Mancais deslizantes de carbono
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Schunk Carbon Technology
MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO
Nós Somos a Schunk Carbon Technology
A Schunk Carbon Technology é líder global no desenvolvimento, fabricação e aplicação de soluções de carbono e cerâmica. Como nenhuma outra a Schunk Carbon Technology combina o seu espírito inovador e experiência tecnológica com o seu excepcional atendimento ao cliente para fornecer uma gama exclusiva de produtos e serviços.
Com seu portfólio altamente especializado composto por carbono mecânico e carbono elétrico com tecnologia para aplicação
em cerâmica técnica com alta temperatura, a Schunk Carbon Technology oferece soluções coordenadas para perfeita
aplicação em diferentes setores da indústria. Você pode nos encontrar em milhões de veículos motorizados, em aparelhos
domésticos, na tecnologia ferroviária e de aviação, assim como na indústria química, em processos de tratamento térmico,
solar e eólico, até na tecnologia médica e indústria de semicondutores.
A unidade de negócios da Indústria de Carbono
Mecânico desenvolve e produz materiais para
anéis de vedação, mancais deslizantes e
componentes para bombas feitos de grafite e
carbono, assim como o SiC.
Os produtos da unidade de negócios são
utilizados em tecnologia de vedação, assim como
em máquinas, montagens e sistemas em diversas
áreas industriais, como indústrias químicas e
petroquímicas, engenharia e fornecimento de
energia, indústrias farmacêutica e alimentar,
aviação e navegação entre outras.
Uma divisão do Schunk Group.
A Schunk Carbon Technology é uma divisão do
Schunk Group, uma empresa global de
tecnologia operacional com mais de 8.200
funcionários em 29 países, que desenvolve
soluções personalizadas de alta tecnologia nas
áreas de tecnologia de carbono e cerâmica,
simulação ambiental, tecnologia climática, metal
sinterizado e soldagem por ultra-som.
02 03
Areas de Aplicação
Quer estejam sendo utilizadas na fabricação de bombas clássicas nas indústrias químicas e petroquímicas, nos setores alimentícios, farmacêuticos e cosméticos, na indústria automotiva, na engenharia de usinas elétricas ou no tratamento térmico - os mancais deslizantes fabricados com carbono tem uma grande variedade para diferentes aplicações.
MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO
Sua propriedade auto-lubrificante lhe permite, por si,
abranger uma ampla gama para utilização, desde mancais
com funcionamento a seco até os mancais hidrodinâmicos
lubrificados sob alta carga.
O resumo para as aplicações dos mancais deslizantes de
carbono a seguir não garante nenhuma reivindicação para
integralidade, sendo apenas uma seleção de aplicações em
função das propriedades exclusivas dos materiais de grafite
e grafite de carbono, as indústrias estão ininterruptamente
descobrindo novas utilizações para esses mancais
deslizantes.
Aplicações Material recomendado
Bombas de água industrial FH42Z2
Bombas de circulação de aquecimentoFH42Z2, FH42A, FH82A, FC941
Bombas de motor submersível, mancais radiais FH42Z2, FH42A, FH82A
Bombas de motor submersível, mancais axiais FH42Z5, FH82Z5, FH82A
Bombas de reforço FH42Z2, FH42A
Bombas de engrenagem FH42Y3, FH42A, SiC30
Bombas QuímicasFH42Z2, FH42Y3, FE45Y3, SiC30
Bombas para transferência de calor de derivados
de petróleoFH42A
Bombas para gases líquidosFH42A, FH82A FH71ZH2, FH71A, SiC30
Bombas para estação de energia (bombas de refrigeração principal)
FH42(9)Y3
Bombas e sistemas (indústria alimentar)
FH42Z2, FH42Y3
Máquinas de tingimento FH42, FE45Y3
Máquinas de clareamento FE45Y3
Instalações de lavagem industrial FH42, FH42Z2
Linhas de Galvanização FH42, FE45Y3
Medidor de deslocamento positivo FH42Y3, FH42A
Bombas de combustível FF521, FH42A
Bombas de refrigeração (automotivas) FF521
Aplicações Material recomendado
Fornos industriais (indústria alimentar) FE65
Secador de lâminas FH42, FH44Z2
Secador para gesso e placa de gesso FH82, FE45Y3, FE65
Fornos de têmpera para vidros FE45Y3, FE65
Redes de transporte para fornos FH42
Grelha de arrefecimento para moinhos FE45Y3
Ajuste da palheta diretriz para compressores turbo FE45Y3
Válvulas oscilantes FE45Y3
Bombas de palhetas e compressores de ar FH42Z2
Câmara de descarga FE65
Os materiais listados para cada aplicação provaram-se
na prática e por sua vez, devem ser vistos como
recomendações. Porém, as condições operacionais podem
exigir o uso de um material específico em algumas
instâncias particulares. Nossos funcionários em engenharia
de aplicação terão prazer em recomendar a seleção de um
material.
Funcionamento a seco Funcionamento molhado
MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO
Propriedades características
A seguir as principais propriedades que os materiais de carbono e grafite oferecem:
¬ Excelentes propriedades de funcionamento a seco e anti
atrito, inclusive em piores meio lubrificantes
¬ Um baixo coeficiente de atrito no contato com uma grande
variedade de contra-faces
¬ Excelente resistência química
¬ Adequados para utilização com alimento e água potável
Capacidade de CargaO valor p * v de um material pode ser utilizado para
proporcionar uma estimativa de sua vida útil. A capacidade
de carga dos mancais deslizantes é calculada usando a
pressão deslizante p e a velocidade de deslizamento v. A
pressão deslizante p em N/cm2 é calculada a partir da força
de reação F e as dimensões geométricas do mancal:
Onde F = força de reação (N); d = diâmetro (cm); l = comprimento (cm).
¬ Resistente a altas e baixas temperaturas
¬ Alta condutividade térmica
¬ Excelentes propriedades de choque térmico
¬ Grande estabilidade dimensional
¬ Alta resistência à fadiga
¬ A resistência mecânica não depende da temperatura
A velocidade de deslizamento v em m/s é calculada a partir
da velocidade da rotação do eixo:
Onde n = velocidade de rotação (min-1); d = diâmetro (m)
p= (d*l)
F
v= d * ∏ * 60n
04
500
400
300
200
100
0,5 1,0 1,5 2,0
FE65
Carga espec.N/cm2
Vel. deslizamento m/s
FE45Y3
05
MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO
Mancais deslizantes funcionamento a seco
Em aplicações de funcionamento a seco, o aumento de
desgaste p mais alto e / ou v mais alto. Com taxas de
desgaste quase iguais, o produto de p*v é quase constante
e pode ser usado como uma particularidade do material.
Como os mancais deslizantes estão sujeitos a uma certa
quantidade de desgaste em aplicações de funcionamento
a seco, um valor limite de desgaste de 0,7 µm / h foi
determinado para criar curvas de carga com valores
criticos p* v.
A Schunk realizou uma série de testes abrangentes sobre
bancadas de teste com mancais deslizantes com a
finalidade de aplicar esses diagramas, com diversas
velocidades e pressões de deslizamento.
As seguintes condições limite foram aplicadas ao teste:
dimensões do mancal radial Ø18/12 x 10 mm; eixo com
material de aço inoxidável 1.4104; superfície do eixo com
uma rugosidade Rt ≈0,7 µm; funcionamento a seco e ao ar
à temperatura ambiente.
O diagrama 1 p*v mostra a capacidade de carga dos mancais
deslizantes FH42 em funcionamento a seco, fabricados com
material não impregnado e FH44Y3 e FE45Y3 todos
fabricados com materiais de carbono.
Os mancais de carbono FH42, fabricados com carbono
grafite duro e bastante forte, têm menos capacidade de
carga em comparação com os outros dois materiais em
aplicações de funcionamento a seco. Devido à maior
porcentagem de grafite no FH44Y3 carbono grafite, este
material apresenta uma capacidade de carga
significativamente maior com a mesma taxa de desgaste.
O FE45Y3 eletro-grafite exibe a maior capacidade de carga
entre os três materiais.
Com uma grande variedade de métodos de impregnação,
como impregnação de resina sintética, pode aumentar a
capacidade de carga ainda mais. A impregnação de
antimônio apresentou aumento na capacidade de carga
somente em baixas velocidades de deslizamento (<0,5 m
/ s). Tratamentos especiais com impregnação de sal, em
contrapartida, proporcionam melhorias significativas, como
mostrado no diagrama p * v 2. Este diagrama p * v compara
a capacidade de carga do FE45Y3 eletro-grafite com o FE65
eletro-grafite impregnado com sal.
Os diagramas p * v mostram que o produto p * v são
praticamente constantes dentro de uma ampla faixa de
pressão e velocidade para cada material. Os seguintes
valores foram determinados para os materiais individuais:
FH42 p*v = 11 N/cm²*m/s
FH44Y3 p*v = 30 N/cm²*m/s
FE45Y3 p*v = 40 N/cm²*m/s
FE65 p*v = 190 N/cm²*m/s
As máximas curvas de carga são fornecidas no diagrama
p*v de 0,2 a 1,5 ou 2 m / s. As velocidades de deslizamento
de v <0,2 m / s, a carga máxima aplicável para v = 0,2 m / s
não deve ser excedida em uma quantidade significativa. O
aumento do desgaste deve ser esperado nas velocidades de
deslizamento superiores à 1,5 ou 2 m / s, relativo a
suposição p * v = constante.As máximas curvas de carga determinadas para os mancais radiais de funcionamento a seco também se aplicam a mancais axiais de funcionamento a seco.
Diagrama 1 p-v: Capacidade de carga dos mancais de
carbono de funcionamento a seco, dependendo da
velocidade de deslizamento
Diagrama 2 p-v: Capacidade de carga dos mancais de
carbono FE45Y3 e FE65 de funcionamento a seco
dependendo da velocidade comparativa;
140
120
100
80
60
40
20
0,5 1,0 1,5 2,0
FH42
FH44Y3FE45Y3
Carga espec.N/cm2
Vel. deslizamentom/s
MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO
Mancais deslizantes funcionamento com fluídos
Produtos lubrificados do sistema tribológico podem ser
descritos muito bem pelas curvas Stribeck. A resistência ao
atrito resultante em carga constante é distribuída ao longo
da velocidade crescente de deslizamento. O perfil da curva
refere-se a diferentes áreas de atrito. Desde o início ocorre
o estado sólido ou atrito seco, no atrito estático ou na área
limite do atrito. Segue uma área transitória de atrito misto,
e finalmente, ocorre o atrito com fluido sendo que a partir
deste ponto o atrito é mínimo.
O atrito no estado sólido ocorre nas áreas de atrito seco e
misto, gerando em ambos um aumento no atrito e no
desgaste. Ao usar os mancais de carbono deslizantes, é
possível reduzir significativamente o atrito e o desgaste,
mesmo na presença de pequenas quantidades de líquido ou
vapores. Dependendo da carga, meio e geometria , a
lubrificação hidrodinâmica ocorre com líquidos acima de uma
certa velocidade de deslizamento, nenhum desgaste por
atrito é criado nesses estágios.
Dado que os benefícios dos materiais de carbono são
principalmente evidenciados nas áreas limite e de atrito
misto, a capacidade de carga de diferentes materiais é
representada em uma pequena área da curva de Stribeck
usando um diagrama de valor p * v e comparados entre si.
Um limite de desgaste de 0,1 µm / h foi determinado para
este propósito. Em geral, naturalmente a capacidade de
carga desses materiais é significativamente maior.
