Bombas Verticales I

Vea también BOMBAS VERTICALES II

Los temas precedentes sobre bombas centrífugas con construcción de flecha horizontal no deberán desvanecer el hecho de que muchas bombas centrífugas usan flechas verticales. Las bombas de flecha vertical caen dentro de dos clasificaciones distintas: (1) Las de foso seco y (2) las de foso lleno. Las primeras operan rodeadas de aire, mientras que las últimas están total o parcialmente sumergidas en el líquido manejado.

 

Bombas verticales de Foso Seco

Las bombas de foso seco con cojinetes exteriores incluyen la mayoría de las bombas verticales de agua de albañal pequeñas, medianas y grandes; la mayoría de las bombas medianas y grandes de drenaje e irrigación para altura de elevación mediana y alta; muchas bombas grandes de circulación a condensadores y de suministro de agua; y muchas bombas marinas. Algunas veces se prefiere el diseño vertical (especialmente para bombas marinas) porque ocupa menos lugar en el piso. Otras veces es conveniente montar una bomba a una elevación baja debido a las condiciones de succión y entonces también es preferible o necesario tener su impulsor a una elevación más alta. La bomba vertical se usa normalmente para aplicaciones de capacidad muy grande porque es más económica que la de tipo horizontal ya considerados todos los factores.

Muchas bombas verticales de foso seco básicamente diseños horizontales con pequeñas modificaciones (generalmente en los cojinetes) para adaptarlas al impulsor de flecha vertical. Lo contrario es cierto en bombas pequeñas y de tamaño mediano para servicio de aguas de albañal; un diseño puramente vertical es el más popular para ese servicio. La mayoría de estas bombas de alcantarillado tienen boquillas de succión de codo porque su abastecimiento de succión generalmente se toma de un pozo lleno adyacente al foso en el que está instalada la bomba. El codo de succión por lo general contiene un agujero para mano con tapa removible para proporcionar un acceso fácil al impulsor.

Para desarmar una de estas bombas, se debe desatornillar la cabeza del estopero de la cubierta después de que la flecha intermedia o el motor y el soporte del motor se han quitado. El conjunto del rotor se saca hacia arriba, completo con la cabeza del estopero, la caja del cojinete y todo lo demás. este conjunto de rotor se puede entonces desarmar completamente en un lugar apropiado.

Las instalaciones de flecha vertical de bombas de admisión sencilla con un codo de succión suministran comúnmente con una base de pedestal de codo. Estas pueden atornillarse a zapatas de cimiento y aun empotrarse en cemento. El arreglo de empotramiento no es muy conveniente a menos que se tenga la completa seguridad de que el pedestal o el codo nunca serán movidos o de que el espacio lechadeado es bastante regular y que la lechada se separará de la bomba sin dificultad excesiva.

Las bombas verticales de admisión sencilla con succión en el fondo se usan comúnmente en aplicaciones grandes de aguas de albañal, suministro de agua o circulación a condensadores. Esas bombas están provistas con patas de aletas que se atornillan en zapatas empotradas en pedestales de concreto o pilares. Algunas veces las patas de aletas pueden empotrarse directamente en los pedestales. Estos deben estar arreglados convenientemente para proporcionar acceso adecuado a cualquier registro para mano en la bomba y para permitir holgura para la boquilla de succión de codo si se usan éstos.

Si se aplica una bomba vertical a servicio de condensado o algún otro para el cual el ojo del impulsor deba ventilarse para evitar restricción por vapor, una bomba con un impulsor de admisión sencilla en el fondo no es conveniente porque no permite la ventilación efectiva. Tampoco lo es una bomba vertical que emplee un impulsor de doble admisión. El diseño más apropiado para esas aplicaciones consiste de un impulsor con admisión sencilla superior.

Si el impulsor de una bomba vertical de foso seco puede localizarse inmediatamente arriba de la bomba, con frecuencia está soportada por la bomba misma. Las flechas de la bomba y del impulsor pueden conectarse con un acoplamiento flexible que requiere que cada uno tenga su cojinete de empuje propio. Si la flecha de la bomba está acoplada rígidamente a la flecha del impulsor o es una extensión de ella, se usa un cojinete de empuje común, normalmente en el impulsor.

