Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Инъекционные насосы представляют собой специализированное насосное оборудование, предназначенное для подачи под давлением различных составов в грунтовые основания и строительные конструкции. Технология инъектирования грунтов широко применяется в современном строительстве для укрепления оснований зданий, создания противофильтрационных завес, ликвидации карстовых пустот и усиления фундаментов.
Основные области применения инъекционных насосов включают укрепление грунтов основания при строительстве подземных сооружений, преодоление участков водонасыщенных грунтов, ликвидацию водопритоков в подземные выработки, устройство ограждений котлованов и защитных экранов. Согласно СТО НОСТРОЙ 2.3.18-2011, инъекционное укрепление грунтов применяется для повышения прочности, противофильтрационной плотности грунтов или водоподавления.
Инъекционная технология требует применения насосов, способных обеспечить стабильное высокое давление при работе с различными составами – от цементных растворов до полимерных смол. Именно подшипниковые узлы кривошипного механизма таких насосов обеспечивают надежное преобразование вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение плунжеров или поршней при экстремальных нагрузках.
Поршневые насосы применяются для инъектирования при средних давлениях. Рабочим органом поршневого насоса является поршень, который совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра. Поршень имеет уплотнительные кольца, обеспечивающие герметичность рабочей камеры. Такая конструкция позволяет работать с различными типами инъекционных составов, включая цементные растворы, микроцементы и полимерные смеси.
Плунжерные насосы являются основным типом оборудования для инъектирования грунтов при высоких давлениях. Согласно ГОСТ 12052-90, который устанавливает основные параметры поршневых и плунжерных насосов, номинальное давление может варьироваться в широких пределах. Для инъекционных работ по укреплению грунтов типичные рабочие давления составляют от 10 до 100 МПа, в специальных случаях достигая 250 МПа.
Плунжер представляет собой цилиндрический стержень, длина которого значительно превышает диаметр. В отличие от поршневых насосов, плунжер не имеет внутреннего уплотнения – уплотнительный узел располагается снаружи рабочей камеры. Это обеспечивает более высокую герметичность и возможность создания значительно больших давлений.
Приводная часть плунжерных и поршневых насосов выполняет функцию преобразования вращательного движения коленчатого вала в возвратно-поступательное движение плунжеров или поршней. Все детали приводной части изготавливаются из высокопрочных материалов и имеют расчетный ресурс не менее 30000 часов непрерывной работы.
Кривошипно-шатунный механизм является ключевым узлом поршневых и плунжерных инъекционных насосов. Он состоит из коленчатого вала, шатунов и ползунов (штоков), соединенных с плунжерами или поршнями.
Коленчатый вал насоса воспринимает переменные нагрузки от давления перекачиваемой среды, сил инерции движущихся частей и вращающих моментов. Конструкция коленчатого вала включает коренные шейки, служащие опорами в корпусе насоса, и шатунные шейки, к которым крепятся шатуны. Коленчатые валы изготавливаются из легированных сталей методом свободной ковки с последующей термической обработкой или литьем из высокопрочных сталей.
Шатун является соединительным элементом между коленчатым валом и ползуном (штоком) плунжера. Конструктивно шатун состоит из стержня двутаврового сечения для повышения прочности при минимальной массе, верхней головки для соединения с ползуном и нижней головки для крепления к шатунной шейке коленвала. Нижняя головка выполняется разъемной для возможности монтажа на коленчатый вал и замены шатунных подшипников.
Для уменьшения динамических нагрузок на подшипники коленчатого вала применяется балансировка с помощью противовесов. Противовесы устанавливаются на щеках коленчатого вала и подбираются таким образом, чтобы скомпенсировать центробежные силы инерции вращающихся масс. Правильная балансировка обеспечивает равномерную нагрузку на опорные подшипники и формирование стабильной масляной пленки в подшипниках скольжения.
