Роликовые сферические подшипники ППЗ
Роликовые сферические подшипники ППЗ: конструкция, применение и технические аспекты
Роликовые сферические подшипники, производимые под торговой маркой ППЗ (Первоуральский подшипниковый завод), представляют собой ключевые узлы для оборудования, работающего в условиях значительных радиальных нагрузок, перекосов валов и неблагоприятных сред. Данный тип подшипников качения относится к самоустанавливающимся, что обусловлено их конструктивной особенностью: дорожка качения на наружном кольце выполнена в виде сферы, а внутреннее кольцо с двумя рядами бочкообразных роликов может свободно ориентироваться внутри него. Это позволяет компенсировать несоосность вала и корпуса, возникающую вследствие монтажных погрешностей, прогиба вала под нагрузкой или тепловых деформаций, что критически важно для надежности крупногабаритных энергетических агрегатов.
Конструктивные особенности и принцип действия
Основу подшипника составляют три ключевых элемента: разъемное наружное кольцо со сферической беговой дорожкой, неразъемное внутреннее кольцо и два ряда симметрично расположенных бочкообразных роликов, разделенных сепаратором (обычно изготавливаемым из стали или полиамида). Сферическая геометрия наружного кольца и соответствующая ей форма роликов обеспечивают две принципиальные функции: самоустановку и высокую грузоподъемность. Угол самоустановки для подшипников ППЗ стандартно составляет до ±1.5° — 2.5°, что позволяет внутреннему узлу (вал с внутренним кольцом) свободно качаться относительно корпуса. Бочкообразная форма роликов минимизирует концентрацию напряжений на краях и обеспечивает равномерное распределение нагрузки по длине ролика даже при наличии перекоса.
Подшипники ППЗ поставляются, как правило, в двух основных исполнениях: с цилиндрическим отверстием (обозначаются сериями 113500, 113600 и др.) и с коническим отверстием (серии 113500К, 113600К). Подшипники с коническим отверстием (конусность 1:12) предназначены для установки на коническую шейку вала или с помощью разъемной закрепительной втулки, что обеспечивает более точную и надежную посадку с натягом, упрощает монтаж/демонтаж и позволяет регулировать радиальный зазор в процессе установки.
Материалы и системы смазки
Для изготовления колец и тел качения подшипников ППЗ используются подшипниковые стали марок ШХ15, ШХ15СГ, подвергаемые объемной закалке и низкому отпуску для достижения высокой и однородной твердости (HRC 60-65). В условиях агрессивных сред или при необходимости работы без смазки применяются стали 95Х18 или 110Х18М-ШД. Сепараторы изготавливаются штампованными из стального листа (обозначение в маркировке – без символа) или из полиамида (обозначение – «П» или «Л»). Полиамидные сепараторы обеспечивают бесшумную работу, лучше приспособлены для работы в условиях недостаточной смазки и обладают демпфирующими свойствами.
Система смазки является критическим фактором долговечности. Подшипники ППЗ имеют конструкцию, допускающую как пластичную, так и жидкую смазку. В корпусе подшипникового узла предусматриваются масленки для подачи пластичной смазки и канавки для ее распределения. Для тяжелонагруженных и высокоскоростных применений используется циркуляционная жидкая смазка, которая также выполняет функцию отвода тепла. Герметизация осуществляется с помощью лабиринтных уплотнений или резиновых манжет, поставляемых в комплекте или отдельно.
Основные серии и технические характеристики
Номенклатура сферических роликоподшипников ППЗ обширна и охватывает диапазон внутренних диаметров от 20 мм до свыше 1000 мм. Маркировка подшипника содержит информацию о его типе, размерах и исполнении. Например, подшипник 113618К расшифровывается следующим образом: 1 – тип (сферический двухрядный роликовый), 13 – серия по ширине (среднеширокая), 6 – конструктивное исполнение (с коническим отверстием и буртиком на внутреннем кольце), 18 – диаметр отверстия в мм, умноженный на 5 (d=90 мм), К – наличие конического отверстия.
| Обозначение серии | Диапазон внутренних диаметров, d (мм) | Особенности конструкции | Типичные области применения в энергетике |
|---|---|---|---|
| 113500 | 25 — 140 | С цилиндрическим отверстием, стальной сепаратор. | Насосы, вентиляторы дымоудаления, муфты. |
| 113500К | 25 — 140 | С коническим отверстием (1:12), стальной сепаратор. | Опоры роликов грохотов, сепараторов, тягодутьевые машины. |
| 113600 | 30 — 170 | С цилиндрическим отверстием, повышенная грузоподъемность. | Опоры валов турбогенераторов малой мощности, шнековые конвейеры. |
| 113600К | 30 — 170 | С коническим отверстием, повышенная грузоподъемность. | Главные опоры тяжелых редукторов, опоры барабанов мельниц. |
| 113800 | 180 — 1000+ | Крупногабаритное исполнение, часто с полиамидным сепаратором. | Опоры рабочих колес гидротурбин, генераторов, опорно-поворотные устройства кранов. |
Применение в энергетической отрасли
В энергетике сферические роликоподшипники ППЗ находят применение в агрегатах, характеризующихся высокими динамическими нагрузками и сложными условиями эксплуатации.
- Гидротурбины и генераторы: Используются в опорах валов (подпятниках и направляющих подшипниках) вертикальных и горизонтальных гидроагрегатов. Их способность компенсировать перекосы, вызванные неравномерной гидравлической нагрузкой на лопасти и тепловым расширением, является определяющей.