Aunque los motores impulsores están montados frecuente y precisamente arriba de la cubierta de la bomba, una razón importante para el uso del diseño de la flecha vertical es la posibilidad de localizar los motores a una elevación suficiente arriba de las bombas para evitar su inundación accidental. La bomba y su impulsor pueden estar separados por una transmisión de longitud apreciable que puede requerir cojinetes fijos entre las dos unidades. Es sumamente importante que estos cojinetes fijos estén rígidamente soportados y mantenerse en estricto alineamiento. El soporte por lo general se proporciona con vigas de acero estructural horizontales conectadas a la estructura de la pared, aunque ocasionalmente se usa un soporte vertical similar. Para operación correcta de la transmisión vertical similar. Para operación correcta de la transmisión vertical, la desviación de los cojinetes de guía verticales en cualquier condición de operación debe mantenerse dentro de los límites establecidos por el diseños de los ejes y la velocidad de operación. En unidades pequeñas una canal colocada entre las paredes de la estación da soporte adecuado en todas direcciones. Las unidades más grandes con cargas de reacción mayores en los cojinetes de guía pueden requerir dos canales o vigas con listones de celosía. Algunas instalaciones incluyen vigas de concreto reforzado en la estructura. Naturalmente, si el diseño del edificio requiere la construcción de un piso intermedio, este piso puede usarse para soportar los cojinetes de guía.

La transmisión más común que conecta una bomba centrífuga de tamaño pequeño o mediano con su impulsor utiliza la unión universal y el tubo ranurado. La sección más baja tiene una unión universal en ambos extremos mientras que la sección superior (si se usa más de una) tiene un cojinete de guía que soporta el extremo inferior y una unión universal en el extremo superior. Esa transmisión compensa el desalineamiento angular y como la sección inferior incluye una unión acanalada, también compensa cualquier discrepancia pequeña de longitud. Si la velocidad lo permite se pueden obtener secciones de flecha hasta de 3.04 m de longitud o más. Las secciones más largas de 3 m se tuercen fácilmente y deben manejarse cuidadosamente. Como este sistema de ejes no transmite el empuje, tanto la bomba como el impulsor deben tener un cojinete de empuje.

Aunque un motor eléctrico se puede montar directamente en zapatas empotradas en el suelo, algunas veces es necesaria una plataforma separada para que pueda levantarse el motor para dar acceso al acoplamiento. Ocasionalmente, se colocan vigas removibles directamente a través de una abertura grande en el suelo para servir como montadura del motor. Este método permite fácil acceso a las bombas para darles servicio y simplifica el bajarlas a su lugar durante la instalación inicial.

Un impulsor soportado en una plataforma arriba del suelo deja acceso a la conexión de bridas y a la unión universal superior con objeto de atornillarla y relubricarla. Si el impulsor usa transmisión de flecha hueca en vez de una de construcción sólida, debe proveerse con una cabeza de flecha guiada por un cojinete inferior para actuar en la misma capacidad. El peso de esta transmisión (excluyendo el de la unión universal más baja) lo resiste el motor; siempre que no sea extremadamente larga, el peso total implicado es relativamente pequeño y se puede usar un motor con empuje normal. En realidad las transmisiones huecas son mucho más caras que las sólidas. Pero la unión universal básica se usa tanto en automóviles y camiones que es un producto casi de fabricación en serie, y el aumento de costo que representa sobre la transmisión sólida es muy razonable.

Las unidades que requieren más torque en su transmisión intermedia del que pueden resistir los tamaños disponibles de transmisión con uniones universales usan transmisión con uniones universales sólida, ya sea con acoplamiento sólidos o flexibles. Si se usan acoplamientos sólidos o rígidos, sólo se necesita un cojinete de empuje (generalmente en el impulsor) y todos los demás son sólo cojinetes de guía. esta transmisión tiene la desventaja de requerir un alineamiento muy preciso de todos los cojinetes, una proeza difícil para transmisiones abiertas que emplean más de tres cojinetes.

Las transmisión intermedia para bombas grandes que requiere flechas grandes es, generalmente, de construcción sólida con acoplamientos sólidos de bridas que con frecuencia están forjadas en las secciones de la flecha.

El tamaño de la transmisión usada para una instalación puede finalmente determinarse por torque que se va a transmitir. Sin embargo, si se desea una determinada distancia entre cojinetes debido a que ya existen los soportes (pisos o vigas), puede ser necesaria una flecha más grande que la requerida por el torque para que la velocidad de operación sea suficientemente menor que la velocidad crítica. Por ello es práctica general tener la primera velocidad crítica más alta que cualquier velocidad de operación o de desbocamiento de la bomba. La velocidad critica de una flecha sólida vertical es una función directa del diámetro e inversa del cuadrado de la separación entre los cojinetes. Así si una flecha va a correr al doble de velocidad de otra, deberá ser de doble tamaño en diámetro para la misma distancia entre cojinetes, o su separación permisible entre ellos se reducirá a 70% de la permitida con la velocidad más baja.

