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非金属轴承在立式泵中的应用
作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12
在泵的设计和修理过程中， 轴承的选择是最重要的一个步骤。非金属轴承具有许多优点，包括价格在内。Thordon Bearing公司的首席设计工程师Dr. Keith Laskey阐述了在某些具体应用领域选用非金属轴承时通常需要考虑的一些因素。本文讨论了与立式泵常用轴承和特定的非金属轴承有关的一些话题。非金属轴承可能不是所有情况下的最好选择，但已经成为全世界许多应用领域中的上佳选择。大多数非金属轴承是润滑过的产品，可以防止外界污染，例如被泵送液体中渗出的油和油脂。非金属材料包括橡胶、合成橡胶（弹性体）、塑料、石墨材料、陶瓷和木材。谨慎的设计为某一指定应用选择轴承时，有许多设计因素需要考虑，包括轴承也包括泵的设计。轴承在立式泵中是一个必要的机械部件（图1），它们组成了从发动机到叶轮这一能量传输过程的基本支撑结构。该系统的设计和选择必须考虑所有相关的机械因素，以确保泵的整个使用寿命期间具有令人满意的总体性能。假如泵的设计和运行条件没有经过仔细研究，那么这一并不牢固的连接件（轴承）会在泵的其它部件受到影响之前损坏。这一问题或者是由轴承引起的或者是由泵引起的。 图1. 非金属轴承在立式泵中成功使用多年轴承的考虑因素非金属轴承长度符合的长径比一般为1~1.5，从轴柱动力学观点来看，在通常尺寸范围的泵轴内，非金属轴承的刚度值与金属轴承相当。立式泵轴承的载荷较难分析，正常情况下它是相当轻的，因此轴承的稳定性可能是重要问题。然而泵的转速一般不会很高，也就不会产生严重和明显的不稳定现象，而轴承的不稳定性会缩短其使用寿命。轴承中的凹槽会产生向心力，而在轴承组装阶段，公差的累积可能导致小的侧向载荷。对于这种情况，较小的装配偏距比较合适，可获得更高的运行稳定性。轴承间隙必须足够大（但是不可过大），确保轴承自由转动，从而抵消轴承提供的重要轴支撑机构。一般来说，运行间隙为0.0015 mm/mm（相对轴直径），最小的间隙为0.08 mm。对于非金属轴承，还必须考虑液体吸收和热膨胀。这些余量必须考虑在内，而且可以通过减小壁厚将其减至最小值。任何情况下，泵的运行动力学都取决于轴和轴承之间建立的正确运转间隙。标准的泵套材料例如400或300系列不锈钢与非金属材料可以有很好的相互作用。对于盐或含盐的水，300不锈钢和双相不锈钢具有更好的耐腐蚀性。如果被泵送的液体中含有大量的磨蚀性颗粒，硬质泵套可以延长轴承的使用寿命。一般来说，轴承应该开槽，这些凹槽可以确保足够的流体通过轴承，从而使磨蚀性颗粒顺利通过。在清洁流体中运行的一些较小轴承（轴直径小于50 mm）可以在没有凹槽的条件下很好的工作。无论哪一种情况，都建议清洁的水可以流过轴承，确保足够的润滑和冷却。 图2. Thordon SXL系列泵用轴承具有优异的载荷分布、低摩擦系数和干启动能力。不要忘记泵轴承空间是一个泵设计者的职责，但如果轴承的材料不同，这也会成为泵的维修者经常要考虑的问题。最好的方法是设定一个轴/轴承系统刚度，其一阶弯曲临界转速比运转速度多出10%~20%的幅度（刚轴设计），然而较小的转轴使用更柔性的轴承，例如橡胶制成的轴承，一般在一阶和二阶弯曲临界转速之间的运转速度基础上进行设计（柔性轴设计）。转轴的临界极限值必须由实际轴承和支撑系统的刚度值确定。许多非金属轴承的刚度相对于典型的轴弯曲刚度是足够高的，因此在设定空间要求时，可认为与金属轴承相同。使用较低强度的橡胶材料可能需要更紧的轴承空间或转换成柔性轴设计。全世界大多数已装机的立式泵在泵的安装平面下都不需要任何水平结构支撑。这表示支撑着轴承（也支撑着轴总成）的泵壳本身相当柔韧，而且要经受转动速度范围内可能的共振。如果这一问题在机器的设计过程中没有得到仔细调研，轴承可能失效，这种罕见的磨损模式可能会与失效模式相互混淆。许多立式泵安装在水坑中，而没有正确考虑水的流速或与底部、背面、侧面相邻的泵间的间隙规则，而这些规则在操作手册和支持文献中都有提供，忽略这些规则可能导致气蚀和/或分离，从而导致运行中的过度振动和可能的轴承损坏。另外，假如违反泵制造商制定的最小下沉建议深度，可能会产生漩涡，使入口流体中夹带空气，而导致机械的振动。许多泵是按照性能曲线运行的，而没有正确地考虑最佳效率点。如果泵被高度节流或在最高效率点之外运行，那么过度的振动可能还会导致过热和轴承的损坏。通常的做法是动态平衡立式泵的叶轮，确保无振动的平稳运行。然而，如果叶轮在铸造过程中其中心发生移动，不但会导致机械不平衡，还会导致水力学上的不平衡。对于后者，动态平衡无论如何也无法改善这一状况，它会导致过度的振动，缩短轴承的使用寿命。使用非金属轴承非金属轴承有很多优点，包括冲击公差、低摩擦、自润滑特性和边缘载荷能力。包括Thordon在内的大多数非金属轴承都具有显著的电阻，因此，杂散电流不是轴承腐蚀的一个因素，接触点不会导致电腐蚀。只要不同的泵和系统的设计问题经过仔细研究和考虑，非金属轴承将确保泵拥有多年的优良使用寿命。总之，无论是在原来的泵设计过程或修理阶段进行，都应该在设备投入使用前考虑泵的设计问题。 图3. Thordon的新型热塑性材料ThorPlas可以制造泵用轴承，处理相对清洁的流体。ThorPlas比其它Thordon级别的材料拥有更广泛的化学相容性和更高的使用温度。上一篇：机床主轴对滚动轴承的基本要求
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