Подшипник насоса

Для восприятия радиальных и осевых нагрузок действующих на ротор в насосах необходим такой элемент, как подшипник, который является одним из важнейших деталей устройства насоса.

Подшипник — это элемент конструкции, который выполняет функцию опоры или упора и поддерживает вал или другой подвижный элемент конструкции в заданной плоскости с заданной жёсткостью.

Во время работы на насос действуют различные силы, для компенсации которых производитель решает какие подшипники должны стоять на насосах в каждом конкретном случае.

Содержание статьи

Все подшипники в насосах подразделяются на две группы:

радиальные – воспринимающие радиальные усилия (перпендикулярно валу ротора);
упорные(или опорные подшипники) – воспринимающие осевые усилия (по оси вала ротора).

Для восприятия радиальных и осевых нагрузок, действующих на ротор, применяют подшипники качения или подшипники скольжения. Выбор того или иного типа подшипников для насосов обусловлен рядом факторов, из которых наиболее важными являются: окружная скорость вращения вала, нагрузка на вал и требуемый ресурс непрерывной работы насоса.

Подшипники качения насоса

Для малых и средних насосов в качестве радиальных опор применяют шарико и роликоподшипники. Основные преимущества таких подшипников:
Минимальные потери на трение
Небольшие размеры
Легкая замена
Невысокая стоимость
Способность многих подшипников этого типа воспринимать не только радиальные нагрузки, но и осевые

При больших скоростях вращения вала работоспособность шарикоподшипников резко снижается. Кроме того, при разрушении подшипника, как правило происходит разрушение ротора насоса.

Подшипники скольжения насоса

Подшипники скольжения в насосах применяют для ответственных насосов. Такой подшипник при правильном монтаже имеет практически неограниченное время эксплуатации.

Конструктивно подшипник скольжения состоит из 2 частей. Первая — втулка зафиксированную в корпусе насоса на внутреннем диаметре которой смонтированы вкладыши из трущихся материалов. Вторая часть подшипника – это втулка, закрепленная на валу ротора на внешнем диаметре которой так же смонтированы вкладыши.

В конструкции вкладышей подшипника насоса применены специальные материалы, так называемая трущаяся пара. При вращении ротора насоса вкладыш на валу ротора трется по вкладышу, закрепленному на втулке в корпусе насоса.

Преимуществами, кроме всего прочего, таких подшипников является бесшумная работа, неограниченный срок службы и способность демпфировать колебания вала на масляной пленке.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость и трудоемкость изготовления.

Материалы и смазка подшипников насоса

В производстве подшипников насоса широкое применение нашли баббиты – антифрикционные легкоплавкие пластичные сплавы на основе свинца или олова с твердыми включениями, такими как медь, сурьма, никель и т.д.

Баббиты отличаются малыми потерями на трение и высокой износостойкостью, благодаря чему широко применяются для подшипников качения насосов. Если подшипники работают в условиях без смазывания или смазываются перекачиваемой средой при небольших нагрузках, то возможно применение полимерных материалов и пластмасс, например, фторопласта.

Фторопласт – 4 обладает небольшим коэффициентом трения, но недостаточно прочен и износостоек, поэтому в производстве используют металлофторопластовые подшипники с примесями бронзового порошка.

Подшипник циркуляционного насоса позволяет использовать в качестве смазки воду или другую жидкость близкую к воде по характеристикам.

Смазка подшипников насоса

В зависимости от области применения и конструкционных особенностей производитель выбирает соответствующую смазку подшипников насоса.

Герметичные насосы в качестве смазки используют перекачиваемую среду – воду, масло, бензин, слабые кислоты и др.

Перекачиваемая среда не только выполняет функцию смазки, но и выполняет съем тепла, т.е. обеспечивает охлаждение подшипников насоса.

При работе без смазывания или при смазывании перекачиваемой средой при небольших нагрузках, в конструкции применяются полимеры и пластмассы. Эти материалы обладают малым коэффициентом трения и очень высокой износостойкостью.

Если вкладыши подшипника изготовлены из баббита, то в качестве смазки применяются масла турбинные Т22, ТЗО, Т46 и Т57 или масла турбинные с присадками, улучшающими антиокислительные и антикоррозионные свойства масел.

