Cookies na webu SKF

Cookies používáme ke zkvalitnění našich webových stránek a webových aplikací. Pokračováním beze změny nastavení prohlížeče vyjadřujete souhlas s příjmem cookies. Nastavení cookies ve svém prohlížeči však můžete kdykoli změnit.

Odstředivé čerpadlo

Tento příklad ukazuje proces volby ložiska v situaci, kdy je třeba provést změnu konstrukce odstředivého čerpadla.

Výrobce čerpadla hodlá zvýšit účinnost stávajícího odstředivého procesního čerpadla změnou konstrukce oběžného kola. V důsledku toho vzroste zatížení ložisek, a proto je nutná kontrola, zda stávající ložiska budou i nadále vyhovovat.

Jednotlivé kroky příkladu jsou popsány v rozbalovacích odstavcích níže. Pořadí kroků v příkladu odpovídá procesu volby ložiska. Úplný popis každého kroku je uveden v procesu volby ložiska.

Výkonnost a provozní podmínky
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Výkres aplikace je uveden na obr. 1.

Provozní podmínky jsou následující:
  • rychlost otáčení: n = 3 000 ot./min
  • mazání:
    • způsob: olejová lázeň
    • viskozitní třída: ISO VG 68
  • axiálně volná strana – válečkové ložisko NU 311 ECP:
    • max. radiální zatížení: Fr = 3,29 kN
    • odhadovaná provozní teplota: T = 70 °C (160 °F)
  • axiálně vodicí strana – dvojice univerzálně párovatelných kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem 7312 BECBP v uspořádání zády k sobě (do „O“):
    • max. radiální zatížení: Fr = 1,45kN
    • max. axiální zatížení: Fa = 11,5 kN
    • odhadovaná provozní teplota: T = 85 °C (185 °F)
V souladu se standardy v odvětví čerpadel je požadováno, aby základní trvanlivost L10h činila alespoň 16 000 h při maximálním zatížení.

Typ a uspořádání ložisek
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

V axiálně volné poloze se používá válečkové ložisko a v axiálně vodicí poloze dvojice univerzálně párovatelných jednořadých kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem.

Válečkové ložisko NU se používá z následujících důvodů:
  • Umožňuje vyrovnávat tepelnou roztažnost hřídele uvnitř ložiska.
  • Vnitřní kroužek lze oddělit od vnějšího kroužku s valivými tělesy a klecí, což usnadňuje sestavení čerpadla a umožňuje uložení vnitřního i vnějšího kroužku s přesahem.
Pro dvojici univerzálně párovatelných jednořadých kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem platí:
  • Kuličková ložiska se stykovým úhlem 40° jsou vhodná pro vysoká axiální zatížení a střední až vysoké otáčky.
  • Ložiska jsou uspořádána zády k sobě (do „O“), vnitřní kroužky jsou upnuty a uloženy s přesahem na hřídeli. Vůle dvojice je nastavena upnutím vnitřních kroužků. Vnější kroužky proto mohou být umístěny v tělese mezi osazením a krytem bez nutnosti přesného upnutí.
Obě úložné plochy pro ložiska v tělese jsou obrobeny v jedné upínací poloze, což zaručuje dobrou souosost. Nesouosost je menší než 2 úhlové minuty, což je v rámci přípustných mezí nesouososti pro dvojici kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem a válečkové ložisko.

Závěr

Současná volba typu a uspořádání ložisek splňuje požadavky této aplikace.

Velikost ložiska, axiálně volná poloha
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Z daných provozních podmínek a účinků únavy z valivého styku vyplývá, že velikost ložiska je třeba stanovit s použitím výpočtu základní trvanlivosti a trvanlivosti podle SKF.

Technické údaje ložiska NU 311 ECP → údaje o výrobku.

Základní trvanlivost




Podle části Zatížení platí, že P = Fr. Z toho plyne, že poměr zatížení C/P = 156/3,29 = 47.



Ložisko je větší, než situace vyžaduje. 

