Büyük Fark Yaratan Küçük Ayarlama
Santrifüj pompalar, endüstriyel uygulamalarda sıvıları aktarmak için en yaygın kullanılan cihazlar arasındadır. Tasarımları gereği oldukça sağlam olmasına rağmen, santrifüj pompalar tipik olarak aşırı keçe aşınması, yataklarda kayma hasarı ve/veya yatak kafesi arızası nedeniyle mekanik arızaya maruz kalır. Bu makale, bu üç arıza modunu araştırıyor ve tescilli rulman hesaplama yazılımı kullanarak, uygun rulman eksenel boşluğunun, rulmanların hizmet ömrünü ve nihayetinde pompanın kendisini uzatmak için bu sorunları nasıl azaltabileceğini açıklıyor.
Bir santrifüj sıvı pompasının içine bakıldığında, iki ayrı yatak konumu bulunabilir. Pervaneye en yakın ön konum, genellikle sistemin radyal yüklerine tepki veren sabit olmayan yataktır. Bu amaç için en yaygın olarak sabit bilyalı rulman veya silindirik makaralı rulman kullanılır. Arka konum, tipik olarak, eksenel uç boşluğunu ayarlayan ve eksenel ve radyal yüke tepki veren eksenel olarak konumlanan yatak çiftidir. Çoğu santrifüj pompa, çift sıralı eğik bilyalı rulman (DRACBB), bir çift eğik bilyalı rulman (ACBB'ler) veya bir çift konik makaralı rulman kullanır.
GÖRÜNTÜ 1: Santrifüj pompa içindeki tipik yatak düzeni (Resimler Schaeffler Group USA Inc.'in izniyle)
Başarısızlık modları
Yukarıda bahsedildiği gibi, santrifüj pompalardaki üç yaygın arıza modu, keçe aşınması, yataklarda kayma hasarı ve yatak kafesi kırılmasıdır. Bu arıza modlarından ilki olan aşırı keçe aşınması, keçenin mile temas kuvvetini artıran ve keçe malzemesini erken aşındıran ana milin sapmasından kaynaklanır. Bu mil sapmasını azaltmak, contanın ömrünü uzatacak ve bu da pompa için daha uzun bir sistem ömrüne yol açacaktır.
Santrifüj pompalar için ikinci yaygın arıza modu—yataklarda kayma hasarı—yeterli yataklardan birinin yetersiz yüklenmesinden kaynaklanır. Pompanın eksenel kuvveti tipik olarak yalnızca bir yönde etki ettiğinden, sabitleyici yataklardan yalnızca biri yükün çoğunu alırken, diğer yatak herhangi bir ek radyal yükü ve devrilme momentini desteklemek için kullanılır. Çalışma koşullarına bağlı olarak, bu, bir yatağın boşaltılmasına yol açabilir, bu sayede yuvarlanma elemanları, yuvarlanma yolunda amaçlanan yön boyunca yuvarlanmak yerine kendi eksenlerinden dönme eğilimindedir. ACBB'ler ve DRACBB'ler, hafif yüklü koşullar altında bu mekanizmaya karşı özellikle savunmasızdır. Ayrıca, yük bölgesinin dışındayken bilyalara uygulanan merkezkaç kuvveti, yatağın maruz kaldığı temas açısındaki değişikliği daha da kötüleştirebilir. Bu ek dönüş, yuvarlanma yolu ve yuvarlanma elemanları üzerindeki kayma izleriyle tanınabilen, patinaj olarak bilinen bir olguya yol açar. Boşluğu azaltmak veya sabit yatakları önceden yüklemek, bu arıza modundan kaçınmaya yardımcı olabilir.
Kayma, santrifüj pompalar için üçüncü yaygın arıza modu olan kafes kırılmasına da yol açabilir. Hafif yüklü bir yatakta, yük bölgesi kanalın daha küçük bir bölümünü oluşturur. Bu, rulman kafesi cebindeki yuvarlanma elemanlarının kafes ceplerinde yüksüz bölgeye girerken yavaşlamasına veya fren yapmasına ve daha sonra yük bölgesine tekrar girdiklerinde hızlanmasına ve tekrar normal şekilde dönmeye başlamasına neden olabilir. Bu hızlanmalar ve yavaşlamalar şiddetli veya yeterince sık ise, normalden daha yüksek gerilimlerin bir sonucu olarak kafeste yorgunluk ve nihayetinde cepte kırılma olabilir.
GÖRÜNTÜ 2: Farklı yatak eksenel boşluk ayarlarında conta sapması (BEP'de gösterilmiştir)
analiz
Bu arıza modlarını araştırmak için bir rulman üreticisi, kullanıcı tarafından sağlanan bir pompa seçti ve keçedeki yer değiştirmeyi, bilyelerin yuvarlanma/dönüş oranını ve ayrıca en iyi verimlilik noktasında (BEP) kafes ivmesini izledi. Normal çalışma koşullarını simüle etmek için, tüm yük durumları, iç ve dış halka arasında 10 C (50 F) sıcaklık farkıyla dakikada 1.780 devirde (rpm) çalıştırıldı. 7313 serisi ACBB'lerin üç farklı çifti, değişen boşluk aralıklarıyla yukarıda belirtilen koşullar altında yerleştirme konumunda simüle edildi. Test edilen tüm çiftler evrensel tasarıma sahipti (X veya O düzeninde bir çift olarak kullanılmak üzere) ve şu boşluk sınıflarına sahipti: UA (küçük eksenel boşluk), UB (UA eksenel boşluktan daha küçük) ve UO (boşluksuz) . Ön 6313 serisi rulmandaki boşluk, tüm hesaplamalar için normal boşluğa (CN) ayarlandı. Sağlanan yüklemeye bağlı olarak, yerleştirme çiftindeki motor tarafı yatağı sistemdeki eksenel yükü desteklerken, çark tarafındaki yatak herhangi bir radyal yükü ve devrilme momenti yüklerini destekler.
Bu test parametreleri ve üç farklı ACBB çifti kullanılarak, keçe konumundaki şaft yer değiştirmesi, araştırılması gereken ilk koşuldu. Bu sapmalar Resim 2'de görülebilir. %0 BEP'de, UA boşluklu ACBB çifti en büyük şaft yer değiştirmesine neden oldu. Bu arada, UB boşluklu rulmanlar, UA boşluklu versiyonlardan 13 mikrometre (µm) daha az yön değiştirirken, UO boşluklu rulman çifti, conta konumunda UA çiftinden 27 µm daha az eğildi. %25 BEP'de benzer sonuçlar görüldü: UB-açıklık çifti, UA çiftinden 11 µm daha az yön değiştirirken, UO-açıklık çifti, mühür konumunda UA çiftinden 24 µm daha az yön değiştirdi.
%50 BEP'de benzer sonuçlar görülse de, BEP arttıkça şaftın genel sapmasının azaldığına dikkat edilmelidir. UB boşluklu ACBB çifti, UA çiftinden 2 µm daha az yön değiştirirken, UO boşluklu yataklar, conta konumunda UA çiftinden 4 µm daha az yön değiştirdi. %75 ve %100 BEP'de, UA çifti hem UB hem de UO yataklarından daha az saptı. %75 BEP'de, UB boşluklu rulmanlar UA boşluklu rulmanlardan 1 µm daha fazla yön değiştirirken, UO çifti conta konumunda UA çiftinden 2 µm daha fazla yön değiştirdi.
Benzer şekilde, UB boşluklu rulmanlar %100 BEP'de UA çiftinden 2 µm daha fazla yön değiştirirken, UO boşluklu rulmanlar conta konumunda UA çiftinden 3 µm daha fazla yön değiştirdi.
Daha optimal bir BEP aralığında sapmada yalnızca marjinal farklılıklar vardır, ancak daha düşük BEP'de, daha az şaft sapması nedeniyle keçe aşınmasını en aza indirmeye göre bir avantaj vardır.
