Как выбрать российские подшипники для промышленных насосов? Анализ осевого усилия, скорости вращения и схемы конфигурации подшипников 

Почему подшипники промышленных насосов нельзя просто заменить по размеру?

Одной из наиболее распространенных проблем на месте технического обслуживания является: после работы насоса подшипник приводной стороны неоднократно перегревается; после замены его на новый подшипник того же размера вибрация все равно высокая, а то и снова возникает ранний выход из строя. Размер полностью совпадает, модель также относится к широко используемой серии. Однако после перехода на другую конструкцию срок службы существенно сокращается.

В холодных условиях России, а также в сценариях непрерывной работы, таких как горнодобывающая, металлургическая и химическая промышленность, смазка, повышение температуры, загрязнение и условия запуска еще больше усугубят эту разницу. Сначала необходимо сделать четкое суждение:Одинаковые внешние размеры подшипников не означают одинаковую грузоподъемность, способ осевого расположения и эксплуатационные характеристики.Если внутренний диаметр, внешний диаметр и ширина одинаковы, это означает только то, что его можно установить в одно и то же гнездо подшипника, но это не означает, что он может выдерживать одинаковую нагрузку и осевое усилие.

1. Почему конструкции различных промышленных насосов влияют на выбор подшипников?

Выбор подшипника следует начинать с того, как поддерживается ротор и вал. Конструкция насоса определяет, как нагрузка поступает в подшипник, кто воспринимает осевое усилие и в каком направлении происходит тепловое расширение. Они предшествуют выбору модели.

1.1 Горизонтальный консольный центробежный насос

Рабочее колесо расположено на одной стороне опорной площадки подшипника и представляет собой консольную конструкцию. Радиальная нагрузка, создаваемая рабочим колесом, преобразуется в изгибающий момент, действующий на гнездо подшипника. Распределение радиальной нагрузки между двумя подшипниками обычно неравномерно; осевое усилие должно восприниматься позиционирующим подшипником или группой подшипников, указанными в конструкции.

Ключевые моменты для выбора: консольная длина вала, нагрузка на рабочее колесо, расстояние между двумя точками опоры и несущая способность позиционирующего конца. Чем длиннее консоль и тяжелее рабочее колесо, тем выше изгибающий момент и требования к расположению, которым одновременно должен соответствовать комплект подшипников.

1.2 Центробежный насос с двухсторонней опорой

Рабочее колесо расположено между двумя опорными позициями подшипников, а распределение нагрузки полностью отличается от распределения нагрузки консольного типа. В настоящее время необходимо принять комплексное решение на основе диаметра вала, пролета опоры, положения рабочего колеса и отклонения ротора; в условиях высоких нагрузок роликовые подшипники часто используются в сочетании с независимыми конструкциями осевого позиционирования.

Ключевые моменты при выборе: распределение нагрузки на обоих концах, жесткость ротора, осевое расположение и способ снятия теплового расширения системы валов.

1.3 Вертикальные насосы и насосы с высокой осевой нагрузкой

Вес ротора и рабочего колеса может накладываться на гидравлическое осевое усилие или может менять направление при изменении условий работы. В настоящее время функцию радиальной поддержки и функцию осевой нагрузки следует рассматривать отдельно. Большие вертикальные насосы, насосы со встроенным двигателем и конструкции, использующие специальные упорные подшипники, не могут просто использовать конфигурацию обычных горизонтальных насосов.

Ключевые моменты при выборе: направление осевой нагрузки, масса ротора, условия работы «старт-стоп», конструкция специальной упорной опоры.

2. Как оценить осевое усилие промышленного насоса? Это первый важный шаг в выборе.

2.1 Откуда возникает осевое усилие?