Los cojinetes para bombas verticales de foso seco y para usos de guías intermedias son generalmente cojinetes antifricción que están lubricados con grasa para simplificar el problema de retener un lubricante en la caja con una flecha atravesándola verticalmente. Las unidades más grandes para las que no se tienen cojinetes antifricción no son utilizable o convenientes, usan cojinetes con babbitt autolubricables o cojinetes con babbitt aceitados con alimentación forzada con un sistema de lubricación separada.

Los soportes para cojinetes de guía de las transmisiones verticales que conectan una bomba centrífuga con su impulsor deben ser suficientemente rígidos. La carga radical generalmente se supone que es la misma que si la unidad estuviera en posición horizontal. Con esta carga, la desviación de los soportes en cualquier dirección no deberá exceder de delta en la siguiente ecuación:

Delta = (300/nc)²

En la cual:

Delta = La desviación en centímetros
nc = velocidad crítica de la transmisión en r.p.m.

Esta velocidad critica es por lo general 125% de la velocidad giratoria de la bomba o algún valor arriba de la posible velocidad de desbocamiento para compensar el paso en sentido inverso de la bomba. Si son vigas o canales las que soportan los cojinetes, el diseño de estos últimos naturalmente depende de la separaciones entre ellos, la fuerza radial, y la desviación permitida. Las instalaciones de bombas pequeñas con separaciones cortas generalmente requieren una sola canal (a la cual se fijan con suma facilidad los cojinetes montados verticalmente). Las unidades más grandes con separación grande, con frecuencia requieren canales bastante separadas o vigas con refuerzo reticular (para las cuales es más conveniente un cojinete montado horizontalmente que descansa directamente en las vigas o en una placa de puente). Estas consideraciones tienden a hacer preferibles los cojinetes montados verticalmente para unidades pequeñas y cojinetes montados horizontalmente para unidades grandes.

Las bombas centrífugas verticales de foso seco son estructuralmente similares a las bombas de flechas horizontales. Se debe hacer notar, sin embargo, que muchas de las bombas de voluta de un solo paso de admisión sencilla (generalmente de fondo) que se prefieren para bombeo de agua de grandes tormentas, drenaje, irrigación, aguas de albañal, y plantas de suministro de agua no tienen un equivalente comparable entre las unidades de flechas horizontal. La cubierta básica de sección en U de estas bombas, que es estructuralmente débil, con frecuencia requiere el uso de costillares fuertes para darles suficiente rigidez. En la práctica comparable de turbinas de agua, un juego de álabes (llamado rueda directriz) se usa entre la cubierta y el rotor para actuar como un puntal. Aunque la rueda directriz no afecta adversamente la operación de una turbina hidráulica, funcionaría básicamente como un difusor en una bomba por las limitaciones hidráulicas inherentes de esa construcción. Algunas bombas de altura grande de elevación de este tipo se han hecho con el diseño de doble voluta. La pared que separa las dos voluta. La pared que separa las dos volutas trabaja como una costilla de refuerzo de la cubierta haciendo así más fácil el diseño de una cubierta bastante fuerte para la presión implicada.

Las bombas verticales equipadas con impulsores de admisión sencilla de fondo tienen una junta de escurrimiento entre el anillo de desgaste del cubo del impulsor y la cabeza de succión. Cuando las bombas de este tipo manejan agua arenosa, la arenisca se asienta durante los periodos de parada y concentra en esta junta o cerca de ella. Tan pronto como la bomba arranca de nuevo, esta concentración de arena se arrastra a través de la junta de escurrimiento causando desgaste. Las bombas más grandes pueden recurrir a una construcción de anillo, en la que el anillo estacionario se extiende sobre la cabeza de succión para formar una bolsa para que la arena se deposite en ella y de la que se puede lavar con chorro periódicamente. Este y otros refinamientos son posibles en las bombas grandes pero no en las pequeñas.

Soportes para Bombas

Por razones muy obvias, es conveniente que las bombas y sus impulsores sean removibles de sus montaduras. Consecuentemente, por lo general están atornilladas y ancladas a superficies pulidas que a su vez están firmemente conectadas a los cimientos. para simplificar la instalación de unidades de flecha horizontal, estas superficies pulidas son generalmente parte de una plancha de cimiento común en la que se alinean previamente la bomba o ésta y su impulsor.

