Choć nie wszystkie z podanych zasad mogą być prawdziwe, wielu praktyków stosowało je i stosuje (i to pewnie nie tę samą) z dużym powodzeniem. Która z nich zatem, jeśli w ogóle którakolwiek, jest właściwa? Odpowiedź zależy od zastosowania.
Można śmiało powiedzieć, że nasze opinie zależą od naszych doświadczeń. Jeśli chodzi o silniki z łożyskami ślizgowymi, dobrym przykładem potwierdzającym to stwierdzenie jest pytanie „Jaki jest właściwy luz pomiędzy czopem wału a łożyskiem, w którym się porusza?“ Prawdopodobnie każda z osób odpowiadając będzie kierować się ogólną zasadą, zwykle związaną ze średnicą wału. Niektóre z poniższych stwierdzeń mogą wydawać się znajome:
• jedna tysięczna dodać 1 na 1 cal (25,4 mm) średnicy;
• dwie tysięczne dodać 1 na 1 cal (25,4 mm) średnicy;
• 0,0015 cala (0,0381 mm) na 1 cal (25,4 mm) średnicy;
• 0,002 cala (0,0508 mm) na 1 cal (25,4 mm) średnicy.
Zależy od zastosowania
Choć wszystkie na raz nie mogą być prawdziwe, wielu z praktyków stosowało te zasady (i to pewnie nie tę samą) z dużym powodzeniem. Która jest właściwa, jeśli którakolwiek? Odpowiedź zależy od zastosowania i konkretnej aplikacji.
Jeżeli w Państwa zakładzie stosuje się silniki synchroniczne o niskiej prędkości, pewnie wiele z nich działało doskonale przy luzie dwa razy większym niż zalecany. Natomiast osoby pracujące z dwubiegunowymi silnikami petrochemicznymi wiedzą, że mogą one wibrować nawet przy nieznacznie większym luzie niż zalecany.
Jednym z pierwszych pytań, jakie należy sobie zadać, szukając wskazówek dotyczących luzu łożyska, jest czy luz jest kątowy, czy średnicowy. Należy skupić się na (całkowitym) luzie średnicowym, ponieważ można go określić, fizycznie mierząc średnice wału i łożyska. Innym powodem, dla którego przy analizach układu należy stosować luz średnicowy jest fakt, że w czasie pracy urządzenie poziome rzadko ma ten sam luz kątowy w ustawieniu na godzinie 12 czy na 6.
Bogactwo wskazówek
Połączenie zalecenia pięciu producentów i trzech innych uznanych źródeł na jednym wykresie pokazuje, jak wiele różnych wskazówek dotyczących tego dość prostego zagadnienia można znaleźć (patrz: rysunek 1).
Pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że poziome obrotowe urządzenia elektryczne stosują najczęściej łożyska, które są smarowane dzięki pierścieniom smarnym.
Przed wyborem rodzaju łożyska
Aby zrozumieć, dlaczego istnieje tyle zasad, warto przyjrzeć się kilku podstawowym czynnikom budowy maszyn z łożyskami ślizgowymi, zaczynając od zależności pomiędzy mocą, momentem obrotowym, a prędkością.
Moment obrotowy (lb-ft) = KM x 5252/obr. na min. lub Moment obrotowy (N·m) = kW x 9550/obr na min.
Im wyższy moment obrotowy (niższa prędkość i/lub wyższa wartość KM/kW), tym większa średnica wału i cięższy wirnik (rotor), tym większe musi być łożysko. Ponadto im wyższa prędkość, im mniejsza średnica czopu i dłuższe łożysko, tym większy wymagany luz, aby zapewnić właściwe smarowanie.
Najważniejsze czynniki wpływające na budowę łożyska ślizgowego, w kolejności ich znaczenia, to:
• obciążenie
• prędkość obwodowa czopu wału
• lepkość czynnika smarnego
• temperatura pracy.
Projektanci elektrycznego sprzętu obrotowego utrzymują ciśnienie obciążenia łożyska na poziomie 145 psi (1 MPa), w porównaniu z 580-725 psi (4-5 MPa) dla silników spalinowych. W niektórych starszych silnikach stosowano nawet niższe obciążenie ciśnienia łożyska, dlatego stare modele mają większe łożyska niż współczesne silniki o podobnych właściwościach.
Duży ciężar może zniekształcić miękki babbit, więc powierzchnia przekroju poprzecznego łożyska rośnie proporcjonalnie do obciążenia. Wyższe wartości KM/kW oznaczają wyższy moment obrotowy i wymagają większej średnicy wału. Prędkość obwodowa zwiększa się z liczbą obrotów na minutę lub z większą średnicą wału. W przypadku hydrostatycznych łożysk cylindrycznych (łożysk ślizgowych stosowanych najczęściej w urządzeniach elektrycznych) najwyższa prędkość obwodowa to około 6 000 stóp (1830 metrów) na minutę. Większa prędkość wymaga odpowiedniej budowy łożyska, zaczynając od 2, a następnie 4 segmentów, a także specjalnych metod smarowania (patrz: rysunek 2).