Trvanlivost podle SKF


 

1Podmínky mazání – viskózní poměr κ

κ = ν/ν1

Pokud platí:
  • viskozitní třída oleje = ISO VG 68
  • provozní teplota = 70 °C (160 °F)
potom podle diagramu 1 ν = 20 mm2/s

Pokud platí:
  • n = 3 000 ot./min
  • dm = 0,5 (55 + 120) = 87,5 mm

potom podle diagramu 2 ν1 = 7 mm2/s

Z toho plyne, že κ = 20/7 = 2,8


2Součinitel znečištění, ηc

Pokud platí:

  • podmínky znečištění jsou typické (tj. nezakrytá ložiska, žádné filtrování, výskyt částic vznikajících opotřebením a průnik nečistot z okolí)
  • dm = 87,5 mm
potom podle tabulky 1 ηc = 0,2

Pokud platí: potom ηc Pu/P = 0,2 x 18,6 / 3,29 = 1,13

3Součinitel trvanlivosti podle SKF aSKF

Pokud platí:
  • κ = 2,8
  • ηcc Pu/P = 1,13
  • NU 311 ECP je ložisko SKF Explorer
potom podle diagramu 3 aSKF = 50

Pokud platí:
  • L10h > 1 000 000 h
potom L10mh > 50 x 1 000 000 h

potom L10mh >> 1 000 000 h, z čehož vyplývá, že ložisko je větší, než provozní podmínky vyžadují.

Minimální zatížení

Skutečnost, že základní trvanlivost i trvanlivost podle SKF jsou velmi vysoké a překračují požadovanou trvanlivost ložiska, nasvědčuje tomu, že ložisko může být příliš málo zatíženo.

S použitím rovnice minimálního zatížení z části Zatížení je minimální radiální zatížení (Frm) nutné k zabránění prokluzu valivých těles válečkových ložisek určeno následovně:

Pokud platí:
  • dm = 87,5 mm
  • kr = 0,15 
  • n = 3 000
  • nr = 6 000 
potom:

Frm = 0,94 kN < Fr = 3,29 kN

Závěr

Ložisko má nadměrnou velikost (je málo zatíženo). Možnosti jsou následující:

  • Používat i nadále stávající ložisko. Nehrozí nebezpečí poškození ložiska v důsledku příliš malého zatížení.
  • Použít menší ložisko, a tím snížit náklady. Zvažte jednu z následujících možností:
    • Zachování průměru hřídele, ale s použitím menšího ložiska řady NU 2 – NU 211 ECP ( → údaje o výrobku).
    • Zmenšení průměru hřídele o jednu velikost, pokud to konstrukce hřídele (pevnost a tuhost) umožňuje, a použití menšího ložiska řady NU 2 – NU 210 ECP ( → údaje o výrobku).
    Oba případy zmenšování rozměrů však vyžadují konstrukční změny sousedních dílů.
Velikost ložiska, axiálně vodicí poloha
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Z daných provozních podmínek a účinků únavy z valivého styku vyplývá, že velikost ložiska je třeba stanovit s použitím modelu základní trvanlivosti a trvanlivosti podle SKF.

Technické údaje ložiska 7312 BECBP → údaje o výrobku.

Základní trvanlivost




Z části Zatížení → Únosnost dvojic ložisek:

C = 1,62 Cjednotlivé ložisko = 1,62 x 104 = 168,5 

Z části Zatížení pro dvojice ložisek uspořádané zády k sobě (do „O“):

Fa/Fr = 11,5/1,45 > 1,14

Použijeme tedy:

P = 0,57 Fr + 0,93 Faa = (0,57 x 1,45) + (0,93 x 11,5) = 11,52 kN

Z toho plyne, že poměr zatížení C/P = 168,5/11,52 = 14,6.



Trvanlivost podle SKF




1Podmínky mazání – viskózní poměr κ

κ = ν/ν1

Pokud platí:
  • viskozitní třída oleje = ISO VG 68
  • provozní teplota = 85 °C (185 °F)
potom podle diagramu 1 ν = 13 mm2/s

Pokud platí:
  • n = 3 000 ot./min
  • dm = 0,5 (60 + 130) = 95 mm

potom podle diagramu 2 ν1 = 7 mm2/s

Z toho plyne, že κ = 13/7 = 1,8

Pro nejbližší vyšší viskozitní třídu ISO VG 100 vychází κ = 2,5. To by však u ložiska NU 311 ECP mělo za následek κ > 4, což by (zejména při studených startech) vedlo k nepřiměřeně vysokým hodnotám κ.


