Осевой люфт ротора насоса: зазоры 0,1/0,2/0,3 мм и замена

Конструкция ротора центробежного насоса и роль подшипников

Ротор центробежного насоса — основной вращающийся узел, объединяющий вал, рабочее колесо (одно или несколько), защитные втулки, фиксирующие гайки и упорные элементы. Ротор устанавливается в подшипниковом кронштейне на двух опорах качения. В консольной схеме (API типы OH1, OH2) рабочее колесо размещено на свободном конце вала за подшипниковой опорой; в двухопорной схеме (BB1, BB2) — между подшипниками.

Опоры выполняют две различающиеся функции: одна фиксирует ротор в осевом направлении (упорный или комбинированный узел), вторая допускает свободное осевое перемещение для компенсации температурного удлинения вала (плавающая опора). Упорный узел почти всегда располагается со стороны привода — там же, где соединительная муфта. Это удобно для размещения сдвоенных радиально-упорных подшипников большого габарита и сводит температурное удлинение вала к зоне рабочего колеса, где осевые перемещения некритичны при правильно выбранных межступенчатых уплотнениях.

Природа осевой силы в центробежной ступени

При работе центробежного колеса давление со стороны передней (всасывающей) поверхности импеллера ниже, чем со стороны задней (нагнетательной) поверхности. Разность площадей и давлений создаёт результирующую осевую силу, направленную от нагнетания к всасыванию. Эту силу полностью или частично воспринимает упорный подшипниковый пакет.

Радиально-упорные подшипники в упорной опоре центробежного насоса

В упорной опоре консольного центробежного насоса по компоновочному стандарту API 610 (тип OH2) применяется сдвоенный комплект радиально-упорных шарикоподшипников с углом контакта 40°, установленных по схеме back-to-back (DB). Этот комплект обеспечивает восприятие осевой силы в обоих направлениях, что важно при пуске, остановке и переменных режимах работы.

Почему именно 40° угол контакта

• Подшипник с углом контакта 40° (исполнение B по обозначениям SKF, A по NSK, B по FAG) рассчитан на преобладание осевой составляющей нагрузки.
• Способность нести осевую нагрузку в 2–3 раза выше, чем у подшипников 15° и 25°.
• Схема «спина к спине» (DB) даёт высокую моментную жёсткость и устойчивость ротора к опрокидывающему моменту.
• Допускается работа в широком диапазоне частот вращения, типичном для насосного оборудования 1450, 2950, 3550 мин^-1.

В плавающей опоре со стороны рабочего колеса устанавливается обычный однорядный радиальный шарикоподшипник либо однорядный цилиндрический роликоподшипник, который воспринимает только радиальную нагрузку и допускает свободное осевое перемещение наружного кольца относительно роликов.

Осевой люфт и предельные осевые зазоры в подшипниках насоса

Осевой люфт ротора — это суммарное измеряемое осевое перемещение вала между крайними положениями при приложении небольшого знакопеременного усилия. Его величина определяется сочетанием двух компонентов: внутреннего осевого зазора в радиально-упорных подшипниках и собственной осевой игры в посадках на валу и в корпусе.

Для подшипников упорного узла насоса в ремонтной практике приняты предельные значения зазора «обойма–шарик» в зависимости от диаметра вала под подшипник (см. таблицу 2): 0,10 мм для вала диаметром до 50 мм включительно, 0,20 мм для диаметра свыше 50 до 100 мм и 0,30 мм для диаметра свыше 100 мм. Эти величины соответствуют моменту, когда дальнейшая эксплуатация без замены приводит к ускоренному развитию вибрации, повышенному нагреву опоры и риску разрушения сепаратора.

Измерение осевого разбега ротора центробежного насоса

Измерение осевого разбега ротора выполняется при остановленном насосе на собранном агрегате или на разобранном кронштейне в зависимости от глубины ТО:

• Магнитной стойкой к торцу полумуфты (или к торцу вала) подводится индикатор часового типа с ценой деления 0,01 мм;
• Ротор вручную (рычагом за муфту) перемещается до упора в одну сторону, индикатор обнуляется;
• Ротор перемещается в противоположное крайнее положение, фиксируется максимальное показание;
• Полученная разность представляет суммарный осевой разбег ротора и сравнивается с предельной нормой по таблице 2;
• Усилие приложения ограничивают (не более 50–100 Н), чтобы не получить ложного увеличения за счёт упругих деформаций корпуса и стойки.

Диагностические признаки износа подшипников насоса

Развитие осевого люфта обычно сопровождается комплексом косвенных признаков:

• Рост осевой вибрации на подшипниковой опоре сверх предельной величины по ГОСТ ИСО 10816-3-2002 для соответствующего класса машины;
• Перегрев опоры выше 70–75 °C в установившемся режиме при нормальной нагрузке;
• Появление металлической стружки и потемнение пластичной смазки или масляного картера;
• Характерный шум при пуске и остановке, связанный с касанием рабочего колеса о корпус или с проскоком сепаратора;
• Снижение напорно-расходной характеристики при сохранении частоты вращения двигателя — следствие увеличения внутренних утечек через раскрывшиеся щелевые уплотнения.

Замена подшипников и сборка упорного узла

Замена выполняется по регламенту планово-предупредительного ремонта или внеочередно при достижении предельных значений зазоров. Последовательность стандартизована для всех консольных насосов API типа OH2:

• Отсоединение трубопроводов охлаждения и смазки опор;
• Снятие защитного кожуха муфты, демонтаж полумуфты съёмником;
• Демонтаж крышек подшипниковых опор и снятие масляного картера;
• Извлечение ротора с подшипниками из кронштейна;
• Снятие подшипников съёмником-распределителем нагрузки или индукционным нагревателем (для внутренних колец);
• Контроль посадочных поверхностей вала и расточки корпуса (овальность не более 0,02–0,03 мм, шероховатость Ra ≤ 1,25 мкм по ГОСТ 3325-85);
• Установка нового сдвоенного комплекта радиально-упорных подшипников в схему DB с соблюдением маркировки направления;
• Контроль осевого разбега собранного ротора индикатором часового типа;
• Заправка пластичной смазки нормированного объёма (25–30% свободного объёма полости) или масляная заливка по уровню;
• Сборка крышек, монтаж муфты, центровка, обкаточный пуск с термоконтролем.