До питання відновлення підшипників ковзання заглиблювальних електронасосів полімерними композиційними матеріалами Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 1 59 Дудчак Т.В., Дудчак В.П., Вільчинська Д.В., Остапенко Р.М. Подільський державний аграрно-технічний університет, м. Кам'янець-Подільський, Україна E-mail: dvp48@i.ua ДО ПИТАННЯ ВІДНОВЛЕННЯ ПІДШИПНИКІВ КОВЗАННЯ ЗАГЛИБЛЮВАЛЬНИХ ЕЛЕКТРОНАСОСІВ ПОЛІМЕРНИМИ КОМПОЗИЦІЙНИМИ МАТЕРІАЛАМИ УДК 678.026.3.004.14.621.7 Викладенні результати досліджень зносостійкості радіальних підшипників ковзання заглиблювальних на- сосів, розроблена технологія їх відновлення, визначенні найбільш характерні відмови заглиблювальних електрод- вигунів, виробництву запропоновані ремонтні розміри радіальних підшипників ковзання. Ключові слова: радіальні підшипники ковзання, насос, відновлення. Вступ Проблема води – одна з найбільш гострих проблем, і вона не може бути вирішена тільки за ра- хунок поверхневих джерел. Частка підземних вод не перевищує 6,5 % і стримується дефіцитом свердло- винних електронасосів, їхнім низьким ресурсом роботи. Свердловинний електронасос через особливості умов роботи не може бути підданий огляду, ре- візії і регулюванню в ході експлуатації. При виникненні першого ж відмовлення електронасос заміняєть- ся новим чи з ремонту. Для заміни електронасоса необхідно демонтувати систему трубопроводів зі свер- дловини глибиною 30 ... 250 м, а потім усе змонтувати в зворотному порядку. Це вимагає великих мате- ріальних витрат і часу. При ремонті заглиблювальних електродвигунів на ремонтних підприємствах використовують рі- зні, часто малоефективні способи усунення дефектів, які не дозволяють забезпечити комплектацію ремо- нтних об’єктів деталями і складовими частинами з параметрами не нижче рівня нових. Через відсутність запасних частин, неможливості усунення деяких дефектів в конкретних умовах ремонтного підприємства на відремонтовані заглиблювальні електродвигуни і насоси встановлюють деталі з граничним спрацю- ванням і з відхиленням технічних умов. Таке положення обумовлює низький післяремонтний ресурс ка- пітально відремонтованих електродвигунів, що складає 65 - 70 % від нового . Аналіз останніх досліджень Фундаментальні дослідження при створенні антифрикційних полімерних матеріалів для підшип- никових спряжень, та вивчення їх фізико-механічних властивостей були проведені: В.А. Білим, Г.А. Го- роховським та ін. 1, 2, 3 . Особливу роль у дослідженні властивостей полімерних матеріалів вніс колектив Інституту мета- лополімерних систем (ІМПС). Застосування в підшипникових вузлах антифрикційних полімерних покриттів найбільш ефекти- вно і обумовлено цілим рядом їх переваг. Мала товщина шару покриття економічна і значно підвищує стійкість до навантажень, адгезійну міцність з основою, тепловідвід із зони тертя, точність лінійних роз- мірів, знижує коефіцієнт тертя і підвищує зносостійкість  4 . Крім того, до переваг полімерних покрит- тів, поряд з високою технологічністю їх нанесення, варто віднести можливість багаторазового віднов- лення одної і тієї ж деталі. При зносі антифрикційного покриття, полімерний шар легко видаляється і пі- сля відповідної обробки наноситься новий шар. Мета роботи Дослідити спрацювання радіальних підшипників ковзання електрозаглиблювальних насосів та розробити технологію їх відновлення. Виклад основного матеріалу досліджень Галузевими стандартами передбачений випуск 198 типорозмірів свердловинних електронасосів, 36 типів насосів із трансмісійним валом, 30 типів осьових заглиблювальних насосів, 12 типорозмірів на- сосів для забруднених вод і ін. У даний час є реальна можливість підвищити середній ресурс свердло- винних електронасосів до 20 ... 