ŞEKİL 3: Rulman eksenel boşluğunun bir fonksiyonu olarak yuvarlanma/dönme oranı
Şaft sapma analizinin ardından, yalpa/dönme oranı araştırılması gereken bir sonraki koşuldu. 0,5'ten büyük bir yuvarlanma/dönüş oranı, sistemdeki yağlamaya bağlı olsa da, yataklarda daha yüksek bir kayma hasarı olasılığı ile ilişkilendirilmiştir. Analizin bu kısmı için motor ve çark tarafı konumlarındaki rulmanlar izlendi ve sonuçların tam çıktısı Resim 3'te görülebilir.
UA boşluklu yatak çifti ile ilgili olarak, çark tarafı yatağındaki tüm BEP durumları için yuvarlanma/dönüş oranı 1,1'den büyüktür; bu, kaymanın muhtemel olacağını gösterir. BEP artırıldığında motor tarafı yatağı daha iyi olsa da, %50 BEP'nin altında çalışırken patinaj hala olasıdır. Bu arada, UB çiftinin çark tarafı yatağı, tüm BEP durumları için 0,9'dan büyük bir yuvarlanma/dönüş oranı gösterdi - bir kez daha, kaymanın muhtemel olacağını gösteriyor. Motor tarafı yatağında %0 BEP ve %25 BEP'de kayma hala bir endişe kaynağıdır; kayma durumu %50 BEP'de sınırdadır. Son olarak, UO boşluklu yatak çiftinin çark tarafı yatağı, tüm BEP durumları için 0,6'dan büyük bir yuvarlanma/dönme oranı gösterdi. Bu, %0 BEP ve %25 BEP'de kaymanın muhtemel olduğunu gösterir; daha yüksek BEP'de, kayma koşulu sınırdadır.
ŞEKİL 4: Yatak eksenel boşluğunun bir fonksiyonu olarak kafes hız farkı
Santrifüj pompalar için üçüncü yaygın arıza modu olan yatak kafesi arızası ile ilgili olarak, rulmanların kafes hızı değişimi, yuvarlanma/dönme durumuna benzer sonuçlar gösterdi. Bu, kafes ceplerindeki her bir topun yörünge hızı hesaplanarak ve daha sonra Şekil 4'te görülen kafes hız farkını oluşturmak için maksimum ve minimum değerler arasındaki varyans kullanılarak belirlendi.
Daha büyük kafes hız farkları ceplere daha fazla yük bindirdiği için bu durum kırılmalara neden olabilir. Resim 4'e göre, UA boşluklu yatak çifti en yüksek kafes hızı farkını sergiler; bu fenomen özellikle BEP azaldıkça belirgindir. UB çifti daha iyi performans gösterirken, UO boşluklu rulmanlar kullanılarak en düşük kafes hızı varyasyonları elde edilir.
Santrifüj pompalar için üç yaygın arıza moduna ilişkin önceki araştırmanın gösterdiği gibi, uygun yatak eksenel boşluğunun seçilmesi, yatakların ömrünü ve dolayısıyla pompanın kendisini iyileştirmelidir.
Daha az boşluklu bir rulmanın kullanılması, contadaki sapmayı sınırlar ve bu da, özellikle optimum BEP aralıklarından daha fazla çalıştırıldığında, pompanın conta ömrünün iyileştirilmesine yardımcı olabilir. Ayrıca, azaltılmış boşluk, özellikle moment ve radyal yük için kullanılan yüksüz yatakta olmak üzere, yataklardaki olası kayma miktarını en aza indirir.
Uygun boşluğun seçilmesi, yatağın ve genel sistemin ömrünü uzatabilen ivmelenmelerden kaynaklanan kafesteki gerilmeleri de azaltabilir. Bununla birlikte, azaltılmış boşluk aralığına rağmen rulmanlarda hala hasar görülüyorsa, kayma ve kafes stresi olasılığını daha da azaltmak için önceden yüklenmiş bir rulmana geçmek gerekebilir.