ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗНОСА ПОДШИПНИКОВ НАСОСА ЦНС

CNS PUMP BEARING WEAR STUDIES

Аlexander Pankov

master's student, Faculty of Applied Biotechnology and Engineering, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

Victor Khanin

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor,   Orenburg State University,

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

Данное исследование обращает внимание на износ подшипников насоса (ЦНС). Подшипники играют важную роль в обеспечении работоспособности насоса. Тем не менее, длительная эксплуатация и нагрузки могут привести к износу и повреждению подшипников, что может повлиять на исправность всей системы. Одним из основных факторов является недостаточная смазка подшипников и как следствие чрезмерный износ и последующая вибрация конструкции.

ABSTRACT

This study draws attention to the problem of pump bearing wear СNS. Bearings play an important role in ensuring the efficient operation of the pump, which is responsible for circulating aggressive fluids. However, long-term use and stress can cause wear and damage to the bearings, which can affect the performance of the entire system. One of the main factors is improper bearing lubrication. Insufficient or poor quality lubrication can lead to friction and bearing wear. Another important factor is the mechanical stress on the bearings, which can occur due to improper installation or exposure to vibrations during operation of the CNS pump.

Ключевые слова: подшипник качения, вибрационные измерения, частоты, температурные диапазоны, насос.

Keywords: rolling bearing, vibration measurements, frequencies, temperature ranges, pump.

Объектом исследования является насос ЦНС 105/98, предназначенный для перекачивания обводненной газонасыщенной и товарной нефти, исполнение УХЛ4 по ГОСТ 15150. Основными факторами, определяющими работоспособность выбраны: вибрация, тепловые режимы работы, консистентные смазочные материалы.

Основным конструктивным элементом, определяющим работоспособность насоса, являются подшипниковые опоры с подшипниками качения1608 ГОСТ 28428-90. Режим работы непрерывный в течении 30 календарных дней. Перепады температур составляют от минус 30 до плюс 45 °С.

В данном случае была использована смазка марки Efele SG-321 (многоцелевая, термостойкая смазка для высоких нагрузок). Температурный диапазон составляет от -55 до +150 С, кинематическая вязкость 80 мм/с. В ходе исследования было выявлено, что состояние смазки осталось неизменным. Зависимость кинематической вязкости смазки от температурного режима представлено на рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость вязкости смазки от температуры нагрева подшипника

Температурные диапазоны работы насоса. При стандартной работе правильно установленный подшипник не нагревается более +60 градусов, он может прослужить полный срок службы (количество часов работы при постоянных оборотах).  Нагрев в пределах от + 65 до 90 градусов для подшипников критический, иногда перегрев подшипника можно отнести к подшипниковой смазке. Если подшипник превышает температуру 95 градусов по Цельсию в течение длительного периода времени, срок службы подшипника уменьшится и может привести к заклиниванию. Причины высоко температурных подшипников включают: недостаточную или чрезмерную смазку, смазочные материалы, чрезмерную нагрузку, отсутствие зазора и масляное уплотнение, вызванное высоким трением и так далее.

Влияние вибрации на подшипник. При нормальном использовании подшипник легко повреждается вибрацией. Отступы, коррозия, трещины и износ будут отражены в измерении вибрации подшипника. Поэтому с помощью специального измерительного устройства подшипника (частотный анализатор и т.д.) можно измерить размер вибрации, через распределение частоты можно сделать вывод об аномальных специфических обстоятельствах. Измеренные значения варьируются в зависимости от условий использования подшипников или расположения датчиков, поэтому необходимо заранее проанализировать и сравнить измеренные значения каждой машины для определения критериев.

Вибрационные измерения подшипника проводили с помощью прибора Leonova Diamond в 4 стадии: Стадия 1 Первый признак возникновения дефекта появляются в ультразвуковом диапазоне ( до 20 кГц выше.). Стадия 2 Частоты незначительных дефектов начинают задевать собственные частоты подшипника, ультразвуковые значения продолжают возрастать. Стадия 3 Возникают частоты, соответствующие частотам подшипника, ультразвуковые значения продолжают возрастать. На этой стадии требуется замена подшипника. Стадия 4 Зазоры в подшипнике начинают увеличиваться тем самым заменяют случайные и широкополосные помехи, которые приводят к повышению уровня спектрального шума, ультразвуковые значения возрастают до повышенных показателей.

Рисунок 3. Диаграмма дефекта сепаратора подшипника

Частоты, соответствующие серьезным дефектам сепаратора, возникают в диапазоне от 0,35х до 0.48х. Дефекты сепаратора возникают вместе с дефектами других элементов подшипника (шарика/ролика), которые появляются в виде частот боковых полос.

Рисунок 4. Диаграмма дефекта шарика/роликов

Пики с частотой тел качения возникают при повреждении поверхности тел качения подшипника. Дефектные изменения вызывают появление несинхронных частот, которые возникают на основной частоте, которые могут иметь более высокие амплитуды. Можно также определить по форме волны.

Рисунок 5. Диаграмма дефекта внешнего кольца

Частоты по внешнему кольцу возникают при прохождении тел качения через поврежденный участок. Основная частота является несинхронной, при дефектах отображаются несколько гармоник, которые имеют более высокую амплитуду.

Рисунок 6 Диаграмма дефекта внутреннего кольца

Частоты по внутреннему кольцу возникают при прохождении тел качения через поврежденный участок. Характеристики форм волн очень похожи на дефекты внешнего кольца, за исключением одного отличия – боковые полосы окружают основную частоту. Модуляция формы волны может возникнуть, когда дефект проходит зону нагрузки подшипника, при этом форма волны будет похожа на «на косяк морских рыб».

Заключение. В ходе проведенных исследований было выявлено, что первичным фактором возникновения вибрации и последующего разрушения выступает недостаток и качество смазывающего материала

Список литературы:

1. Бейзельман Р.Д. (1975) Подшипники качения. Справочник
2. Подольский М.Е. Подшипники качения. Основы теории, расчета и конструирования. - СПб. : СПбГМТУ, 1996. - 36 с.
3. Спицын Н.А. (1974) Расчет и выбор подшипников качения. Справочник
4. Спришевский А.И. (1968) Подшипники качения