Подшипники ART
Подшипники ART: технические характеристики, классификация и применение в электротехнической продукции
Подшипники ART представляют собой серию подшипников скольжения, изготавливаемых из антифрикционных композитных материалов на основе термореактивных смол. Аббревиатура ART расшифровывается как Anti-friction Reinforced Thermoset. Данный тип подшипников является ключевым компонентом в узлах вращения высоковольтного и энергетического оборудования, где требуются высокие механические характеристики, стойкость к агрессивным средам и способность работать без смазки или при ее минимальном количестве. Основная область применения – опорные и направляющие подшипники в силовых трансформаторах, реакторном оборудовании, высоковольтных выключателях, разъединителях и других устройствах, где необходимо обеспечить свободное температурное перемещение активной части или подвижных контактов.
Материальная основа и технология производства
Основу подшипников ART составляет композитный материал, состоящий из нескольких ключевых компонентов:
- Термореактивная полимерная матрица: Чаще всего эпоксидная, фенольная или полиэфирная смола. Она обеспечивает стабильность формы, высокую твердость и стойкость к деформации под нагрузкой при повышенных температурах.
- Армирующий наполнитель: Тканые или нетканые слои из стекловолокна, углеродного волокна или арамида. Наполнитель придает материалу высокую механическую прочность на разрыв и сжатие, снижает коэффициент теплового расширения.
- Твердые смазочные вещества: Частицы графита, дисульфида молибдена (MoS2) или политетрафторэтилена (PTFE), равномерно распределенные в объеме материала. Эти компоненты обеспечивают низкий коэффициент трения и возможность работы в режиме сухого или граничного трения.
- Дополнительные присадки: Могут включать антистатики, ингибиторы коррозии для металлических сопрягаемых поверхностей, пигменты.
- Пластины (плиты) скольжения: Прямоугольные или квадратные пластины различной толщины (от 3 до 50 мм). Используются в качестве опорных элементов в трансформаторах для компенсации температурных перемещений активной части относительно бака.
- Втулки (вкладыши) подшипниковые: Цилиндрические втулки, могут быть разрезными и неразрезными. Применяются в шарнирных соединениях приводов разъединителей, выключателей, в опорах токоведущих частей.
- Направляющие элементы: Профилированные изделия сложной формы для обеспечения линейного перемещения.
- ART-1 (Standard): Базовая композиция на основе эпоксидной смолы, стеклоткани и графита. Универсальное применение при средних нагрузках.
- ART-2 (High Load): С усиленным армированием и добавлением MoS2. Предназначен для высоких удельных давлений и ударных нагрузок.
- ART-3 (Oil-filled): Материал с открытой пористостью, пропитанный минеральным маслом. Для высокоскоростных узлов или узлов, где дополнительная смазка невозможна.
- ART-4 (Food Grade): На основе разрешенных смол и наполнителей, для специального применения.
- ART-5 (Conductive): С добавлением углеродных волокон для обеспечения электропроводности и предотвращения электростатических разрядов.
Процесс производства – это многоэтапное прессование при высокой температуре и давлении (hot press molding), в результате которого получается монолитная, пористая структура с равномерно распределенными смазочными компонентами. Пористость является важным эксплуатационным свойством: при необходимости подшипник может быть пропитан маслом, что дополнительно повышает его износостойкость и теплопроводность.
Ключевые преимущества и сравнительный анализ
Подшипники ART были разработаны как альтернатива традиционным металлическим подшипникам скольжения (бронзовым, латунным) и некоторым полимерным аналогам в ответ на специфические требования энергетики.
| Характеристика | Подшипник ART | Бронза (ОФ10-1, БрАЖ9-4) | Полиамид (PA6, PA66) | Фторопласт (PTFE) |
|---|---|---|---|---|
| Коэффициент трения (по стали, без смазки) | 0.05 — 0.15 | 0.15 — 0.20 (требует смазки) | 0.15 — 0.30 | 0.04 — 0.10 |
| Допустимое давление, [МПа] | До 100 | До 30-40 | До 10-20 | До 5-10 |
| Рабочая температура, [°C] | -60 до +150 (кратковременно до +180) | -50 до +200 | -40 до +80 (до +120 с добавками) | -200 до +260 |
| