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ZHEJIANG BHS JOURNAL BEARING CO., LTD. Das im Bezirk FengXian in Shanghai ansässige Unternehmen „BHS“ ist ein Profi Hersteller von Kippsegment-Axiallagern Und Kipplagerfabrik...
Bei rotierenden Maschinen müssen die von Laufrädern, Rotoren und hydraulischen Kräften erzeugten Axiallasten von einer speziellen Komponente aufgenommen werden. Die Standardlösung war jahrzehntelang ein Kipppad mit Babbitt-Oberfläche oder ein festes Segment, das auf einem Ölfilm lief. Diese Konstruktionen funktionieren gut, hängen jedoch stark von der Schmiermittelqualität, dem Startvorgang und der thermischen Stabilität ab. Wenn die Betriebsbedingungen vom Auslegungspunkt abweichen, kann ein metallbeschichteter Belag innerhalb kurzer Zeit abnutzen, verschmieren oder festfressen.
Aus diesem Grund führen viele Designteams derzeit eine Bewertung durch PTFE- und Peek-Lager als praktische Alternative. Polymerbeschichtete Lösungen behalten den Stahlträger und die Kippgeometrie bei, auf die Ingenieure bereits vertrauen, und ersetzen gleichzeitig die Gleitfläche durch ein Material, das Grenzschmierung, Trockenstarts und kurzzeitige Verschmutzung weitaus besser verträgt als herkömmliches Weißmetall.
Dieser Artikel erklärt, wie Polymer-Kippsegment-Axiallager hergestellt werden, vergleicht die beiden Hauptpolymerfamilien, beschreibt die Leistungsvorteile, die in diesem Bereich wichtig sind, und bietet einen praktischen Rahmen für die Auswahl des richtigen Belagmaterials für Pumpen, Vertikalmotoren und Turbomaschinen.
A Kippkissen-Axiallager ist ein Segmentgleitlager. Ein Satz Polster sitzt um den Umfang eines am Schaft befestigten Kragens oder Läufers. Jedes Pad ist auf einer Punkt- oder Kugelauflage frei schwenkbar und kann so den kleinen Winkel einnehmen, der zum Ansaugen des Schmiermittels in einen keilförmigen Spalt erforderlich ist. Dieses hydrodynamische Prinzip ermöglicht es dem Lager, schwere axiale Lasten zu tragen, ohne auf eine starre, perfekt ausgerichtete Oberfläche angewiesen zu sein.
Bei einer Polymerversion besteht jedes Pad aus einem Metallträger, normalerweise Stahl, und einer gebundenen oder mechanisch gehaltenen Polymerschicht auf der Arbeitsfläche. Der Träger sorgt für Steifigkeit und einen zuverlässigen Befestigungspunkt für den Drehpunkt. Die Polymerschicht ist der Teil, der mit dem Läufer in Kontakt kommt und den größten Teil des Reibungs- und Verschleißverhaltens bestimmt.
Die Drehpunktgeometrie ist ebenso wichtig wie das Belagmaterial. Punktgelenke, Kugelgelenke und flexible Gelenke verändern jeweils die Art und Weise, wie ein Polster auf Belastung und geringfügige Fehlausrichtungen reagiert. Normalerweise geben Ingenieure den Drehpunkttyp zusammen mit der Anzahl der Bremsbeläge an, die je nach Wellendurchmesser und Belastung üblicherweise zwischen fünf und zwölf liegt.
Eine herkömmliche Babbitt-Schlagfläche ist auf einen dicken Ölfilm angewiesen, um Kontakt beim Anfahren und bei niedriger Geschwindigkeit zu vermeiden. Eine Polymeroberfläche kann zeitweiligen Grenzkontakt ohne unmittelbaren Schaden verkraften. Dies bedeutet nicht, dass das Lager ohne Schmierung laufen kann, aber es gibt dem Konstrukteur einen größeren Sicherheitsspielraum, wenn die Drehzahl niedrig ist, die Last hoch ist oder die Ölversorgung kurzzeitig unterbrochen ist.
Bei beiden Materialien handelt es sich um Hochleistungspolymere, die in anspruchsvollen Lageranwendungen eingesetzt werden, sich jedoch unterschiedlich verhalten. Die Auswahl sollte auf dem Betriebsbereich und nicht auf einer allgemeinen Präferenz für ein Material basieren.
PTFE bietet eine sehr geringe Reibung und eine hervorragende Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien. Seine Oberfläche gibt Verunreinigungen leicht ab und ist bei trockenen oder nahezu trockenen Starts vergleichsweise tolerant. Die Hauptbeschränkung ist mechanischer Natur. Bei anhaltend hoher Druckbelastung kriecht es stärker als hochleistungsfähige Thermoplaste und eignet sich daher am besten für mittlere Belastungen und Temperaturen.