25 тис.год. При цьому необхідно вирішити проблему захисту від корозії До питання відновлення підшипників ковзання заглиблювальних електронасосів полімерними композиційними матеріалами Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 1 60 робочих органів і корпусних деталей, підвищити зносостійкість радіальних і осьових підшипників, вико- ристовувати обмотувальні проводи заглиблювальних електродвигунів з водостійкою ізоляцією, які б ви- тримували підвищену температуру та ін. Різні умови і режими, а також конструктивні особливості деталей заглиблювальних електродви- гунів передумовлюють великий розбіг показників їх надійності та довговічності. Так, в результаті дослі- дження ремфонду електроремонтних підприємств встановлено , що електродвигуни, які проробили до ремонту один рік складають – 14 %, два роки – 33 %, три роки – 21 %, чотири роки – 17 %, п’ять років – 6%. Понад п’ять років – 9 %. Тому величини спрацювання і характер дефектів деталей електродвигунів характеризуються великою різноманітністю і мають суттєві розбіжності. Найбільш характерні відмови заглиблювальних електродвигунів це: згоряння обмоток статору (50 ... 82 %); спрацювання радіальних гумометалевих підшипників (25 ... 60 %); вихід з ладу упорних пі- дшипників (54 ... 64 %); спрацювання ущільнень валів електродвигунів (30 ... 48 %); руйнування коротко- замикаючих кілець роторів (15 ... 20 %). Заглиблювальні електродвигуни працюють у важких умовах: ко- ливання напруги, значні пускові навантаження, запіскованість скважен, підвищений вміст солей, лугів, агресивних домішок, температур до 90 °С та ін. Об'єктом дослідження були електронасоси типу ЕЦВ-6, що складають близько 54 % усього ви- пуску електронасосів, які застосовуються в сільському господарстві. Насоси типу ЕЦВ призначені для роботи в неагресивній воді з температурою до +25 °С, загаль- ної мінералізації не більш 1500 мг/л із сухим залишком хлоридів, сульфатів і сірководнів і змістом меха- нічних домішок 0,01 % по вазі. Існує 57 типорозмірів заглиблювальних електронасосів ЕЦВ для скважен діаметром 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16 дюймів. Як привід заглибних насосів ЕЦВ застосовуються водозаповненні електродвигуни ПЕДВ. При спрацюванні зовнішніх поверхонь втулок підшипників вала ротора на величину, що пере- вищує допустиму, працездатність сполучення «втулка підшипника вала – гумометалевий підшипник щи- та» відновлюють способом ремонтних розмірів. Нами зроблений аналіз спрацювання внутрішнього діаметра радіальних підшипників електрод- вигунів ПЕДВ 2,8-140, ПЭДВ 4,5 - 140 з наступною математичною обробкою результатів вимірювання. Гістограма розподілу максимальних значень внутрішнього діаметра зображена на рисунку 1. Отримано рівняння Вейбулла, що апроксимує дослідний розподіл: )],125,10125,0exp(1[1,105exp1)(                          e b ax KxF (1) Рис. 1 – Гістограма розподілу, теоретична функція розподілу і функція щільності розподілу вибірки максимальних значень внутрішнього діаметра радіальних підшипників: d – внутрішній діаметр, мм; m – частота; F(u) – функція розподілу Математичне чекання для розподілу Вейбулла складає 35,66 мм, а гранично допустимий розмір по технічних вимогах 35,25 мм. Підставляємо ці значення в рівняння (1) одержимо: 12,0)125( F . Тобто, менш 12 % підшипників задовольняє технічним вимогам по внутрішньому