ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ В НАСОСАХ
Подшипники качения в насосах. Типы подшипников качения. Типы смазки подшипников качения.
Подшипники качения преимущества и недостатки.
Подшипники качения в основном состоят из двух колец или дорожек качения и набора шариков или роликов, которые плотно прилегают друг к другу. Шарики или ролики удерживаются друг от друга сепаратором, изготовленным из листового металла, латуни, пластмассы или любого другого подходящего материала.

Преимущества подшипников качения:
  1. Низкая цена.
  2. Могут работать без обслуживания длительное время.
  3. Подшипниковые узлы более компактные, менее сложные по сравнению с подшипниками скольжения при одних и тех же условиях.
  4. В случае замены можно приобрести на рынке.
  5. Более высокая энергоэффективность. Низкий коэффициент трения требует более редкой замены смазки по сравнению с подшипников скольжения.
  6. Герметичные подшипники имеют смазку на весь срок службы.
  7. Более низкий коэффициент трения позволяет в некоторых случаях эксплуатировать подшипники без принудительного охлаждения.
  8. Низкий пусковой момент.
  9. Низкий расход масла.
  10. Стандартные типоразмеры для разных производителей. Доступность на рынке.

Недостатки подшипников качения:
  1. Тела качения и дорожки подвергаются быстрым, периодическим нагрузкам, что делает их восприимчивыми к усталостному разрушению.
  2. Чувствительность к загрязнению смазки. Большинство типов подшипников качения требуют особых мер предосторожности и осторожности при монтаже и демонтаже.
  3. Особая осторожность требуется при определении точного количества смазки (ни слишком много, ни слишком мало).
  4. Ограничения по частоте вращения. В том числе из за того что тела качения начинают разбрызгивать смазку.
Подшипники классифицируются по направлению нагрузки следующим образом:
Радиальные подшипники воспринимают нагрузку, действующую в направлении, перпендикулярном вращающемуся валу.

Упорные подшипники воспринимают осевую нагрузку, или нагрузку, действующую вдоль оси вала.

Классификация подшипников по типу воспринимаемой нагрузки:
  1. Радиальные подшипники: воспринимают только радиальную нагрузку.
  2. Осевые подшипники: воспринимают только осевую нагрузку.
  3. Сочетание осевой и радиальной нагрузки.
Зона нагружения подшипника:
  • Нагрузка приходится лишь на небольшой участок дорожки качения, на который действуют лишь несколько шариков. Этот нагруженный участок дорожки качения называется сегментом нагрузки. Таким образом, можно сказать, что на рисунке зона нагрузки составляет менее 180 градусов.
  • Зона нагрузки также зависит от величины внутреннего зазора или предварительного натяга.
Площадь контакта в подшипниках качения.
Несмотря на то, что площадь контакта на дорожке качения под телом качения очень мала, её размер и форма зависят от следующих факторов:
  • Под шарикоподшипником она имеет круглую форму до момента приложения нагрузки, а затем становится эллиптической.
  • Под роликом площадь контакта представляет собой узкий прямоугольник, но под нагрузкой она становится трапецией.
  • Размер этих зон контакта увеличивается с увеличением размера тела качения.
  • Еще один момент, который следует отметить касательно площади контакта, заключается в том, что чем она больше, тем больше грузоподъемность подшипника, поскольку нагрузка распределяется по большей площади.
Основные элементы подшипника качения:
  • Внутреннее кольцо при монтаже устанавливается на вал. Оно изготовлено из закаленной высококачественной стали.
  • Дорожка качения – это поверхность, по которой катятся тела качения, отшлифованная до очень малой шероховатости для снижения трения и увеличения срока службы. Она также изготовлена с высокой точностью.
  • Наружное кольцо можно описать так же, как и внутреннее кольцо, за исключением того, что при монтаже оно устанавливается в корпус.
Тела качения несут нагрузку и в идеале должны постоянно вращаться, а не проскальзывать или волочиться. Это экономит энергию и снижает износ, заменяя трение скольжения трением качения.

