Подшипники скольжения FBJ
Подшипники скольжения FBJ: конструкция, материалы, применение и технические аспекты
Подшипники скольжения FBJ представляют собой класс опорных узлов, в которых вращение вала происходит по рабочей поверхности вкладыша (втулки) без использования тел качения. Ключевым отличием и преимуществом данной конструкции является наличие между валом и вкладышем тонкого слоя смазочного материала, создающего жидкостное трение при определенных режимах работы. Это позволяет воспринимать значительные радиальные и осевые нагрузки, демпфировать вибрации и обеспечивать долговечность работы в тяжелых условиях, характерных для энергетического оборудования.
Конструктивные особенности и типы подшипников FBJ
Конструкция подшипников скольжения FBJ варьируется в зависимости от типа нагрузки и условий эксплуатации. Основными элементами являются корпус (станина), вкладыш (рабочий слой) и система смазки.
- Радиальные подшипники: Предназначены для восприятия нагрузок, перпендикулярных оси вала. Могут быть цельными (втулка) или разъемными (состоящими из верхнего и нижнего вкладыша, что упрощает монтаж и замену). В энергетике преимущественно используются разъемные конструкции.
- Упорные подшипники (подпятники): Воспринимают осевые нагрузки вдоль вала. Состоят из сегментных колодок (башмаков), расположенных на опорном кольце. Критически важны для вертикальных гидро- и турбогенераторов.
- Радиально-упорные подшипники: Комбинированная конструкция, способная воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки.
- Циркуляционная (принудительная) система смазки: Масло под давлением подается насосами от маслоблока через сеть трубопроводов в масляные карманы подшипника. Проходя через зазор, оно отводит тепло и образует масляный клин. После этого масло сливается в бак, охлаждается, очищается и вновь подается в систему. Является основной для турбоагрегатов и крупных генераторов.
- Кольцевая система смазки: Маслоносительное кольцо, насаженное на вал, вращается вместе с ним, захватывает масло из ванны и подает его на верхнюю часть вала. Простая и надежная система для горизонтальных машин средней мощности.
- Граничное трение: При пуске, останове или очень низких оборотах. Поверхности вала и вкладыша разделены тончайшей пленкой смазки. Допустимо кратковременно.
- Полужидкостное (смешанное) трение: При увеличении скорости часть нагрузки воспринимается масляным клином, часть – микровыступами металлов.
- Жидкостное трение: Номинальный режим работы. Вал и вкладыш полностью разделены устойчивым масляным клином. Износ практически отсутствует. Достигается при определенном соотношении скорости, вязкости масла и нагрузки.
- Удельное давление (p): p = P / (d
- L), где P – радиальная нагрузка, d – диаметр вала, L – длина подшипника. Превышение допустимого значения ведет к выдавливанию смазки и разрушению слоя баббита.
- Скорость скольжения (v): v = π d n. Влияет на формирование масляного клина и тепловыделение.
- Произведение p*v: Критерий работы подшипника, характеризующий удельную работу трения и тепловую напряженность.
- Температура рабочего слоя: Ключевой параметр эксплуатации. Превышение температуры приводит к разупрочнению баббита, оплавлению и разрушению вкладыша. Контролируется термопарами, заложенными в тело вкладыша.
- Зазор подшипника: Разность между диаметром вкладыша и диаметром вала. Оптимальный зазор обеспечивает образование масляного клина и отвод тепла. Увеличение зазора сверх нормы ведет к вибрациям, уменьшение – к перегреву и заеданию.
- Турбогенераторы (паровые и газовые турбины): Опорные и упорные подшипники ротора. Работают при высоких скоростях (3000/3600 об/мин) и температурах, требуют высоконадежной циркуляционной системы смазки.
- Гидрогенераторы: Особое внимание – упорным подшипникам вертикальных агрегатов, воспринимающим вес вращающихся частей и гидравлическое усилие. Используются сегментные подпятники с баббитовой заливкой и системой принудительного охлаждения.
- Крупные электродвигатели (насосы, вентиляторы, мельницы): Опорные подшипники скольжения для агрегатов мощностью от нескольких сотен кВт.
- Дизель-генераторные установки: Опорные подшипники коленчатого вала, работающие в условиях ударных нагрузок.
