离心泵

本例显示了 应用于离心泵需要修改的应用实例的轴承选择过程

泵制造商希望通过修改叶轮来提高现有离心流程泵的效率。 因此,轴承载荷将会更大,因此需要检查当前的轴承选型以确认其能够应对变化。 应用程序图 如图1所示

示例的每一步描述都在下面的可展开/下拉部分中。 示例中的步骤遵循轴承选择过程中的顺序。 有关各个步骤的完整说明,请参阅轴承选择过程

性能和工作条件
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting


运行情况是:
  • 转速: n= 3 000 r/min
  • 润滑:
    • 方法: 油浴润滑
    • ISO 粘度等级: ISO VG 68
  • 对于浮动支撑,圆柱滚子轴承,NU 311 ECP:
    • 最大径向载荷: Fr = 3,29 kN
    • 预期工作温度: T = 70 °C (160 °F)
  • 对于固定支持,是一对背靠背的通用配组角接触球轴承,7312 BECBP:
    • 最大径向载荷: Fr = 1,45kN
    • 最大轴向载荷: Fa = 11,5 kN
    • 预期工作温度: T = 85 °C (185 °F)
遵循泵行业标准,基本额定寿命L10h 在最大载荷条件下应至少为16 000 h。

轴承类型和配置
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

圆柱滚子轴承作为非固定端支架,一对通用配组单列角接触球轴承则作为固定支持。

NU 类型的圆柱滚子轴承, 用于下列原因:
  • 它可以在内部承载轴的热膨胀。
  • 内圈与外圈可分离,带有滚子和保持架,这样就可以简化泵的组装,在内圈和外圈上使用过盈配合。
对于一对通用配组单列角接触球轴承:
  • 具有40°角的球轴承非常适于承受高轴向载荷和中高转速。
  • 轴承背靠背排列,内圈夹紧并通过过盈配合安装在轴上。 由于是通过夹紧内圈来控制该对的间隙,所以外圈可以定位在肩部和盖子之间的壳体中,而不需要精确夹紧。
两个轴承座都是在一个夹紧位置加工的,这保证了良好的对准。 不对准小于2分钟的电弧,这在角接触球轴承对和圆柱滚子轴承的可接受的对准极限内。

结论

当前的轴承类型和配置选择适用于本应用。

轴承尺寸,非固定端支撑
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

给定的运行条件和滚动接触疲劳的影响表明,轴承尺寸应使用基本额定寿命和SKF额定寿命来确定。

NU 311 ECP 的产品参数→ 产品详细信息

基本额定寿命




来自载荷,P = Fr。因此载荷比 C/P = 156/3,29 = 47。



轴承尺寸过大。 

SKF 额定寿命


 

1润滑条件 – 粘度比, κ

κ = ν/ν1

鉴于:
  • 润滑油粘度等级 = ISO VG 68
  • 工作温度 = 70 °C (160 °F)
然后, 使用 图表 1, ν = 20 mm2/s

鉴于:
  • n= 3 000 r/min
  • dm = 0,5 (55 + 120) = 87,5 mm

然后, 使用 图表 2, ν1 = 7 mm2/s

因此 κ = 20/7 = 2,8


2。 污染指数, ηc

鉴于:

  • 污染条件是典型的(即开式轴承,不过滤,磨损颗粒和从周围进入)
  • dm = 87,5 mm
然后,使用表 1,ηc = 0,2

鉴于:
  • Pu = 18,6
  • P = Fr = 3,29 (→ 载荷
然后ηc Pu/P = 0,2 x 18,6 / 3,29 = 1,13

3。 SKF 寿命调整系数, aSKF

鉴于:
  • κ = 2,8
  • ηc Pu/P = 1,13
  • NU 311 ECP 是一款 SKF Explorer 轴承
然后, 使用 图表 3, aSKF = 50

