Дефектация узлов компрессоров с подшипниками качения

Подшипники качения являются наиболее распространенным элементом опорных узлов компрессоров. В компрессоростроении применяют шариковые и роликовые подшипники (радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные, упорные) классов 0, 6, 5 (ГОСТ 520—89).

Работоспособность подшипников качения в значительной сте­пени зависит от радиальных зазоров и осевой игры подшипника.

Радиальный зазор — зазор между кольцами и телами каче­ния — определяет свободу взаимного перемещения колец в ра­диальном направлении.

Различают три вида радиальных зазоров:

а) начальный зазор до установки подшипника на вал или в корпус;

б) посадочный зазор после установки подшипника на рабочее
место;

в) рабочий зазор под рабочей нагрузкой при установившемся
температурном режиме в подшипниковой опоре.

Осевая игра — полное осевое перемещение кольца подшип­ника из одного крайнего положения в другое при неподвижном парном кольце.

Подшипники качения становятся непригодными к дальнейшей эксплуатации из-за абразивного и усталостного изнашивания, коррозии и разрушения сепараторов. При работе машины возни­кают перекосы опор; в опору могут попадать вода, пыль, продукты изнашивания других элементов узла; от конденсируемой внутри опоры влаги на телах качения появляется коррозия и т. д. Ин­тенсивность изнашивания усиливается некачественным либо не­достаточным смазыванием подшипников. Нарушается нормаль­ный контакт тел качения с дорожками и происходит абразивное изнашивание подшипника, снижается точность его вращения, повышается шум. Особенно быстро изнашивание происходит при наличии нулевого или отрицательного рабочего радиального за­зора (осевой игры) из-за разности температур вала и корпуса, неправильно выбранного начального радиального зазора, не­правильно выбранной или выполненной посадки подшипника на вал или в корпус и т. д.

Одной из основных причин разрушения сепаратора является относительный перекос колец. Сепараторы вначале изнашиваются, а затем разрываются.

Возможные дефекты опорных узлов компрессоров с подшип­никами качения приведены в таблице 2.3.

Дефектацию узлов с подшипниками качения начинают с тщатель­ного визуального осмотра. Осмотром проверяютвращение наружных колец, которое должно быть ровным, с медленной оста­новкой, без стуков, рывков и заеданий. Рывки указывают на на­личие в подшипниках механических или абразивных частиц, рез­кое торможение — на малый радиальный зазор, стуки — на вмя­тины и коррозионные раковины на телах и дорожках качения, на большие зазоры в гнездах сепараторов. В нагруженной зоне все тела качения должны вращаться.

К дальнейшей эксплуатации не допускаются подшипники, если уних обнаружены трещины на кольцах, телах качения и се­параторах; сколы на кольцах; рабочих бортах колец и телах ка­чения; забоины, вмятины и шелушение на дорожках и телах ка­чения; сепараторы с недопустимым провисанием и неравномер­ным шагом окон; продольные риски на роликах; тугое вращение или чрезмерно большой зазор; остаточный магнетизм.

При разборке подшипниковых опор контролируют: состояние тел качения, колец и сепараторов; радиальный зазор и осевую игру; состояние и размеры посадочных поверхностей вала и кор­пуса; качество установки подшипника, центровку корпуса относи­тельно вала; легкость и наличие шума при вращении.

При наличии дефектов подшипники качения, как правило, не ремонтируют, а заменяют новыми. Ремонту подлежат шейки валов под подшипники, системы смазывания и защиты. Ремонт подшипниковых узлов чаще всего связан с полной или частичной разборкой, заменой и (или) регулировкой подшипников.

При демонтаже подшипников качения соблюдают основные правила:

а) усилие демонтажа должно передаваться через кольцо, сопряженное с натягом;

б) осевое усилие демонтажа должно совпадать с осью вала
или корпуса.

Демонтаж подшипников качения часто затруднен из-за за­щемления шариков или роликов при увеличенном из-за износа радиальном зазоре или из-за перекоса внутреннего или внешнего кольца подшипника относительно геометрической оси посадочных поверхностей при демонтаже.