Причины поломки и виды повреждений

Производители насосов гарантируют надежную работу подшипников в течение нескольких лет эксплуатации.

Благодаря проведённым исследованиям стал возможен расчёт долговечности подшипника водяного насоса с высокой точностью. Это сделало возможным согласование между собой долговечности подшипников и насоса. Однако время от времени случается, что фактическая долговечность подшипника оказывается ниже расчётной.

Это происходит вследствие множества причин:
не предполагаемо высокая нагрузка,
недостаточное смазывание или неподходящий смазочный материал,
неправильный монтаж подшипника,
недостаточная эффективность уплотнений,
посадка подшипника с чрезмерным натягом и, соответственно, недостаточный внутренний зазор или чрезмерный внутренний натяг подшипника.

Каждая такая ситуация порождает специфическое повреждение подшипника циркуляционного насоса, которое находит отражение в характерной картине повреждения. Следовательно, в большинстве случаев становится возможным при исследовании повреждённого подшипника установить причину повреждения и принять соответствующие меры, для того чтобы избежать повторного повреждения подшипника после возобновления работы насоса.

Когда подшипник водяного насоса находится под постоянной нагрузкой, такой как давление вала насоса, эта нагрузка передается каждому элементу подшипника, и в конечном итоге приводит к усталости металла всей конструкции.

Упрощенно суть выражается следующим образом: в реальных условиях подшипник качения не может работать произвольно долго. Раньше или позже возникает усталостное разрушение материала, и работа подшипника становится невозможной.

Промежуток времени до появления первых признаков усталости материала зависит от частоты вращения подшипника и величины нагрузки. Усталостное разрушение является следствием переменных напряжений непосредственно под поверхностью качения в зоне действия нагрузки.

Эти напряжения обуславливают образование трещин, которые постепенно распространяются к поверхности.

Когда по таким трещинам перекатываются тела качения, происходит отделение частиц материала. Процесс прогрессирует до тех пор, пока подшипник становится непригодным для работы.

Это не означает, что подшипник не может продолжать работу. Усталостное разрушение распространяется медленно и обнаруживает себя возрастанием шума и вибраций. Поэтому, как правило, остаётся достаточно времени для подготовки замены подшипника водяного насоса.

Различные виды повреждений подшипников

Каждая причина повреждения подшипника находит отражение в характерной картине повреждения. Виды повреждений можно классифицировать следующим образом:
Износ
Вмятины
Задиры
Поверхностные разрушения
Коррозия
Последствия прохождения электрического тока
Усталостные раковины
Трещины

Износ

При нормальных условиях эксплуатации сколько-нибудь заметного износа подшипников качения не наблюдается. Износ возникает тогда, когда в подшипник проникают инородные частицы или имеет место недостаточное смазывание. Он может быть также следствием вибраций не вращающегося подшипника.

Вмятины

Вмятины на дорожках качения и телах качения могут возникать когда силы монтажа передаются на кольца через тела качения. Так же вмятины возникают при чрезмерно больших нагрузках на подшипниковые узлы в то время, когда подшипники не вращаются.

Задиры

Если две недостаточно смазываемые поверхности скользят одна относительно другой под нагрузкой, то происходит перенос частиц металла с одной поверхности на другую. Это явление называют задиром. Поверхности при этом явлении выглядят шероховатыми. При возникновении задиров материал подшипника нагревается до температуры, при которой происходит отпуск. Возникает местная концентрация напряжений, следствием которой является образование трещин и раковин.

Поверхностные разрушения

Если смазывающий слой между дорожками и телами качения слишком тонкий, то вершины шероховатостей кратковременно соприкасаются друг с другом. При этом на поверхностях возникают мельчайшие трещины. Такой процесс именуют поверхностным разрушением.

При достаточном смазывании нет опасности возникновения разрушений описанного вида до тех пор, пока смазывающий слой не становится слишком тонким, либо вследствие изменения вязкости масла из-за повышения температуры, либо при чрезмерном возрастании нагрузки.

Коррозия

Если в подшипник проникает вода или агрессивные среды в таком объеме, что смазочные материалы не могут защищать стальные поверхности, то возникает коррозия. Процесс глубокой («щелевой») коррозии быстро приводит к образованию явных следов коррозии – коррозионных язвин.