діаметру. Зов- нішня поверхня гумометалевого підшипника практично не зношується. Забезпечення первісного зазору в зазначеному сполученні одержується за рахунок зменшення зовнішнього діаметру втулок вала і виготовлення гумометалевих підшипників ремонтних розмірів зі До питання відновлення підшипників ковзання заглиблювальних електронасосів полімерними композиційними матеріалами Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 1 61 зменшеними внутрішніми діаметрами. При цьому цілком відновлюється працездатність сполучення, то- му що обробка під ремонтні розміри здійснюється з тими ж допусками, з якими виготовляються нові де- талі. Розміри ремонтних втулок роторів представлені в табл. 1. Таблиця 1 Розміри ремонтних втулок Діаметр втулки, мм Тип електродвигуна Номінальний 1 ремонт 2 ремонт 3 ремонт ПЕДВ-140 35 15,0 20,0   34,5 15,0 20,0   34 15,0 20,0   33,5 15,0 20,0   Втулки підшипників вала ротора, які мають тріщини або спрацювання, величина яких обумов- лює неможливість перешліфовки на ремонтні розміри, видаляють, після чого запресовують нові втулки й обробляють шліфуванням до номінального розміру. Для забезпечення легкості зняття втулок їх поперед- ньо проточують на токарному верстаті до ослаблення посадки, або нагрівають до температури 300 ... 400 °С с використанням індукційного нагрівання. Нові втулки виготовляють зі сталі 40Х13 з при- пуском по зовнішньому діаметрі в межах 0,25 ... 0,3 мм під шліфування. Виготовлені втулки піддають термічній обробці до твердості НRС 38 ... 42. При спрацюванні посадочного місця в підшипниковому щиті під втулку його розмір відновлю- ють нанесенням на поверхню еластоміру ГЕН-150 (В). Застосування еластоміру забезпечує демпфіру- вання коливань вала ротора, що зменшує вібрацію. Для ремонтних підприємств нами пропонуються два варіанти відновлення і виготовлення радіа- льних підшипників ковзання електродвигунів і насосів. По першому варіанту на очищену від гуми поверхню металевої втулки обпресовують полімерну антифрикційну композицію на основі резольної фенолоформальдегідної смоли [5] Антифрикційна композиція складається з колоїдного графіту, дисульфіду молібдену, порошко- вого поліаміду і подрібненого скловолокну. Мала усадка (0,1 %) полімерної композиції дозволяє забез- печити необхідну точність внутрішнього діаметру без наступної механічної обробки. По другому варіанту технологія передбачає виготовлення двошарового полімерного радіального підшипника (рис. 2) [6 - 8]. Рис. 2 – Схема пресформи: 1 – пуансон; 2 – матриця; 3 – знак; 4 – нагрівач матриці; 5 – фторопластовий шар; 6 – миліамперметр; 7 – термопара; 8 – нагрівач; 9 – полімерний матеріал АГ-4В; 10 – втулка Перший робочий шар – 5 виготовляється з антифрикційної композиції на основі фторопласту (фторопласт – Ф4, вуглецеве волокно, порошкова мідь і ін.), а другий шар – 9, що замінює металеву вту- лку виготовляється з міцного конструкційного полімерного матеріалу АГ-4В. Температура пресування АГ- 4В (150 ... 160 °С) і тиск (35 ... 40 МПа) не впливають на властивості і геометричні розміри фтороп- ластової композиції. Забезпечується висока адгезійна міцність шляхом механічного заклинювання конс- трукційного полімерного матеріалу АГ-4В и композиції на основі фторопласту. До питання відновлення підшипників ковзання заглиблювальних електронасосів полімерними композиційними матеріалами Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 1 62 Ремонтні розміри двохшарового підшипника ковзання забезпечуються наступною механічною обробкою. Висновки На основі досліджень ремонтному виробництву запропановані ремонтні розміри радіальних пі- дшипників ковзання. Технологія виготовлення двошарового антифрикційного підшипника ковзання за- безпечить високу адгезійну міцність фторопластової композиції з основою, що дасть можливість викори- стати його при роботі в агресивних середовищах в умовах підвищеної вібрації і температури. Література 1. Белый В.