نکاتی در مورد محل نصب پمپ‌های گریز از مرکز:
اردیبهشت ۱۹, ۱۳۹۶
عیب یابی پمپ های سانتریفیوژ
عیب یابی پمپ های سانتریفیوژ
شهریور ۱۳, ۱۳۹۶

ياتاقان هاي پمپ Pump bearings

ياتاقان هاي پمپ


وظيفه اصلي ياتاقانها در پمپهاي گريز از مركز آنستكه هنگاميكه اجزاء گردنده پمپ در معرض نيروهاي محوري و شعاعي قرار ميگيرند؛یاتاقانها حفظ موقعيت و همراستايي صحيح اجزاء ثابت پمپ با اجزاء گردنده را مهيا مي نمايند. همچنين ياتاقانها بايد به محور اجازه چرخش با حداقل اصطكاكبرای به حداكثر رسانيدن بازده عملكردي پمپ رابدهند.
علاوه براين ياتاقانها بايد كليه نيروهاي محوري و شعاعي كه درحين عملكردهاي متفاوت محور به آن وارد مي شود را جذب نمايند.در پمپهاي گريز از مركز افقي كه مكش پمپ در انتهاي آن قرار گرفته (End suction)است ،هر دو ياتاقان آن در يك طرف پروانه قرار گرفته و پروانه در این پمپها بصورت معلق(overhung) قرارمیگیرد.شکل زیر را ببینید.
یاتاقان پمپ بيشتر پمپهاي چند مرحله اي (Multistage pumps) داراي يك ياتاقان در هر انتهاي محوربوده و پروانه هاي انها در بين این یاتاقانها قرار ميگيرند .(اصطلاحا به این پمپها between bearing گفته میشود).نمونه ای از این پمپها درشکل زیر نشان داده شده است.
یاتاقان پمپ
بيشتر پمپهاي چند مرحله اي (Multistage pumps) داراي يك ياتاقان در هر انتهاي محوربوده و پروانه هاي انها در بين این یاتاقانها قرار ميگيرند .(اصطلاحا به این پمپها between bearing گفته میشود).نمونه ای از این پمپها درشکل زیر نشان داده شده است.
در بيشتر موارد معمولا ياتاقانهاي شعاعي(Radial bearings) در انتهاي محورو در موقعيت نزدیک به كوپلينگ نصب شده و ياتاقانهاي محوري(thrust bearings) در طرف ديگر محور قرار ميگيرند.
در پمپهاي گريز از مركز با دو مكش (double-suction pumps)؛ چون جريان از هر دو طرف به پروانه ضربه وارد مي كند؛لازمست تا در نيروهاي محوري آن بالانس هيدروليكي درنظر گرفته شود.
سايش غیریکنواخت در رينگهاي سايشي می تواند باعث اثرات زیانباری بر روی این بالانس گردد. همچنين جريان ورودي به دو قسمت چشم پروانه در قسمت مكش ممكن است به دليل قرار گيري نا مناسب لاينهاي مكش با يكديگر فرق داشته كه اين نيز مي تواند در بالانس هيدروليكي موثر باشد.
بنابراين با توجه به اين توضيحات لازم است تا از يك ياتاقان تراست كه بارهاي محوري را تحمل مي كند(thrust bearing) نيز دراين قبيل پمپها استفاده شود.
ياتاقانها در داخل محفظه اي كه به پوسته پمپ متصل شده است قرار مي گيرند.
در داخل اين محفظه معمولا ماده روان كننده قرار مي گيرد ولي در برخي موارد مي توان جهت كنترل دماي عملكرد ياتاقانها در محدوده قابل پذيرش آنها از ادوات كنترل دما در داخل اين محفظه نيز استفاده كرد.
معمولا بر روي محفظه ياتاقانها از يك پوسته اي(Jacket) كه در داخل آن آب سرد جاري مي باشدنيز استفاده ميكنند.وجود چنين پوسته اي در مواردي كه دماي محيط در اطراف پمپ بالا بوده ويا محصول پمپاژ شده توسط پمپ داراي دماي افزاينده اي باشد؛بسيار ضروري است.