Последствия прохождения электрического тока

Если электрический ток проходит через подшипник от одного кольца через тела качения к другому кольцу, то возникают повреждения подшипника. В местах перехода процесс подобен электродуговой сварке. Материал подшипника при этом нагревается до температуры отпуска и даже плавления. При этом образуются окрашенные области различной величины, в которых материал отожжен и снова закален, а иногда даже оплавлен. В местах, на которых металл был оплавлен, могут также возникать маленькие лунки.

Усталостные раковины

Усталостные раковины являются следствием нормального усталостного повреждения, которое возникает в конце обычной долговечности подшипника. Если раковины достигли определенной стадии развития, то наличие повреждения обнаруживают по шуму и вибрациям. Это сигнал к замене подшипника. Причинами преждевременного возникновения раковин могут быть превышение допустимой нагрузки, чрезмерный внутренний предварительный натяг вследствие слишком тугой посадки кольца подшипника на вал или в отверстие корпуса.

Трещины

Трещины в кольцах подшипников возникают по ряду причин. Одной из самых распространённых является неправильное обращение с подшипником во время монтажа или демонтажа. Удары молотком, наносимые непосредственно или через закалённую оправку по кольцу подшипника, могут стать причиной мельчайших трещин. В результате этого в процессе работы подшипника от него отламываются частицы металла.

Замена подшипников в насосе

В зависимости от конструкции центробежного агрегата при выходе его из строя или частичной поломке возникает потребность заменить подшипник в насосе.

Порядок работы в данном случае будет следующим:
ознакомиться с инструкцией по эксплуатации насоса и перечнем неисправностей;
обесточить насос;
снять корпус направляющего аппарата;
снять контргайку(обтекатель) и рабочее колесо;
снять поврежденный подшипник и заменить его новым.

В общем случае замена подшипника в насосе не представляет большой трудности для исполнителя. Всё, что вам потребуется в данном случае – это набор отверток и/или ключей в зависимости от конкретной модели.

Обслуживание и ремонт циркуляционного насоса

В системе отопления с принудительной циркуляцией сердцем является циркуляционный насос. От его стабильной работы зависит наличие обогрева и его качество. То же самое касается и закрытых систем горячего водоснабжения с постоянным током воды в трубах между котлом и аккумулирующей емкостью. В ходе эксплуатации неизбежно возникает вопрос, как выполнить обслуживание и ремонт циркуляционного насоса, чтобы он продолжал работать стабильно и безотказно.

Для нормального функционирования насоса обязательно должны проводиться следующие мероприятия:

• Правильная эксплуатация с учетом всех правил, установленных производителем насосного оборудования.
• Профилактика и обслуживание насоса.
• Диагностика и ремонт в случае выхода насоса из строя.

Чем точнее соблюдаются правила эксплуатации и регулярнее выполняется профилактика насоса, тем реже придется думать о его ремонте или замене.

Правильная эксплуатация

Ряд простых требований относятся к любому циркуляционному насосу:

• Нельзя допускать холостой ход насоса в отсутствии воды. Касается насоса и мокрого и сухого типа.
• Нельзя допускать работу насоса с остановленным током воды, например, если перед или после насоса перекрыт вентиль.
• Следует определить оптимальный режим работы с учетом максимальной и минимальной пропускной способности оборудования.
• Важно соблюсти требования производителя по номинальному давлению воды в системе.
• Температура теплоносителя не должна превышать 65оС. Потому циркуляционный насос устанавливается на обратной линии перед котлом, где течет уже остывшая вода. При превышении заданного порога многократно ускоряется процесс отложения солей жесткости на внутренних поверхностях насоса.
• Нельзя допускать длительного простоя. Примерно раз в месяц или два желательно включать насос на 15 минут. Если этого не делать, то в процессе окисления повышается риск заклинивания вала.
• Недопустимо использовать циркуляционный насос для перекачки грязной воды с включением плотных частиц во взвешенном состоянии. Обязательно устанавливается фильтр грубой очистки, или другими способами контролируется чистота воды или теплоносителя.

В рабочем режиме у насоса должен быть равномерный звук работающего привода и постоянное значение напора на выходе, что контролируется установленным манометром. При хорошем обращении даже самый простой циркуляционный насос способен проработать до 5 лет, пока не износятся основные его элементы.