鉴于:
  • L10h > 1 000 000 h
然后 L10mh > 50 x 1 000 000 h

然后 L10mh > > 1 000 000 H表明轴承在工作条件下尺寸过大。

最小载荷

基本额定寿命和SKF额定寿命都非常高,超过规定的轴承寿命,这表明轴承可能载荷过轻。

利用载荷的最小 载荷方程, 最小径向载荷 (Frm)为避免圆柱滚子轴承的滑动和滚子滑动需要提供:

鉴于:
  • dm = 87,5 mm
  • kr = 0,15
  • n = 3 000
  • nr = 6 000 
然后 :

Frm = 0,94 kN < Fr = 3,29 kN

结论

轴承尺寸过大或者载荷过轻。 可选项:

  • 继续使用当前轴承。 不会因承载太轻而导致轴承损坏的风险。
  • 缩小轴承,降低成本。 考虑以下之一:
    • 保持轴直径相同,但使用较小的NU 2系列轴承NU 211 ECP(→产品详细信息)。
    • 只要轴设计允许(强度和刚度),减小轴直径一步,并使用较小的NU 2系列NU 210 ECP(→产品详细信息)。
    然而,这两种精简操作都需要对相邻组件进行设计修改。
轴承尺寸,定位支撑
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

给定的运行条件和滚动接触疲劳的影响表明,轴承尺寸应使用基本额定寿命和SKF额定寿命来确定。

7312 BECBP 产品参数 → 产品详细信息

基本额定寿命




来自 载荷 → 配对轴承的承载能力

C = 1.62 C单轴承 =1,62 x 104=168,5

来自载荷, 背对背配置的配对轴承:

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

因此使用:

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

因此,载荷比 C/P = 168,5/11,52 = 14,6。



SKF 额定寿命




1润滑条件 – 粘度比, κ

κ = ν/ν1

鉴于:
  • 润滑油粘度等级 = ISO VG 68
  • 工作温度 = 85 °C (185 °F)
然后, 使用 图表 1, ν = 13 mm2/s

鉴于:
  • n= 3 000 r/min
  • dm = 0,5 (60 + 130) = 95 mm

然后, 使用 图表 2, ν1 = 7 mm2/s

因此 κ = 13/7 = 1,8

下一个较高粘度等级,ISO VG 100,将使κ= 2.5。但是这将导致NU 311 ECP轴承的κ > 4,特别是在冷启动期间会产生不需要的高κ值。


2。 污染指数, ηc

鉴于:

  • 污染条件是典型的(即开式轴承,不过滤,磨损颗粒和从周围进入)
  • dm = 95 mm
然后,使用表 1,ηc = 0,2

鉴于:
  • Pu =2 x 3,2=6,4
  • P = 11,52 (→ 基本额定寿命, 超过) 
然后ηc Pu/P = 0,2 x 6,4 / 11,52 = 0,11 


3。 SKF 寿命调整系数, aSKF

鉴于:
  • κ = 1,8
  • ηc Pu/P = 0,11 
  • 7312 BECBP是 SKF Explorer轴承
然后, 使用 图表 4, aSKF = 5

鉴于:
  • L10h = 17 400 h
然后 L10mh = 5 x 17 400 = 87 000 h


结论:

一对7312 BECBP SKF Explorer轴承的尺寸合适。

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

这个泵有油槽。 这是典型的工艺泵,因为它们需要长的维护间隔时间。 在这种泵中,为了简单起见,固定和非固定端支撑轴承由相同的油浴润滑。

如以前的步骤所确定的那样,一对角接触球轴承的κ为1.8,而圆柱滚子轴承的K为2.8,因此所选择的油的粘度等级是足够的。

工作温度和速度
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

确定是否需要详细的热分析(→热平衡),方法是:
  • 转速小于轴承限制转速的50%:
    • 这对于非固定端支撑是正确的。
    • 对于定位支撑,是56%,这略高于极限。 也就是说,对于一对单列角接触球轴承,极限转速降低20%(→ 允许转速), 因此3 000/(0,8 x 6 700) = 0,56。
  • •载荷比 C/P > 10:
    • 这对于固定和非固定端支撑是正确的。
  • 没有明显的外部热量输入:
    • 泵位于环境温度为20至30°C的环境中 (70 to 85 °F).
    • 泵介质处于环境温度,所以没有额外的热量流向轴承。
因此,不需要进一步的热分析。

轴承配合
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

因为轴承上的载荷会更大,由于对泵的修改,您应该检查轴承座公差,以确保轴承以足够的配合安装。

鉴于标准钢轴和铸铁轴承座,轴承载荷,速度和温度都在标准条件下,您可以将支座公差应用于标准条件

轴公差 
您可以分别在表3表4中找到径向球轴承和径向滚子轴承 的座椅的轴公差 (从适用于标准条件的支座公差)。

鉴于:
NU 311 ECP7312 BECBP
旋转条件内圈旋转载荷内圈旋转载荷
P/C 比0,020,07
内径 55 mm60 mm


试验结果:
 轴承座
 轴承尺寸
公差
总径向
跳动公差
总轴向
跳动公差
Ra
NU 311 ECPk6ⒺIT5/2IT50,8 µm
7312 BECBPk5ⒺIT4/2IT40,8 µm


轴承座公差
任何在使用过程中发生的磨损可能导致叶轮的不平衡,导致两个轴承的外圈上的载荷方向不确定。

表5中 可以找到用于径向球轴承的铸铁和钢制外壳的座椅公差 (从 适用于标准条件的适配件)。

鉴于:
NU 311 ECP7312 BECBP
旋转条件不确定的载荷方向不确定的载荷方向
P/C 比0,020,07
外径 120 mm130 mm


试验结果:
 轴承座
 轴承尺寸
公差
总径向
跳动公差
总轴向
跳动公差
Ra
NU 311 ECP
K7ⒺIT6/2IT63,2 µm
7312 BECBPK7ⒺIT6/2IT63,2 µm


轴向定位 
当前设计具有足够的轴向位置。 确保定位角接触球轴承内圈的锁紧螺母足够紧固。 沿圆周均匀施加夹紧力且遵照支台尺寸(→ 产品详细信息)。 为避免内圈变形和实现轴承对理想的轴向游隙,请限制夹紧力。 对于离心泵,推荐夹紧力C0/4 (19 kN)。

轴承类型
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

检查初始内部游隙

当前设计使用正常初始间隙的轴承 内圈和外圈的配合,以及内圈和外圈之间的温差为 10 °C (20 °F),可减少内部游隙。 对内部间隙的其他影响可以忽略不计。

1. 初始内部游隙

NU 311 ECP一对 7312 BECBP
最小 /平均/ 最大40 / 55 / 70 μm22 / 32 / 27 μm
 → 轴承参数。 从 表 6中获得的值。→ 轴承参数。 从 表7中获得的轴向值,转换为径向(轴向x tan 40°)。


2. 过盈配合引起的游隙减量

使用: 

Δr配合 = Δ1 f1 + Δ2 f2过盈配合引起的游隙减量

获得的值用于:
  • 系数,f1 和 f 设计2 → 图 6
  • 用于轴的可能适配件,Δ1 → 表 8 
  • 用于轴承座的可能适配件,Δ2 → 表 9

试验结果:



NU 311 ECP 一对 7312 BECBP
d/D
0,46 0,46
f1

0,78 0,78
f2

0,86 0,86
Δ1最小 /平均/ 最大-32 / -19 / -6 μm -26 / -16 / -6 μm
Δ2最小 /平均/ 最大-20 / 0 / 20 μm -21 / 1 / 23 μm
Δr配合最小 /平均/ 最大-42 / -15 / -5 μm -38 / -12 / -5 μm


3. 温差引起的间隙减少

使用: 