نيروها(بارهاي) وارده بر ياتاقان(Bearing loads)

طول عمر يك ياتاقان به بارهاي وارده برآن و همچنين سرعت چرخش پمپ بستگي دارد.علاوه بر نيروهاي فيزيكي كه برآن وارد ميگردد؛نيروهاي اصلي كه در نتيجه نيروهاي هيدروليكي هستند نیز وجود داشته که این نیروها در پوسته پمپ و در قسمت پروانه به آن وارد مي گردند.
نيروي محوري كه در يك پمپ فرايندي افقي با مكش تكي ايجاد مي شود در اثر عملكرد نيروهاي هيدروليكي در قسمت جلو و عقب پروانه ايجاد مي گردد.
بزرگي و جهت برآيند اين نيروها به نوع طراحي پروانه و شرايط جريان بستگی دارد.
در شكل زير اين نيروها نشان داده شده اند.
یاتاقان پمپ در بيشتر موارد برآيند اين نيروهاي محوري بطرف مكش پمپ خواهد بود و باعث بوجود آمدن فشاري برروي لايه پشتي پروانه(back shroud) جهت غلبه بر فشار موجود در قسمت جلوي پروانه مي گردد.
در پمپهايي كه داراي پروانه بسته(Closed impeller) ميباشند؛برای كاهش نيروهاي محوري از رينگهاي سايشي پشتي استفاده ميگردد.همچنين در اين قبيل پروانه ها ممكن است از سوراخهاي بالانس محوري جهت ارتباط بين فشار بالا در قسمت پشت پروانه با فشار موجود در مكش در قسمت چشم پروانه نيز استفاده میگردد.اين كار باعث كاهش نيروي محوري بطرف مكش ميگردد.
درموارديكه فشار موجود در مكش بالا باشد اين نيروي محوري برآيند مي تواند معكوس شود.در شكل زير دياگرام اين نيروها در پروانه هاي بسته نشان داده شده است.
یاتاقان پمپ پمپهای با پروانه باز (Open Impeller) اغلب داراي پره هاي بيروني در قسمت پشت پروانه بوده كه اين پره ها باعث كاهش فشار موجود در پشت پروانه شده و درنتيجه از مقدار برآيند نيروي محوري به طرف مكش پمپ مي كاهد.
در شكل زير دياگرام اين نيروها در پروانه هاي باز نشان داده شده است.
یاتاقان پمپ
نيروي شعاعي حاصل از پروانه با زاويه 90 درجه به محور وارد شده و اين نيرو باعث خواهد شد تا بارهاي شعاعيبرروي ياتاقانها و مخصوصا برروي ياتاقان شعاعي پديد بيايد.عوامل ديگري همچون غير بالانس بودن روتور؛عدم هم راستايي محور و همچنين وزن اجزاء گردنده نيز مي توانند برروي بارهاي شعاعي اثر گذار باشند.كجي(deflection) بيش از حد محور از جمله موارديست كه مي تواند بسيار زيانبار باشد.حد استاندارد محدوده مجاز كجي محور در بدترين وضعيت به اندازه 0.002 اينچ میباشد.بدترين وضعيت براي يك پمپ با مكش تكي هنگامي است كه قطر پروانه در حداكثر مقدار خود بوده و پروانه با اين قطر با بيشترين سرعت چرخيده و در مقابل اين شرايط؛شير خروجي نيز بسته شود.
اين وضعيت را مي توان به عنوان حادترين شرايط كاركردي پمپ در نظر گرفت
در يك پمپ فرايندي با مكش تكي؛ياتاقان تراست در داخل محفظه ياتاقان(housing) قرار گرفته و نيروي محوري از طرف پروانه در راستاي خط المركز محور به آن وارد مي گردد.
به رينگ بيروني ياتاقان شعاعي اجازه داده مي شود كه جهت ايجاد هم خواني بين هرگونه انبساط ويا انقباض در طول محور؛اندكي حركت جزئي داشته باشد.

ياتاقانهاي ساچمه اي يا بلبرينگ (Ball bearings)

در حاليكه انواع ياتاقانها به تعداد زيادي در كاربردهاي ويژه اي ازپمپهای گریز از مرکز مورد استفاده قرار مي گيرند؛ولي در پمپهاي گريز از مركز مدرن؛ عمدتا به استفاده از یاتاقانهای ساچمه ای ضد اصطکاک(Anti friction ball bearing)وابستگی زیادی وجوددارد.