2. Součinitel znečištění ηc

Pokud platí:

  • podmínky znečištění jsou typické (tj. nezakrytá ložiska, žádné filtrování, výskyt částic vznikajících opotřebením a průnik nečistot z okolí)
  • dm = 95 mm
potom podle tabulky 1 ηc = 0,2

Pokud platí:
  • Pu = 2 x 3,2 = 6,4 
  • P = 11,52 (→ Základní trvanlivost výše) 
potom ηc Pu/P = 0,2 x 6,4 / 11,52 = 0,11 


3Součinitel trvanlivosti podle SKF aSKF

Pokud platí:
  • κ = 1,8
  • ηcc Pu/P = 0,11 
  • 7312 BECBP jsou ložiska SKF Explorer 
potom podle diagramu 4 aSKF = 5 

Pokud platí:
  • L10h = 17 400 h
potom L10mh = 5 x 17 400 = 87 000 h


Závěr:

Dvojice ložisek SKF Explorer 7312 BECBP má vhodnou velikost.

Mazání
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Čerpadlo využívá olejovou lázeň To je u procesních čerpadel typické s ohledem na požadavek dlouhých servisních intervalů. U tohoto čerpadlo jsou ložiska v axiálně vodicí i axiálně volné poloze pro jednoduchost mazána jednou olejovou lázní.

Jak bylo zjištěno v předchozích krocích, hodnota κ činí 1,8 pro dvojici kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem a 2,8 pro válečkové ložisko. Viskozitní třída zvoleného oleje je proto dostatečná.

Provozní teplota a otáčky
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Pro zjištění, zda je nutná podrobná teplotní analýza (→ Tepelná rovnováha), provedeme následující kontroly:
  • rychlost otáčení je menší než 50 % mezních otáček ložiska:
    • V axiálně volné poloze je tento požadavek splněn.
    • V axiálně vodicí poloze činí tato hodnota 56 %, což je mírně nad požadovanou mezí. Je tomu tak proto, že u dvojice jednořadých kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem jsou mezní otáčky o 20 % nižší (→ Přípustné otáčky), a tedy 3 000/(0,8 x 6 700) = 0,56.
  • poměr zatížení C/P > 10:
    • Tento požadavek je splněn v axiálně vodicí i axiálně volné poloze.
  • není přítomen žádný významný vnější zdroj tepla:
    • Čerpadlo se nachází v prostředí s teplotou okolí 20 až 30 °C. (70 to 85 °F).
    • Čerpané médium má teplotu okolí, do ložisek tedy není přiváděno žádné další teplo.
Proto není nutná žádná další teplotní analýza.

Kontaktní plochy ložiska
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Protože zatížení ložisek bude v důsledku úpravy čerpadla vyšší, je třeba zkontrolovat tolerance úložných ploch ložisek, aby bylo zajištěno vhodné uložení při montáži.

V případě standardního ocelového hřídele, litinového tělesa a zatížení, otáček a teplot ložisek odpovídajících standardním podmínkám lze použít Uložení pro standardní podmínky.

Tolerance hřídele 
Tolerance úložných ploch na hřídeli pro radiální kuličková ložiska jsou uvedeny v tabulce 3 a pro radiální ložiska s čárovým stykem v tabulce 4 (v části Uložení pro standardní podmínky).

Pokud platí:
NU 311 ECP7312 BECBP
Způsob otáčeníobvodové zatížení vnitřního kroužkuobvodové zatížení vnitřního kroužku
poměr P/C0,020,07
Průměr díry 55 mm60 mm


Výsledky:
 Úložná plocha pro ložisko
 LožiskoRozměrová
tolerance
Tolerance celkového
radiálního házení
Tolerance celkového
axiálního házení
Ra
NU 311 ECPk6ⒺIT5/2IT50,8 µm
7312 BECBPk5ⒺIT4/2IT40,8 µm


Tolerance těles
Jakékoli opotřebení vzniklé během provozu může vést k nevyváženosti oběžného kola a následné neurčitosti směru zatížení vnějších kroužků obou ložisek.

Tolerance úložných ploch v litinových a ocelových tělesech pro radiální kuličková ložiska jsou uvedeny v tabulce 5 (v části Uložení pro standardní podmínky).