Применяют три способа демонтажа подшипников: прессовый, термический и ударный. Используют и их сочетание.

Прессовый метод основан на приложении к демонтируемому подшипнику постоянного или равномерно увеличивающегося усилия (усилия распрессовки). Желательно, чтобы это усилие равномерно распределялось по окружности демонтируемого кольца подшипника. В полной мере этот метод реализуется при исполь­зовании для демонтажа подшипников специальных прессов. Дру­гой реализацией этого метода, чаще используемой в ремонтной практике, является применение специальных съемников (рис. 2.5).

При термическом методе охватывающую деталь слегка подогревают, добиваясь ослаб­ления натяга вследствие ее ли­нейного расширения.

При ударном методе демон­таж проводят легким постукива­нием по кольцу подшипника, установленному с натягом. Удары непосредственно по подшипникам запрещены, их передают через выколотки из мягкого металла.

Особое внимание следует уделять демонтажу внешних колец подшипников из отверстий корпусных деталей. Для этой операции, представ­ляющей определенную сложность, обычно приме­няют специальные съемники, рассчитанные на последовательное изменение расстояния между захватами.

Нулевой или отрицательный рабочий радиальный зазор нере­гулируемого подшипника при длительной работе опоры может привести к недопустимому нагреву опоры, деформации тел ка­чения, беговых дорожек и даже заклиниванию и разрушению под­шипника. Дефект легко выявляется при внешнем осмотре опоры (узла). В зависимости от причины возникновения дефекта (см. табл. 2.3) возможны два способа его устранения:

1) установка подшипника с большим начальным радиальным зазором;

2) устранение причины нерасчетного изменения посадочного радиального зазора; восстановление при ремонте необходимых размеров вала и расточки корпуса.

Начальный радиальный зазор определяют по схеме, приведенной  на рис. 2.6. Желательна проверка начального радиального зазора не только у нового подшипника, но и при каждом его снятии с последующей установкой. Значение начального радиального зазора заносят в ремонтный формуляр механизма. Износ подшипника определяют как разность значений начального радиального зазора для под­шипника, бывшего в работе, и зазора нового подшипника.

Посадочный радиальный зазор можно определить замером его по схеме, приведенной на рис. 2.7.

Удовлетворительные резуль­таты дают расчетные зависимости для определения посадочного радиального зазора δ_п:

- при установке подшипников на вал                    \

δ_п = δ_н - 0,7H;

-при установке подшипников в корпус

δ_п = δ_н - 0,8H,

где δ_н — начальный радиальный зазор; Н — фактический натяг при посадке подшипника.

Рабочий радиальный зазор δ_р можно только прогнозировать расчетным путем:

δ_р = δ_п ± ∆_t.

Здесь ∆_t. — изменение радиального зазора в подшипнике в резуль­тате перепада температур при нагреве узла в процессе работы (знак «+» в формуле берется, если температура корпуса t_к при работе выше температуры вала t_в; при t_в > t_к радиальный зазор в подшипнике уменьшается — в формуле берется знак «-»)

∆_t = α (t_в — t_к) d₀,

где α — коэффициент линейного расширения (для стали α = 11·10^-6 1/°С); d₀ — средний диаметр подшипника; t_в, t_к - температура вала и корпуса при установившемся режиме работы.

Рабочий радиальный зазор определяют для самых тяжелых  температурных режимов работы опоры (при максимальной раз­ности температур вала и корпуса). Для правильно выбранного подшипника рабочий радиальный зазор не должен быть меньше половины начального радиального зазора подшипника по основ­ному ряду.

Из опыта установлено, что при температуре зала t_в = 75... 100 °С перепад t_в — t_к  = 10... 15 °С, при t_в = 100... 150 °С перепад t_в — t_к  = 25... 40°С, при t_в = 150... 200°С перепад t_в — t_к   = 40... 60 °С.

В опорных узлах компрессоров широкое применение находят сдвоенные радиально-упорные шариковые подшипники. Осевой зазор в таких подшипниках регулируют подбором толщины уста­новочных колец. Надежная работа опоры зависит от правильной установки и систематического контроля (регулировки) осевого зазора в процессе эксплуатации компрессора.

