Chumaceras de empuje y cojinetes de apoyo

[minoru genda]

Chumacera de empuje y chumaceras o cojinetes de apoyo

Chumaceras de empuje

Las chumaceras de empuje se utilizan en los buques a vapor y diesel para trasmitir el empuje de la hélice al casco y los ejes de las turbinas y además para asegurar la posición de los rotores evitando así contactos perjudiciales de las palas (también conocidas como alabes) fijas y móviles. También para absorber los ocasionales impulsos axiales a lo largo de los mismos rotores.
Generalmente suelen ser de sectores oscilantes. El árbol está dotado de un robusto plato o collar, que según el sentido de la marcha apoya sobre una de las dos superficies planas de una corona fija constituida por dos sectores de acero revestidos en la zona activa de metal blanco (en algunos casos llevan además un soporte de bronce sobre el que se funde dicho material blanco [antifricción]). La unión de los sectores a la estructura fija se realiza de modo que puedan tomar en torno a un eje radial una inclinación, el sentido de la cual está predispuesto por la excentricidad de dichos sectores.

De este modo se establece una presión hidrodinámica en la capa de aceite existente entre el sector y el collar o plato por la que están aseguradas la lubrificación y la transmisión del impulso.





Averías:

Evidentemente, la chumacera de empuje está sometida a elevadas temperaturas, que en determinados momentos pueden ser perjudiciales para su correcto funcionamiento. Por ello un control sobre la presión y la temperatura del aceite lubricante es esencial dada la baja temperatura de fusión del metal blanco a la cual se puede llegar en poco tiempo si baja la circulación del aceite (el metal blanco tiene un punto de fusión alrededor de los 400 a 500 grados).

El aumento de la temperatura puede ocasionar un bloqueo del eje por gripado, causando en muchos casos averías graves en el motor, en la propia chumacera y en el eje.

Otra vista de una chumacera de empuje



A continuación un esquema situado a bordo del Belfast que explica como era el conjunto máquinas-eje-chumacera de empuje se traduce y explica tras la foto el significado de cada definición y más abajo el funcionamiento del conjunto



Superheated steam from boiler room = Vapor a muy alta temperatura desde las calderas

Low energy steam to low presure turbine = Vapor de baja energía (presión) a turbina de baja presión.

High pressure turbine = Turbina de alta presión

Low pressure turbine = Turbina de baja presión

Reduction Gearing = Engranajes reductores

Collar for trasmiting thrust to ship estructure = chumacera de empuje

Propeller = Hélice

Seawater for cooling = Agua de mar para enfriamiento

Feedwater returned to boiler = Agua de retorno a las calderas

Exhaust steam to condenser = Salida de vapor al condensador

Seawater outlet = Salida de agua de mar

La explicación del funcionamiento es como sigue:

El vapor entra en la turbina de alta presión y ésta comienza a funcionar, el vapor sale de la turbina de alta presión con una presión menor y pasa a la turbina de baja presión. El funcionamiento de ambas turbinas se trasmite a la hélice por medio de los engranajes, y el eje y la hélice trasmiten el empuje a la chumacera de empuje, y el barco comienza a avanzar.

El vapor pasa al condensador y allí se trasforma en agua aprovechable para las calderas y otros servicios.

Chumaceras o cojinetes de apoyo

Son similares a las chumaceras de empuje pero desprovistas de collar o plato, sirven para apoyar los ejes y evitar movimientos radiales que deformen los mismos, suelen ir colocados a distancias regulares para repartir pesos y fijar los ejes
Imágenes de cojinetes de apoyo

Vistas de cojinetes de apoyo

Como se puede ver los cojinetes de apoyo son más simples que la chumacera de empuje, la lubricación se lleva a cabo por medio de cajas de engrase, engrasadores o, ocasionalmente y para determinados tipos de buques sistemas de engrasado por pequeñas tuberías de cobre, siendo la primera la más utilizada durante y en años posteriores a la 2ª Guerra Mundial





Las dos primeras imágenes corresponde a un dibujo propio y a una foto sacada por mi de la chumacera de empuje del Belfast

Las fuentes de las dos últimas imágenes y la anterior al esquema del sistema en conjunto son: https://www.wartsila.com

[Poliorcetos]

Buen curso estoy recibiendo. Muchas gracias. Una pregunta desde el desconocimiento. Los cojinetes ¿llevan rodamientos de bolas o cilindros o soporta el eje otro tipo de dispositivo? Y supongo que habrá más entregas, espero con ilusión el tema prensa-estopas o cómo impermeabilizar las uniones móviles.