Smarowanie łożyska ślizgowego w większości elektrycznych maszyn obrotowych jest zapewniane przez pierścienie smarne, które wymagają minimalnej prędkości około 25 do 30 stóp (7,5 — 9 metrów) na minutę, aby zapewnić wystarczające smarowanie łożyska. Należy być szczególnie ostrożnym, gdy zastosowanie (np. napęd VFD) znacząco zmienia początkową budowę łożyska. Konieczny może być system wymuszonego smarowania, a nawet podnośnik hydrauliczny, który umieści wał na warstwie smaru przed rozpoczęciem pracy.
W przypadkach, gdy ograniczenie prędkości obwodowej ogranicza średnicę czopu, projektant musi zwiększyć długość łożyska ślizgowego. To prowadzi do uwzględnienia stosunku długości łożyska do średnicy (l/d). Z przyczyn ekonomicznych preferowany jest stosunek 1:1, np. łożysko o średnicy otworu równej 3 cali (76,2 mm) i długości 3 cali.
Dłuższe proporcjonalnie łożyska mają swoje wady. Ze zwiększeniem stosunku l/d:
• mniej smaru wydostaje się z łożyska = wyższa temperatura łożyska,
• odchylenie wału = kontakt ukośny z końcami łożyska,
• dłuższe urządzenie = wyższe koszty produkcji.
Im dłuższy i cięższy wirnik lub bardziej elastyczny wał, tym bardziej należy spodziewać się odchylenia wału. Odchylenie wału może zmusić projektanta do zwiększenia luzu pomiędzy łożyskiem ślizgowym a czopem. Dłuższe łożyska również wymagają dłuższych czopów, co z kolei wymaga dłuższych opraw łożyskowych i w rezultacie większych urządzeń.
Lepkość smaru wpływa w mniejszym stopniu niż obciążenie czy prędkość obwodowa, niemniej trzeba wziąć ją pod uwagę. Instrukcja producenta określa zalecane smary dla danego urządzenia i należy jej przestrzegać, chyba że wprowadzono modyfikację łożyska. Czasem urządzenia dwubiegunowe pracują lepiej przy użyciu smarów o niższej lepkości, ale zmiany należy wdrażać w porozumieniu z producentem lub centrum serwisowym, a także zachować szczególną ostrożność.
Dlaczego urządzenia pionowe zachowują się inaczej?
Po pierwsze w przypadku urządzenia pionowego ten sam wał obrotowy i ciężki wirnik nie powodują odchylenia wału, jak miałoby to miejsce w przypadku urządzenia poziomego. Podczas gdy wał spoczywa na dole poziomego łożyska, jest on zawieszony mniej więcej pośrodku pionowego łożyska oporowego, więc nie ma kątowego opadania, którym należałoby się martwić.
Ponadto łożyska prowadzące dla pionowych urządzeń z łożyskami ślizgowymi wymagają znacznie mniej luzu niż przy urządzeniach poziomych o podobnej średnicy czopu. Jeśli luz kątowy jest wystarczający dla środka smarnego, pionowe łożysko prowadzące nie wymaga dodatkowego luzu. Wskazówki można uzyskać u producenta lub w centrum serwisowym.
Uszczelnienia labiryntowe
W przypadku uszczelnień labiryntowych, najlepsza zasada mówi, że jego luz powinien być nieco większy niż luz łożyska. Im bliżej wału znajduje się uszczelka , tym lepsze uszczelnienie. Oczywiście, jeśli będzie go dotykać, zarówno wał, jak i uszczelka mogą zostać uszkodzone, co zwiększy temperaturę i poziom wibracji (szczególnie osiowo w miejscu styku). Zamiast określać luz uszczelnienia labiryntowego na podstawie średnicy wału, lepiej określać je na podstawie luzu łożyska ślizgowego. Dobrą wskazówką stosowaną przez kilku producentów jest 0,002 — 0,004 cali (0,05 do 0,1 mm) z większym luzem kątowym niż łożysko. Oczywiście dla danej średnicy wału, luz uszczelki labiryntowej dla urządzeń pionowych może być mniejszy, niż w przypadku podobnego urządzenia poziomego.
Podsumowanie
W obiegu znajduje się wiele tabel luzu łożysk ślizgowych, niektóre z nich dla konkretnych typów silników, np. wolnych silników synchronicznych i nie należy ich stosować powszechnie. Ogólnie rzecz biorąc, stosuje się kilka zasad:
• wolniejsze silniki mogą pracować z mniejszym luzem;
• dłuższe łożyska wymagają większego luzu;
• pionowe łożyska ślizgowe wymagają mniej luzu;
• łożyska ślizgowe silników hermetycznych wymagają mniej luzu;
• uszczelnienia labiryntowe powinny znajdować się jak najbliżej wału bez dotykania go.
Uwaga w odniesieniu do tych zasad: Jeżeli jakaś zasada sprawdza się w przypadku silników w waszych zakładach, należy uważać, pracując z innymi typami urządzeń z łożyskami ślizgowymi. Przykłady to urządzenia dwubiegunowe o niskich prędkościach, urządzenia o różnym stosunku długości do średnicy lub urządzenia pionowe. W tych przypadkach pomoc można uzyskać u producenta lub w centrum serwisowym.
Autor:Chuck Yung jest starszym specjalistą wsparcia technicznego w Electrical Apparatus Service Association (EASA).