Суммарный осевой износ сдвоенных радиально-упорных ша­рико­подшипников ведущего ротора винтового компрессора уже через 5…6 тыс.ч работы составляет 0,07…0,1 мм, а через 13…15 тыс.ч безремонтной эксплуатации у наиболее нагруженных компрессоров, работающих в режиме одноступенчатого сжатия при начальном давлении 0,08 МПа и конечном давлении 1,2 МПа он достигает 0,18—0,25 мм. Из-за осевого зазора в сдвоенных под­шипниках ротор смещается в сторону всасывания на размер из­носа, вследствие чего изменяются размеры торцовых щелей, сни­жается объемная производительность компрессора, возрастают пере­течки газа между полостями. При осевом зазоре 0,3…0,4 мм и более роторы начинают касаться секции всасывания и повреж­дать ее.

Для правильной сборки сдвоенных радиально-упорных шари­ковых подшипников соблюдают следующие требования:

· при замене одного или двух подшипников заново регули­руют осевой зазор за счет изменения толщины одного из устано­вочных колец (подшипники не взаимозаменяемы);

· при изготовлении установочных колец окончательный раз­мер получают шлифовкой обоих торцов на плоскошлифовальном станке, обеспечив разностенность не более 0,02 мм;

· после окончательной сборки подшипникового узла прове­ряют индикатором посадочный осевой зазор, перемещая вал в край­ние левое и правое положения.

Толщину установочных колец можно определять с помощью приспособления, показанного на рисунке 2.8.

Подшипники собирают в приспособлении без наружного уста­новочного кольца 5. Гайкой 6 регулируют осевой зазор, измеряя его индикатором 7. Проверяют плавность вращения подшипни­ков, измеряют щупом зазор t через отверстия в четырех точках или определяют по результатам измерений в четырех точках размер А. Изготовляют наружное кольцо 5 толщиной, равной среднему значению результатов измерений. Вновь собирают подшипники с наружным уста­новочным кольцом, затянув гайку 6 приспособления до отказа. Проверяют осевую игру и плавность вращения подшипников.

 

Для оценки состояния опорного узла необходимо знать фактические значения осевого зазора (износа) каж­дого подшипника опоры. Для опор винтовых компрессоров можно использовать схему определения осевого зазора, приведенную на рисунке 2.9[33].

Со стороны ведущего ро­тора демонтируют запорную крышку секции нагнетания и устанавливают (с крепле­нием шпильками) планку 9. На крышке сальника 15 уста­навливают скобу 16 с инди­катором 17. Отвинчивают гайку 11 и завинчивают до упора гайку 13. Ротор при­тягивается к секции нагне­тания, торцовый зазор А полностью выбирается. Затем отвинчивают гайку 13 и завин­чивают гайку 11. Ротор сдвигается к секции всасывания, и индикатор показывает суммарное значение осевого износа первого шарикоподшипника δ₁  (со стороны всасывания) и торцо­вого зазора А. Начальное значение торцового зазора А указы­вается в заводском сертификате компрессора. Для каждого ком­прессора оно индивидуально и обычно равно 0,08—0,1 мм. Осе­вой износ первого шарикоподшипника U₁ равен разности показа­ния индикатора и значения торцового зазора:

U₁ = δ₁ - А.

Чтобы определить износ второго подшипника, устанавливают промежуточное кольцо 14 и завинчивают винты 10. Промежуточ­ное кольцо прижимает обоймы к секции нагнетания. Далее по­ступают описанным выше способом.

Если износ второго подшипника больше или равен торцовому зазору А, то индикатор покажет то же значение перемещения, что и в первом случае (δ₁). Однако, как правило, индикатор фик­сирует меньшее перемещение (δ₂). Осевой износ второго подшип­ника

U₂ = А - (δ₁ - δ₂).

 

При осевом зазоре сдвоенных шарикоподшипников ведущего ротора или износе одного подшипника ведомого ротора, меньшем 0,1 мм, можно демонтировать подшипники соответствующего ро­тора и растачивать на указанный размер зазора распорную втулку. Однако для ведущего ротора этот метод не точен.