Pokud platí:
NU 311 ECP7312 BECBP
Způsob otáčeníneurčitý směr zatíženíneurčitý směr zatížení
poměr P/C0,020,07
Vnější průměr 120 mm130 mm


Výsledky:
 Úložná plocha pro ložisko
 LožiskoRozměrová
tolerance
Tolerance celkového
radiálního házení
Tolerance celkového
axiálního házení
Ra
NU 311 ECP
K7ⒺIT6/2IT63,2 µm
7312 BECBPK7ⒺIT6/2IT63,2 µm


Axiální zajištění 
Stávající konstrukce má dostatečné axiální zajištění. Zkontrolujte, zda je pojistná matice zajišťující vnitřní kroužky kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem dostatečně utažena. Dbejte, aby upínací síla působila rovnoměrně po celém obvodu. Aby se zabránilo deformaci vnitřních kroužků, omezte upínací sílu na 19 kN (C0/4) a zohledněte připojovací rozměry (→ údaje o výrobku). Je to nezbytné k dosažení požadované axiální vůle ve dvojici ložisek.

Provedení ložiska
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Kontrola počáteční vnitřní vůle

Stávající konstrukce využívá ložiska s Normální počáteční vůlí. Uložení vnitřních a vnějších kroužků a rozdíl teplot 10 °C (20 °F) mezi vnitřními a vnějšími kroužky snižuje vnitřní vůli. Jiné vlivy na vnitřní vůli jsou zanedbatelné.

1. Počáteční vnitřní vůle

NU 311 ECPDvojice ložisek 7312 BECBP
min./prům./max.40 / 55 / 70 μm22 / 32 / 27 μm
 → Údaje o ložisku. Hodnoty získány z tabulky 6.→ Údaje o ložisku. Axiální hodnoty z tabulky 7 převedené na radiální (axial x tan 40°).


2. Snížení vůle v důsledku uložení s přesahem

Použijte: 

Δrfit = Δ1 f1 + Δ2 f2Snížení vůle v důsledku uložení s přesahem

Získejte hodnoty pro:
  • součinitele f1 a f2 → diagram 6
  • pravděpodobná uložení pro hřídele, Δ1 → tabulka 8 
  • pravděpodobná uložení pro tělesa, Δ2 → tabulka 9

Výsledky:



NU 311 ECP Dvojice ložisek 7312 BECBP
d/D
0,46 0,46
f1

0,78 0,78
f2

0,86 0,86
Δ1min./prům./max.-32 / -19 / -6 μm -26 / -16 / -6 μm
Δ2min./prům./max.-20 / 0 / 20 μm -21 / 1 / 23 μm
Δrfitmin./prům./max.-42 / -15 / -5 μm -38 / -12 / -5 μm


3. Snížení vůle v důsledku rozdílu teplot

Použijte: 

Δrtemp = ΔT dm x 12 x 10-6 → Snížení vůle způsobené rozdílem teplot hřídele, ložiskových kroužků a tělesa

Výsledky:

NU 311 ECP Dvojice ložisek 7312 BECBP
dm87,5 mm 95 mm
Δrtemp -11 μm -11 μm


4. Provozní vůle 

NU 311 ECP Dvojice ložisek 7312 BECBP
min./prům./max.
-13 / 30 / 55 μm
 -27 / 17 / 4 μm


Pro válečkové ložisko se obecně nedoporučuje záporná vůle (tj. předpětí).

Dvojice kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem by měla mít provozní vůli blízkou nule (v rozsahu mezi malou vůlí a mírným předpětím), zejména pokud je dvojice zatížena převážně axiálně. Malý rozsah je požadován z následujících důvodů:
  • omezení předpětí – pro zmenšení tření, které snižuje viskózní poměr a tím zkracuje trvanlivost ložiska
  • omezení vůle – pro zabránění prokluzu kuliček
Tento ruční výpočet nezohledňuje vyhlazení stykových povrchů, pružnou deformaci vlivem zatížení ani pravděpodobnost současného výskytu extrémních hodnot.

