Практически любой насос или компрессор приводится в движение вращающимся валом, а это значит, что необходимы подшипники. От их надежности во многом зависит обеспечение требуемого срока службы оборудования. Чтобы правильно выбрать подшипник, необходимо оценить эксплуатационные нагрузки, предельные скорости вращения, определить технические характеристики, включая посадочные места на валу и в корпусе, тип подшипника, материал сепаратора и вид смазывания.
Номинальные нагрузки на подшипники
В насосах и компрессорах применяются и шариковые, и роликовые, и игольчатые подшипники, однако в этой статье основное внимание будет уделено наиболее распространенному типу – шарикоподшипникам.
Шариковые подшипники способны работать на высоких скоростях. Рассчитаны, в первую очередь, на радиальные нагрузки, но также могут выдерживать умеренные осевые.
Производители обычно публикуют для каждого подшипника допустимые номинальные нагрузки. Они могу быть как статические, так и динамические.
Номинальная статическая нагрузка или статическая грузоподъемность – это величина нагрузки, которую может выдержать не вращающийся подшипник, не вызывая необратимой деформации его колец или шариков.
Номинальная динамическая нагрузка или динамическая пропускная способность – это величина постоянной радиальной нагрузки, которую вращающийся подшипник может выдержать в течение миллиона оборотов.
Методы, используемые для расчета номинальных нагрузок, различаются у разных производителей. Общие стандарты, касающиеся номинальных нагрузок и срока службы подшипников, закреплены Международной организацией по стандартизации ISO.
ISO-76 – Подшипники качения, номинальные статические нагрузки.
ISO-281 – Подшипники качения, номинальные динамические нагрузки и номинальный срок службы.
Скорости вращения подшипников
Номинальная скорость вращения – это скорость вращения, при которой подшипник может работать без износа и повреждений на протяжении длительного времени. Номинальная скорость обычно является рекомендуемой рабочей скоростью для подшипника.
Предельная скорость вращения – это максимальная скорость вращения при превышении которой возможен выход подшипника из строя и его разрушение. Превышение предельной скорости может привести к возникновению вибраций и другим нежелательным эффектам, которые могут стать причиной поломки подшипника или оборудования, в котором он установлен. Предельная скорость рассчитывается с учетом типа сепаратора, материалов уплотнений (при их наличии) и смазочного материала.
Срок службы подшипников
Внутреннее и наружное кольца радиального шарикоподшипника постоянно нагружаются во время вращения. Это приводит к усталости материала и к выходу подшипника из строя. Срок службы отдельных подшипников может значительно различаться, даже если они имеют одинаковый размер, одинаковый материал и подвержены одинаковым условиям эксплуатации. Для статистически большой группы идентичных подшипников, работающих в одинаковых условиях, базовый номинальный ресурс равен числу оборотов, достигнутому 90% подшипников группы до появления первых признаков усталости материала.
Насосы и компрессоры часто подвергаются нестандартным нагрузкам и условиям эксплуатации, которые могут потребовать дополнительного рассмотрения коэффициентов регулирования срока службы. Для корректировки учитываются:
- Синусоидальная нагрузка
- Ступенчатая нагрузка
- Реверсивные нагрузки
- Вибрация
- Колебания
- Высокие скорости
- Вращение внутреннего кольца в сравнении с вращением наружного кольца
- Воздействие температуры и окружающей среды
Коэффициенты корректировки ресурса позволяют инженерам разработать более точное приблизительное значение срока службы подшипников в зависимости от области применения и условий эксплуатации. Производители подшипников часто используют дополнительные собственные коэффициенты как при определении номинальных нагрузок, так и при расчетах срока службы.
Посадка подшипников
Выбор подходящей посадки на валу и в корпусе имеет решающее значение для оптимизации характеристик и срока службы радиального шарикоподшипника. Неправильная посадка может привести к преждевременному выходу подшипника из строя. Слишком свободная посадка приводит к повреждению посадочного места и колец подшипника, проворотам, фреттинг-коррозии, снижению точности вращения и чрезмерному износу, шуму и вибрации. И наоборот, слишком плотная посадка приведет к уменьшению радиального зазора, перегреву или увеличенной нагрузке. Чрезмерно плотная посадка также требует очень больших усилий для установки подшипника на вал и его снятия.
Внутренняя конструкция насоса или компрессора должна обеспечивать опору колец подшипников по всей их ширине и окружности. При этом будет использоваться вся несущая способность подшипника. Посадка корпуса и вала должна быть подобрана таким образом, чтобы между компонентами не возникало проскальзывания. Правильная посадка определяется допусками, указанными в стандарте ISO-286, а также указанными допусками на наружный и внутренний диаметр подшипника.
Материал подшипников
Наиболее распространенным материалом, используемым для изготовления несущих компонентов подшипников, является хромированная сталь 52100. Химический состав этой стали отличается высоким содержанием углерода и включением хрома. Компоненты из этой стали обладают высокой прочностью, однако низкой коррозийной стойкостью. Поверхности подшипников из стали 52100 всегда должны быть защищены покрытием из масла-ингибитора коррозии для предотвращения окисления. Максимальная рабочая температура хромированной стали 120°C.
Нержавеющая сталь 440C является распространенной альтернативой для изготовления компонентов подшипников, поскольку она более устойчива к поверхностной коррозии. Однако несущая способность подшипника из нержавеющей стали на 20% ниже, чем у подшипника из хромированной стали тех же размеров.
Смазывание
Надлежащее смазывание подшипников является одним из наиболее важных факторов обеспечения требуемого расчетного срока службы. Диапазон температур, нагрузка и частота вращения являются основными факторами при выборе смазки. Коэффициент регулирования срока службы предполагает, что нагрузки, частота вращения и характеристики смазочного материала способствуют поддержанию постоянной тонкой пленки жидкости между шариками и дорожками качения.
Для шарикоподшипников обычно используется пластичная смазка. Производители часто закладывают в подшипники «на весь срок службы» универсальную смазку, которая подходит для большинства применений. В некоторых конструкциях могут быть предусмотрены отверстия, которые позволяют смазывать подшипники с регулярными интервалами технического обслуживания.
Пластичные смазки состоят из базового масла, загустителя и присадки. В продаже имеется множество различных типов базовых масел, загустителей и присадок для различных условий эксплуатации, включая:
- Высокие и низкие температуры
- Высокие скорости
- Высокие нагрузки
- Влажность
- Вакуум
Следует по возможности выбирать подшипники с уплотнениями. Уплотнения предотвращают попадание загрязняющих веществ внутрь подшипника и способствуют удержанию смазки. Однако они приводят к увеличению крутящего момента, трения и тепловыделения при вращении подшипника.
Масляная смазка эффективна при высоких скоростях вращения и высоких температурах. В отличие от консистентной смазки, масло никогда не следует рассматривать как смазку «на весь срок службы» для подшипников. Для масляной смазки требуется непрерывный поток масла, подаваемого к подшипнику. Как и в случае с пластичными смазками, выбор надлежащего масла имеет решающее значение для оптимальной работы подшипников. Системы масляной смазки должны включать фильтрацию и непрерывный контроль как качества, так и количества масла.
Заключение
Правильный выбор подшипников является одним из основных факторов обеспечения надежности и долговечности насосов и компрессоров. Периодическое техническое обслуживание и повторная смазка также важны для безаварийной работы. Неисправности насосов и компрессоров обходятся дорого и их трудно устранить. Тщательный анализ области применения даст рекомендации как по правильному выбору подшипников, так и по профилактическому обслуживанию, что приведет к оптимальной работе оборудования.
Подобрать подходящий подшипник для насоса или компрессора можно в интернет-магазине bearingstore.ru, в котором для покупателей предусмотрен удобный поиск товаров по наименованию, по ГОСТ и ISO, по размерам. Специалисты интернет-магазина всегда готовы помочь сделать быстрый и правильный выбор, подсказать лучшее решение для различных условий применения.