O łożyskach i łożyskowaniu

Transkrypt

1 O łożyskach i łożyskowaniu Panuje przekonanie, że za liczne niesprawności i awarie pomp są odpowiedzialne ich łożyska. Należy się tej opinii zdecydowanie przeciwstawić. Być może przed laty zasadnie kwestionowano jakość łożysk (zwłaszcza importowanych z krajów RWPG). Dziś należy przyznać rację producentom łożysk, którzy twierdzą, że łożyska powinny przeżyć maszynę, w której są zabudowane. Oczywiście łożyska prawidłowo dobrane, prawidłowo osadzone, w pompie właściwie eksploatowanej i obsługiwanej. Praktyka remontowa zdaje się tego nie zauważać. Jest niemal regułą, że w każdym zabiegu remontowym łożyska są wymieniane na nowe. Trwałość i niezawodność łożyskowania pompy zależy od jej jakości, czyli od producenta oraz od warunków eksploatacji, czyli od użytkownika. W pierwszym rzędzie zależy więc od konstruktora pompy, od jej wykonawcy, a zwłaszcza od montera fabrycznego, który osadził łożyska, w sumie - od jakości danego egzemplarza pompy. Zależy też od projektanta, który zadecydował o zastosowaniu pompy w takich, a nie innych warunkach pracy. Równie znaczący, być może największy wpływ ma użytkownik, do którego ten artykuł jest adresowany. Większość pomp wirowych posiada łożyska toczne. Tylko pompy do najcięższych warunków pracy (np pompy bagrowe), pompy specjalne (np. pompy głębinowe), pompy wielkich mocy (np. pompy zasilające) posiadają łożyska ślizgowe. Rys. 1. Typowe łożyskowanie jednostopniowej pompy wirowej dla średniego obciążenia. Popularne pompy mo-noblokowe i zatapial-ne są łożyskowane na łożyskach tocznych silnika. Rozwiązanie łożyskowania licznie występujących pomp jed-nostopniowych przedstawia rys 1. Łożysko od strony wirnika przenosi tylko obciążenia promieniowe. Łożysko od strony sprzęgła przenosi obciążenie promieniowe i obciążenie wzdłużne. W zależności od wielkości tych obciążeń

2 stosuje się odpowiednie łożyska, i tak najczęściej: Rys 2. Łożyska stosowane w budowie pomp a- łożysko serii 60, 62, 63, 64, b- łożysko serii 32, 33, c- łożysko serii NU, d- łożysko serii 72, 73 e- para łożysk serii 73 w układzie O ( DB, back-to-back : ) Mówiąc o konstrukcji zespołu łożyskowego pompy należy zwrócić uwagę na elementy równie ważne jak dobór łożysk, zwłaszcza na smarowanie i uszczelnienie. Nie będą one rozpatrywane w tym rozdziale. O Doborze łożysk decyduje konstruktor pompy. Tylko takie łożyska mogą być stosowane w praktyce remontowej. Natomiast znajomość zasad pasowania łożysk jest w tej praktyce niezbędna. Zasady pasowania łożysk tocznych wykładane są w sposób skomplikowany ( wirujący pierścień/ wirująca oprawa itp.) wynikiem czego bywa niekiedy niezrozumienie i błędny dobór tolerancji średnicy wału i otworu w oprawie. W odniesieniu do typowego przypadku konstrukcyjnego, jak na rysunku 1, i podobnych, można przyjąć proste zalecenia: ciasno na wale, luźno w oprawie. Stąd, zwykle: - tolerancja średnicy wału - k5, m5, m6 - tolerancja średnicy gniazda w oprawie - H7 Odstępstwa, wynikające z uwzględnienia rodzaju materiału wału, temperatury pracy, wielkości, rodzaju łożysk, etc. wymagają rozwagi i należy je pozostawić doświadczonym konstruktorom. Typowym sposobem mocowania łożysk jest unieruchomienie pierścieni wewnętrznych np przy pomocy nakrętek. W oprawach - łożysku od strony wirnika należy umożliwić przesuw osiowy, a łożysko od strony sprzęgła należy unieruchomić. Innym zagadnieniem jest mocowanie łożysk na czopach i w gniazdach luźnych przy użyciu klejów, stosowane niekiedy z konieczności w praktyce remontowej, oraz w niewielkich pompach. Poprawny dobór, montaż i eksploatacja prowadzą do zapewnienia poprawnego, zwykle wieloletniego działania pompy. Uszkodzenia i przedwczesne zużycie łożysk wyraża się grzaniem, drganiami i zatarciami. Diagnozowanie stanu łożysk podczas pracy wymaga odrębnego omówienia. Niesprawności i awarie łożysk są zwykle niezależne od ich jakości. Przyczynami pierwotnymi są najczęściej: - niewłaściwa konstrukcja zespołu łożyskowego, w tym błędnie dobrane łożyska i pasowania, - nadmierne obciążenie, np skutkiem pracy pompy z wydajnością mniejszą od nominalnej gdy znacznie wzrasta siła hydrauliczna w korpusie spiralnym- rys. 3, - zmiana kierunku siły osiowej skutkiem wzrostu ciśnienia na ssaniu, - brak współosiowości pompy i silnika, - wadliwie wykonany

