Análise dinâmica e das condições de estabilidade em sistemas rotativos com mancal segmentado

Resumo

A análise dinâmica de máquinas rotativas pode envolver um elevado grau de complexidade quando, além do comportamento dinâmico do rotor, deve contemplar sua interação com outros componentes do mesmo sistema, como por exemplo, a estrutura de suporte (ou fundação) e os mancais, sendo estes, em muitas aplicações, lubrificados hidrodinamicamente. Em um sistema rotor-mancal-fundação, a vibração aplicada pelo rotor aos mancais é transferida, através destes componentes, à estrutura de suporte que, por sua vez, interage com os mancais, retransmitindo o movimento vibratório ao rotor. Dessa forma, os mancais desempenham uma função importante no sistema, sendo responsáveis por transmitir forças entre o rotor e a fundação. Por esse motivo, para uma análise dinâmica mais realista do sistema rotor-mancal-fundação, o comportamento dinâmico dos mancais deve ser inserido no modelo matemático do sistema completo, o que pode ocorrer através da determinação das forças não lineares geradas nestes elementos em função da distribuição de pressão necessária à sustentação do carregamento externo, ou ainda, no caso específico de mancais lubrificados, através da aproximação linear para estas forças, dentro de faixas de rotação e condições de carga aceitáveis, estimando-se os coeficientes equivalentes de rigidez e amortecimento dos mancais que compõem esse sistema. O projeto aqui proposto tem por objetivo principal avaliar a condição de estabilidade de mancais hidrodinâmicos segmentados, cujas características dinâmicas permitem sua aplicação em elevadas rotações da máquina. Para tanto, determinam-se os coeficientes equivalentes de rigidez e amortecimento nos mancais segmentados. Desta forma, avalia-se o comportamento dinâmico do sistema rotativo suportado por estes componentes, juntamente com a condição de estabilidade dos mesmos. Dentro deste contexto, serão utilizados dois tipos distintos de abordagem da análise dinâmica do mancal segmentado. A primeira abordagem baseia-se no modelo completo das forças hidrodinâmicas, no qual são considerados os coeficientes equivalentes de rigidez e amortecimento relativos aos deslocamentos angulares dos segmentos (±), além dos tradicionais coeficientes de rigidez e amortecimento relativos aos movimentos de translação (x,y) do eixo no interior do mancal. A segunda abordagem utiliza os coeficientes equivalentes condensados, ou seja, é realizada uma redução do modelo dinâmico do mancal, onde os coeficientes equivalentes finais são representados apenas através das coordenadas de translação (x,y) do eixo. A análise de estabilidade, em ambas as abordagens, tem por objetivo compreender o fenômeno e avaliar o grau de sensibilidade dos parâmetros de projeto envolvidos neste fenômeno. (AU)