Planchas de cimiento
La función principal de una plancha de cimiento de una bomba es proporcionar superficies de montaje para las patas de la bomba que sean capaces de fijarse rígidamente a la cimentación. También son necesarias las superficies de montaje para las patas del impulsor o impulsores de la bomba o de cualquier dispositivo de transmisión de fuerza montado independientemente. Aunque esas superficies podrían proporcionarse en planchas de cimiento separadas o por medio de superficies cepilladas independientemente, sería necesario alinear estas superficies separadas y sujetarlas a la cimentación con el mayor cuidado. Generalmente este método requiere el montaje en el lugar del campo así como taladrar y terrajar las anclas después de que se han alineado todas las partes. Para reducir al mínimo ese "trabajo en el campo", generalmente se compran bombas de flechas horizontal acopladas con una base continua que se extiende debajo de la bomba y su impulsor; ordinariamente, las dos unidades están montadas y alineadas en el lugar de fabricación.

Aunque esas bases están diseñadas para ser bastante rígidas, se tuercen si se soportan incorrectamente. Por lo tanto, es necesario soportarlas en cimentaciones que pueden proporcionar la rigidez requerida. Lo que es más, como la base puede deformarse por manejo indebido durante el traslado del lugar de fabricación al de instalación, es imperativo revisar el alineamiento cuidadosamente durante la erección y antes de arrancar la unidad.

Al aumentar el tamaño de la unidad, aumenta también el tamaño, peso y costo de la base requerida. El costo de una base de alienación previa para la mayoría de las unidades grandes excedería el costo del trabajo de campo necesario para alinear planchas de cimiento separadas o placas de solera y montar las partes componentes. Por eso sólo se usan esas bases si lo requieren las apariencias o si su función como colectoras de derrames justifica el costo adicional. Aun en unidades bastante pequeñas, la altura ala que se colocan las patas de la bomba y los otros elementos puede diferir considerablemente usando bases individuales o placas de solera y construyendo las cimentaciones a distintas alturas bajo las partes separadas del equipo.

Generalmente, se surten planchas de cimiento de fierro fundido con un borde o "canto realzado" alrededor de la base para evitar salpicaduras o derrames al suelo. La propia base está convenientemente inclinada hacia un lado para acumular el escurrimiento para disponer de él luego. Se suministra un colector de drenaje cerca del fondo de la pendiente, generalmente con un cedazo. Una conexión taladrada con rosca en el colector permite entubar el drenaje hasta un punto conveniente.

Las planchas de cimiento fabricadas con láminas de acero y formas de acero estructural que ahora se usan mucho, no permiten fácilmente incluir un borde levantado a un colector de drenaje. Desde un punto de vista de utilidad, sin embargo, el uso común de los soportes de baleros como colectores de goteo (para recoger el escurrimiento de los estoperos) hace ahora innecesario el empleo de planchas de cimiento con bordes levantados en las bombas horizontales, excepto cuando la bomba maneja un líquido frío en una atmósfera húmeda y por lo tanto tienen que haber mucha condensación en su superficie.

Planchas de solera (o zapatas)
Las planchas de solera son asientos de hierro fundido o acero colocados debajo de las patas de la bomba o su impulsor y empotrados en la cimentación. La bomba o su impulsor se anclan y atornillan a ellos. Las zapatas generalmente se usan bombas verticales de foso seco y también para algunas de las unidades horizontales más grandes para ahorrar el costo de las grandes bases de cimiento que de otra manera se requieren.

Soporte del eje central
Para operación a altas temperaturas, la cubierta de la bomba debe estar soportada lo más cerca posible de la línea de centro horizontal con objeto de evitar esfuerzos excesivos debidos a la diferencias de temperatura. estas pueden alterar seriamente el alineamiento de la unidad y eventualmente dañarla. La construcción de eje central generalmente se emplea en bombas de alimentación de calderas o de circulación de agua caliente que trabajan a temperaturas de cerca de 148.9ºC