Осевое усилие обычно представляет собой сумму четырех источников:

• Разница давлений между передней и задней частью рабочего колеса: Распределение давления по обе стороны рабочего колеса различно, что образует осевую гидравлическую нагрузку, которая является основным источником осевого усилия большинства центробежных насосов.
• Конструкция рабочего колеса и балансировочное устройство: Конструкция балансировочных отверстий, балансировочных пластин, балансировочных барабанов и т. д. изменит размер и направление остаточного осевого усилия.
• Условия эксплуатации насоса: Расход, напор, отклонение рабочей точки от расчетной и состояние внутреннего потока – все это влияет на тягу.
• Вес ротора, а также состояние запуска и остановки.: Особенно важно для вертикальных насосов; Реверс тяги также необходимо учитывать при некоторых рабочих условиях, например, в момент запуска или при выходе из строя тягового устройства.

Особое внимание необходимо:Осевое усилие не может быть рассчитано непосредственно на основании только мощности насоса или номинальной мощности двигателя.Отдавайте предпочтение данным осевого усилия, кривым производительности или проверенным инженерным расчетам, предоставленным производителем насоса. Мощность отражает только мощность вала и не имеет простого соответствия с осевой гидравлической нагрузкой.

2.2 Как преобразовать осевое усилие в условия выбора подшипника?

Организуйте следующим образом:

1. Получите номинальные условия эксплуатации, максимально допустимый расход, напор, скорость и размер рабочего колеса.
2. Убедитесь в величине и направлении осевого усилия, а также в том, возникает ли обратное направление при запуске-остановке, низком расходе и ненормальных условиях работы.
3. Выясните, какой подшипник или группа подшипников фактически воспринимает осевую нагрузку в существующей подшипниковой системе.
4. На основании фактической радиальной и осевой нагрузки рассчитайте эквивалентную динамическую нагрузку подшипника и проверьте безопасность статической нагрузки.
5. Проверьте требования к осевому расположению, зазору или предварительному натягу, чтобы убедиться, что монтажная конструкция соответствует выбранному подшипнику.

2.3 Какой подшипник больше подходит для подшипников осевого упора?

Различные несущие конструкции имеют разные возможности и ограничения по выдерживанию осевой нагрузки:

3. Как скорость вала насоса влияет на выбор подшипника?

3.1 Номинальная скорость не соответствует фактическим условиям эксплуатации подшипника.

При выборе модели нельзя ориентироваться только на паспортную скорость, одновременно нужно проверить:

• Фактическая рабочая скорость насоса, а не только скорость, указанная на паспортной табличке;
• Минимальная, номинальная и максимальная скорость при частотно-регулируемом приводе;
• Будет ли меняться нагрузка на подшипник со скоростью вращения;
• Метод смазки, вязкость смазки, конструкция сепаратора и внутренняя конструкция подшипника;
• Непрерывная работа, частые запуски и остановки, а также условия эксплуатации при высоких температурах.

Если взять в качестве примера насос, то паспортная табличка составляет 1500 об/мин, а частота преобразования — до 1650 об/мин. Тогда допустимую скорость подшипника нужно проверять исходя из 1650, а не 1500.

3.2 Как проверить скоростную способность подшипника?

Вы можете следовать следующему процессу проверки:

1. Полный номер модели подшипника см. в каталоге производителя.
2. Подтвердите, что означают эталонная и предельная скорость в каталоге.
3. Проверьте допустимую рабочую скорость с учетом фактического метода смазки, нагрузки, температуры, состояния сепаратора и предварительного натяга.
4. Для насосов с регулируемой частотой используйте для проверки фактическую максимальную рабочую скорость.
5. Если частота вращения близка к предельным значениям каталога, обратитесь к производителю подшипника за условиями коррекции, а не просто смотрите число оборотов в минуту на странице продукта.

Допустимая скорость должна определяться в зависимости от конкретной модели и условий работы, а единое безопасное передаточное число не может быть установлено для всей серии подшипников. Для радиальных шарикоподшипников одного и того же размера допустимые скорости сепараторных и полносепараторных роликовых подшипников сильно различаются.

3.3 Можно ли одновременно обеспечить высокую скорость и большую нагрузку?