بلبرينگها از يك رينگ داخلي و يك رينگ خارجي فولادي سخت كاري شده تشكيل گرديده اندكه اين رينگها بوسيله تعدادي ساچمه فولادي از يكديگر جدا گرديده اند.رينگ داخلي برروي محور قرار گرفته و رينگ بيروني در داخل محفظه ياتاقان (housing) فيكس مي شود.
ساچمه ها بوسيله يك جداكننده كه وظيفه آن كمك به كاهش مقدار اصطكاك مي باشد از اطراف ياتاقان جدا گرديده اند.اين قطعات با تلرانسهاي بسيار بسته توليد گرديده ولذا ضروريست كه هنگام تعمير ويا بازسازي محور ومحفظه ياتاقان ، ميزان تلرانسهاي ماشين كاري در همين سطح رعايت گردد.
در هنگام نصب يك بلبرينگ لازم است تا حداكثر مراقبت در خصوص پاكيزگي محل نصب و دقت در آن لحاظ گردد.
بلبرينگها بر اساس نوع بار و نيرويي كه لازم است خود را با آن وفق دهند طبقه بندي مي شوند.سايز و رده (class) بلبرينگها بوسيله انجمن سازندگان ياتاقانهاي ضد اصطكاكي(AFBMA) :
(Anti-Friction bearing manufactuning)
وكميته مهندسين ياتاقانهاي مدور(ABEC) :
(Annular bearing Engineers committee)
تعيین مي گردد.
در كميته ABEC پنج طبقه بندي (1-3-5-7-9) براي بلبرينگها درنظر گرفته مي شود.در اين طبقه بندي رده 1 به عنوان رده استاندارد و رده 9 به عنوان رده با دقت بالا تعريف مي گردد.
بلبرينگهاي مختلفي در پمپهاي گريز از مركز مورد استفاده قرار مي گيرد كه مهمترين آنها بلبرينگ تك رديفه با شيار عميق(Single Row deep groove)
مي باشد.نمونه اي از اين بلبرينگها در شكل زير نشان داده شده است:
یاتاقان پمپاين بلبرينگها قادرند كه نيروهاي شعاعي را تحمل كرده و طراحي آنها به گونه اي است كه تماس بين ساچمه ها بسيار بسته بوده و شيار عميق آنها در هر رينگ ادامه پيدا كرده كه اين خود سبب ميگردد تا اين ياتاقانها نيروي محوري را نيز تحمل نمايند.همچنين اين ياتاقانها قادرند نيروهاي تركيبي حاصل از بارهاي شعاعي و محوري را نيز تحمل نمايند.در پمپهاي بسيار كوچك ياتاقانهاي شعاعي و محوري از اين نوع ياتاقان خواهند بود.
متداولترین اندازه های یاتاقانهای مورد بحث با کاسه نمد فلزی ولاستیکی نیز تولید میشود.اندسته از این نوع یاتاقانها که در دوطرف خود ،کاسه نمد دارند باگریس نیز پرشده اند وبه همین دلیل نباید آنها را درهنگام جازدن گرم نموده ویا شست.مقدار گریس داخل یاتاقان معمولا 25 الی 35 درصد فضای خالی داخل یاتاقان می باشد.کاسه نمدهای فلزی معمولا باپسوند z(یک طرف)و 2z(دوطرف)یاتاقان مشخص می شوند.این نوع کاسه نمدها باحلقه داخلی یاتاقان فاصلهداشته واصولا وقتی باید مورد استفاده قرارگیرند که حلقه های داخلی بچرخد.درصورت چرخش حلقه بیرونی امکان نشت گریس وجود دارد.
در پمپهايي با سايز بزرگتر نظير پمپهاي ANSI وياAPI فقط و فقط در ياتاقانهاي شعاعي از اين نوع بلبرينگها استفاده مي گردد.
یاتاقانهای دوردیفه با تماس زاویه ای(double row angular contact) از جمله یاتاقانهایی هستند که معمولا بعنوان یاتاقانهای تراست از انها استفاده میگردد.این یاتاقانها دارای دوردیف ساچمه بوده که درداخل یک کنس(race) قرارداده می شوند.این یاتاقانها قادر به تحمل نیروی محوری واقعی را در هردوجهت دارابوده وهمچنین بدلیل دو ردیفه بودن ساچمه ها می توانند نیروی شعاعی بزرگتری را نیز تحمل نمایند.درشکل زیر نمونه ای از این یاتاقانها نشان داده شده است.
یاتاقان پمپ
البته در طراحی های اخیر و در مواردی که از پمپها در عملیاتهای کاری سنگین (heavy duty) استفاده می شود اصولا تمایل به استفاده از دویاتاقان تک ردیفه با تماس زاویه ای به جای یاتاقان دو ردیفه می باشد.یک یاتاقان با تماس زاویه ای وتک ردیفه صرفا جهت تحمل یک نیروی محوری سنگین دریک جهت طراحی می شود.البته این یاتاقانها می توانند نیروی شعاعی کمی رانیز تحمل کنند.زاویه تماس بوسیله یک پله بلند بر روی رینگ قطری درمقابل هم قرار گرفته اند.یاتاقانهای تک ردیفه تماس زاویه ای معمولا به دوصورت استاندارد تولید می شوند: گروه اول بدون پسوند درجلوی شماره اصلی خود برای مواقعی استفاده می شوند که یاتاقان بصورت تکی درموقعیت خود نصب می شود.گروه دوم باپسوند CB درمواردی مورد استفاده قرار می گیرند که یاتاقان بصورت دوتایی نصب می شود.این گروه که عموما اندازه های بزرگ بلبرینگ را شامل می شود به گونه ای برای مصارف عمومی با یکدیگر مطابقت داده شده اند که بعد از نصب به لقی دلخواه از پیش تعیین شده رسیده وتوزیع بار بر روی آنها بصورت یکنواخت صورت گیرد.نمونه ای از این یاتاقان درشکل زیر نشان داده شده است.
یاتاقان پمپ درپسوند CB فوق الذکر ،C نشاندهنده وجود لقی ،B معرف مقدار آنست.لقی های کمتر با CC وبالاتر با CA مشخص می شوند.وجود بار اولیه دریاتاقان نیز با علامت GA,GBوGC مشخص می شود.استفاده از دویاتاقان تماس زاویه ای دریک محل همانگونه که قبلا گفته شد بخاطر موقعیت دهی محوری شافت از دوسمت ونیز در مواقعی که استفاده از یک یاتاقان برای مقدار بار اعمال شونده کافی نباشد در نظر گرفته می شوند.
یاتاقانهای با تماس زاویه ای دوبل همواره به سه روش قرار میگیرند:
1-بصورت پشت سرهم(Tandem Arrangment)
2-بصورت پشت به پشت(Back-to-Back)
3-بصورت روبروی هم(Face-to-Face)
در روش پشت سرهم خطوط نیرو(بار)بصورت موازی بوده واین دوجفت ساچمه میتوانند گنجایش نیروهای محوری را دریک جهت صرفا با تقسیم نیروها بصورت یکسان بین دوساچمه عملی سازند.این مدل قرارگیری هنگامی مورد استفاده قرار می گیرد که طراحی پمپ بگونه ای باشد که برایند نیروهای محوری فقط در یک مسیر باشند.شکل زیر را ببینید.
یاتاقان پمپ
درمدل قرارگیری بصورت روبروی هم، خطوط نیرو هنگامیکه به خط المرکز یاتاقان نزدیک می شوند بصورت همگرا میگردند.این مدل می تواند نیروهای محوری رادرهردومسیر درنظر گرفته که این البته بوسیله یک یاتاقان در یک زمان امکان پذیر میگردد.این مدل قرارگیری برای حالتی که در اثر عدم هم محوری ،ممانهای خمشی یا کج شونده(tilting moments) بوجود امده مناسب نمی باشند.