Материалы вкладышей (антифрикционные покрытия)
Выбор материала рабочего слоя определяет несущую способность, износостойкость, коррозионную стойкость и поведение в режиме граничного трения. В энергетике применяются многослойные вкладыши.
| Материал рабочего слоя | Состав и особенности | Типичные применения в энергетике | Преимущества | Ограничения |
|---|---|---|---|---|
| Баббит на оловянной основе (Б83, Б88) | Сплав олова (83-89%), сурьмы и меди. Мягкий, пластичный, с отличными антифрикционными свойствами. | Опорные и упорные подшипники турбогенераторов, гидрогенераторов, крупных электродвигателей. | Высокая прирабатываемость, стойкость к заеданию, хорошая теплопроводность, способность встраивать твердые частицы. | Ограниченная прочность при высоких температурах (до +110°C), высокая стоимость из-за содержания олова. |
| Баббит на свинцовой основе | Сплав на основе свинца с добавками кальция, натрия, олова. | Подшипники вспомогательных механизмов, дизель-генераторы. | Более низкая стоимость, удовлетворительные антифрикционные свойства. | Меньшая коррозионная стойкость и усталостная прочность по сравнению с оловянными баббитами. |
| Бронза (оловянистая, свинцовистая) | Сплав меди с оловом (BrO10) или свинцом (BrS30). Может использоваться как основа с баббитовым покрытием или как самостоятельный слой. | Втулки насосов, подшипники вспомогательных агрегатов, опоры с умеренными нагрузками. | Высокая механическая прочность, износостойкость. | Более низкие антифрикционные свойства, риск заедания с валом при нарушении смазки. |
Основа вкладыша (стальная или бронзовая спинка) обеспечивает механическую прочность, а промежуточный подслой (часто из никеля или меди) предотвращает диффузию и улучшает адгезию баббита к основе.
Системы смазки и режимы трения
Эффективная работа подшипника FBJ невозможна без организованной подачи смазки. В энергетике применяются две основные системы:
Режимы работы подшипника скольжения:
Ключевые расчетные параметры и диагностика
При проектировании и эксплуатации подшипников FBJ контролируются следующие параметры:
Области применения в энергетике
Монтаж, эксплуатация и ремонт
Правильный монтаж определяет ресурс подшипника. Критические этапы: очистка и проверка посадочных мест, контроль зазоров (шаблонием из свинцовой проволоки или щупами), проверка прилегания вкладыша к постели (на краску), центровка вала. Эксплуатация требует постоянного контроля температуры, давления масла, его чистоты и уровня вибрации. Ремонт чаще всего заключается в перезаливке вкладышей баббитом по шаблону или с механической обработкой на станке с последующей пригонкой (шабрением).
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем принципиально отличаются подшипники скольжения FBJ от подшипников качения в энергетике?
Подшипники скольжения FBJ способны выдерживать существенно более высокие удельные нагрузки и скорости, лучше демпфируют вибрации, имеют более высокий ресурс при работе в режиме жидкостного трения и, как правило, ремонтопригодны. Подшипники качения используются для вспомогательных механизмов с меньшими нагрузками и требуют более частой замены.
Как определить, что подшипник скольжения вышел из строя или работает на грани срыва масляного клина?
Основные признаки: устойчивый рост температуры выше паспортных значений (обычно более 80-85°C для баббита Б83), резкие колебания температуры, увеличение уровня вибрации на частоте вращения ротора, падение давления масла на входе в подшипник, появление шумов (скрежет, стуки). При визуальном осмотре после разборки – наличие задиров, отслоений, трещин усталости (раковин) на поверхности баббита.
Какие масла применяются для смазки подшипников FBJ в турбогенераторах?
Применяются специальные турбинные масла (например, по ГОСТ 32-74 или стандарту ISO 8068). Ключевые параметры: вязкость (обычно ISO VG 32, 46, 68 при 40°C), температура вспышки, стойкость к окислению, наличие антиокислительных и противокоррозионных присадок. Масло должно постоянно очищаться в системе и регулярно контролироваться в лаборатории на предмет изменения физико-химических свойств и загрязнения.
Что такое «вытеснение» баббита и каковы его причины?
Это локальное или полное отслоение антифрикционного слоя от стальной спинки вкладыша. Причины: усталость материала от циклических нагрузок, перегрев, нарушение технологии заливки (плохая подготовка спинки, недостаточная адгезия), вибрации, вызванные несоосностью или дисбалансом ротора. Вытеснение требует немедленной остановки агрегата и перезаливки подшипника.
Как часто требуется проводить ревизию подшипников скольжения на основном энергетическом оборудовании?
Периодичность ревизии устанавливается регламентом завода-изготовителя и местными правилами технической эксплуатации. Как правило, плановый осмотр и замер зазоров проводят во время капитальных ремонтов турбоагрегатов (раз в 4-8 лет). Для гидроагрегатов – по графику, часто совмещая с ремонтом гидротурбинной части. Внеплановые ревизии выполняются при появлении диагностических признаков неисправности.
Каковы современные тенденции в мониторинге состояния подшипников FBJ?
Современные системы диагностики включают непрерывный онлайн-мониторинг температуры в нескольких точках вкладыша, вибрации в опорах, расхода и давления масла. Развиваются методы акустической эмиссии для раннего обнаружения микротрещин, а также анализ частиц износа в масле (феррография, анализ спектра). Это позволяет перейти от планово-предупредительных ремонтов к ремонтам по фактическому состоянию.