Z analýzy pomocí pokročilejšího softwaru SKF vycházejí následující hodnoty provozní vůle:


NU 311 ECP Dvojice ložisek 7312 BECBP
min./prům./max. 
3 / 34 / 59 μm 
 -10 / 11 / 24 μm 


Z těchto výsledků vyplývá, že Normální vnitřní vůle je dostatečná.

Volba klece

Z odhadované provozní teploty 85 °C (tj. vyšší hodnoty ze dvou ložiskových uložení), rychlosti otáčení výrazně pod mezními otáčkami a při zvážení dostupnosti a ceny vyplývá, že vhodnou volbou jsou standardní polyamidové klece vedené valivými tělesy.

Z historických důvodů jsou v některých zemích u kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem preferovány mosazné klece. Tyto klece jsou součástí standardní nabídky SKF. Totéž platí pro válečková ložiska.

Závěr


Axiálně volná strana:

Ložisko NU 311 ECP, které je v odstředivém čerpadle aktuálně používáno, splňuje požadavky. Jako alternativu lze použít ložisko NU 311 ECM. Použití menšího ložiska je možné. 

Provedení ložiska je popsáno v přídavných označeních za označením ložiska (→ Systém označení).

Přídavná označení:

Přídavné označeníPopis
Vnitřní konstrukceECoptimalizovaná vnitřní konstrukce s větším počtem valivých těles nebo většími valivými tělesy a s upraveným stykem čela valivého tělesa a příruby s ohledem na minimalizaci tření
Konstrukce klecePklec z PA66 zesíleného skelnými vlákny, vedená valivými tělesy

Mmasivní mosazná klec, nýtovaná, vedená valivými tělesy
Třída vůleNormální


Axiálně vodicí poloha: 

Dvojice univerzálně párovatelných ložisek 7312 BECBP, která jsou v odstředivém čerpadle aktuálně používána, splňuje požadavky. Jako alternativu lze použít ložiska 7312 BECBM.

Provedení ložiska je popsáno v přídavných označeních za označením ložiska (→ Systém označení).

Přídavná označení:

Přídavné označeníPopis
Vnitřní konstrukceBstykový úhel 40°

Eoptimalizovaná vnitřní konstrukce – zesílená sada valivých těles
Vnější konstrukce / třída vůleCBuniverzálně párovatelné ložisko; dvě ložiska uspořádaná zády k sobě (do „O“) nebo čely k sobě (do „X“) mají Normální axiální vnitřní vůli
Konstrukce klecePklec z PA66 zesíleného skelnými vlákny, vedená kuličkami

Mmasivní mosazná klec, vedená kuličkami


Těsnění, montáž a demontáž
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Těsnění

Stávající konstrukce čerpadla využívá hřídelové těsnicí kroužky, které udržují olej v čerpadle a chrání ložiska před znečištěním (obr. 1).

Můžete použít těsnění SKF HMS5 (obr. 2) a HMSA10 (obr. 3) (→ Těsnění HMS5 a HMSA10). Jsou vhodná pro aplikace mazané olejem i plastickým mazivem. Rozsah teplot a přípustné otáčky těchto těsnění z nitrilové pryže odpovídají provozním podmínkám čerpadla.

Další informace ohledně specifikací hřídele a díry tělesa jsou uvedeny v části Požadavky na hřídel a Požadavky na díru tělesa.

Dojde-li k opotřebení stykové plochy těsnění, můžete hřídel opravit s použitím opravného pouzdra, jako je například SKF Speedi-Sleeve.

Montáž ložisek za tepla

Ložiska jsou uložena na hřídeli s přesahem a v tělesech s použitím přechodného uložení. Montáž ložisek lze usnadnit ohřátím vnitřních kroužků na teplotu 100 °C (210 °F) a úložných ploch v tělesech na teplotu 50 °C (160 °F). K ohřívání vnitřních kroužků použijte indukční ohřívací přístroj SKF nebo elektrickou ohřívací plotnu (→ Ohřívací přístroje pro ložiska). 

Ustavení souososti

Pro dosažení maximální životnosti čerpadla je třeba správné ustavení souososti čerpadla a jeho elektromotoru (→ Zařízení pro ustavování souososti strojů).

Souhrnné závěry
Stávající ložiska lze použít v kombinaci s novou konstrukcí oběžného kola.

Doporučuje se použití menšího válečkového ložiska.

SKF logo