PEEK hat eine höhere Steifigkeit, eine bessere Kriechfestigkeit und eine stärkere Leistung bei erhöhten Temperaturen. Es wird häufig für schwerere Lasten, höhere Geschwindigkeiten und Anwendungen ausgewählt, bei denen die Dimensionsstabilität von entscheidender Bedeutung ist. Seine Reibung unter trockenen Bedingungen ist normalerweise höher als die von PTFE, sodass die Schmierkonstruktion um ihn herum mehr Gewicht hat.
| Eigentum | PTFE-Beschichtung | PEEK-Beschichtung |
|---|---|---|
| Reibungstendenz | Sehr niedrig | Niedrig bis mäßig |
| Kriechen unter Dauerlast | Höher | Niedriger |
| Chemische Beständigkeit | Ausgezeichnet | Sehr gut |
| Trockenstarttoleranz | Ausgezeichnet | Gut |
| Typischer Lastbereich | Mäßig | Mäßig to heavy |
| Typischer Temperaturbereich | Mäßig | Höher |
Eine praktische Regel: Wenn häufige Starts und aggressive Medien vorherrschen, ist PTFE meist der erste Kandidat. Wenn Belastung, Geschwindigkeit und Temperatur dominieren, ist PEEK meist die sicherere Wahl.
Der Wert eines Polymer-Kippsegment-Axiallagers zeigt sich am deutlichsten bei transienten Ereignissen. Anlauf- und Abschaltvorgänge, Lastschwankungen und kurze Schmierunterbrechungen sind die Momente, in denen Beläge mit Metallbeschichtung am anfälligsten sind, und es sind die Momente, in denen eine feste Polymeroberfläche den größten Spielraum bietet.
Geringe Reibung reduziert die Wärmeentwicklung an der Schnittstelle. Bei einem Hochgeschwindigkeits-Kippsegment-Axiallager ist dies von Bedeutung, da Wärme, die nicht schnell abgeführt wird, den Ölfilm dünner machen und den Verschleiß beschleunigen kann. Eine Polymeroberfläche mit geringer Reibungstendenz trägt dazu bei, die Grenzflächentemperatur stabil zu halten, und ihre Adhäsionsbeständigkeit verringert das Risiko eines Festfressens, wenn der Läufer kurzzeitig die volle hydrodynamische Unterstützung verliert.
Bei vielen Pumpen- und Prozessanwendungen kommen Flüssigkeiten zum Einsatz, die Metalloberflächen angreifen oder Schmierstoffe angreifen. Polymerbeschichtungen widerstehen einer Vielzahl von Medien und eignen sich daher gut für Pumpen in Chemieanlagen und Geräte, die Wasser mit gelösten Feststoffen fördern. Der Widerstand schützt den Läufer auch vor dem Abrieb, der häufig auf korrosionsbedingten Verschleiß folgt.
Das kippbare Pad-Design ermöglicht es jedem Pad, seinen Winkel unter Last anzupassen. Durch diese Selbstausrichtung entsteht ein konvergierender Spalt, der Öl in die Kontaktzone zieht und einen stabilen Film aufbaut. Wenn die Polymerfläche mit dieser Geometrie kombiniert wird, kann das Lager erhebliche Axialkräfte aufnehmen und gleichzeitig die kleinen Fehlausrichtungen tolerieren, die während des Einbaus und der thermischen Ausdehnung auftreten.
Polymer-Axiallager kommen überall dort zum Einsatz, wo eine rotierende Welle Axialkräfte überträgt und die Betriebsbedingungen metallbeschichtete Gleitlager zu einem Kompromiss machen. Jede Umgebung weist ein anderes Gleichgewicht zwischen Belastung, Geschwindigkeit und Flüssigkeitschemie auf, weshalb kein einzelnes Belagmaterial überall optimal ist.
Stellen Sie sich eine vertikale Pumpe an einer Wasseraufbereitungsstation vor, die bei Spitzenbedarf häufig startet. In einem repräsentativen Fall dieser Art zeigten die originalen Babbitt-Druckstücke nach wiederholten Trockenstartereignissen Abrieb. Nach der Umstellung auf eine Polymer-Kipppad-Anordnung mit einer PTFE-Beschichtung verringerten sich die Anlaufschäden, da die Oberfläche kurze Grenzkontaktperioden tolerierte, ohne dass Material auf den Kragen übertragen wurde.