[minoru genda]

Buen curso estoy recibiendo. Muchas gracias. Una pregunta desde el desconocimiento. Los cojinetes ¿llevan rodamientos de bolas o cilindros o soporta el eje otro tipo de dispositivo?

Los cojinetes de los ejes para buques no llevan cojinetes de bolas internamente son tal cual un casquillo hecho de un material que se va desgastando y que se repone cuando llega a un punto de desgaste determinado pueden ser, o más bien podían ser de bronce o de antifricción una aleación de varios materiales entre los que se incluía el estaño.
Sobre los cojinetes de anti-fricción recuerdo en mis años de aprendiz de "Jedi mecánico" aquellos en que en los astilleros se hacía de todo:-)) que preparábamos un molde sobre la mitad de cada pieza de soporte y echábamos el material viejo desgastado al que añadíamos material sobrante de viejos cojinetes, luego se torneaba sobre-medida y se procedía al ajuste del cojinete, también recuerdo que entre ambas mitades se ponían suplementos de láminas de latón y cuando se desgastaba el metal anti-fricción se quitaba ese suplemento y se ajustaba de nuevo si era necesario.
Actualmente me parece que te envían piezas sobre medida que se montan y se ajustan.

Y supongo que habrá más entregas, espero con ilusión el tema prensa-estopas o cómo impermeabilizar las uniones móviles.

Vaale ya preparo algo sobre prensaestopas y eso que pides, creo que tengo algo que ya preparaba hace tiempo pero que no está acabado a ver si lo encuentro y me ahorro trabajo y tiempo

[pepero]

Un buen curso de ingeniería, yo inicialmente pensaba que estos ingenios eran para transmitir el impulso del motor a la hélice y es lo contrario. Son muy complejos.

El tema de no usar cojinetes en temas navales a que es debido? Supongo que el exceso de humedad no les muy favorable.

Saludos.

[minoru genda]

Un buen curso de ingeniería, yo inicialmente pensaba que estos ingenios eran para transmitir el impulso del motor a la hélice y es lo contrario. Son muy complejos.

El tema de no usar cojinetes en temas navales a que es debido? Supongo que el exceso de humedad no les muy favorable.

Saludos.

Razones haylas me explico pero antes aclarar esa pregunta.
Supongo que te refieres al no uso de cojinetes de bolas o similares.
La primera y más importante es que resulta poco rentable usarlos (siempre que se puedan poner que esa es otra de la que hablo más abajo)
La segunda es que las fuerzas ocasionadas por el peso de los ejes son muy perjudiciales sobre todo en las partes bajas de los aros en los que se alojan las bolas.
Tercera es el tema engrase los cojinetes de bolas usan grasas especiales de base lítica, molikote y similares.
Cuarta, mantenimiento, resulta más complejo cambiar un cojinete de bolas (si se pudiera colocar, me remito al punto primero) que cambiar o reparar uno de bronce o anti-fricción
Entrando en lo comentado sobre montaje de este tipo de cojinetes [los de bolas] resulta costoso ponerlos porque todos y cada uno de los ejes deberían tener un plato desmontable o usarse cojinetes de diámetro interior mayor que dichos platos aumentando el diámetro de eje hasta la medida del plato en la zona donde se colocaría el cojines de bolas (implica más peso), extraer los cojinetes del eje o colocarlos requiere más trabajo que el sistema de cojinetes tradicionales este tipo de montaje requiere precisión y un ajuste perfecto sin contar que se necesitan útiles especiales, además estos cojinetes necesitan una carcasa como alojamiento.
Debe haber cierta precisión en el alineamiento de ejes con tolerancias muy bajas para que el cojinete correspondiente no esté forzado, las vibraciones que se dan en caso de un ajuste defectuoso afectan de modo importante al cojinete, al eje y al resto de cojinetes.
Por último plantear que este tipo de cojinetes es rentable e ideal para trabajar a un número elevado de revoluciones pero no lo es tanto para trabajar a revoluciones muy bajas.
En fin y resumiendo que aunque tenemos todas esas razones, la importante tiene que ver con lo económico y la eficacia y en esos campor ganan por goleada los cojinetes tradicionales más eficaces mayor, rendimiento, sencillos de montar, económicos en cuanto a mantenimiento y precio
Por esas razones no se usan cojinetes de bolas para apoyo y guía de los ejes.
Por cierto cualquier problema con uno de esos cojinetes implicaría una avería seria muy seria, el problema menor sería la humedad que con un correcto engrase no lo sería tanto

[Poliorcetos]

Es verdad, bajas revoluciones. ¿Y la refrigeración?