Тела качения как и дорожки качения, изготовлены из высококачественной стали и отшлифованы с очень малыми допусками. Они свободно катятся между двумя дорожками качения и передают нагрузку с внутреннего на внешнее кольцо.

Сепаратор может быть прикреплён к внутреннему кольцу (в этом случае шарики центрируются по внутреннему кольцу), прикреплён к наружному кольцу (в этом случае шарики центрируются по наружному кольцу) или может быть свободен от колец (в этом случае сепаратор центрируется по телам качения).

Сепаратор выполняет три функции:
  • Предотвращает трение тел качения друг о друга (основная функция).
  • Проталкивает тела качения через ненагруженную зону.
  • Направляет тела качения с минимальным трением.
Конструкции подшипников.
Различные конструкции подшипников качения показаны в таблице.
Эта таблица не претендует на полноту, а представляет наиболее распространенные конструкции, используемые в насосах. Как правило, шариковые подшипники лучше переносят перекос, чем цилиндрические или конические роликовые подшипники. Шариковые подшипники, как правило, работают при меньшей температуре, чем роликовые подшипники, из-за меньшего трения, но имеют меньшую грузоподъемность.
Такие конструкции встречаются во многих химических, нефтяных, пищевых и других технологических процессах. Цилиндрические роликовые подшипники обычно используются для более низких скоростей, высоких радиальных нагрузок. Например, в насосах для перекачки шлама.
Использование сферических роликовых подшипников обеспечивает более высокую грузоподъемность, чем у цилиндрических роликовых подшипников, а также позволяет иметь большие допуски перекоса и небольшую осевую нагрузку.
Конический роликовый подшипник имеет самую высокую осевую и радиальную грузоподъемности, но более чувствителен к перекосу и плохой смазке.

Тип подшипника

Описание

Однорядный шарикоподшипник

Single row deep groove ball bearing

Воспринимает небольшие осевые нагрузки в любом направлении и радиальные нагрузки.

Двухрядный радиально-упорный шарикоподшипник

Double row angular contact ball bearing (Conrad style)


Воспринимает высокие осевые нагрузки в любом направлении и воспринимают радиальные нагрузки.

Сдвоенные радиально упорные подшипники

Duplex (2) angular contact ball bearings

Применяются для восприятия более высоких осевых нагрузок, по сравнению с двухрядными а также высокие радиальные нагрузки.

Тройные радиально упорные подшипники

Triplex (3) angular contact ball bearings

Более высокие осевые нагрузки, но охлаждение и смазка более критичны из-за большего трения в подшипниках.

Цилиндрические роликовые подшипники

Cylindrical roller bearings

Применяются для очень высоких радиальных нагрузок. Требуются более высокие допуски соосности.

Сферические роликовые подшипники

Spherical roller bearings

Хорошо воспринимает высокие радиальные нагрузки, допускает некоторые осевые нагрузки. Сферическая конструкция наружного кольца увеличивает допуски на соосность.

Сдвоенные (2) конические роликовые подшипники

Duplex (2) tapered roller bearings

Высокие осевая и радиальная грузоподъёмность. Центровка, охлаждение и смазка крайне важны.

Зазоры в подшипниках.
Каждый тип подшипника изготавливается с различными величинами зазоров (люфта) или внутреннего допуска. Этот зазор люфт или допуск относится к расстоянию между поверхностью шариков или роликов и внутренними и внешними дорожками качения при осевом или радиальном перемещении.

Допуск подшипника обозначается кодами C1, C2, CN, C3, C4 и C5. Код CN соответствует нормальной, стандартной или средней точности. C1 — подшипник с самым малым допуском (самый тугой), а C5 — с самым большим допуском (самый свободный). Подшипник без указанного кода обычно имеет класс точности CN.
Стандартные подшипники для насосов в основном относятся к классу C3 или выше, с небольшим допуском и свободным креплением. Учитывая это, становится понятно, что замена подшипника насоса C3 на подшипник C1 нецелесообразна.
Благодаря своему жесткому допуску подшипник C1 может выдерживать меньшее тепловое расширение и загрязнение смазочного материала, возникающие при нормальной работе насоса. Подшипник C1 менее толерантен к тепловому расширению и загрязнению и преждевременно выйдет из строя.