Unidades horizontales que usan conexiones de tuberías flexible
El estudio anterior de las planchas de cimiento y soportes para unidades de flecha horizontal consideró su aplicación a bombas con instalaciones de tubería que no imponen empujes hidráulicos en las bombas propiamente dichas. Si se desean conexiones de tubería flexible o juntas de expansión en las tuberías de succión o descarga de la bomba (o en ambas), sin embargo, se deberá avisar de ello al fabricante de la bomba por muchas razones. Primero, se requerirá que la cubierta de la bomba resista varios esfuerzos debido a la carga de empuje hidráulico resultante. Aunque casi nunca es éste un factor limitante o peligroso, es mejor que el fabricante tenga la oportunidad de verificar la cubierta de la bomba. Segundo, el empuje hidráulico resultante tiene que ser transmitido de la cubierta de la bomba por medio de sus patas a la plancha de cimiento o zapata y de ahí a la cimentación. En general, las bombas de flecha horizontal sólo están atornilladas a sus bases o zapatas, de modo que cualquier tendencia a desplazarlas sólo se resiste con el agarre por fricción de las patas de la cubierta en la base y por anclas relativamente pequeñas. Si se usan juntas de tuberías flexibles, este accesorio puede no ser suficiente para resistir el empuje hidráulico. Si se van a ejercer altas cargas de empuje hidráulico, por lo tanto, las patas de la bomba deben acuñarse a la base o soportes. Igualmente la plancha de cimiento o las zapatas de soporte deben ser un diseño que permita la transmisión de la carga a la cimentación.

Bases y soportes para equipo vertical de bombeo
Las bombas de flecha vertical, como las unidades flechas horizontal, deben estar firmeme

nte soportadas. Dependiendo de la instalación, la unidad puede soportarse a una o varia elevaciones. Raras veces se soportan las unidades verticales de las paredes, pero hasta ese tipo de soporte se encuentra a veces.

Ocasionalmente, un diseño nominalmente de una bomba de flecha horizontal se acomoda con la flecha vertical y se usa una pared como la cimentación de soporte. Las unidades comunes de flecha horizontal se podrían usar en esa forma sin modificaciones, excepto que la plancha de cimiento se fija a una pared. Para esas instalaciones es conveniente asegurar las patas de la bomba a la plancha de cimiento con cuñas o anclas en vez de depender estrictamente de la fricción entre las patas de la bomba y las superficies pulidas de la plancha de cimiento. Por supuesto, se supone que se habrá prestado cuidadosa atención al arreglo de los cojinetes de la bomba para evitar el escape del lubricante.

Las instalaciones de bombas de un solo paso con doble admisión con la flecha en posición vertical son relativamente raras excepto en algunas aplicaciones marinas en barcos comerciales o de guerra. Por ello los fabricantes tienen muy pocas bombas de normas de esta clase arregladas para que una porción de la propia cubierta forme el soporte (que se debe montar en zapatas).

Cojinetes II

Cojinetes de Manga
Aunque el cojinete sencillo de chumacera cilíndrica o de manga, ha sido sustituido por los cojinetes antifricción en la mayoría de los diseños, todavía tiene un gran campo de aplicación. En uno de los extremos, se usa por razones de economía de construcción; por ejemplo, en algunas bombas pequeñas que se usan solamente para bombear líquidos limpios. El cojinete de manga interior de estas bombas depende principalmente del líquido bombeando para su lubricación (algunas veces se coloca centrando un sello de agua en el cojinete y se conecta a la descarga de la bomba por la que se introduce el líquido a presión).

En el otro extremo, se usan cojinetes de manga en bombas grandes para trabajo pesado, con diámetro de flecha de tales proporciones, que no se consiguen fácilmente cojinetes antifricción. Otra aplicación típica es en bombas de varios pasos de alta presión, como las bombas de alimentación de calderas para presiones de 105 kg/cm2 y más altas, que requieren cojinetes de manga debido a una combinación de diámetro de flecha bastante grande y altas velocidades (3600 a 9000 rpm). Otra aplicación más, es en bombas de turbina verticales en las que los cojinetes están sujetos al contacto con el agua, una condición que prohibe el uso de cojinetes antifricción. Además, una preferencia personal por los cojinetes de manga, es algunas veces lo bastante marcada para hacer que un comprador de bombas hasta pague sobreprecio por un diseño especial, con modificaciones de una bomba de línea normal, para sustituir la construcción con baleros por esos cojinetes.

La mayor parte de los cojinetes de manga están lubricados con aceite. Como se deben proporcionar medios adecuados para alimentación de aceite, los cojinetes de flechas verticales y horizontales varían considerablemente.