Δr温度 = ΔT dm x 12 x 10-6 → 由于轴、轴承圈和轴承座之间的温度差导致的间隙减少

试验结果:

NU 311 ECP 一对 7312 BECBP
dm87,5 mm 95 mm
Δr温度 -11 μm -11 μm


4. 工作游隙 

NU 311 ECP 一对 7312 BECBP
最小 /平均/ 最大
-13 / 30 / 55 μm
 -27 / 17 / 4 μm


对于圆柱滚子轴承,通常不推荐负间隙(即预压)。

成对的角接触球轴承的平均操作间隙应接近零(介于小间隙和轻预负荷之间),特别是当这对主要轴向加载时。 需要小范围:
  • 限制预载荷 - 以限制摩擦(摩擦增大会导致温度升高,从而减少黏性和缩短轴承寿命)
  • 限制间隙 - 避免球打滑。
该手动计算不考虑配合表面的平滑,载荷下的弹性挠曲,也不考虑同时发生极值的概率。

使用更先进的SKF软件分析,给出操作间隙结果:


NU 311 ECP 一对 7312 BECBP
最小 /平均/ 最大 
3 / 34 / 59 μm 
 -10 / 11 / 24 μm 


这些结果表明正常内部间隙是合适的。

选择保持架

鉴于估计的工作温度为85°C(即两个轴承支架的较高温度),速度远低于极限转速,考虑到可用性和价格,引导聚酰胺保持架的标准滚动元件被确认为是足够的。

由于历史原因,在某些地理区域,黄铜保持架是角接触球轴承的首选。 这些都是SKF可提供的标准配置。 这也适用于圆柱滚子轴承。

结论


非固定端支撑:

目前用于离心泵的 NU 311 ECP轴承足够。 作为替代方案,可以使用 NU 311 ECM轴承。 缩小轴承尺寸是可能的。 

轴承执行由轴承型号的后缀描述(→型号系统)。

型号后缀:

后缀说明
内部设计EC优化的内部设计,装有更多和/或更大的滚子,经改良的滚子端面与挡边的接触,旨在减少摩擦
保持架设计P玻璃纤维增强 PA66 保持架,滚子引导

M机削黄铜保持架,铆接,以滚子引导
游隙等级普通组


定位支撑: 

当前在离心泵中使用的一对通用匹配的7312 BECBP 轴承是足够的。 作为替代方案,可以使用 7312 BECBM

轴承执行由轴承型号的后缀描述(→型号系统)。

型号后缀:

后缀说明
内部设计B40°接触角

E优化的内部设计,钢筋滚动体组合
外部设计/游隙等级CB用于通用匹配的轴承;背对背或面对面配置的两个轴承的轴向内部游隙为普通组
保持架设计P玻璃纤维增强 PA66 保持架,钢球引导

M机削黄铜保持架,钢球引导


密封、安装和拆卸
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

密封

当前的泵设计采用径向轴密封,以在泵中保持油浴润滑剂,并保护轴承免受污染(图1)。

您可以使用密封件SKF HMS5(图2)和HMSA10(图3)(→HMS5和HMSA10密封件)。 这些适用于油脂润滑和油润滑的应用场合。 用于这些密封件的腈橡胶混合物的温度范围和速度能力适合于泵的操作条件。

有关轴轴承座规格的更多信息,请参见轴的要求和轴承座的要求。

如果密封配合面磨损,您可以用磨损套筒修理轴,如SKF Speedi-Sleeve

轴承的热安装

轴承安装在轴上过盈配合,并在其外壳中过渡配合。 通过将轴承内圈加热到100°C(210°F),轴承座加热到50°C(160°F),可以轻松安装轴承。 为了加热内圈,请使用SKF感应加热器或电热板。(→轴承加热器)。 

轴对中

为了使泵的寿命最大化,泵和电动机需要对齐(→对齐工具)。

综合结论
现有的轴承可与新型叶轮设计结合使用。

建议减小圆柱滚子轴承的尺寸。

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