Класс зазоров

Величина зазора

Рекомендуемые области применения.

C1

Меньше стандартного

Идеально подходит для применений, с повышенными требованиями к шуму; стабильные условия эксплуатации.

C2

Немного меньше стандартного

Подходит для высокоскоростных механизмов, требующих минимального люфта

C3

Больше стандартного

Лучше всего подходит для условий с колебаниями температуры или более быстрым тепловым расширением.

C4

Большое чем С3

Используется в высокоскоростных сценариях с потенциально высокими температурами; может применятся в условиях где возможны значительные тепловые расширения.

C5

Наибольший зазор среди классов

Идеально подходит для экстремальных условий с постоянными высокими температурами и максимальным люфтом подшипника


Подшипники с увеличенным внутренним радиальным зазором (суффикс C3), рекомендуется для подшипников, установленных с более плотной (переходной) посадкой на вал и если предполагается работа подшипников с более высокой температурой которая возникает либо в результате работы на высокой скорости или от тепла, подводимого к подшипнику от внешнего источника.
Радиальные подшипники с увеличенными внутренним радиальным зазором (суффикс C3) рекомендуется для радиальных подшипников, работающих на скоростях, превышающих 70% от номинальной частоты.
Стандарт API-610 устанавливает, что подшипники, кроме радиально-упорных шарикоподшипников, должны иметь внутренний радиальный зазор C3. Таким образом, их внутренние зазоры несколько больше, чем указано в обозначении Normal.
Радиально-упорные шарикоподшипники чувствительны к увеличенным зазорам и для них существуют особые требования.
Большая разница температур между валом и корпусом
  • Из-за особенностей конструкции подшипниковые узлы часто имеют температуру внутреннего кольца, которая выше температуры наружного кольца. Например, вал в насосе относительно теплый, что приводит к расширению внутреннего кольца. Корпус насоса, в котором установлены наружные кольца подшипников может иметь довольно большую площадь поверхности, которая способствует рассеиванию тепла, что делает разницу температур весьма существенной.
Необходимо учитывать при эксплуатации:
• Большая разница температур между валом и корпусом уменьшает внутренний зазор подшипника, что может привести к слишком малому зазору или даже предварительной нагрузке, вызывая высокие рабочие температуры.

Действия:
  • Проверьте температуру вала и корпуса, расположенных ближе всего к подшипнику.
  • Если это оправдано, выберите подшипник с увеличенным внутренним зазором, чтобы предотвратить предварительную нагрузку, например, CN к C3, C3 к C4 и т. д.
Выбор внутреннего зазора подшипника

Действия:
  • Проверьте упаковку, чтобы убедиться, что внутренний зазор нового подшипника соответствует исходным проектным характеристикам.
  • Если подшипник перегревается после замены то необходимо проверить правильность выбора подшипника.
  • Проверьте все размеры, так как износ деталей может влиять на зазор подшипника.
КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ.
Шариковые подшипники однорядные, двухрядные. Роликовые подшипники однорядные сферические и т.д.
Шариковые подшипники.
Шариковые подшипники, самый распространённый тип подшипников. Они широко используются во всех типах машин, а их количество в эксплуатации исчисляется миллиардами.

Этот тип подшипников может воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки и обычно используются в условиях относительно небольших нагрузок.

