Причины разрушения подшипников в насосах

Почему выходят из строя подшипники насосов?

Время службы подшипника зависит от усталостной выносливости металла, из которого он выполнен, а также от условий эксплуатации и качества технического обслуживания. Производители насосов рассчитывают, что подшипники в составе этого оборудования должны исправно служить несколько лет.

В реальных условиях эксплуатации насосов их подшипники подвергаются воздействию различных нагрузок:

• вес вращающегося узла;
• механическое напряжение, возникшее при посадке подшипника на вал;
• предварительный натяг, заложенный производителем насоса.

Как показала практика, основная масса подшипников преждевременно выходит из строя по одним и тем же причинам:

• несоблюдение допусков при посадке подшипника на вал;
• несоосность отдельных деталей насоса;
• деформации валов;
• нарушение балансировки вращающихся узлов;
• расширение вала вследствие нагрева;
• попытки охлаждать перегретые подшипники водой;
• воздействие кавитации;
• пульсации перекачиваемой жидкости;
• возникновение аксиального давления;
• деформации деталей подшипника;
• вибрации насосов;
• большая удаленность охлаждающей крыльчатки от подшипника, что имеет место в миксерах и мешалках;
• использование подшипников низкого качества.

Особо следует отметить, что перегрев подшипников влечет за собой ухудшение свойств смазки, например, снижение вязкости, значительный рост сил трения и появление дополнительных нагрузок на подшипник, что приводит к его преждевременному выходу из строя, вплоть до механического разрушения.

Производители подшипников считают, что наибольшее воздействие на срок службы смазки в этих изделиях оказывает температурный режим работы подшипников. Чистая смазка, работающая при температуре не выше +30 градусов, исправно выполняет свою функцию до тридцати лет. Производителями подшипников было установлено, что увеличение температуры смазки всего на 10 градусов способно вдвое снизить срок ее службы. Отсюда следует, что обеспечение нормальной температуры подшипников является самым эффективным способом продлить срок их службы. Другой распространенной причиной быстрого износа подшипников может служить загрязнение смазки посторонними твердыми частицами и жидкостями. Установлено, что наличие всего лишь 0,02% воды в составе смазки может снизить рабочий ресурс подшипника на 48%. Попадание в смазку 6% воды влечет за собой сокращение срока службы подшипника более, чем на 80%.

Производители подшипников используют несколько способов для защиты этих изделий от воздействия воды и прочих посторонних жидкостей:

• использование маслоотражательных колец и уплотнителей;
• постоянный подогрев смазки для предотвращения образования водяного конденсата;
• производство подшипников закрытой конструкции;
• использования пластичных смазок в сочетании с уплотнительными манжетами;
• использование специальных уплотнительных лабиринтных втулок (однако, этот способ не всегда эффективен).

Посторонние жидкости могут попадать в подшипник по нескольким разным причинам:

• неисправность транспортировочной упаковки или несоблюдение правил хранения;
• нарушение герметичности уплотнений подшипника, что может привести к затеканию воды при мытье помещений или оборудования;
• образование конденсата из-за неисправности уплотнений;
• нагрев сальников с образованием пара, а затем и конденсата, что, обычно, имеет место при эксплуатации радиальных подшипников.

Воздействие на подшипник посторонних жидкостей обуславливают возникновение следующих дефектов:

• коррозионные поражения элементов качения и рабочих дорожек, что влечет за собой усталостное разрушение деталей подшипников;
• атомарный водород, входящий в состав воды, вызывает появление водородной хрупкости металла и ускоренный износ подшипника;
• масляно-водяная эмульсия является плохой смазкой, способствующей сокращению срока службы подшипников.

Причины попадания в смазку посторонних твердых частиц:

• износ сепараторов, выполненных из латуни или немеметаллов;
• выкрашивание металла корпуса подшипника;
• использование загрязненного смазочного материала;
• загрязнение подшипников в процессе их монтажа из-за отсутствия должной чистоты в рабочих помещениях;
• работа в условиях сильной запыленности воздуха;
• загрязнение смазки частицами элементов уплотнения при их износе.

Меры по предотвращению загрязнения подшипников посторонними твердыми частицами или жидкостями:

• использование специальных уплотнителей в корпусе подшипника, защищающих его от проникновения твердых частиц со стального корпуса;
• использовать расширительные камеры, расположенные за пределами корпуса подшипника с тем, чтобы при нагреве в процессе работы внутри подшипника не создавалось избыточного давления воздуха. Известно, что такое избыточное давление может достигать 1 атмосферы;
• непрерывная очистка масла с использованием системы циркуляции или частая замена смазки в подшипниках.

В каких случаях при эксплуатации центробежных насосов желательна замена антифрикционных шариковых и роликовых подшипников на гидродинамические?

• когда насос работает с числом оборотов, превышающим 3000 в минуту;
• если обычные подшипники не способны обеспечить непрерывную наработку в 25 тысяч часов или 16 тысяч часов в условиях максимальных радиальных и осевых нагрузок при номинальной скорости вращения;
• если мощность насоса, выраженная в лошадиных силах, умноженная на число оборотов в минуту, равна или превышает значение 2 700 000.

Всем, кто воспользуется перечисленными рекомендациями, мы гарантируем исправную работу подшипников в течение длительного времени.

Смотрите также:

Подшипники компании SNR для экстремальных условий эксплуатации

Источник

Причины выхода из строя подшипников в насосах

Длительность срока эксплуатации подшипника зависит от количества времени, после которого наступает так называемая усталость металла. Кроме того, очень большое значение имеет и число сделанных им оборотов, а также качество используемого смазочного материала. Стоит отметить, что предприятия, которые работают с насосами, способны дать прогноз по вопросу работы подшипника на несколько лет вперед.