درمدل قرارگیری پشت به پشت ،خطوط نیرو هنگامیکه به خط المرکز یاتاقان نزدیک می شوند بصورت واگرا میگردند.همچنین این مدل می تواند نیروهای محوری را در دومسیر تحمل نماید.دراین مدل اولین یاتاقان باعث انتقال نیرو از کنس داخلی وسپس ساچمه و انتقال ان به طرف کنس بیرونی میگردد.این مدل قرارگیری یاتاقان ها ،معمولا در پمپهای فرایندی مورد استفاده قرار می گیرند.همچنین در مواردی که ممانهای خمشی که حاصل عدم هم محوری شافت می باشد وجود داشته باشند انگاه قرارگیری یاتاقانها به اینصورت توصیه میگردد.

سایر انواع یاتاقانها


رولبرینگهای استوانه ای
دربرخی از پمپها به جای بلبرینگهای شیار عمیق تک ردیفه از رولبرینگهای استوانه ای بعنوان یاتاقان شعاعی استفاده می شود.این رولبرینگها ،دارای یک سری غلتکهای استوانه ای بوده که در بین کنسهای داخلی وبیرونی یاتاقان قرارگرفته اند.هرچند که این نوع یاتاقان توانایی تحمل بارهای محوری را ندارد ولی در این یاتاقان اصطکاک بسیار کم بوده ومی توانند بارهای شعاعی بزرگی را تحمل کنند.این نوع یاتاقانها ضمن قابلیت درتحمل بارهای سنگین ،قادر به چرخش باسرعتهای بالا نیز هستند.دریک نوع از انها که شماره آن با حرف NU اغاز می شود حلقه پائینی بدون لبه وقابل تفکیک شدن است ودرنوع دیگر که با حرف N مشخص می شود حلقه بالایی بدون لبه می باشد.در مواردی نظیر انبساط طولی شفت در اثر حرارت،امکان جابجایی حلقه ها درامتداد محوری از ایجاد تنش جلوگیری می کند.درنوع دیگر که باحرفNJ شروع میشود حلقه داخلی در یک سمت دارای لبه است،لذا امکان تغییر مکان محوری از یک سمت وجود دارد.درسری که با حرف NUP شروع می شوند ،حلقه پائینی دریک سمت لبه یکپارچه ودر سمت دیگر لبه جداشدنی دارد.این نوع طراحی باعث می شود که درابتدا یاتاقان قابل تفکیک را براحتی نصب نموده وسپس با گذاشتن لبه شل درجلوی آن،رولبرینگ را از دوطرف درامتداد محوری تثبیت کرد.
یاتاقانهای ژورنال (journal bearings)
از جمله عمومی ترین این نوع از یاتاقانها ،نوع بوشی(sleeve type) می باشد که این نوع یاتاقان قادر به جذب نیروهای شعاعی از محور بوده ولی نمی توانند نیروهای محوری را تحمل کنند. این نوع یاتاقان در اکثر پمپهای بزرگ دارای یک سطح داخلی بوده که دربیشتر موارد این سطح از فلز الیاژی بابیت(babbit) ساخته می شود.این پوشش فلزی باعث کاهش اصطکاک گردیده و هرگونه ذرات خارجی که وارد این محفظه گردد ،درداخل این پوشش فرورفته واز صدمه دیدن محور جلوگیری میگردد.
روانکاری مناسب وخوب از جمله پارامترهای کلیدی وحساس در طول عمر این یاتاقانها به حساب می اید.برای ایجاد یک فیلم روغن پایدار بین یاتاقان و محور ،درداخل سطوح یاتاقانها همواره از شیارهای مخصوص پخش روغن استفاده گردیده است.
روغن روانکاری(oil lubrication)
گرید ویسکوزیته ISO بر ویسکوزیته روغن در دمای 40درجه سانتی گراد دلالت دارد.بعبارت دیگر مثلا ISO VG 100 به معنای انستکه روغن دردمای 40 درجه سانتی گراد دارای ویسکوزیته 100 سانتی استوکس می باشد.هگامیکه گرید ویسکوزیته افزایش می یابد انگاه این روغنها روانکاری مناسب ورضایت بخشی را برای یاتاقانها بوجود اورده که البته باید محدودیتهای افزایش دما را نیز در نظر گرفت.اغلب پمپها به یک روغن با گرید ISO VG 68 ویا ISO VG 100 برای ایجاد یک روانکاری مناسب ومطمئن دریاتاقان نیاز خواهند داشت.درروغنهای معدنی بدلیل بروز اکسیداسیون در روغن دراثر کارکرد پمپ بصورت مداوم در دمای 100درجه سانتی گراد می بایست این روغن هر سه ماه ویا 2000ساعت کارکرد (هرکدام که زودتر روی دهند) تعویض گردد.هرچند که روغنهای مصنوعی(Synthetic) باتوجه به اینکه مقاومت بیشتری درخصوص دما دارند لذا این خاصیت باعث میگردد که در پریودهای بلندتری تعویض گردند.بعنوان یک راهنمای کلی ،هنگامیکه سطوح الودگی درروغن که شامل ذرات ویا اب است ،حداکثر 0.2% گردند انگاه لازم است تا روغن تعویض گردد.