- Тягодутьевые машины (дымососы, вентиляторы): Устанавливаются на валах роторов, работающих в условиях запыленности и вибрации. Подшипники с коническим отверстием обеспечивают точную центровку и предотвращают проворачивание на валу.
- Углеразмольные мельницы (шаровые, валковые): Работают в условиях ударных нагрузок и высокой запыленности. Применяются подшипники усиленных серий с эффективной системой лабиринтных уплотнений.
- Крановое оборудование электростанций: Опорно-поворотные устройства (ОУП) кранов грейферных, козловых содержат сферические подшипники большого диаметра, воспринимающие комбинированные радиально-осевые нагрузки.
- Редукторы и муфты приводов: В мощных редукторах привода конвейеров топливоподачи или мельниц данные подшипники устанавливаются на тихоходных валах.
Монтаж, эксплуатация и диагностика
Правильный монтаж определяет ресурс подшипника. Для подшипников с цилиндрическим отверстием применяется посадка с натягом на вал (обычно k6, m6) и переходная в корпус (H7, J7). Для подшипников с коническим отверстием монтаж осуществляется с помощью закрепительной втулки и стопорных элементов (гайки, пластины). Критически важно контролировать осевое перемещение внутреннего кольца при его напрессовке на конус для достижения требуемого радиального зазора, который проверяется с помощью щупа или индикатора. Перетяжка подшипника ведет к его перегреву и заклиниванию, недостаточный натяг – к проворачиванию и износу посадочных поверхностей.
В процессе эксплуатации необходим регулярный мониторинг состояния подшипникового узла: контроль температуры, уровня вибрации и акустического шума. Повышение температуры часто свидетельствует о избытке смазки, неправильной посадке или недостаточном зазоре. Рост уровня вибрации на частотах, кратных частоте вращения, указывает на повреждение беговых дорожек или тел качения. Плановое техническое обслуживание включает периодическую пополняющую смазку и замену отработавшей, проверку состояния уплотнений и крепежа.
Сравнительные преимущества и ограничения
По сравнению с шариковыми сферическими подшипниками, роликовые сферические подшипники ППЗ обладают существенно более высокой радиальной грузоподъемностью (в 1.7-2 раза для сопоставимых размеров) и лучше демпфируют ударные нагрузки. В сравнении с цилиндрическими роликоподшипниками, они проигрывают в предельной частоте вращения и точности позиционирования, но выигрывают за счет компенсации несоосности. Основным ограничением является умеренная допустимая осевая нагрузка (обычно не более 25-30% от неиспользованного радиального ресурса) и более сложный монтаж, требующий квалификации персонала.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается подшипник серии 113500К от 113500?
Буква «К» в обозначении указывает на наличие конического отверстия во внутреннем кольце с конусностью 1:12. Подшипник 113500 имеет цилиндрическое отверстие. Коническое исполнение предназначено для установки с помощью закрепительной втулки, что обеспечивает точную регулировку посадки с натягом и упрощает монтаж/демонтаж на валах.
Как определить необходимый радиальный зазор для подшипника ППЗ?
Радиальный зазор (обозначается как группа С0, С2, С3, С4) выбирается исходя из условий работы. Для большинства энергетических применений (нормальные условия, нагрев вала) применяется нормальная группа С0 или увеличенная С3 (для тяжелонагруженных узлов, где требуется компенсация температурных деформаций). Точные значения зазоров для каждого типоразмера приведены в каталогах ППЗ.
Можно ли заменить подшипник импортного производства (например, SKF 222.. серии) на аналог ППЗ?
Да, в большинстве случаев существует прямая размерная взаимозаменяемость. Например, подшипник SKF 22220 CC/W33 соответствует подшипнику ППЗ 113620К. Однако перед заменой необходимо сверить все параметры: габаритные размеры, группу радиального зазора, тип сепаратора, конструкцию уплотнений. Также важно учитывать условия нагружения и скоростной режим.
Что означает буква «П» в конце маркировки подшипника ППЗ (например, 113618КП)?
Буква «П» указывает на материал сепаратора – полиамид (текстолит). Такой сепаратор обеспечивает более плавную и бесшумную работу, обладает хорошими антифрикционными свойствами и устойчив к заеданию. Подшипники с полиамидным сепаратором рекомендуются для применений, где важна чистота работы, или где возможны перебои со смазкой.
Как правильно смазывать сферический роликоподшипник в узле с жидкой смазкой?
При циркуляционной смазке масло должно подаваться в зону контакта роликов с наружным кольцом, а отвод осуществляться из противоположной стороны узла. Уровень масла должен быть на середине нижнего ролика при горизонтальном расположении вала. Необходимо использовать масла рекомендуемых вязкостей (обычно ISO VG 150-320 для тихоходных узлов) и соблюдать интервалы замены, указанные в инструкции по эксплуатации оборудования.
Каков типичный расчетный ресурс подшипников ППЗ в энергетическом оборудовании?
Номинальный расчетный ресурс (L10h) по усталостному выкрашиванию при правильных условиях эксплуатации (нагрузка, смазка, монтаж) для сферических роликоподшипников средних и крупных серий может составлять от 40 000 до 100 000 часов. Однако в реальных условиях на ресурс влияют множество факторов: наличие абразивного износа, вибрации, перегрева, неправильной перетяжки. Фактический срок службы часто определяется состоянием уплотнений и качеством обслуживания системы смазки.