Стоит отметить, если данный элемент находится под большим давлением в момент вращения вала, то вся нагрузка может передаваться с его внутреннего кольца на внешнее. При этом каждый шарик подшипника будет нести часть нагрузки, что в результате приведет к усталости деталей, выполненных из металла.

Подшипники, используемые в системе водяных насосов

Если насосное оборудование функционирует «на максимуме», то в этом случае подшипник должен выдержать определенный уровень нагрузки, а именно:

• Напряжение, которое возникает в процессе подгонки такого элемента к валу;
• Массу узла вращения;
• Различные предварительные натяги, что были обусловлены компанией-изготовителем.

Необходимо отметить, что большая часть подшипников теряет свою функциональность и ломается по таким причинам, как:

• Ошибка, допущенная при подборе изделия к валу (игнорирование показателей допуска);
• Изменение геометрической формы вала;
• Отсутствие сбалансированности конструкционных элементов, которые вращаются;
• Расширение вала под воздействием температуры;
• Совершенная попытка охладить подшипник путем заливания в него обычной воды или же какой-либо иной жидкости (при охлаждении внешней части изделия происходит высыхание смазочного материала, что сказывается на качестве его работы и общем сроке эксплуатации);
• Пульсирование потока воды;
• Появление кавитационных пузырьков;
• Изменение геометрической формы корпуса подшипника;
• Возникновение различных видов вибраций;
• Промежуток между подшипником и крыльчаткой (распространенное явлением в миксерах);
• Использование изделия качения низкого качества или же подделки оригинальной модели (является распространенной проблемой в наше время).

В процессе перегрузки подшипник нагревается, что очень негативно сказывается на продолжительности срока эксплуатации такого элемента, а также может привести к его поломке. При сильном нагревании снижается показатель вязкости смазочного материала, в результате чего изделие больше не может выдерживать возложенную на него нагрузку.

Стоит отметить, что использование самоустанавливающегося подшипника в специальном корпусе и его замена могут проводиться без остановки работы насосного оборудования. Представители крупнейших брендов-производителей говорят, что длительность работы смазочного материала зависит от уровня нагрева. В среднем чистая смазка может не высыхать, выполняя при этом возложенные на нее функции в течение приблизительно 30 лет (при условии, что изделие будет использоваться при температуре около 30 градусов по Цельсию).

Если же показатель нагрева смазочного материала повышается на 10 градусов, то это способно в два раза уменьшить его срок службы. Исходя из этого, можно сделать вывод, что если у вас есть стремление продлить «жизнь» антифрикционных подшипников, то решающим фактором в этом вопросе будет регулировка уровня нагрева смазочного материала.

Кроме того, одной из наиболее распространенных причин поломки такого элемента ранее указанного производителем срока, считается попадание в его смазку различных частиц и жидкостей. По данным производителей всего две тысячные процента воды в материале могут привести к снижению длительности использования подшипника почти на 50 процентов. В то же время около 6 процентов посторонней жидкости в масле снижает эксплуатационный срок изделия на 83 процента.

Существует несколько причин, по которым жидкость может попасть в подшипник, а именно:

• Вследствие нарушения герметичности упаковки (во время перевозки изделия);
• Повреждения подшипника (в этом случае жидкость попадает внутрь изделия из шланга, используемого для мытья ближайшей территории);
• В процессе охлаждения изделия, когда воздух с большим содержанием влаги проникает в корпус изделия сквозь кромку или уплотнение с лабиринтной втулкой;
• При использовании подшипников радиального типа, когда из-за охлаждения сальника уплотнением происходит появление конденсата или же пара.

Попадание жидкости внутрь подшипника может привести к следующим проблемам:

• Возникновение точечной коррозии металла, а также появление ржавчины на дорожке качения и шариках (приводит к повышению усталости металла);
• Появление хрупкости металла (является причиной ускоренного старения подшипников);
• Попадание воды в масло, что снижает его эксплуатационные характеристики.

Основными причинами попадания в смазочный материал твердых частиц является:

• Износ сепаратора, создаваемого из латуни и других материалов (неметаллов);
• Отделение крохотных частиц от корпуса изделия;
• Несоблюдение требований к чистоте помещений, в которых осуществляется сборка подшипников (из-за чего посторонние частички грязи могут изначально находятся в корпусе изделия);
• Проникновение смазочного материала, который отработал свой ресурс.

Существует несколько способов, позволяющих не допустить преткновение твердых частиц и воды внутрь элемента качения:

• Использование эпоксидных или иных уплотнений внутри корпуса изделия;
• Установка расширения камеры вне корпуса изделия, что позволит воздуху увеличиваться в объеме в процессе нагревания подшипника;
• Проведение очистки смазочного материала внутри изделия с использованием системы фильтрации и циркуляции масла (или же путем его полной замены).

При использовании центробежного насосного оборудования может возникнуть необходимость в том, чтобы заменить антифрикционные подшипники гидродинамическими аналогами. Сделать такой шаг нужно, если:

• Число оборотов DN за одну минуту не превышает 300 тысяч;
• Такие подшипники не поддерживают эксплуатационный срок в 25 тысяч часов в период безостановочного использования;
• Скорость работы насоса составляет более 2,7 миллионов оборотов в минуту.

Источник

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.

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.

Содержание статьи

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

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 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.

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.

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 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.

Источник