Подшипник насоса

Для восприятия радиальных и осевых нагрузок действующих на ротор в насосах необходим такой элемент, как подшипник, который является одним из важнейших деталей устройства насоса](ustroistvo-nasosa).

Подшипник — это элемент конструкции, который выполняет функцию опоры или упора и поддерживает вал или другой подвижный элемент конструкции в заданной плоскости с заданной жёсткостью.

Во время работы на насос действуют различные силы, для компенсации которых производитель решает какие подшипники должны стоять на насосах в каждом конкретном случае.

Все подшипники в насосах подразделяются на две группы:

• радиальные – воспринимающие радиальные усилия (перпендикулярно валу ротора);
• упорные (или опорные подшипники) – воспринимающие осевые усилия (по оси вала ротора).

Для восприятия радиальных и осевых нагрузок, действующих на ротор, применяют подшипники качения или подшипники скольжения. Выбор того или иного типа подшипников для насосов обусловлен рядом факторов, из которых наиболее важными являются: окружная скорость вращения вала, нагрузка на вал и требуемый ресурс непрерывной работы насоса.

Подшипники качения насоса

Для малых и средних насосов в качестве радиальных опор применяют шарико и роликоподшипники. Основные преимущества таких подшипников:

• Минимальные потери на трение
• Небольшие размеры
• Легкая замена
• Невысокая стоимость
• Способность многих подшипников этого типа воспринимать не только радиальные нагрузки, но и осевые.

При больших скоростях вращения вала работоспособность шарикоподшипников резко снижается. Кроме того, при разрушении подшипника, как правило происходит разрушение ротора насоса.

Подшипники скольжения насоса

Подшипники скольжения в насосах применяют для ответственных насосов. Такой подшипник при правильном монтаже имеет практически неограниченное время эксплуатации.

Конструктивно подшипник скольжения состоит из 2 частей. Первая - втулка зафиксированную в корпусе насоса на внутреннем диаметре которой смонтированы вкладыши из трущихся материалов. Вторая часть подшипника – это втулка, закрепленная на валу ротора на внешнем диаметре которой так же смонтированы вкладыши.

В конструкции вкладышей подшипника насоса применены специальные материалы, так называемая трущаяся пара. При вращении ротора насоса вкладыш на валу ротора трется по вкладышу, закрепленному на втулке в корпусе насоса.

Преимуществами, кроме всего прочего, таких подшипников является бесшумная работа, неограниченный срок службы и способность демпфировать колебания вала на масляной пленке.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость и трудоемкость изготовления.

Материалы и смазка подшипников насоса

В производстве подшипников насоса широкое применение нашли баббиты – антифрикционные легкоплавкие пластичные сплавы на основе свинца или олова с твердыми включениями, такими как медь, сурьма, никель и т.д.

Баббиты отличаются малыми потерями на трение и высокой износостойкостью, благодаря чему широко применяются для подшипников качения насосов. Если подшипники работают в условиях без смазывания или смазываются перекачиваемой средой при небольших нагрузках, то возможно применение полимерных материалов и пластмасс, например, фторопласта.

Фторопласт – 4 обладает небольшим коэффициентом трения, но недостаточно прочен и износостоек, поэтому в производстве используют металлофторопластовые подшипники с примесями бронзового порошка.

Подшипник циркуляционного насоса позволяет использовать в качестве смазки воду или другую жидкость близкую к воде по характеристикам.

Смазка подшипников насоса

В зависимости от области применения и конструкционных особенностей производитель выбирает соответствующую смазку подшипников насоса.

Герметичные насосы в качестве смазки используют перекачиваемую среду – воду, масло, бензин, слабые кислоты и др.

Перекачиваемая среда не только выполняет функцию смазки, но и выполняет съем тепла, т.е. обеспечивает охлаждение подшипников насоса.

При работе без смазывания или при смазывании перекачиваемой средой при небольших нагрузках, в конструкции применяются полимеры и пластмассы. Эти материалы обладают малым коэффициентом трения и очень высокой износостойкостью.

Если вкладыши подшипника изготовлены из баббита, то в качестве смазки применяются масла турбинные Т22, ТЗО, Т46 и Т57 или масла турбинные с присадками, улучшающими антиокислительные и антикоррозионные свойства масел.

Причины поломки и виды повреждений

Производители насосов гарантируют надежную работу подшипников в течение нескольких лет эксплуатации.

Благодаря проведённым исследованиям стал возможен расчёт долговечности подшипника водяного насоса с высокой точностью. Это сделало возможным согласование между собой долговечности подшипников и насоса. Однако время от времени случается, что фактическая долговечность подшипника оказывается ниже расчётной.

Это происходит вследствие множества причин:

• не предполагаемо высокая нагрузка,
• недостаточное смазывание или неподходящий смазочный материал,
• неправильный монтаж подшипника,
• недостаточная эффективность уплотнений,
• посадка подшипника с чрезмерным натягом и, соответственно, недостаточный внутренний зазор или чрезмерный внутренний натяг подшипника.

Каждая такая ситуация порождает специфическое повреждение подшипника циркуляционного насоса, которое находит отражение в характерной картине повреждения. Следовательно, в большинстве случаев становится возможным при исследовании повреждённого подшипника установить причину повреждения и принять соответствующие меры, для того чтобы избежать повторного повреждения подшипника после возобновления работы насоса.