روانکاری استاتیکی
دریک پمپ افقی،سطح روغن می بایست در مرکز پائین ترین ساچمه در درون یاتاقان قرار بگیرد.(شکل زیر).همچنین روغن میبایست قادر باشد تا از هردوطرف یاتاقان توانایی ورود به انرا داشته باشد.(مخصوصا در یاتاقانهای تک ردیفه ودو ردیفه).
هنگامیکه بر روی محفظه یاتاقان از یک نشانگر شیشه ای(sight glass) استفاده گردد،اینکار باعث افزایش قابلیت اطمینان در کیفیت نشان دادن سطح روغن نسبت به روغندانهای با سطح ثابت(constant level oil) میگردند.(درقسمت بعدی توضیح داده خواهند شد).ذکر این نکته لازم است که سطح روغن نشان داده شده درنشانگر شیشه ای هنگامی که پمپ در حال کار کردن می باشد ممکن است اندکی متغیر باشد که این خود بستگی به چرخش محورپمپ ونوع نشانگر شیشه ای مورد استفاده دارد.
روغندانهای سطح ثابت (constant level oiler)
همانگونه که از نام انها پیداست این روغندانها برای نگه داشتن یک سطح ثابتی از روغن در داخل مخزن روغن ویا محفظه یاتاقان می باشد.هنگامیکه سطح روغن پائین بیاید انگاه هوا به این روغندان وارد گردیده وبه روغن موجود در آن نیرو وارد می کندتا این روغن را به محفظه یاتاقان وارد نماید.به همین طریق،یک سطح ثابتی از روغن در داخل محفظه یاتاقان ثابت نگه داشته می شود.ذکر این نکته لازم است که ماهیت وساخت روغندانهای سطح ثابت به گونه ای است که همواره تمایل به گرفتگی درداخل انها زیاد می باشدفلذا میبایست درزمانهای لازم نسبت به تعمیرات انها اقدام گرددوگرنه این گرفتگی باعث میگردد که سطح ومقدار روغن به اشتباه نشان داده شود.
روانکاری با رینگ روغن (oil ring lubrication)
این ساختار،معمولا از یک رینگ برنجی که بر روی محور بصورت معلق قرارگرفته ودرزیر یاتاقان بصورت اویزان شده در داخل مخزن روغن می باشدتشکیل گردیده است.هنگامیکه این رینگ به همراه محور به چرخش در می اید،انگاه رینگ، روغن راازداخل مخزن روغن به بالا کشیده وانرا به داخل یاتاقانها وارد میکند.سوراخ رینگ معمولا به اندازه 1.6-2 برابر قطرمحوربوده وهمچنین مخزن روغن باید بگونه ای قراربگیرد که رینگ به اندازه حدودا 10 تا 20 درصد قطرآن درداخل ظرف غوطه ور شود.درحالیکه این سیستم برای پمپهایی که سرعت بالایی دارند مناسب می باشد ولی این حالت میتواند باعث بروز سایش دراجزای رینگ گردد.برای بالابردن میزان بازدهی واثربخشی لازمست که خط المرکز پمپ کاملا بصورت افقی قرارگرفته ودرغیر اینصورت هرگونه انحراف درخط المرکز باعث کاهش توانایی کارکرد مجموعه درانتقال روغن از داخل مخزن روغن به بالا میگردد.

کالاپمپ، تخصصی ترین مرکز مشاوره، تامین و تعمیر انواع پمپ و موتور آلات صنعتی در ایران