solide având mărimea de ordinul a 3…5 µm;
• capacitatea de a fi utilizat o perioadă de timp îndelungată, fără a fi necesară înlocuirea elementului de filtrare;
• construcţie simplă şi posibilitatea înlocuirii uşoare a elementului filtrant.

Elementul filtrant poate fi construit din ţesături textile (pâslă), materiale poroase metalo-ceramice, hârtie gofrată, site metalice, lamele metalice sau elemente magnetice.

Figura 8Filtru cu site metalice

Filtrele cu site metalice (figura 8) sunt construite dintr-o ţesătură de sârmă subţire de alamă, cupru sau bronz cu un număr de ochiuri pe cm2 cuprins între 3000…18000. Filtrele cu ochiuri mari se evidenţiază sub forma unei pâlnii invers poziţionată la capătul ţevii de aspiraţie din rezervor.

Filtrele cu elemente lamelare metalice sunt cele mai utilizate şi sunt compuse din discul cu spiţe, rondelă distanţier şi cuţit curăţitor.

Filtrarea uleiului se realizează datorită a două fenomene:

• filtrarea particulelor solide cu o dimensiune mai mare decât distanţa dintre două discuri alăturate (5...10µm);
• decantarea (depunerea) particulelor fine la trecerea prin filtru ca urmare a vitezei foarte mici a uleiului, care este determinată de secţiunea de trecere foarte mare de la marginea cilindrică a elementului filtrant.

Viteza cu care uleiul trece prin elementul filtrant influenţează calitatea filtrării şi pierderile de presiune în filtru, motiv pentru care se poate utiliza în calcul o viteză de 4m /min, în cazul în care filtrul este amplasat pe conducta de absorbţie şi de 10m/min dacă filtrul se află după pompă.

Filtrele magnetice sunt construite dintr-un magnet puternic, piese polare, inele de închidere ale circuitului magnetic, apărătoarea magnetului şi corpul filtrului.Apărătoarea şi restul filtrului sunt construite din materiale nemetalice. Dezavantajul acestui filtru este că acesta nu poate reţine particulele ce nu sunt magnetice.

Dimensionarea filtrului se realizează prin determinarea suprafeţei elementului filtrant:                                        (3)

unde:

Q – debitul de ulei [l/min];

– viscozitatea uleiului;

– coeficient de trecere a uleiului prin materialul filtrant [l /cm2](0,05 pentru sită metalică fină, 0,08 pentru filtru lamelar cu distanţa dintre lamele 0,05…0,08 mm);

p1 – presiunea uleiului la intrare;

p2 –  presiunea uleiului la ieşire. [12]

Figura 9 Filtru cu țesătură textilă

Filtrele cu ţesătură textilă (pâslă) (figura 9) sunt construite din rondele de pâslă montate pe o ţeavă centrală acumulatoare şi strânse cu ajutorul unei piuliţe. Acest tip de filtre provoacă pierderi de presiune mari.

Filtre din materiale ceramice poroase se construiesc din pulberi de sticlă, porţelan, cuarţ, care se macină, apoi se cern pentru a obţine particule de dimensiuni dorite. Din aceste pulberi se poate obţine elementul filtrant (prin sinterizare) cu diametrul porilor de 0,6…0,7µm.

Figura 10 Filtru cu cartuș de hârtie

Filtrele de hârtie (figura 10) sunt folosite pentru filtrare fină având o suprafaţă mare şi o grosime mică a elementului filtrant, acestea fiind capabile să reţină 70% din impurităţile ce depăşesc 4…5 µm.

Pentru angrenajele industriale este recomandat ca posibilităţile de reţinere ale filtrului să fie între 50…100 µm.

Pe lângă filtrele uzuale se vor folosi filtre magnetice, atât pentru purificare, cât şi pentru evaluarea cantitativă a particulelor metalice care există în uleiul de lubrifiere.Aceste filtre se montează pe fundul băii sau pe traseul de refulare.

În ceea ce priveşte perioada de schimbare a uleiului se recomandă ca prima schimbare să se producă la 200-300 de ore de funcţionare în sarcină, urmând ca după aceasta schimbările să se efectueze după 2500-5000 de ore de funcţionare. Schimbarea uleiului din instalaţie trebuie să aibă loc atunci când se constată că gradul de impurificare creşte peste valoarea de 0,1% considerată admisibilă, apă mai mult de 0,2%, când au loc depuneri şi şlam. Aceasta se poate întâmpla fie datorită unei contaminări indirecte a lubrifiantului, fie datorită unei degradări termo-oxidante, urmată de polimerizarea compuşilor acestuia.

Bibliografie

1. Horovitz A. ş.a. Proiectarea modernă a angrenajelor cilindrice, Ediţia a 2-a revizuită, Editura AGIR, Bucureşti, 1996

2. Lungu, Ioan, 1998, Maşini-unelte şi agregate, Ediţia I, Reşiţa, Editura Eftimie Murgu

Zoltan Korka este dr. ing., KORKA ZOLTAN- IOSIF I.I.

Ionel Ploscaru este ing., ISU Semenic/Caraş-Severin