Ingenieure, die zum ersten Mal ein Polymer-Axiallager prüfen, beginnen oft mit dem Material und arbeiten dann rückwärts vor. Ein zuverlässigerer Ansatz besteht darin, zuerst den Betriebsbereich zu definieren und daraus die Wahl der Ausrichtung zu lassen. Die folgende Reihenfolge ist ein praktikabler Ausgangspunkt für die meisten Pumpen- und Motoraufgaben.
PTFE eignet sich für mäßige Belastungen, häufige Starts, aggressive Medien und Anwendungen, bei denen eine möglichst geringe Reibung wichtiger ist als maximale Steifigkeit. Es ist auch eine gute Wahl, wenn eine Kontamination wahrscheinlich ist, da seine Oberfläche gelegentlichen Schmutz besser verträgt als viele Alternativen.
PEEK ist vorzuziehen, wenn die Last schwer ist, die Geschwindigkeit hoch ist oder die Temperatur stark ansteigt. Seine Kriechfestigkeit hält die Belaggeometrie über lange Wartungsintervalle stabil und trägt so dazu bei, den konvergierenden Spalt aufrechtzuerhalten, von dem das Kippdesign abhängt.
Selbst das beste Verkleidungsmaterial schneidet bei unsachgemäßer Montage schlecht ab. Die Ebenheit des Läufers, die Oberflächenbeschaffenheit und die Ausrichtung beeinflussen alle, wie schnell ein Polymer-Kippsegment-Axiallager einen stabilen Betrieb erreicht. Ebenso wichtig sind sauberer Schmierstoff und ein kontrollierter Einlaufvorgang.
Durch eine kontrollierte Einlaufzeit passt sich die Polymeroberfläche sanft an den Läufer an. Während dieser Phase sollten Last und Geschwindigkeit schrittweise erhöht und Temperatur und Vibration in jeder Phase aufgezeichnet werden. Eine abrupte Belastung vor der Filmbildung ist die häufigste Ursache für vermeidbaren vorzeitigen Verschleiß.
PTFE- und PEEK-Lager bieten eine praktische Möglichkeit, die bewährte Geometrie von Axial-Kippsegmentlagern mit Belägen zu kombinieren, die den Bedingungen standhalten, bei denen Metalllager am häufigsten beschädigt werden. Die richtige Wahl hängt von einem klaren Bild von Last, Geschwindigkeit, Temperatur, Medien und Anlaufverhalten ab. Ingenieure, die diese Bedingungen frühzeitig definieren, neigen dazu, Beläge auszuwählen, die über die gesamte Lebensdauer der Maschine zuverlässig funktionieren.
Der Hauptvorteil ist die Toleranz. Eine Polymeroberfläche kann während des Anfahrens, Herunterfahrens und bei Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit einen kurzen Grenzkontakt verkraften, ohne dass es zu einem sofortigen Abrieb kommt, der häufig bei Pads mit Metalloberfläche auftritt. Dies führt zu einem größeren Betriebsspielraum und verringert die Folgen einer mangelhaften Schmierung.
PTFE zeigt im Allgemeinen unter trockenen oder nahezu trockenen Bedingungen eine geringere Reibungstendenz. Bei hoher Belastung, Geschwindigkeit oder Temperatur kann PEEK jedoch die bessere Wahl sein, da seine Steifigkeit und Kriechfestigkeit die Belaggeometrie stabil halten. Die richtige Wahl hängt vom gesamten Betriebsbereich ab.
Vertikale Turbinenpumpen und große Kreiselpumpen sind gängige Beispiele, insbesondere dort, wo der hydraulische Schub erheblich ist und die Schmiermittelversorgung beim An- oder Abfahren unterbrochen sein kann. Das Lager muss auf die Schubgröße und die Förderflüssigkeit abgestimmt sein.
In vielen Fällen ja, aber zuerst müssen die Trägergeometrie, der Drehpunkttyp, die Kufenoberfläche und der Abstand überprüft werden. Eine Nachrüstung sollte als technische Änderung behandelt werden, bei der die neue Verkleidung anhand der tatsächlichen Last-, Geschwindigkeits- und Temperaturdaten der Maschine überprüft wird.
Ein Axialgleitlager überträgt die Axiallast über eine Gleitschnittstelle, die auf einem Schmierfilm beruht, und nicht über Wälzkörper. Gleitlager vertragen im Allgemeinen Stoßbelastungen und hohe Geschwindigkeiten gut und leiden nicht unter Rollermüdung, sie erfordern jedoch sorgfältige Aufmerksamkeit auf Schmierung und Oberflächenbeschaffenheit.
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