Иногда рекомендуют иной способ компенсации осевого зазора, возникающего вследствие износа подшипников.

Распорную втулку растачивают, а затем шлифуют на притироч­ной плите до требуемого размера на величину износа первого подшипника U₁. Допускаемое отклонение от параллельности торцов втулки не более 0,01 мм на диаметре втулки. Между внутрен­ними кольцами устанавли­вают кольцевую проклад­ку толщиной не более величины сум­марного осевого зазора   (износа) обоих подшипников (U₁+ U₂). Если (U₁+ U₂)>0,1 мм, то необ­ходима замена подшипни­ков новыми.

Нежелательную осевую игру радиально-упорного шарико­подшип­ника мож­но устранить с помощью простого приспособления, показанного на рисунке 2.? [33]. Зажав сегментами 2, 9 и винтом 10 внутреннее и наружное кольца и перемещая (завинчивая гайку 8) внутрен­нюю обойму относительно наружной, полностью выбирают осе­вой зазор (износ) в подшипнике.

После этого на притирочной плите шлифуют наружное кольцо. Затем подшипник переворачивают и таким же образом шлифуют внутреннее кольцо. У первого шарикоподшипника оба кольца шлифуют с двух сторон, у второго — только наружное. Необхо­дима строгая параллельность притираемых поверхностей.

Правильная регулировка зазоров имеет исключительно важ­ное значение для эксплуатации конических роликоподшипников. Неправильно установленный зазор в коническом роликоподшип­нике может быть основной причиной преждевременного его из­носа. При недостаточном зазоре ролики защемляются между коль­цами, а при больших зазорах воспринимают дополнительные ди­намические нагрузки. В первом случае усиленное изнашивание роликов наблюдается со стороны их больших диаметров, во вто­ром — со стороны их меньших диаметров. Изнашивание прояв­ляется в виде шелушения и выкрашивания острых кромок роли­ков. Из-за неправильного регулирования шелушение возникает и на беговых дорожках колец.

Зазор регулируют путем установки прокладок. Торцовую крышку затягивают без прокладок до тех пор, пока вал не будет прокручиваться очень туго. Вал несколько раз вращают, чтобы ролики подшипника могли правильно установиться сами и уста­новили бы в правильное положение наружное кольцо. При за­жатой до конца крышке зазор в подшипнике отсутствует. Изме­ряя в этом положении зазор между крышкой и корпусом в не­скольких местах, определяют средний зазор и, прибавив к нему значение требуемого осевого зазора, получают толщину про­кладки. Прокладки изготовляют из калиброванного листа ме­талла толщиной 0,05—0,5 мм. Толщину прокладок из картона, прессшпана принимают на 0,03 мм больше, учитывая, что при затяжке прокладки сжимаются.

Окончательное значение посадочного осевого зазора опреде­ляют с помощью индикатора после установки прокладки необ­ходимой толщины, перемещая вал в крайние левое и правое по­ложения.

Повреждения посадочных поверхностей (вала и корпуса) свидетель­ствуют о неверно выбранной, без учета характера нагружения, посадке подшипника.

Циркуляционно нагруженные кольца должны соединяться с сопряга­емой деталью неподвижно. Наличие зазора между цир­куляционно нагру­женным кольцом и сопряженной с ним деталью приводит к прово­рачиванию кольца относительно посадочного места, в результате чего происходит развальцовывание и изнаши­вание шейки вала или корпуса.

Местно нагруженные кольца должны соединяться с сопря­гаемой деталью с зазором или незначительным натягом, что позволит кольцу под действием толчков и вибраций медленно поворачиваться относительно своего посадочного места. Срок службы подшипника повышается, так как в работе участвует не ограни­ченный участок, а вся дорожка качения кольца, износ которой будет меньше. В то же время большой зазор вреден, так как он способствует интенсивному проворачиванию колец и вызывает абразивное изнашивание сопрягаемых с ними посадочных мест корпусов и валов и контактную коррозию.