En aplicaciones de trabajo especialmente pesado, los cojinetes oscilante se ajusta por sí mismo automáticamente a pequeños cambios en la posición angular de la flecha. Este ajuste puede obtenerse proporcionando a la concha del cojinete con un ajuste esférico en la caja del cojinete o - una solución igualmente satisfactoria y una que resulta con un cojinete más corto y una menor separación entre cojinetes- reduciendo la longitud del manguito del cojinete que se apoya en la caja. El segundo método permite que el manguito se columpie ligeramente en su asiento y compense así los cambios de la posición angular de la flecha.

Cojinetes con babbitt
Se usan varios materiales para las mangas del cojinete, pero los cojinetes con babbitt son generalmente preferidos para servicio de trabajo pesado. La manga del cojinete puede consistir de una camisa de babbitt (de 3.175 mm de espesor o más) que está anclada en la concha del cojinete de fierro fundido, por medio de ranuras de cola de pato. Para asegura una adherencia perfecta, las conchas se estañan primero y se vacía el babbitt a la temperatura de fusión del estaño.

El cojinete automotriz de "precisión" se ha aplicado mucho últimamente en bombas de alta velocidad. Este cojinete consiste de una concha delgada de acero dividida con un depósito de babbitt igualmente delgado se consigue en gran variedad de tamaños.

Para aumentar la carga en los cojinetes, los de las bombas de alta velocidad se hacen más cortos que los de las unidades convencionales. Además, pueden incluir una construcción llamada construcción "antibatidora de aceite". (La construcción para alta velocidad da por resultado pesos más livianos de rotor que tienden a inducir el batido de aceite si no se toman en cuenta9: Se provee una bolsa en la mitad superior del cojinete, en el que se acumula un colchón de aceite a presión durante la operación. Esta presión produce una fuerza hacia abajo en la chumacera que la sostiene en la parte inferior del cojinete y mantiene la vibración en el mínemo.

Raras veces se aplican los cojinetes de manga a las bombas horizontales con un arreglo de impulsor volante, sino más bien en aquellas diseñadas con cojinetes en ambos extremos y para impulsar por medio de un acoplamiento flexible. Para esas bombas, se deben tomar medidas para el empuje en una de las siguientes formas:

1. Un cojinete de manga radial en un extremo y un cojinete combinado radial y de empuje con babbit en el otro extremo.
2. Dos cojinetes de manga con un elemento separado del cojinete de empuje, ya sea del tipo de manga o de antifricción.
3. Cojinetes radiales de manga con bordes de babbitt o caras en loe extremos de los mangos, éstos actuando en combinación con collares en la flecha.

Este tercer tipo de cojinete radial y de empuje combinado es, por supuesto, el diseño más simple. Era bastante popular cuando las bombas centrífugas operaban a velocidades mucho más lentas y soportaban cargas de empuje más bajas de las que tienen ahora. La lubricación era suministrada generalmente por una ligera presión entre el collar de la flecha y el borde con babbitt en la concha del cojinete. Una construcción más refinada, que se usó mucho en el pasado bajo el nombre de "cojinete de empuje de tipo marino", consistía de hasta 3 a 5 collares en la flecha de la bomba; éstos estaban localizados con espacio libre axial en bordes correspondientes con babbitt en la concha del cojinete. (Esta construcción, sin embargo, falló en la compensación del desplazamiento angular de la flecha por desviación).

Para cargas de empuje más pesadas de las que generalmente se tienen, ahora la práctica es aplicar el tipo de cojinete de empuje Kingsbury, o uno similar de la misma clase, que es también apropiado para altas velocidades.

Cojinetes de empuje Kingsbury
Este cojinete se desarrolló primero para satisfacer la necesidad de un cojinete de pivote para turbinas de eje vertical y se ha aplicado gradualmente a otros aparatos giratorios, como las bombas centrífugas. El principio de operación es sencillo. Un cojinete ordinario cilíndrico o de manga tiene un espacio libre móvil entre la concha y la chumacera. Debido a la relación entre las superficies curvas y la atracción capilar de las partículas de aceite, se efectúa una acción de "bombeo" que jala una película, excepto con cargas excesivas. Para proporcionar un amplio suministro positivo de aceite frío al cojinete, se usa generalmente un dispositivo sencillo de gravedad, aunque la operación a velocidades más altas que da por resultado una tendencia máxima al calentamiento, requiere alguna forma de lubricación de alimentación forzada. En un collar de empuje ordinario, sujeto a altas presiones y velocidades, las superficies paralelas tienden a expulsar, aparentando la película de aceite. El contacto de metal a metal que resulta hace que este tipo de cojinete sea inadecuado para cargas pesadas.

El principio del cojinete Kingsbury puede describirse como sigue: supóngase que un collar circular se corta en pequeños segmentos y que cada sección está adecuadamente soportada en su lado interior, de modo que pueda columpiarse ligeramente en el punto indicado como el punto de suspensión y, al mismo tiempo, quedarse en su lugar. Cuando la flecha empieza a girar, la película de aceite tiende a ser arrastrada bajo los bordes ligeramente redondeados de las secciones. Al aumentar la velocidad de la flecha, esta tendencia aumenta, asentándose la sección ligeramente, ladeándose a un ángulo mayor, corriendo sobre la película de aceite como un patinador corre al encontrar la resistencia de la superficie de la nieve que queda debajo. A mayor velocidad, mayor es la tendencia a ajustarse al aumento de la película de aceite arrastrando debajo de ella. Los detalles de construcción de un cojinete Kingsbury típico se pueden examinar más detenidamente en el corte del conjunto.

La montadura de empuje de los cojinetes Kingsbury, usada en las bombas horizontales, está arreglada para resistir empuje en ambas direcciones. Algunas veces ambas cargas son aproximadamente iguales; otras veces puede haber un empuje mayor en una dirección y un empuje menor ocasional en la dirección opuesta. En cualquier caso, el cojinete Kingsbury está equipado con zapatas de empuje en cada lado para limitar el movimiento axial del rotor. El número de zapatas de cada lado puede ser igual o no serlo, dependiendo d ela aplicación.

Los cojinetes Kingsbury son capaces de resistir las cargas de empuje de las unidades y las velocidades lineales, muy por encima de las apropiadas para el empuje del collar derecho ordinario, por lo que no hay comparación entre los dos.

Como su costo es relativamente alto, sin embargo, su uso sólo puede justificarse para condiciones extremas de empuje.

Lubricación de los cojinetes de manga
Un cojinete aceitado con anillo se suministra con un anillo de aero suave que corre sobre la flecha de la bomba a través de una ranura cortada en la parte central de la mitad superior de la concha del cojinete. Este anillo gira al rodar la flecha y levanta aceite del depósito de la caja del cojinete. El aceite se separa en la parte superior de la flecha de la bomba, fluye entre el claro del cojinete y la flecha, y se descarga en los extremos del cojinetes. La lubricación por medio de anillos de aceite es totalmente satisfactoria sólo a velocidades de operación relativamente bajas. Una provisión para circulación automática del aceite -y si es necesario para enfriarlo- es un dispositivo esencial de todos los cojinetes de manga para altas velocidades, especialmente de empuje.

En algunos cojinetes la circulación del aceite se ejecuta con una bomba de engrane giratorio de desplazamiento positivo, conectada directamente al extremo exterior de la flecha de la bomba por medio de un acoplamiento flexible. La bomba de aceite lo toma de un depósito colocado ya sea en la caja del cojinete propiamente dicha, o por separado en la placa de la base de la bomba, y lo descarga a presión a través del enfriador de aceite. Del enfriador, el aceite fluye en parte al cojinete de empuje exterior, de donde fluye al interior del depósito localizado en la mitad inferior de la caja del cojinete. Luego derrama por gravedad de éste, al depósito principal en la placa de la base.

La práctica general abastece el cojinete lineal interior de este sistema, con aceite a presión a través de un ramal de la línea de descarga del enfriador de aceite. El aceite del cojinete regresa por gravedad por medio de grandes líneas de retorno al depósito principal. Es esencial proporcionar una caída de presión adecuada desde todos los cojinetes para el aceite no derrame debido a evacuación insatisfactoria.

Existen numerosas alternativas de métodos para abastecer el cojinete con lubricación de alimentación forzada. Por ejemplo, algunos arreglos usan una bomba vertical de aceite movida desde la flecha de la bomba principal por medio de un engrane de gusano. Otros cojinetes emplean el sistema Kinsgsbury de "lubricación adhesiva". En este sistema, el aceite de debajo del cojinete de empuje es arrastrado a un anillo de bronce, llamado el "circulador" o "anillo de bombeo de aceite", que está alrededor del collar. La adhesión del aceite al callar lleva el aceite alrededor de la ranura del anillo. El aceite se mueve con el collar casi por una revolución completa. Entonces se encuentra un dique en la ranura y es empujado por la corriente detrás de él, dentro de un puerto que va a unos espacios entre las dos zapatas más bajas en ambos lados del cojinete de empuje. La rotación de la flecha lo lleva a las otras zapatas y, finalmente, escapa arriba del collar, por dentro de un conducto que lo lleva a un enfriador. Del enfriador regresa al depósito. El aceite circulará igualmente bien con el collar corriendo en el otro sentido. Cuando el collar cambia dirección, la adhesividad del aceite se lleva al circulador consigo a un corto ángulo, hasta que el lóbulo de la parte superior del circulador se encuentra con un tope. En cualquiera de las dos posiciones de "tope" el aceite entra a la ranura del circulador por el puerto apropiado para la dirección de la rotación y se descarga por el puerto intermedio.