Подшипниковые узлы кривошипного механизма инъекционных насосов работают в условиях высоких переменных нагрузок, возникающих при создании давления в гидравлической системе. На коленчатый вал насоса действуют преимущественно радиальные нагрузки большой величины при средней или низкой скорости вращения, а также незначительные осевые нагрузки.
Коренные подшипники служат опорами коленчатого вала в корпусе насоса. Они воспринимают радиальные нагрузки от веса вращающихся частей и реакции от шатунных шеек. В зависимости от размеров насоса и условий эксплуатации применяются подшипники качения или подшипники скольжения.
Шатунные подшипники размещаются в нижней головке шатуна и обеспечивают соединение шатуна с шатунной шейкой коленчатого вала. Эти подшипники работают в наиболее тяжелых условиях, воспринимая пульсирующие нагрузки с частотой двойной частоты вращения коленвала. Для уменьшения трения и облегчения ремонта в нижнюю головку шатуна устанавливаются вкладыши подшипников скольжения из антифрикционных материалов.
Подшипники качения применяются в инъекционных насосах малой и средней мощности. Для поршневых кривошипных насосов, работающих при средних и низких скоростях вращения с большими радиальными и незначительными осевыми нагрузками, используются следующие типы подшипников качения:
Подшипники качения обладают рядом преимуществ при применении в насосах средней мощности: малые потери на трение в широком диапазоне скоростей, простота обслуживания, взаимозаменяемость, отсутствие необходимости в постоянной подаче смазки под давлением. Многие типы подшипников качения способны воспринимать одновременно радиальные и осевые нагрузки.
При больших скоростях вращения работоспособность подшипников качения резко снижается. Также при разрушении подшипника качения, как правило, происходит повреждение других деталей насоса. Ограниченный ресурс обусловлен усталостным разрушением материала при циклических нагрузках.
Подшипники скольжения применяются в ответственных инъекционных насосах большой мощности, работающих с высокими нагрузками. При правильном монтаже, качественной смазке и соблюдении условий эксплуатации подшипники скольжения имеют практически неограниченный срок службы.
Подшипник скольжения состоит из корпуса (втулки), закрепленного в картере насоса, и вкладышей из антифрикционных материалов на внутренней поверхности. При вращении вала происходит скольжение его шейки по поверхности вкладышей. Конструктивно различают разъемные и неразъемные подшипники скольжения. В кривошипных насосах применяются преимущественно разъемные подшипники с двумя полукольцами-вкладышами.
Подшипники инъекционных насосов работают в условиях, существенно отличающихся от условий работы подшипников в обычных машинах. Создание высокого давления в гидравлической части насоса приводит к возникновению больших переменных радиальных нагрузок на подшипники коленчатого вала.
При работе плунжерного насоса высокого давления нагрузки на подшипники носят пульсирующий характер. В течение рабочего хода плунжера создается максимальная нагрузка, пропорциональная развиваемому давлению и площади плунжера. На холостом ходу нагрузка минимальна и определяется силами инерции движущихся частей.
Максимальная радиальная нагрузка на шатунный подшипник определяется по формуле:
F = p × S × k
где: F - радиальная нагрузка на подшипник, Н p - рабочее давление насоса, Па S - площадь плунжера, м² k - коэффициент динамичности (1,2-1,5)
Пример расчета: Для плунжерного насоса с рабочим давлением p = 100 МПа и диаметром плунжера d = 40 мм: S = π × d²/4 = 3,14 × 0,04²/4 = 0,00126 м² F = 100 × 10⁶ × 0,00126 × 1,3 = 163800 Н ≈ 164 кН
Помимо статической составляющей, обусловленной давлением жидкости, на подшипники действуют динамические нагрузки от сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс. При увеличении частоты вращения коленвала влияние инерционных сил возрастает. Для снижения динамических нагрузок применяется точная балансировка вращающихся частей и ограничение максимальной частоты вращения.
Температура подшипниковых узлов инъекционных насосов зависит от нагрузки, скорости вращения и эффективности системы смазки. Для подшипников скольжения с баббитовыми вкладышами допустимая температура составляет до 90°C. Превышение температуры приводит к снижению вязкости смазочного материала, нарушению режима жидкостного трения и ускоренному износу.