В условиях высокоскоростной эксплуатации такие факторы, как центробежный эффект, выделение тепла, образование смазочной пленки, прочность сепаратора и предварительная нагрузка, вместе ограничивают эксплуатационные характеристики подшипника. Не решайте проблему просто увеличением размера подшипника — подшипники большего размера не обязательно имеют более высокие допустимые скорости, но иногда они более ограничены из-за больших внутренних размеров и более высоких линейных скоростей. При сосуществовании высокой скорости и большой нагрузки приоритет следует отдавать проверке метода смазки, конструкции сепаратора и предварительного натяга, а не слепому увеличению размера.

4. Как настроить фиксированный и плавающий конец? Сравнение двух распространенных решений

4.1 Какие задачи выполняет стационарный терминал?

Фиксированный конец должен быть завершен:

• Определить осевое положение вращающегося вала;
• Выдерживать осевую нагрузку, указанную в проекте, и соответствующую радиальную нагрузку в соответствии с несущей конструкцией;
• Контролируйте осевое позиционное соотношение между рабочим колесом, корпусом насоса и компонентами уплотнения;
• Надежное позиционирование достигается за счет буртиков вала, запирающих деталей, гнезд подшипников и соответствующих конструкций.

Фиксированная цель не обязательно означает определенную фиксированную модель.В качестве фиксирующего конца можно использовать радиальные шарикоподшипники, спаренные радиально-упорные шарикоподшипники или другие подходящие конструкции, в зависимости от фактических нагрузок и конструктивных требований. «Позиционирование» описывает функцию, не определяющую определенный тип подшипника.

4.2 Почему важен плавающий конец?

Плавающий конец позволяет относительное смещение системы валов в осевом направлении, требуемое конструкцией, для компенсации разницы теплового расширения между валом и корпусом, вызванной изменениями температуры. При выборе проверьте:

• Осуществляется ли осевое смещение внутренней конструкцией подшипника или относительным скольжением между наружным кольцом подшипника и седлом подшипника?
• Правильно ли направление плавания и случайно ли заблокирован подшипник;
• Достаточно ли места для теплового расширения?
• Допуски по посадке, смазке, уплотнению и установке соблюдены.

Не приравнивайте «плавающий конец» к «внешнему кольцу, которое должно иметь возможность свободно скользить». Например, цилиндрические роликоподшипники с возможностью осевого смещения могут достигать смещения за счет внутренней конструкции, в зависимости от NU, N и других конструкций, а также всей конструкции.

Действия по проверке на месте:Если есть подозрение, что плавающий конец заблокирован, следует проверить осевую фиксацию наружного кольца подшипника, конструкцию седла подшипника, зазор торцевой крышки и установочную посадку. Для решений, в которых внутренняя конструкция подшипника обеспечивает осевое смещение, необходимо также проверить смещающую способность соответствующей конструкции. При необходимости проверьте, объединив изменения осевого смещения, температуры и вибрации в холодном и горячем состояниях, а не судите о неисправности плавающего конца исключительно на основании нагрева подшипника – нагрев – это всего лишь сигнал, и необходимо подтвердить, действительно ли смещение ограничено.

4.3 Два типичных решения конфигурации

Следующие две конфигурацииРазные дизайнерские идеи, а не ранжирование плюсов и минусов. Выбор того или иного решения зависит от исходной конструкции насоса, распределения нагрузки, требований к посадке и предварительной нагрузке.

Вариант A: Комбинированная конфигурация комплектов радиальных шарикоподшипников и радиально-упорных шарикоподшипников.

В некоторых конструкциях вала насоса радиальные шарикоподшипники могут выдерживать соответствующую радиальную нагрузку, а комплект парных радиально-упорных шарикоподшипников может нести указанные функции осевого усилия и позиционирования. Применимость этого метода необходимо проверить в сочетании с требованиями первоначальной конструкции, распределения нагрузки, координации и предварительного натяга.Не может определяться исключительно размером или мощностью насоса.. Элементы для проверки: угол контакта, метод сопряжения, зазор или предварительный натяг, а также фактическое распределение нагрузки. Пример насоса настроен таким образом.

Вариант B: Комбинированная конфигурация комплектов цилиндрических роликоподшипников и радиально-упорных шарикоподшипников.

