Проектирование валов и подшипников насосов
Pumps Today 28.06.2021
Ответов 1
Просмотров 8

Как проектируются валы и подшипники насосов, и от чего зависит их надежность?

Pumps Today

Вал насоса передает крутящий момент от привода и подшипников и должен выдерживать крутящие, радиальные и осевые нагрузки. На рисунке 1 показаны нормальные существующие нагрузки. Величина нагрузок определяется гидравлической конструкцией насоса и рабочими характеристиками насоса относительно точки максимального КПД. Конструкция вала и подшипников зависит от нагрузок.

 

Например, более мощные насосы испытывают более высокие крутящие нагрузки и, чтобы с ними справиться, в них устанавливаются более толстые валы; или если высокие радиальные нагрузки неизбежны, вал должен быть толще или необходимо сократить расстояние от участка вала без опор до подшипников, чтобы ограничить возникающие отклонения. Существует множество различных конструкций подшипников, и при выборе учитываются частота вращения, радиальные и осевые усилия. Если осевое усилие возникает в обоих направлениях, следует рассмотреть дополнительные конструктивные особенности.

 

Валы насоса, двигателя и редуктора рассчитаны на такие нагрузки, что обладают бесконечным сроком службы до усталостного разрушения в заданных условиях или при типичной эксплуатации в коммерческих продуктах. Таким образом, поломки валов в нормальных условиях не должны происходить, только если превышены заданные условия эксплуатации, конкретные жидкости вызывают коррозию, регулярно случаются сбои, концентрация напряжений происходит из-за ошибок при производстве, достигается критическая частота вращения вала или установка выполнена ненадлежащим образом, например, муфты неправильно центрованы, из-за чего на вал приходятся избыточные нагрузки.

 

Сочетание нескольких или всех этих факторов может также сыграть свою роль. Если происходит поломка вала, следует изучить тип поломки (например, разрушение при кручении или изгибе), как работал насос перед поломкой, совместимы ли были жидкости и материалы, правильно ли была выполнена установка, а также выяснить, не создаются ли при производстве области концентрации напряжений. Если все другие причины исключены, для определения наличия критической торсионной или поперечной частоты вращения может понадобиться динамический анализ.

 

Radial thrust - Радиальная нагрузка

Weight & out of balance - Вес и разбалансировка

Axial thrust - Осевая нагрузка

Coupling - Муфта

Radial bearing - Радиальный подшипник

Torque - Крутящий момент

Thrust bearing - Упорный подшипник

 

Рисунок 1. Типичные нагрузки консольного насоса.

 

Используя нагрузки, возникающие в допустимом рабочем диапазоне, можно вычислить нагрузки на подшипники и их срок службы, опираясь на данные, представленные производителями подшипников для этих целей. Хотя результаты вычисления срока службы подшипника в нормальных условиях значительно превосходят ожидания, различные загрязнения, например, при разрушении уплотнения, приводят к их преждевременному выходу из строя. Такая пониженная надежность, как правило, является следствием влияния внешних факторов, которые не учитываются при расчете срока службы подшипника до усталостного разрушения.

 

Наиболее важные факторы, которые следует учесть, чтобы обеспечить долгий срок службы подшипника, — это правильная установка, предотвращение изначальных повреждений и поддержание надлежащего уровня и чистоты смазочного материала.

 

Все аспекты проектирования и расчета срока службы подшипников представлены в стандарте ANSI/HI 14.3 "Динамические насосы. Конструкция и применение".