As Curvas Stribeck e suas áreas de atrito: 1 - atrito estático
ou área de atrito limite (estado sólido / atrito a seco) |
2- área de atrito misto | 3- lubrificação hidrodinâmica
(atrito líquido)
Diagrama 3 p-v: A Capacidade de carga em uma função
de velocidade de deslizamento dos mancais de carbono
em aplicações de funcionamento molhado
1000
800
600
400
200
0,5 1,0 1,5 2,0
FH42Z2
Carga espec. N/cm2
Vel. deslizamento m/s
FH42A
Atrito
Velocidade de Deslizamento
1 2 3
MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO
07
Materiais de contra-face
Em geral, uma vasta gama de materiais de contra-face pode ser utilizada. Mesmo metais relativamente macios podem servir como materiais de contato, dependendo da carga e do material de carbono.
Os aços cromados (13 - 17% Cr) mostraram-se eficazes,
mesmo sob cargas elevadas. Parte da razão pela qual
materiais mais duros de contra-face são os mais adequados
é porque torna-se mais fácil para uma película de
transferência de grafite (pátina) se acumular na contra-face
de materiais mais duros. Recomenda-se uma dureza de
HRc> 40, especialmente sob cargas elevadas.
Os melhores resultados de operação são obtidos em uma
rugosidade de superfície da contra-face de Rt <1 µm.
Rugosidades superficiais elevadas até Rt = 2 µm resultam
apenas em um aumento de desgaste durante a fase de
partida. Eixos retificados de precisão são recomendados,
enquanto eixos polidos devem ser evitados.
A utilização de aços inoxidáveis não endurecídos contendo
níquel como materiais de contra-face não são
recomendados, uma vez que existem outros materiais
disponíveis que são mais adequados para a aplicação. Caso
contrário, particularmente em aplicações de funcionamento
a seco, pode ocorrer lubrificação insuficiente ou líquidos
gravemente contaminados.
Materiais de contra-face altamente adequados.
¬ Aço cromo
¬ Aço cromo fundido
¬ Aço nitretado
¬ Ferro fundido cinzento
¬ Materiais revestidos com Cromo Duro
¬ Aço não ligado
¬ Carboneto de silicone
¬ Carboneto
¬ Cerâmica sinterizada (Al2 O3 )
Materiais contra-face com utilização limitada
¬ Aço inoxidável
¬ Ferro fundido austenítico
¬ Metal não ferroso
Materiais de contra-face inadequados
¬ Alumínio
¬ Ligas de alumínio
Mancal axial
Mancais deslizantes com alojamento metálico
06
08
MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO
Fabricação
Projeto do mancal
Em geral, os rolamentos deslizantes Schunk são fabricados de acordo com as necessidades específicas e solicitações de
projetos de nossos clientes. Além disso, a DIN 1850 página 4 („casquilhos de carbono artificiais“) pode ser levada em conta
para mancais radiais e flangeados.
Além de uma fabricação apropriada para cerâmica, existem
algumas diretrizes geométricas gerais que devem ser
consideradas.
As seguintes proporções podem servir como valores de
referência para mancais radiais cilíndricos simples:
Os mancais lubrificados também podem ser projetados
com ranhuras espirais ou longitudinais para garantir que o
lubrificante seja fornecido à lacuna do mancal e ao meio da
bomba através da lacuna do mancal. Para mancais axiais,
é necessário determinar em cada caso se as ranhuras de
lubrificação devem ser fabricadas na face correspondente.
De forma geral, porém quase todas geometrias de ranhura
são possíveis.
As seguintes dimensões devem ser observadas para
mancais flangeados:
Ø IT 8
f x 45°d 2 d 1
f x 45°
1
s
s
I= d1 bis d2
Imax= 2 x d2
S= 0,1 bis 0,2 x d1
Smin= 3 mm
u
S
b
u=<1/2 s
b=<1/2 s
Para mancais de encaixe de pressão ou
ajuste por contração (consulte o
capítulo „montagem“) em especial, não
deve haver desvios destas diretrizes
para qualquer flange e / ou saliência.
MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO
09
MontagemEm comparação com metais e plásticos, os menores
coeficientes de expansão térmica para materiais de carbono
e grafite devem ser levados em consideração ao instalar os
mancais deslizantes. Cerâmicas de carbono também não
devem ser colocadas sob tensão, e não devem ser usadas
sem suporte estrutural, se possível.
Para responder a ambas as propriedades especiais dos
materiais, os mancais deslizantes podem ser pressionados
ou encaixados em alojamentos metálicos. A diretriz sobre as
proporções deve ser observada, especialmente durante os
mancais flangeados de encaixe de pressão ou de contração.
Caso contrário, a flange não inserida causará picos de
tensão no material, o que causará uma falha rápida.
O material de carbono estará sob tensão de compressão
após a união, que é o tipo ideal de tensão e que protegerá
adequadamente o mancal.
Encaixe à pressão
Recomenda-se um Encaixe à pressão de H7 / s6 para os
mancais deslizantes de carbono montados a frio.
Dependendo do material de alojamento, isto é utilizável até
uma temperatura de 120 ° C.
Um chanfro ou quebra de borda de 15 - 30 ° no alojamento
simplifica o processo de união.
Caso haja grandes interferências, os mancais deslizantes de
carbono não devem ser montados a frio, pois a união pode
causar a ruptura do material.
Encaixe por contração
O Encaixe por contração direta na carcaça ou na estrutura de
metal provou ser a melhor maneira de fixar os mancais de
carbono sob altas cargas mecânicas ou em temperaturas de
operação acima de 120 ° C.
Ajustes de Encaixe por contração são projetados com base
no coeficiente de expansão térmica aplicável e na
temperatura de operação. Em geral, a ISO 286-2 até a
interferência H7 / zb8 se aplica aqui.
Quando realizamos o encaixe por contração na Schunk,
aquecemos as carcaças metálicas no forno até que os
mancais frios possam ser inseridos no orifício de montagem
sem esforço adicional.
Dependendo das medidas de espessura da parede e do
módulo de elasticidade o diâmetro interno do mancal de
carbono se torna menor devido ao excesso de interferência
do encaixe por contração, e o diâmetro externo do
alojamento metálico se torna maior. Se tolerâncias
apertadas devem ser obtidas na peça final, será necessário
um retrabalho apropriado após o encaixe por contração.
Buchas para mancais também podem ser usinadas com
paredes finas, o que não seria possível sem o alojamento
metálico.
Folga no mancalOs diferentes coeficientes de expansão térmica também
devem ser levados em conta ao determinar a folga do
mancal. Se a folga selecionada for muito estreita, o eixo
pode ficar preso na temperatura de operação. Por isso, é
feita uma diferenciação entre a folga a frio à temperatura
ambiente e a folga a quente à temperatura de operação.
Não deve ser feita nenhuma diferenciação entre a folga
fria e a quente para mancais de deslizamento de carbono
montados por contração, que estão sob pré-esforço. A bucha
do mancal se expandirá de acordo com os coeficientes de
expansão térmica do alojamento de metal.
Recomendamos para aplicações em funcionamento a seco
na temperatura de operação uma folga de 0,3 a 0,5% e para
mancais lubrificados de 0,1 a 0,3% do diâmetro do eixo.
Temperatura ambiente Temperatura de Operação
Mancal
Folg
a
Eixo
ø d w
ø d L
ø d w
ø d L
Folg
a
Folga fria à temperatura ambiente = Folga Quente à
temperatura de trabalho +∆dW – ∆dL
A seguinte equação aproximada se aplica:
∆dW – ∆dL = (α eixo – α mancal) * d * ∆T
Onde:
α eixo = coeficiente de dilatação térmica do eixo
α mancal = coeficiente de dilatação térmica do mancal
deslizante
∆T = diferença de temperatura (temperatura de trabalho -
temperatura ambiente) em K
d = diâmetro nominal da folga do mancal
SCHUNK DO BRASIL ELETROGRAFITES LTDA.
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