Он подходит для конструкций с большими радиальными нагрузками, которые требуют отдельного рассмотрения функций радиальной опоры и осевого позиционирования. В цилиндрических роликоподшипниках используются конструкции с соответствующими возможностями осевого смещения для восприятия радиальных нагрузок, а спаренные радиально-упорные шарикоподшипники выдерживают осевое усилие, указанное в конструкции, и обеспечивают полное осевое позиционирование. Элементы, которые необходимо проверить: конкретная конструкция, радиальная нагрузка, скоростные характеристики и конструкция осевого смещения роликового подшипника. Аналогичным образом, принятие этого решения должно сочетаться с конструкцией насоса и расчетом нагрузки, а такжеНе все цилиндрические роликоподшипники представляют собой нефиксирующуюся конструкцию., полная модель и план установки имеют преимущественную силу.

5. Как рассчитать срок службы подшипника? Избегайте выбора модели, основываясь только на номинальной нагрузке.

5.1 Сначала рассчитайте эквивалентную динамическую нагрузку

Для обычных подшипников качения при соответствующих условиях базовый номинальный срок службы рассчитывается по формуле:

• L₁₀: базовый номинальный ресурс в миллионах оборотов;
• C: базовая динамическая нагрузка;
• P: эквивалентная динамическая нагрузка;
• p: индекс срока службы, обычно 3 для шариковых подшипников и 10/3 для роликовых подшипников.

Если выражать в часах, при постоянной скорости вращения:

Продемонстрируйте это на примере насоса (все значения являются гипотетическими):

Позиционирующий конец представляет собой спаренный комплект радиально-упорных шарикоподшипников, Fᵣ = 8 кН, Fₐ = 6 кН. Согласно каталожным коэффициентам этого типа группы подшипников при комбинированных нагрузках (при условии X = 0,44, Y = 1,35, применимо, когда Fₐ/Fᵣ превышает значение e), эквивалентная динамическая нагрузка:

Динамическая нагрузка C = 92 кН (предполагаемое значение). Шариковый подшипник р = 3:

Пересчитано на основе номинальной скорости 1500 об/мин:

Если преобразование частоты составляет до 1650 об/мин, проверьте:

Три технических ограничения:

• L₁₀ соответствует надежности 90%., означает, что около 90% подшипников в одной партии могут достичь или превысить этот срок службы; это статистическое номинальное значение,Не равно гарантированному времени использования фактического устройства., не может напрямую рассматриваться как жесткая приверженность циклу технического обслуживания.
• P — это не простое сложение осевой и радиальной нагрузки.Приведенные выше коэффициенты X и Y основаны на каталожных значениях группы подшипников при заданном направлении нагрузки (данный пример является предполагаемым значением); при фактическом выборе следует использовать реальные коэффициенты соответствующего производителя, а предполагаемые числа в этом примере не могут быть применены напрямую.
• Помимо срока службы при динамической нагрузке, необходимо также проверить статическую нагрузку.: Базовая номинальная статическая нагрузка C₀, фактическая статическая нагрузка P₀ и соответствующие требования безопасности при статической нагрузке, особенно при ударных нагрузках, частых пусках и остановках или в условиях большой предварительной нагрузки.

5.2 Почему фактический подшипник все же преждевременно выходит из строя, несмотря на его теоретический длительный срок службы?

Общие причины включают в себя:

• Оценка осевого усилия слишком мала, и позиционирующий подшипник перегружен;
• Недостаточная смазка, неподходящая вязкость масла или неправильный выбор смазки;
• Подшипник установлен слишком туго и рабочий зазор недостаточен;
• Вал и гнездо подшипника несоосны, что приводит к дополнительной нагрузке;
• В подшипник попадает вода, пыль или технологическая среда;
• Насос отклоняется от проектной рабочей точки, вызывая такие проблемы, как кавитация, вибрация, а также частые запуски и остановки.

Формула номинального срока службы является важным инструментом расчета, но она не может заменить проверку условий установки, смазки, уплотнений и эксплуатации. Данные SKF по подшипникам насосов также указывают на то, что ранний выход из строя подшипников насоса не обязательно связан с усталостью от качения.

6. Какие дополнительные проверки необходимы при выборе модели в условиях российской промышленности?

Этот раздел посвящен российскому рынку и не делает общих замечаний о «холодном климате», а конкретно рассказывает о том, как окружающая среда меняет условия выбора.

Особо следует отметить три момента:

• Температурные условия сильно различаются в разных регионах России, на различных производствах и в аппаратных помещениях., нельзя считать, что все промышленные насосы работают при низких температурах. Рабочие температуры на сибирских шахтах и ​​краснодарских химических заводах совершенно разные.
• Разрешение C3 не является автоматическим ответом на криогенную эксплуатацию.При выборе зазора также необходимо учитывать уменьшение зазора, вызванное посадкой, разницей температур и конструкцией вала. C3 может оказаться слишком тугим или вызвать другие проблемы из-за посадки и температурного градиента при низких температурах. Это следует оценивать исходя из конкретных условий установки.
• Подшипники из нержавеющей стали не являются универсальным решением для всех агрессивных условий., следует оценивать на основе коррозионной стойкости среды, нагрузки и материала. Защита от коррозии не означает, что необходимо использовать нержавеющую сталь. Некоторые условия работы требуют более качественной герметизации, а не замены материалов.

Условия запуска после длительного простояЭто тоже стоит проверить, а также легко построить внутренние ссылки на статьи о низкотемпературных подшипниках, смазке и защите от коррозии:

• Имеет ли место конденсация влаги при остановке или изменение характеристик смазки (отделение масла, загустение) из-за длительного простоя;
• Превышает ли температура окружающей среды при запуске допустимый диапазон смазки и подшипников;
• Аномальное повышение температуры или повышенная вибрация в течение короткого периода времени после запуска – часто это ранний сигнал о загрязнении, ухудшении качества смазки или изменении состояния вала во время остановки.

Если это шламовый насос или технологический насос, содержащий гранулированную среду, в общую оценку также необходимо включить уплотнения, смазку и конструкцию седла подшипника, а не только сам подшипник.

7. Диагностика неисправностей подшипников промышленных насосов: определение проблемы выбора по симптомам

Избегайте записи однозначного соответствия между симптомами и причинами.Например, нагрев подшипника не обязательно означает, что осевое усилие слишком велико., его необходимо всесторонне оценить на основе изменений температуры, данных о вибрации, условий смазки, а также результатов разборки и проверки.

Рекомендуемый процесс устранения неполадок:

Запишите рабочие параметры → Проверьте смазку и загрязнение → Проверьте установку и конфигурацию подшипника → Измерьте осевое смещение и вибрацию → Просмотрите расчеты нагрузки и срока службы → Решите, следует ли корректировать схему подшипников

8. Как избежать ошибки подбора модели при покупке сменных подшипников для промышленных насосов?

8.1 Замена невозможна только в зависимости от внутреннего диаметра, наружного диаметра и ширины подшипника.

• Полный номер модели и суффикс, включая зазор, клетку, уплотнение и метку сопряжения;
• Соответствует ли тип подшипника первоначальному проектному назначению;
• Номинальная динамическая нагрузка, статическая нагрузка и допустимая скорость;
• Метод осевого позиционирования, направление сопряжения и требования к предварительной нагрузке;
• Посадка вала и седла подшипника, метод смазки и рабочая температура.

Распространенная ошибка: исходная модель представляла собой комплект радиально-упорных шарикоподшипников. При покупке был заменен на радиальный шарикоподшипник исходя только из внутреннего диаметра/наружного диаметра/ширины. Размер можно установить, но допустимая осевая нагрузка и функция позиционирования совершенно разные, и они могут неоднократно выходить из строя за короткий период времени.

8.2 Какую информацию следует подготовить перед обращением к поставщикам?