Баббиты представляют собой антифрикционные легкоплавкие сплавы на основе олова или свинца с добавками меди, сурьмы, никеля и других элементов. Пластичная основа обеспечивает равномерное прилегание вкладыша к валу и хорошую прирабатываемость, а твердые включения служат опорой, воспринимающей нагрузку.
Для высоконагруженных подшипников при повышенных температурах применяются бронзовые антифрикционные сплавы. Безсвинцовая бронза типа CuSn8P обладает высокой теплопроводностью, химической стойкостью и способностью работать при значительных нагрузках. Эти материалы используются в цилиндрических и фланцевых подшипниках, упорных кольцах.
При работе без традиционной смазки или со смазкой перекачиваемой средой применяются полимерные материалы. Фторопласт-4 (политетрафторэтилен) по ГОСТ 10007-80 обладает малым коэффициентом трения, химической стойкостью и может работать при температурах до 230°C. Для повышения прочности и износостойкости применяются металлофторопластовые композиции на основе бронзового порошка, пропитанного фторопластом и дисульфидом молибдена.
Подшипники качения изготавливаются из высокоуглеродистых хромистых сталей с последующей термической обработкой для достижения твердости 60-65 HRC. Согласно требованиям ГОСТ 520-2011, материалы должны обеспечивать высокую контактную прочность, износостойкость и сопротивление усталостному разрушению.
В плунжерных насосах высокого давления применяется система принудительной смазки с подачей масла под давлением к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала. Масло подается от шестеренного насоса через фильтры по каналам в картере к подшипникам. Давление в системе смазки обычно составляет 0,2-0,6 МПа.
Масло из резервуара (картера) всасывается шестеренным насосом и через фильтр подается в главную магистраль. Из главной магистрали масло поступает к коренным подшипникам через каналы в корпусе. От коренных подшипников через каналы в коленчатом валу масло подается к шатунным подшипникам. Отработанное масло стекает обратно в картер, откуда снова подается насосом в систему.
Для смазки подшипников инъекционных насосов применяются турбинные масла Т22, Т30, Т46 и Т57 по ГОСТ 32-74 или турбинные масла с присадками по ГОСТ 9972-74, улучшающими антиокислительные, деэмульгирующие, антикоррозионные и антипенные свойства. Для высокотемпературных применений используется синтетическое масло на основе триарилфосфата с температурой вспышки 240°C.
В подшипниках скольжения коленчатого вала реализуется гидродинамический режим смазки. При вращении вала масло захватывается его поверхностью и втягивается в клиновой зазор между валом и вкладышем. За счет вязкости масла в сужающейся части зазора создается гидродинамическое давление, под действием которого вал всплывает над поверхностью вкладыша. При достижении определенной частоты вращения устанавливается режим жидкостного трения, когда прямого контакта металлических поверхностей не происходит.
Для особо ответственных насосов большой мощности применяются гидростатические подшипники, в которых давление масла создается внешним насосом высокого давления. Масло подается в карманы на внутренней поверхности подшипника через дроссели, создавая несущую способность даже при неподвижном вале. Типичное давление масла в системе гидростатической смазки составляет 1,5-2 МПа.
При монтаже подшипников качения необходимо соблюдать требования ГОСТ 3325-85 к посадочным поверхностям валов и корпусов. Поля допусков на диаметры посадочных мест выбираются в зависимости от класса точности подшипника, условий нагружения и требуемого характера посадки.
Вкладыши подшипников скольжения устанавливаются в гнезда корпуса с определенным натягом для предотвращения проворачивания. Фиксация вкладышей обеспечивается отогнутыми усиками, входящими в пазы корпуса. Перед установкой вкладышей необходимо тщательно очистить посадочные места и проверить отсутствие задиров и коррозии. Затяжка крепежных болтов разъемных подшипников производится равномерно крест-накрест с контролем момента затяжки.
