jueves, 2 de febrero de 2017

EMBRAGUE SÍNCRONO PARA TURBO-MAQUINARIA



INTRODUCCIÓN.
Este artículo describe el funcionamiento de los embragues dentados para alta velocidad, modelos MS y HS de Renk-Maag,  y está basado en el artículo “Design and Application for Synchronous Clutch Coupings: MS and HS Types” de Otto Städeli (reimpreso por Artec Machie Systems en el 2009), que trata este tema con más detalle.



Los acoplamientos dentados con perfiles especiales ofrecen la capacidad de transmitir un par elevado en un diámetro reducido, y permiten la desalineación y la expansión térmica de los ejes. Estas cualidades los han convertido en la mejor opción para transmitir las potencias elevadas y las altas velocidades requeridas por la turbo-maquinaria. Algunos procesos que incorporan turbo-maquinaria, como las plantas de cogeneración y de ciclo combinado, están sujetos a cambios en la demanda instantánea de potencia, y su eficiencia puede incrementarse considerablemente si se acoplan o desacoplan algunos motores conforme a la necesidad instantánea de generar energía. El embrague síncrono se desarrolló para aprovechar las cualidades de los acoplamientos dentados y permitir el embragado y desembragado de motores que giran a altas velocidades.


COMPONENTES.



Este embrague consta de tres componentes básicos, el embrague dentado de transmisión, A, el acoplamiento flexible tipo engrane, B,  y un mecanismo sincronizador, C, que realiza el embragado y desembragado.









FUNCIONAMIENTO.
Las dos condiciones básicas para acoplar o desacoplar un embrague dentado en movimiento son, que el elemento motriz y el conducido se muevan a la misma velocidad (sincronización) en el momento del embragado, y que tengan la misma posición angular para que cada diente esté alineado con una ranura. Un embrague de giro libre (ver el artículo anterior de este blog) con 11 dientes en el interior y 6 trinquetes en el exterior, permite tanto la sincronización como la alineación en 66 (11 x 6) posibles posiciones, que corresponden al número de dientes del embrague de transmisión.

El acoplamiento de engranes permite el movimientos axial del sincronizador y al mismo tiempo mantiene unidos al eje del motor con el anillo exterior con los trinquetes del sincronizador. Este acoplamiento puede ser sencillo, que solamente permite la desalineación angular, o doble, que además permite la desalineación paralela. El lado conducido del sincronizador está montado sobre la maza del lado conducido del embrague dentado de transmisión y unido a éste a través de un juego de estrías helicoidales. Esta combinación permite al sincronizador deslizar axialmente tanto con respecto al eje del motor y como al de la máquina. La parte externa del sincronizador mantiene  una posición angular permanente respecto al lado motriz del embrague dentado y el ángulo de hélice de las estrías crea una relación directa entre la posición axial del sincronizador y su posición angular respecto al lado conducido.  
El ángulo a está determinado por el ángulo de hélice de las estrías y por la posición axial, S. La fuerza tangencial, Ft, que el sincornizador ejerce sobre la estría, induce una fuerza axial, Fa, que obliga al sincronizador a desplazarse en el sentido axial.




El sincronizador, entonces, permite al eje de la máquina girar libremente mientras lo haga en el mismo sentido y a una velocidad mayor a la del motor, pero en cuanto  la  velocidad del motor rebase a la de la máquina, el primer trinquete que haga contacto con un diente comenzará a impulsar al sincronizador y el ángulo de las estrías inducirá una fuerza axial que lo obligará a desplazarse en una posición angular
que permita alinear y unir el lado motriz con el lado conducido del embrague dentado principal.
  
En el modelo MS, de embragado automático, los dientes del embrague tienen un ángulo de hélice menor al de las estrías del adaptador. En cuanto se da el contacto ente los dientes del lado conducido con los del lado motriz, su ángulo de hélice induce una nueva fuerza axial que los obliga a continuar deslizando hasta quedar totalmente unidos, y continuarán así mientras el motor esté transmitiendo a la máquina un par en el mismo sentido. Si el sentido de transmisión se invierte, también lo hará la fuerza axial, obligando al sincronizador a separar el lado conducido y el motriz del embrague dentado. La consecuencia es que el embrague automático MS solamente puede transmitir movimiento en un sentido.









Si totmamos como referencia la maza del embrague y la posición del trinquete al inicio de contacto entre los dientes del embrague de transmisión (línea negra),
la diferencia en los ángulos de hélice del adaptador estriado y de los dientes del embrague provoca un desplazamiento angular menor en el anillo exterior del sicronizador con los trinquetes (línea roja) que en la rueda dentada (línea azul), liberando el contacto entre los dientes del sincronizador y los trinquetes, de manera que la transmisión de la potencia del motor se hace a través del embrague de transmisión y del acoplamiento de engrane, sin que el sincronizador esté sometido a un par durante la operación de la máquina.





El modelo HS tiene dientes rectos que permiten la transmisión de potencia en ambos sentidos pero no pueden hacer el embragado y desembragado en forma automática. Este modelo cuenta con un actuador hidráulico que mueve al sicronizador una vez que los dientes del embrague de transmisión han quedado alineados.




OTROS DETALLES.
El sincronizador cuenta con lubricación hidrodinámica que evita el contacto metal con metal entre los trinquetes y los dientes mientras haya deslizamiento entre ellos. Cuenta también con resortes para amortiguar las fuerzas derivadas de la aceleración instantánea del sincronizador y con cojinetes para darle soporte al acoplamiento de engrane cuando el embrague dentado está desacoplado. 

Referencias:
·          Folleto de embragues MS
·          Folleto de embragues HS
·         http://www.renk-maag.ch
·         “Design and Application for Synchronous Clutch Coupings: MS and HS Types” de Otto Städeli (reimpreso por Artec Machie Systems en el 2009)
·         http://www.artec-machine.com