Вот воспроизводимый список запросов:

Список запросов на подшипники промышленных насосов

1. Марка и модель насоса
2. Оригинальная модель подшипника и фото
3. Диаметр вала и размер подшипника
4. Рабочая скорость (об/мин)
5. Радиальные и осевые нагрузки (если есть)
6. Рабочая температура и метод смазки
7. Сценарии применения насосов и рабочая среда
8. Необходимое количество и пункт доставки

Если нет точных данных об осевой нагрузке или радиальной нагрузке, вы также можете предоставить полную модель насоса, оригинальную модель подшипника, фотографии оборудования и рабочие параметры, а технические специалисты сами решат, какую информацию необходимо добавить. Когда данные неполные, безопаснее сначала уточнить, чего не хватает, чем запрашивать цену с неправильной полезной нагрузкой.

Часто задаваемые вопросы

1. Какие подшипники обычно используются в центробежных насосах?

Общие конструкции включают радиальные шарикоподшипники, радиально-упорные шарикоподшипники, цилиндрические роликоподшипники и т. д. Конкретный выбор зависит от радиальной нагрузки, осевого усилия, скорости вращения и конфигурации подшипника. Ни один подшипник не подходит для всех насосов. Общие конфигурации консольных, двухопорных и вертикальных насосов также различаются.

2. Могут ли радиальные шарикоподшипники заменить радиально-упорные шарикоподшипники в насосах?

Замены не могут быть сделаны только на основании одинакового размера. Между ними существуют существенные различия в осевой несущей способности, структуре контакта и функции позиционирования: радиально-упорные шарикоподшипники несут значительную осевую нагрузку за счет угла контакта, тогда как радиальные шарикоподшипники имеют ограниченную осевую несущую способность. Один и тот же размер не означает одну и ту же функцию.

3. Как рассчитать осевую тягу центробежного насоса?

Приоритет отдается данным тяги, предоставленным производителем насоса, или проверенным гидравлическим расчетам, а также учитываются конструкция рабочего колеса, балансировочное устройство и фактические условия эксплуатации. Не оценивайте осевое усилие, основываясь только на мощности. В условиях эксплуатации, отклоняющихся от расчетных, например, при низком расходе, закрытой мертвой точке или высоком расходе, осевое усилие может измениться. Конкретная амплитуда и направление изменения зависят от конструкции рабочего колеса, балансировочного устройства и гидравлической конструкции насоса. Нельзя считать, что все насосы имеют одинаковый закон изменения тяги при одинаковых условиях эксплуатации.

4. Как выбрать между фиксированным и плавающим концом?

Установочный конец отвечает за управление осевым положением вала и выдерживает расчетную осевую нагрузку; непозиционирующий конец должен обеспечивать осевое тепловое смещение, требуемое конструкцией. Как это достигается, зависит от конструкции подшипника – например, цилиндрические роликоподшипники типа NU, N допускают осевое смещение через внутренние конструкции. Если есть подозрение, что плавающий конец заблокирован, проверьте осевую фиксацию наружного кольца, конструкцию седла подшипника, зазор торцевой крышки и установочную посадку.

5. В чем причина неоднократного выхода из строя подшипников насоса?

Общие факторы включают перегрузку, недостаточную смазку, загрязнение, отклонения при установке, ограниченное тепловое расширение системы валов и ненормальные условия эксплуатации. Диагностику необходимо сочетать с данными, полученными на месте, а не просто заменять подшипники. Такие симптомы, как повышение температуры и вибрация, обычно соответствуют нескольким возможным причинам, поэтому их необходимо разобрать и проверить для проверки.

10. Призывы к действию

Логику выбора можно изложить в одном предложении: сначала определите нагрузку, затем проверьте скорость, затем определите конфигурацию и, наконец, рассчитайте срок службы и проверьте статическую нагрузку и условия эксплуатации. Предоставьте нашей команде модель насоса, исходную модель подшипника и условия эксплуатации, и мы поможем проверить технические характеристики и подобрать подшипник, подходящий для вашего сценария применения. Для промышленного оборудования могут быть предоставлены индивидуальные решения по подшипникам и техническая поддержка.