[minoru genda]

Es verdad, bajas revoluciones. ¿Y la refrigeración?

Rara vez había refrigeración salvo en determinados casos para chumaceras de empuje que como se puede ver en el esquema tenía un circuito de aceite para enfriamiento del mismo, un correcto engrase con una vigilancia periódica era más que suficiente para prevenir cualquier contingencia.
Aun recuerdo aquellos viejos vapores con planta motriz en la mitad de buque con los largos túneles por donde iban los ejes y las varias chumaceras de apoyo con cajas engrasadoras en la parte superior de la tapa que se llenaban de aceite, el mantenimiento de los niveles de aceite lo llevaban a cabo operarios llamados engrasadores que con una aceitera recorrían todo el túnel rellenando las cajas de aceite

Una imágen de un cojinete de apoyo con caja de engrase, los dos aros superiores galvanizados al lado de la caja, son cáncamos para maniobra.



Fuente de la imagen: http://img.nauticexpo.es

[minoru genda]

Os presento lo que sería un eje propulsor con todos los elementos más habituales y sus sistemas de sellado es un despiece simple que servirá para hacerse una idea de como era todo el sistema.
Sobre los guayacanes decir que tienen unas propiedades muy interesantes para ser usados en este tipo de montaje, son de una madera muy dura y resistente actúan igual que los cojinetes de apoyo y tienen propiedades auto-lubricantes en contacto con el agua de mar. El montaje y ajuste de las duelas de guayacán corre a cuenta de un carpintero, una vez montado el guayacán se torneaba a la medida del eje in situ.
Sobre el prensaestopa que era el "cierre estanco del conjunto" decir que se trataba de tiras de empaquetadura de algodón impregnadas de sebo se presentaban en rollos de empaquetadura que se cortaban a la medida precisa para tomar esa medida se colocaba la empaquetadura alrededor del eje y se cortaba dando una medida uno o dos milímetros más corta, el corte de la segunda empaquetadura se situaba en el lado opuesto de la primera y los sucesivos en grupos de dos se colocaban, el tercero a 90 grados y el cuarto al lado opuesto del tercero, siguiendo las mismas secuencias se colocaban las demás vueltas que se quisieran o debieran poner poner, al apretar con el prensa-estopa la empaquetadura se expandía y sellaba el conjunto evitando posibles fugas el sebo ejercía de lubricante, cada determinadas horas de trabajo se apretaba el prensa-estopas y cuando había una fuga contínua y abundante por desgaste se sustituían todas las vueltas de empaquetadura, el desgaste contínuo de todas las piezas aumentaba esas fugas, cuando eso pasaba era el momento de entrar en el dique a sustituir todo aquello que se había desgastado, casquillos, guayacanes y en ocasiones hasta el eje la reparación general que se hacía cada cuatro meses aproximadamente marcaba el momento de renovar todo el conjunto incluída en bastantes casos la hélice desgastada por las cavitaciones ocasionales o constantes



Despiece de un eje propulsor

1.- Eje de cola
2.- Hélice
3.- Chaveta y chavetero
4.- Registro del tapón de la tuerca de la hélice
5.- Sebo que se mete por el registro 4 para evitar la corrosión del tuerca y eje
6.- Tuerca de apriete de la hélice.
7.- Tapón de la tuerca con forma ojival para dar una línea aerodinámica.
8.- Tapa de bronce de los guayacanes.
9.- Guardacabos que evita que cualquier cabo trabe la hélice.
10.- Guayacanes consistentes en tablas de madera de guayacán se cortan en ripias y cada pieza
se llama duela de guayacán y se colocan ajustadas entre sí el trabajo lo lleva a cabo un carpintero.
11.- Mamparo longitudinal.
12.- Casquillos de bronce que hacen de tope para guayacanes y empaquetadura además de ejercer las veces de apoyo del eje.
13.- Piola (cuerda fina de cáñamo) impregnada en aceite de linaza y recubierta de albayalde
(pintura de plomo) para evitar la corrosión del eje.
14.- Empaquetadura. Consiste en cuerda de algodón de sección cuadrada, impregnada de sebo
para evitar filtraciones de agua.
15.- Bocina, tubo enorme que se coloca tras tornear in situ el codaste (18).
16.- Prensa para la empaquetadura.
17.- Mamparo de máquinas que da al tanque rasel de popa. También conocido como mamparo
prensaestopas. Es el mamparo estanco situado más a popa de todo el buque
18.- Pieza del codaste que aloja la bocina (15)