А. Металополимерные материалы и изделия / В.А. Белый, Н.И. Егоренков, Л.С. Ко- рецкая, А.М. Красовский и др. – М.: Химия, 1983. – С. 119-126. 2. Рекомендации по восстановлению изношенных узлов и деталей погружных электродвигате- лей. М.: ГОСНИТИ, 1987, 68 с. 3. Гороховский Г.А. Приминение полимеров для повышения противозадирных свойств стальных повехностей. – В кн. Трение, смазка и износ деталей машин. К., с.99-107 (Труди КИГВФ, вып. 2). 4. Диха О.В./ Вузли тертя машин. Розрахунки на зносостійкість: навч. посіб. / О.В Диха - Хмель- ницький: ХНУ, 2013.- 147 с. 5. Воронков Б.Д. Подшипники сухого трения – 2-е изд. перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. – 224 с. 6. А.С. №1213661 СССР. Антифрикционная композиция / В.П. Дудчак, И.В. Коляско, Ю.Н. Пет- ров, В.Л. Билай, А.М. Сандик. – Изобретение, 1985 г. 7. Дудчак В.П., Остапенко Р.М., Дудчак Т.В. «Антифрикційна полімерна композиція» Патент на корисну модель № 82869. Бюл. № 16 від 27.08.2013. 8. Дудчак В.П., Остапенко Р.М., Дудчак Т.В. «Спосіб одержання пористої антифрикційної ком- позиції на основі фторопласту» Патент на корисну модель № 82868. Бюл №16 від 27.08.2013. 9. Дудчак В.П. Патент України 61232А «Спосіб виготовлення двошарового антифрикційного підшипника ковзання” опуб. 17.11.2003 Бюл. №11. Поступила в редакцію 13.02.2017 Dudchak T.V., Dudchak V.P., Vilchynska D.V., Ostapenko R.M. The question sliding embedding elektronasov polymer composites restoration of bearings. The results of researches of wearproofness of radial slidewaies of down-pumps are Given, technology is developed them восстановлени., the most characteristic refuses of down-pumps are certain, the production the repair sizes of the radial bearings are offered to. Key words: radial bearings, pump, recovery. References 1. Belyy V.A. Metalopolimernye materialy i izdeliya / V.A. Belyy, N.I. Egorenkov, L.S. Koretskaya, A.M. Krasovskiy i dr. M.: Khimiya, 1983, s.119-126. 2. Rekomendatsii po vosstanovleniyu iznoshennykh uzlov i detaley pogruzhnykh elektrodvigateley. M.: GOSNITI, 1987, 68 s. 3. Gorokhovskiy G.A. Priminenie polimerov dlya povysheniya protivozadirnykh svoystv stal'nykh povekhnostey. V kn. Trenie, smazka i iznos detaley mashin. K., s.99-107 (Trudi KIGVF, vyp. 2) 4. Dykha O.V./ Vuzli tertya mashin. Rozrakhunki na znosostіykіst': navch. posіb. / O.V Dykha - Khmel'nits'kiy: KhNU, 2013. 147 s. 5. Voronkov B.D. Podshipniki sukhogo treniya – 2-e izd. pererab. i dop. L.: Mashinostroenie. Leningr. otd-nie, 1979. 224 s. 6. A.S. №1213661 SSSR. Antifriktsionnaya kompozitsiya. Dudchak V.P., Kolyasko I.V., Petrov Yu.N., Bilay V.L., Sandik A.M. Izobretenie. 1985 g. 7. Dudchak V.P., Ostapenko R.M., Dudchak T.V. «Antifriktsіyna polіmerna kompozitsіya» Patent na korisnu model' № 82869. Byul. № 16 vіd 27.08.2013. 8. Dudchak V.P., , Ostapenko R.M., Dudchak T.V. «Sposіb oderzhannya poristoї antifriktsіynoї kompozitsії na osnovі ftoroplastu» Patent na korisnu model' № 82868. Byul №16 vіd 27.08.2013. 9. Dudchak V.P. Patent Ukraїni 61232A «Sposіb vigotovlennya dvosharovogo antifriktsіynogo pіdshipnika kovzannya” opub. 17.11.2003 Byul.№11.