algunas veces el sistema de lubricación de alimentación forzada abastece también de aceite a los cojinetes del impulsor, aunque este arreglo está generalmente restringido a los impulsores de motor eléctrico. Un sistema típico que combina lubricación a la bomba y al impulsor. Si las bombas están movidas por turbinas de vapor o por medio de engranes, es costumbres hacer que la turbina o el engrane abastezcan de aceite a los cojinetes de la bomba. Esos arreglos requieren una similitud de las características del aceite lubricante y de las temperaturas de operación establecidas por los fabricantes de cada una de las partes del equipo.

El uso de anillos de aceite para los cojinetes de manga lineales, normalmente abastecidos con aceite a presión, es opcional y no siempre se justifica. Su función es básicamente la de suministrar aceite al cojinete al iniciar la operación de la bomba, supuestamente antes de que el sistema de alimentación forzada tenga tiempo para hacerlo. Se debe recordar que generalmente se retienen suficiente aceite en los cojinetes para satisfacer sus necesidades antes de que se efectúe la alimentación forzada que lo abastece.

Si la retención normal de aceite en el cojinete o el uso de anillos de aceite no constituyen una protección adecuada, se recurre a bombas de aceite auxiliares. Pueden ser bombas de engrane operadas a mano que se deben usar a intervalos programados, cuando la bomba permanece inactiva. La operación semanal o cada dos semanas de esta bomba auxiliar, por lo general, es suficiente para evitar que el aceite se escurra completamente de los cojinetes o líneas de aceite.

Los sistemas de lubricación más complicados comprenden una bomba de aceite auxiliar movida por motor eléctrico, que se arranca antes de que la bomba principal empiece a operar los controles arrancadores del motor están interconectados de tal manera que el motor principal no puede arrancarse hasta que la presión de aceite en el sistema alcanza un valor predeterminado. Tan pronto como la bomba de aceite movida con la flecha de la bomba principal alcanza a desarrollar suficiente presión, la bomba auxiliar se desconecta por medio de un interruptor de presión. Un segundo interruptor de presión vuelve a arrancar automáticamente la bomba auxiliar, al fallar la bomba regular, para mantener la presión deseada.

Mantenimiento de los cojinetes de manga
Generalmente se recomienda que el espacio libre entre la flecha y los manguitos no debe ordinariamente permitirse que exceda 150% de la holgura original antes de que se renueve. Si la hogura diametral no se da en el instructivo, se puede aproximar sobre la base de permitir 0.001 cm por cada centímetro de diámetro.

Cuando se inspeccionan los cojinetes, es muy importante examinar la condición de la flecha en las chumaceras. Igualmente deberán examinarse los manguitos para si no hay picaduras que son una señal definida de corrientes eléctricas nómadas. Si se descubren marcas de picaduras se deben disponer medios para eliminar las corrientes nómadas o se debe aislar la caja del cojinete o el pedestal.

Para renovar los espacios muertos se pueden reponer los cojinetes o volverse a rellenar con bannitt. Aunque frecuentemente se tienen en existencia manguitos de repuesto, la cuadrilla de mantenimiento puede encontrarse con el problema de una flecha dañada. Esa flecha debe rebajarse y pulirse y entonces no serán adecuados los manguitos de repuesto. Los cojinetes pueden rellenarse con babbitt, vaciándolos después de que el babbitt, vaciándolos después de que el babbitt original se ha taladrado o se ha fundido sacándolo de la concha. Se deberá usar una flecha de medida más pequeña para el molde de fundición cuando se vacía y el nuevo cojinete luego rectificado al tamaño para reducir al mínimo el raspado. Se debe tener cuidado para restaurar la ranura de aceite en su localización apropiada para permitir la lubricación correcta.

Los cojinetes de empuje Kingsbury y se deberán reacondicionar con mucho cuidado y siguiendo exactamente las instrucciones del fabricante. Es, por lo general, la práctica más segura reponer las partes gastadas de la existencia de refacciones.