  • В основном радиальная нагрузка.
  • Допустимая осевая нагрузка, равная 25% от радиальной нагрузки.
В шарикоподшипнике нагрузка передаётся с внешнего кольца на шарик, а с шарика на внутреннее кольцо. Поскольку шарик имеет сферическую форму, он соприкасается с внутренним и внешним кольцами лишь в точке малого размера, что обеспечивает его плавное вращение. Это также означает, что площадь контакта, на которую действует нагрузка, невелика, поэтому при перегрузке подшипника шарики могут деформироваться, что приведёт к его разрушению.
Радиально упорные шарикоподшипники (angular contact bearing)
Радиально-упорные шарикоподшипники используются в основном в качестве фиксирующих подшипников в насосах, когда радиальные шарикоподшипники не могут выдерживать большие осевые нагрузки.
Радиально-упорные шарикоподшипники, выпускаются в однорядном или двухрядном исполнении, обладают высокой осевой грузоподъемностью, а также высокой скоростью вращения.

  • Двухрядный радиально-упорный шарикоподшипник или пара универсально совместимых однорядных радиально-упорных шарикоподшипников также может воспринимать более тяжелые радиальные нагрузки, чем однорядные радиально-упорные шарикоподшипники.
Двухрядный радиально-упорный шарикоподшипник или пара универсально совместимых однорядных радиально-упорных шарикоподшипников также может воспринимать более тяжелые радиальные нагрузки, чем однорядные радиально-упорные шарикоподшипники.
Цилиндрические роликовые подшипники.
Цилиндрический роликовый подшипник рассчитан на более высокие нагрузки, чем шариковый, но трение качения у него выше. Роликовые подшипники изготавливаются по тому же принципу, что и шариковые, за исключением формы тел качения.

В этих подшипниках ролик представляет собой цилиндр, поэтому контакт между внутренним и наружным кольцами происходит не в точке, а по линии. Это распределяет нагрузку на большую площадь, позволяя подшипнику выдерживать гораздо большие нагрузки, чем шарикоподшипник.

  • Цилиндрические ролики обеспечивают максимальное восприятие радиальной нагрузки, но не воспринимают осевую.
Конический роликовый подшипник:
  • Воспринимает высокие осевые нагрузки.
  • Воспринимает радиальные нагрузки.
Применятся для восприятия значительной осевой нагрузки.
Конический роликовый подшипник:
Характеристики конического роликоподшипника:
Конический роликоподшипник обладает следующими характеристиками:
  • Конические дорожки качения позволяют коническому роликоподшипнику выдерживать большую нагрузку, комбинированную радиальную и осевую в одном направлении.
  • Конические подшипники применяются парами для восприятия знакопеременных нагрузок.
  • Номинальная скорость составляет 2/3 скорости радиального шарикоподшипника того же размера.
  • Допустимая осевая грузоподъёмность зависит от углов наклона дорожек качения.
Конический роликовый подшипник:
Сферический роликоподшипник обладает следующими характеристиками:
  • Бочкообразные ролики обеспечивают широкую площадь контакта и соответственно большую несущую нагрузку.
  • Такая форма обеспечивает восприятие комбинированной нагрузки осевую (в обоих направлениях) и радиальной.
  • Ещё одной особенностью является сферическая дорожка качения на наружном кольце, обеспечивающая самоустановку. Это позволяет компенсировать перекос от 1 градуса для подшипников меньшей серии до 2,5 градусов для подшипников большей серии без снижения грузоподъёмности.
Сферические роликовые подшипники.
Сферический роликоподшипник обладает следующими характеристиками:

  • Бочкообразные ролики обеспечивают широкую площадь контакта и соответственно большую несущую способность.
  • Такая форма обеспечивает восприятие комбинированной нагрузки осевую (в обоих направлениях) и радиальной.
  • Ещё одной особенностью является сферическая дорожка качения на наружном кольце, обеспечивающая самоустановку. Это позволяет компенсировать перекос от 1 градуса для подшипников меньшей серии до 2,5 градусов для подшипников большей серии без снижения грузоподъёмности.
Роликовые подшипники
Сферический или бочкообразный ролик:
  • Имеет криволинейную контактную поверхность, которая входит в вогнутую дорожку качения, образуя две угловые точки контакта.
  • Воспринимает большую радиальную нагрузку, но лишь незначительную осевую нагрузку в любом направлении.
  • Сферический ролик может иметь два или один ряд роликов.
  • Два ряда бочкообразных роликов вращаются по сферическим дорожкам качения
  • Самоустанавливающиеся.
  • Применяются при больших радиальных нагрузках и комбинированных нагрузок с умеренной осевой составляющей.
Сепараторы подшипников.
Для подшипников с полиамидным сепаратором температура наружного кольца не должна превышать 100 °C, в противном случае произойдет преждевременное старение, что приведет к сокращению срока службы подшипника.
ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В НАСОСАХ.
Консистентная смазка подшипников (Greas lubrication).
Насос для общепромышленного применения, химических и нефтехимимческих производств (process pump) для легкого применения (небольшие напоры до 120 м и невысокие температуры до 150 С).
Смазка в масляной ванне. Картерная смазка (oil bath lubrication).
Технологические насосы для средних и тяжелых условий эксплуатации применяются на нефтеперерабатывающих заводах, где требуется максимальная надежность. Осевая нагрузка воспринимается стандартными однорядными радиально-упорными шарикоподшипниками. Подшипники чаще всего смазываются в масляной ванне или масляными кольцами.
Смазка в масляной ванне. Смазка при помощи масляного кольца.
Насос для химических и нефтехимимческих производств (process pump) для легкого применения (небольшие напоры до 120 м и невысокие температуры до 150 С.
Подшипниковые узлы для тяжелых нагрузок.
Насос для перекачки шлама, рассчитанный на тяжёлые условия эксплуатации. Роликовые подшипники используются для восприятия тяжёлых нагрузок, характерных для этого применения. Спаренные конические роликовые подшипники с большими углами контакта, расположенные по схеме «лицом к лицу» или «спина к спине», хорошо подходят для восприятия комбинированных осевых и радиальных нагрузок в этих применениях.
КОНСТРУКЦИИ УПЛОТНЕНИЙ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ.
Войлочные кольца, манжеты, лабиринтные уплотнения, торцовые уплотнения.
Функции уплотнений подшипниковых узлов:
Попадание воды и грязи в подшипники - это одна из главных причин выхода подшипников из строя. Поэтому уплотнения подшипниковых узлов играют важную роль в надежности насосов.
Функции уплотнений подшипниковых узлов:
  • исключить попадание твердых и жидких загрязнений в подшипник.
  • удержание смазки в корпусе подшипника.
Типы уплотнений подшипниковых узлов:
  • Войлочная набивка.
  • Манжетные уплотнения
  • Лабиринтные уплотнения
  • Торцовые уплотнения.
  • Магнитные уплотнения.
Последствия попадания воды в подшипниковые узлы.
  • Коррозия подшипников.
  • Деградация смазки.
Вода попадает в подшипник через ненадежное уплотнение подшипникового узла и неправильно организованного отвода утечек после уплотнения. Особенно эта проблема характерна для сальниковых уплотнений.
Классификация уплотнений подшипниковых узлов.
Войлочные кольца.
Войлочные уплотнения (пыльники). Одним из первых уплотнителей корпусов подшипников был «войлок». Крышки подшипников имеют канавку, в которую вставляется войлочная полоска. Войлок служит барьером для масла и пыли из атмосферы.
Самое простое и дешевое. Не требует дополнительной обработки вала. Наименее надежное уплотнение.
Войлочные кольца применяются и сейчас.
Манжетное уплотнения.
В радиальных манжетных или уплотнениях кромка из синтетического каучука подпружинена для поддержания контакта с поверхностью вала.
Эффективность уплотнения и срок службы зависит от смазки, покрывающей уплотнение, и качества обработанной поверхности вала.
Чрезмерное трение уплотнения может привести к высокой температуре и износу уплотнения и вала. Трение уплотнения повышает рабочую температуру подшипника.
Срок службы манжетных уплотнений обычно составляет (от 2 000 до 4 000 часов).
Вал должен быть закаленным и отполированным.
Возможен износ вала и появление характерной канавки в месте контакта.
При отсутствии смазки возможно горение, манжета теряет свои свойства.
Лабиринтное уплотнение.
Лабиринтные уплотнения относятся к бесконтактному типу уплотнений. Они более эффективно отводят загрязнения и удерживают смазку. Они не имеют пар трения и имеют длительный срок службы. Лабиринтные уплотнения обеспечивают естественную вентиляцию при смазке масляным туманом и не подходят для "закрытых" систем масляного тумана.
Вращающиеся лабиринтные уплотнения являются улучшенным вариантом по сравнению со стационарными.
Лабиринты - это устройства, содержащие щель сложной формы, затрудняющий попадание загрязняющих веществ в корпус подшипника. Также лабиринт препятствует и, следовательно, минимизирует утечку жидкости без какого-либо физического контакта между неподвижным и подвижным элементами, составляющими уплотнение. Конструкция лабиринтного уплотнения может быть различной, поэтому выбор должен основываться на его пригодности для конкретного применения и назначения.
Преимущества. Отсутствие износа и самовентиляция. Благодаря отсутствию изнашиваемых контактирующих деталей лабиринт можно использовать повторно при ремонте. Поскольку лабиринт обеспечивает открытый, хотя и труднодоступный путь в атмосферу, можно снять сапун в корпусе подшипника и заглушить резьбовое отверстие либо установить датчик температуры.
Недостатки более высокая первоначальная стоимость по сравнению с манжетными уплотнениями и наличие открытого пути в атмосферу, что может привести к загрязнению смазки атмосферным конденсатом, так как камера корпуса "дышит" при перепадах температур во влажной среде. Кроме того, они не так хорошо работают в статическом режиме, чпо сравнению с динамическим, вращательном. Температурные границы лабиринтов определяются эластомером, приводящим в движение ротор и удерживающим статор, так же, как и для манжетного уплотнения.
Другие темы курса "Монтаж и Эксплуатация насосов".
Пуск и останов насоса.
ДРУГИЕ КУРСЫ О НАСОСАХ.
Курсы по насосному оборудованию
  • Регулирование насосов.
    Частотное регулирование. Параллельная работа насосов, Дроссельное регулирование (регулирование задвижкой). Подрезка рабочего колеса. Комбинированные способы регулирования насосов. Воздух в насосе.
    Перейти
  • Кавитация.
    Кавитационный запас насоса. Виды кавитационных запасов (критический, допускаемый). Располагаемый кавитационный запас системы. Условие работы насоса без кавитации. Способы устранения кавитации.
    Перейти
  • Эксплуатация насосов.
    Монтаж насоса. Фундаменты. Всасывающие и нагнетательные трубопроводы. Монтаж трубопроводов. Усилия от трубопроводов на патрубки насосов. Пуск и останов насосов. Фильтры на входе в насос.
    Перейти
  • Типы насосов. Насосы по API 610.
    Основные типы насосов по конструкции. Типы насосов по API 610. Требования стандарта API 610.
    Перейти
  • Уплотнения в насосах. Уплотнения по API 682.
    Сальникове уплотнения. Торцовые уплотнения. Одинарные уплотнения. Двойные уплотнения. Выбор уплотнения.
    Перейти
  • Надежность насосов.
    Причины поломок насосов. Причины выхода из строя подшипников, уплотнений. Обслуживание и ремонт. Обеспечение надежной работы насосов. Как сократить количество ремонтов насосов.
    Перейти
  • Подшипники в насосах.
    Подшипники качения. Подшипники скольжения. Способы смазки. Причины выхода из строя.
    Перейти
  • Аудит насосных систем.
    Обследование насосных систем. Измерение параметров насосов на объекте (подача, напор, мощность). Способы увеличения эффективности насосной системы.
    Перейти
Made on
Tilda