Конструкция

Почти все циркуляционные насосы центробежного типа. В них имеется крыльчатка, закрепленная на валу двигателя и помещенная в специальную камеру «ракушку». Вход в ракушку располагается в центре, тогда как выход представляет собой внешний край раковины с каналом, отходящим по окружности по направлению движения крыльчатки. Двигатель раскручивает крыльчатку, и вода под воздействием центростремительной силы устремляется от центра к краям раковины от входа к выходу.

Конструкционные элементы насоса:

• насосная часть, раковина и крыльчатка, закрепленная на валу;
• электродвигатель;
• блок электронного управления.

Износу больше всего подвержена подвижная часть насоса – вал двигателя и крыльчатка, а также подшипники, на которых они закреплены.

Профилактика и обслуживание

Долгий срок службы и безотказная работа возможна лишь при соблюдении должных условий эксплуатации и регулярной профилактики насоса. Под обслуживанием подразумевается периодический осмотр и чистка насоса. Осмотр на предмет отклонений в работе следует осуществлять хотя бы раз в квартал, то есть два раза за отопительный сезон. Чистку желательно выполнять раз в два-три года в зависимости от качества воды и условий, в которых функционирует насос.

В течение всего периода эксплуатации желательно периодически проверять работу насоса:

• Места подсоединения проверяются на предмет протечки. При выявлении заменяются прокладки и уплотнители (пакля, ФУМ-лента и т.п.).
• Визуально проверяется наличие и состояние заземления.
• Звук работающего двигателя не должен сопровождаться лязгами или ударами, посторонними звуками.
• Двигатель не должен сильно вибрировать.
• Проверяется давление в линии и его соответствие номинальному.
• Корпус должен быть чистым и сухим. Если это не так, то следует провести внешнюю чистку, проверку электронного блока на предмет залива и устранить причину, по которой насос оказался мокрым.

Примерно раз в два-три года желательно выполнить чистку насоса, включая все его элементы. Это касается только моделей с возможностью разборки. Есть насосы с запрессованным или цельным, сварным корпусом, не предполагающие ремонта или разборки. Такие агрегаты работают на отказ и после заменяются на новый в сборе. Желательно доверить эту работу сервисному центру. Однако при наличии навыков и инструмента можно выполнить все самостоятельно

• шестигранный ключ;
• шлицевая отвертка (плоская) на 4 и 8 мм;
• отвертка крестовая.

Перед разборкой насоса с системы сливается вода или дренируется отдельный участок, в котором задействован насос, демонтировать его и после уже приступать к разборке.

1. Шестигранным ключом или крестовой отверткой откручиваются 4-6 болтов по периметру корпуса двигателя в месте соединения с ракушкой насосной части.
2. Снимите ракушку, при этом крыльчатка останется на валу ротора вместе с двигателем.
3. По периметру найдите четыре дренажных отверстия. С помощью узкой шлицевой отвертки понемногу по периметру поддевайте рубашку отсека двигателя под крыльчаткой. В результате вал с ротором и крыльчаткой выйдут из пазов и стакана статора. Помочь себе можно, если открутить защитную пробку с внешней стороны насоса, вставить в прорезь на торце вала отвертку и легкими ударами выбивать вал из опорного подшипника.

Разбор на этом завершен. Теперь следует очистить поверхность ротора, крыльчатки и внутреннюю поверхность ракушки от налета и накипи, если она есть, только не повредив поверхность деталей. Использовать грубый абразив не допустимо. Действовать лучше щеткой с полимерным жестким ворсом. Помочь могут чистящие средства, содержащие слабый раствор соляной кислоты. В крайнем случае, применяется самый мелкий наждак – «нулевка».

Для насосов с мокрым ротором, важно проверить чистоту канала внутри вала и дренажные отверстия, расположенные в защитной рубашке, разделяющей зону насосной части и двигателя. Жидкость к ротору поступает как раз через эти отверстия и после возвращается по внутреннему каналу, если они забиты – страдает охлаждение двигателя.

Для насосов с сухим ротором важна гидроизоляция опорного подшипника. Если обнаружена протечка от блока насоса в блок статора, то следует заменить полностью все прокладки и уплотнители внутри аппарата.

Проверяется состояние подшипников, на которых опирается вал. Если они уже порядком разбиты, потребуется их замена, что в домашних условиях сделать предельно сложно, придется обращаться в сервисный центр.

Все уплотнители и прокладки внутри насоса следует проверить на износ и при необходимости заменить новыми. Как только все элементы очищены и проверены, выполняется сборка в обратном порядке.

Необходима чистка циркуляционного насоса

Диагностика неисправностей

По тому, как работает насос, звук, вибрации или изменение в напоре, давлении на выходе, необходимо точно определить неисправность и устранить причину.

Признак неисправности	Вероятная причина	Ремонт
Насос после включения издает звуки, но вал не вращается	Окисление вала, вследствие длительного простоя	С торца вала на корпусе двигателя открутить защитный колпачок и с помощью шлицевой отвертки вручную прокрутить вал двигателя.
Блокирование посторонним предметом	Разобрать блок насоса с крыльчаткой и очистить, проверить состояние фильтра грубой очистки установленного перед насосом
Проблемы электропитания	Проверить номинал напряжения в сети, при необходимости исправить проблему.
После подачи напряжения насос не запускается и не издает никаких звуков	Нет фактического напряжения в линии питания	Проверить линию питания и состояние защитных автоматов
Сработал плавкий предохранитель в блоке управления	Заменить предохранитель
Насос отключается после непродолжительной работы	Известковый налет в стакане статора	Выполнить чистку стакана статора и ротора двигателя
Сильный посторонний шум при работе насоса	Сухой ход, наличие воздуха в трубах	Воздух выпустить. Дренировать ракушку насоса и заполнить водой.
Кавитация	Увеличить давление в подающем трубопроводе.
Вибрация насоса	Износ опорных подшипников	Замена подшипников
Снижение напора и подачи в сравнении с паспортными данными	Нарушение в электропитании насоса, смена фаз, вследствие чего снижается мощность насоса или меняется направление вращения крыльчатки	Для трехфазных двигателей проверяется качество всех фаз. Для однофазного питания проверить конденсатор, при необходимости заменить
Большое гидросопротивление циркуляционного контура	Проверить фильтры, увеличить сечение труб, проверить состояние запорной арматуры.
Срабатывание внешней защиты на линии питания насоса	Проблемы с электрической частью насоса	Проверить состояние клемм на предмет короткого замыкания, проверить конденсатор и блок регулировки. Проверить обмотки статора. Их сопротивление не должно быть ниже паспортного.

Ремонт

Сломанный циркуляционный насос лучше всего отдать в специализированный сервисный центр, особенно если он еще на гарантии. Большая часть моделей, представленных сейчас на рынке, к сожалению, являются неразборными или частично разборными, так что при возникновении проблем с его внутренними запчастями замене подлежат целые блоки или насос в сборе. Если же гарантийный срок уже истек, а конструкция насоса позволяет разобрать его и добраться до всех основных узлов, то при наличии соответствующих навыков можно выполнить ремонт самостоятельно.

Определив из таблицы выше причину неисправности, достаточно разобрать насос, как указано в пункте о профилактике и обслуживании, и заменить неисправную деталь.

В блоке управления насосом основными элементами являются:

• конденсатор на 1-5 микрофарад;
• блок клемм для подключения;
• регулятор скорости.

В виду малой емкости конденсатора, проверить его можно с помощью мультиметра, в котором имеется встроенный С-метр с ограничением до 20 мкФ. При сильном отклонении показаний от номинала, конденсатор следует заменить, при этом важно соблюсти полярность включения и обязательно его допуск по вольтажу. Для обычного однофазного двигателя используются конденсаторы с допуском до 450 В.

Регулятор скорости заменяется в сборе новым. Достаточно его отсоединить от клемм, запомнив положение каждого пина и подключить новый.

Популярными являются модели циркуляционных насосов от производителей Wilo, Ggrundfos, Dab. Не в последнюю очередь за счет их надежности. Ожидать, что эти насосы сломаются в гарантийный срок, можно только при нарушении рекомендованных условий эксплуатации. Однако в пост гарантийный период у Wilo часто наблюдается проблема с опорными подшипниками. Помогает только их замена.

Ggrundfos и Dab могут «порадовать» зарастанием крыльчатки накипью для высокотемпературных систем отопления, а также заиливание стакана статора. Лучше предупредить эти проблемы установкой хорошего фильтра и подготовкой воды. В остальном поломки чаще аргументируются внешними проблемами.