Радиальный зазор в подшипниках качения контролируется согласно ГОСТ 24810-81. Для подшипников скольжения контролируется диаметральный зазор между шейкой вала и вкладышем, который обычно составляет 0,001-0,002 диаметра вала. Недостаточный зазор приводит к перегреву и заклиниванию, чрезмерный - к ударным нагрузкам и повышенному износу.
Регулярное обслуживание включает контроль уровня и качества смазочного материала, проверку герметичности уплотнений, контроль температуры подшипников в процессе работы, проверку отсутствия посторонних шумов и вибраций. Замена смазочного материала производится согласно регламенту, но не реже чем через 2000 часов работы. При обнаружении повышенной температуры или вибрации необходимо остановить насос и провести диагностику подшипникового узла.
Для обеспечения надежной работы инъекционных насосов критически важен правильный подбор подшипников с учетом условий эксплуатации. Современные производители предлагают широкий ассортимент специализированных подшипников для насосного оборудования.
При выборе подшипников для кривошипных насосов необходимо учитывать характер нагрузок, частоту вращения и условия смазки. Компания ASAHI производит подшипники ASAHI, специально разработанные для работы в тяжелых условиях с высокими нагрузками. Для применения в кривошипных механизмах насосов наиболее подходящими являются двухрядные радиально-упорные шариковые подшипники ASAHI, способные воспринимать комбинированные радиальные и осевые нагрузки.
При ограниченном радиальном пространстве эффективным решением становятся игольчатые подшипники, обеспечивающие высокую грузоподъемность при компактных размерах. Производитель ASAHI предлагает игольчатые подшипники с сепаратором в сборе ASAHI, отличающиеся повышенной надежностью и стабильностью работы.
Для насосов, работающих с высокими радиальными нагрузками и допускающих угловые смещения вала, рекомендуются двухрядные самоустанавливающиеся шариковые подшипники ASAHI. В конструкциях с коническими подшипниками применяются конические однорядные роликовые подшипники без наружной обоймы ASAHI для непосредственного монтажа на опорные поверхности.
При эксплуатации инъекционных насосов в экстремальных температурных условиях необходимо применение специальных подшипников. Для работы в условиях отрицательных температур используются низкотемпературные подшипники, сохраняющие работоспособность при низких температурах окружающей среды. Для высокотемпературных применений предназначены высокотемпературные подшипники, способные работать при повышенных температурах без потери характеристик.
В системах инъектирования, требующих установки нескольких насосов для обеспечения требуемой производительности или давления, применяется параллельная работа насосов. Понимание принципов параллельной и последовательной работы насосов позволяет правильно спроектировать насосную станцию для инъекционных работ.
Правильный выбор между подшипниками качения и скольжения критически важен для обеспечения долговечности насосного оборудования. Детальное сравнение характеристик представлено в статье подшипники скольжения или качения — что выбрать для дозаторов и насосов, где рассмотрены особенности применения различных типов подшипников в насосном оборудовании.
Помимо продукции ASAHI, на рынке представлены подшипники ART, также зарекомендовавшие себя в промышленном применении. Полный каталог доступных решений представлен в разделе подшипники.
Для упрощения монтажа и обслуживания в некоторых конструкциях применяются корпусные подшипники, представляющие собой готовый узел с корпусом и системой уплотнений. Комплексная информация о диагностике неисправностей и замене подшипников в насосном оборудовании изложена в материале подшипники насосов: типы, диагностика износа и замена.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Информация представлена на основе общедоступных технических данных, стандартов и нормативной документации. Автор не несет ответственности за возможные ошибки, неточности или устаревшие данные, а также за любые последствия, возникшие в результате использования информации из данной статьи.
Перед принятием технических решений, связанных с проектированием, эксплуатацией или ремонтом оборудования, необходимо обращаться к действующей нормативно-технической документации, консультироваться со специалистами и проводить необходимые расчеты согласно применимым стандартам и правилам.
Все работы по обслуживанию и ремонту насосного оборудования должны выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением требований охраны труда и промышленной безопасности.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.