3 korpus (niewspółosiowośc gniazd) lub wał, i wadliwy montaż, - niedostateczne smarowanie i obecność wody w komorze łożyska, - zanieczyszczenia, - błędy obsługi. Rys. 3. Sita promieniowa działająca na łożyska, pochodząca od rozkładu ciśnienia w spirali pompy, i jej zależność od wydajności Stan wymontowanego łożyska wskazuje na przyczynę niesprawności. Warto ją poznać i wyeliminować. Najczęściej spotyka się następujące uszkodzenia łożysk: - pęknięcie pierścienia lub koszyka, zwykle na skutek niewłaściwego montażu, - korozja powierzchni będąca następstwem kontaktu z wodą, wilgocią lub czynnikiem pompowanym, - złuszczenia bieżni skutkiem zmęczenia materiału poddanego nadmiernemu obciążeniu mechanicznemu lub termicznemu, - zniekształcenie i silne wypolerowanie bieżni z miejscowymi mikropęknięciami skutkiem złego smarowania, - wgniecenia spowodowane przenoszeniem przez łożysko obciążeń montażowych, - zużycie ścierne na skutek obecności cząstek obcych w smarze. Przyczyn uszkodzeń łożysk jest znacznie więcej. Niektóre wręcz zaskakujące, jak niedostateczne obciążenie powodujące ślizganie się elementów tocznych, odciski na bieżniach powstałe w trakcie transportu, prądy błądzące generowane przez silnik elektryczny, tarcie ślizgowe na skutek utrudnienia obrotu koszyka przez nadmierną ilość gęstego smaru itp. Rys. 4. Ślady pracy na powierzchniach bieżnych łożyska kulkowego. al poprawnie przenoszone obciążenie promieniowe bl poprawnie przenoszone obciążenie wzdłużne cl poprawnie przenoszone obciążenia promieniowe i wzdłużne dl obciążenie wzdłużne i przekoszenie skutkiem niewspółosiowości el obciążenie spowodowane owalizacją pierścienia zewnętrznego fl ślady pracy łożyska, którego montaż spowodował likwidację luzu wewnętrznego Rys 5. Niektóre typowe objawy uszkodzeń łożysk kulkowych (zdjęcia pochodzą z New Bearing Doctor - NSK) al złuszczenia na skutek nadmiernego obciążenia wdłużnego, bl zatarcie na skutek braku smarowania cl ślady zniszczenia zapoczątkowanego miejscowymi wgnieceniami powstałymi podczas montażu Wiele przyczyn niesprawności łożysk można wyeliminować podczas przygotowania do montażu. Spośród licznych zaleceń, które publikują producenci łożysk, niektóre warto szczególnie podkreślić. Czystość. Łożyska należy przechowywać w oryginalnych opakowaniach otwieranych bezpośrednio przed montażem, lub owinięte w czystą folię względnie szmatkę (nie wełnianą!). Podobnie należy chronić przed zabrudzeniem łożyska osadzone na wale lub w oprawie, przed jej zamknięciem - rys. 6. Należy używać czystych narzędzi i rękawic. Nie wolno do smarowania stosować smaru z pojemnika,

4 przechowywanego w warsztacie bez szczelnego przykrycia. Rys. 6. Ochrona łożysk przed zanieczyszczeniem oznaczenia łożyska Rys. 7. Sprawdzanie Sprawdzenie łożyska. Przed montażem należy się upewnić, że łożysko jest w pełni zgodne z zalecanym dokumentacją, lub identyczne z łożyskiem wymontowanym. Sprawdzeniu podlega oznaczenie (cyfrowe i literowe) znajdujące się na opakowaniu łożyska i oznaczenie znajdujące się na powierzchniach zewnętrznych łożyska - rys. 7. W tym miejscu warto zwrócić uwagę producentom pomp na możliwość ułatwienia życia remontowcom przez podawanie oznaczeń łożysk na tabliczkach znamionowych. Szczególnym przypadkiem, wymagającym sprawdzenia przed montażem jest para łożysk skośnych - rys. 3e. W pompach wyższej klasy montuje się łożyska parowane fabrycznie i dostarczane w kompletach. Stosowanie łożysk niepa-rowanych do montażu w układzie O (back-to-back) winno być poprzedzone upewnieniem się, że zacisk pierścieni wewnętrznych nie spowoduje zakleszczenia. Sprawdzenie można wykonać w imadle, podkładając dowolne pierścienie lub nakrętki pod pierścienie wewnętrzne - rys. 8. Sprawdzenie wału i oprawy. Warsztaty remontowe o wysokiej kulturze technicznej cechuje praktyka pomiarów średnic przed montażem. Na podstawie wyników przewiduje się sposób montażu i unika trudności. Rys. 8. Sprawdzanie luzu pary łożysk Zasadniczą rolę odgrywa kultura techniczna montażu. Prawidłowo przeprowadzony montaż łożysk nie nastręcza trudności. Łożyska, podgrzewane do temperatury C, (nigdy powyżej 120 C ) łatwo wpro- wadzą się na wał. Jeśli konstrukcja pompy na to pozwala, wraz z wałem, po ostygnięciu, równie łatwo wprowadza się je do gniazd korpusu łożyskowego. Dobrze wyposażony warsztat posiada specjalne nagrzewnice indukcyjne - rys. 9. Z braku nagrzewnic można stosować