Когда подшипник водяного насоса находится под постоянной нагрузкой, такой как давление вала насоса, эта нагрузка передается каждому элементу подшипника, и в конечном итоге приводит к усталости металла всей конструкции.

Упрощенно суть выражается следующим образом: в реальных условиях подшипник качения не может работать произвольно долго. Раньше или позже возникает усталостное разрушение материала, и работа подшипника становится невозможной.

Промежуток времени до появления первых признаков усталости материала зависит от частоты вращения подшипника и величины нагрузки. Усталостное разрушение является следствием переменных напряжений непосредственно под поверхностью качения в зоне действия нагрузки.

Эти напряжения обуславливают образование трещин, которые постепенно распространяются к поверхности.

Когда по таким трещинам перекатываются тела качения, происходит отделение частиц материала. Процесс прогрессирует до тех пор, пока подшипник становится непригодным для работы.

Это не означает, что подшипник не может продолжать работу. Усталостное разрушение распространяется медленно и обнаруживает себя возрастанием шума и вибраций. Поэтому, как правило, остаётся достаточно времени для подготовки замены подшипника водяного насоса.

Различные виды повреждений подшипников

Каждая причина повреждения подшипника находит отражение в характерной картине повреждения. Виды повреждений можно классифицировать следующим образом:

• Износ;
• Вмятины;
• Задиры;
• Поверхностные разрушения;
• Коррозия;
• Последствия прохождения электрического тока;
• Усталостные раковины;
• Трещины.

Износ

При нормальных условиях эксплуатации сколько-нибудь заметного износа подшипников качения не наблюдается. Износ возникает тогда, когда в подшипник проникают инородные частицы или имеет место недостаточное смазывание. Он может быть также следствием вибраций не вращающегося подшипника.

Вмятины

Вмятины на дорожках качения и телах качения могут возникать когда силы монтажа передаются на кольца через тела качения. Так же вмятины возникают при чрезмерно больших нагрузках на подшипниковые узлы в то время, когда подшипники не вращаются.

Задиры

Если две недостаточно смазываемые поверхности скользят одна относительно другой под нагрузкой, то происходит перенос частиц металла с одной поверхности на другую. Это явление называют задиром. Поверхности при этом явлении выглядят шероховатыми. При возникновении задиров материал подшипника нагревается до температуры, при которой происходит отпуск. Возникает местная концентрация напряжений, следствием которой является образование трещин и раковин.

Поверхностные разрушения

Если смазывающий слой между дорожками и телами качения слишком тонкий, то вершины шероховатостей кратковременно соприкасаются друг с другом. При этом на поверхностях возникают мельчайшие трещины. Такой процесс именуют поверхностным разрушением.

При достаточном смазывании нет опасности возникновения разрушений описанного вида до тех пор, пока смазывающий слой не становится слишком тонким, либо вследствие изменения вязкости масла из-за повышения температуры, либо при чрезмерном возрастании нагрузки.

Коррозия

Если в подшипник проникает вода или агрессивные среды в таком объеме, что смазочные материалы не могут защищать стальные поверхности, то возникает коррозия. Процесс глубокой («щелевой») коррозии быстро приводит к образованию явных следов коррозии – коррозионных язвин.

Последствия прохождения электрического тока

Если электрический ток проходит через подшипник от одного кольца через тела качения к другому кольцу, то возникают повреждения подшипника. В местах перехода процесс подобен электродуговой сварке. Материал подшипника при этом нагревается до температуры отпуска и даже плавления. При этом образуются окрашенные области различной величины, в которых материал отожжен и снова закален, а иногда даже оплавлен. В местах, на которых металл был оплавлен, могут также возникать маленькие лунки.

Усталостные раковины

Усталостные раковины являются следствием нормального усталостного повреждения, которое возникает в конце обычной долговечности подшипника. Если раковины достигли определенной стадии развития, то наличие повреждения обнаруживают по шуму и вибрациям. Это сигнал к замене подшипника. Причинами преждевременного возникновения раковин могут быть превышение допустимой нагрузки, чрезмерный внутренний предварительный натяг вследствие слишком тугой посадки кольца подшипника на вал или в отверстие корпуса.

Трещины

Трещины в кольцах подшипников возникают по ряду причин. Одной из самых распространённых является неправильное обращение с подшипником во время монтажа или демонтажа. Удары молотком, наносимые непосредственно или через закалённую оправку по кольцу подшипника, могут стать причиной мельчайших трещин. В результате этого в процессе работы подшипника от него отламываются частицы металла.

Замена подшипников в насосе

В зависимости от конструкции центробежного агрегата при выходе его из строя или частичной поломке возникает потребность заменить подшипник в насосе.

Порядок работы в данном случае будет следующим:

• ознакомиться с инструкцией по эксплуатации насоса и перечнем неисправностей;
• обесточить насос;
• снять корпус направляющего аппарата;
• снять контргайку(обтекатель) и рабочее колесо;
• снять поврежденный подшипник и заменить его новым.

В общем случае замена подшипника в насосе не представляет большой трудности для исполнителя. Всё, что вам потребуется в данном случае – это набор отверток и/или ключей в зависимости от конкретной модели.