5 kąpiel w gorącym oleju, a nawet podgrzewanie żarówką - rys. 10. Spośród licznych sposobów monterskich można zalecić grzanie na płytce piecyka elektrycznego, tak aby ciepło przenosiło się na pierścień wewnętrzny, a temperatura była kontrolowana stanem wrzenia wody, jak na rys kulturze technicznej świadczy używanie rękawic odpornych na temperaturę. Zawsze pomocne jest stosowanie preparatu przeciwzatarciowego - rys. 12, zwłaszcza gdy wał jest wykonany ze stali kwasoodpornej. Zalecenia powyższe nie wykluczają użycia siły przy montażu pod warunkiem, że siła ta nie jest przenoszona przez elementy toczne! Nabijanie łożysk powinno przejść do niechlubnej przeszłości. Wskazane jest stosowanie wcześniej przygotowanych, odpowiednich tulejek oraz posługiwanie się młotkiem gumowym lub plastikowym. Rys. 9. Indukcyjne grzanie łożyska nagrzewnicą zamontowaną na wózku warsztatowym sprzętu Rys. 10. Grzanie łożyska przy użyciu żarówki w warunkach braku profesjonalnego Rys. 11. Grzanie na płytce grzejnika elektrycznego (ciepło przenoszone jest przez wałek stalowy, a temperatura kontrolowana stanem wrzenia wody w pojemniku) Trud prawidłowego montażu łożysk może zostać zniwelowany przez siłowy montaż sprzęgła. Niestety zbyt często spotyka się praktykę nabijania sprzęgła, niekiedy zbędnie zbyt ciasno pasowanego na końcówce wału - rys. 13. Sprzęgło ciasno pasowane musi być grzane! Temperatura grzania zależy od stosowanego wcisku. Każde uderzenie w sprzęgło jest przenoszone przez łożysko pompy. Należy mieć świadomość skutków tej praktyki. Użycie ciężkiego młotka jest usprawiedliwione tylko przy demontażu, który wykonuje się z założeniem eliminacji demontowanego łożyska. Rys. 12. Preparat przeciwzatarciowy oraz popularny WD-40 i klej do mocowania luźnych łożysk

6 Rys. 13. Nabijanie tożysk i sprzęgieł Spotyka się opinie, że nabijanie tożysk, jak na rysunku 13, nie musi prowadzić do zniszczenia łożyska. Uzasadnia sieje brakiem jakichkolwiek objawów uszkodzeń przy próbie ostuchiwania tak potraktowanego tożyska. Tylko bardzo silne uderzenia powodują pęknięcia lub wykruszenia. Słabsze uderzenia, przenoszone przez elementy bieżne, powodują zgniot materiału bieżni pod jej powierzchnią. Tak uszkodzony materiał staje się nieodporny na obciążenia zmęczeniowe podczas pracy łożyska, co skutkuje ograniczeniem jego trwałości. Uszkodzenia, pokazane na rysunku 5c, występują dopiero po pewnym czasie. Z tym należy się zawsze liczyć. Jest dobrym zwyczajem, a niekiedy niekwestionowanym wymogiem, by pompę po montażu poddać próbie. Próbę należy poprzedzić sprawdzenia poprawności montażu łożyskowania. Pierwsze kryterium - swobodny obrót o niczym nie świadczy. W przypadku konstrukcji pokazanej na rys.1 sprawdzenie powinno polegać na pomiarze wzdłużnego przesunięcia wału przy użyciu niewielkiej siły, zwanego przez monterów przebijaniem. Przesunięcie, mierzone czujnikiem - rys. 14, powinno wynosić co najmniej tyle ile wynosi minimalny luz wewnętrzny łożysk, odpowiedzialnych za przenoszenie siły wzdłużnej. Dla łożysk średniej wielkości jest to luz rzędu 0,1 mm. Rys. 14. Sprawdzanie swobody obrotu i przesunięcia Źródło: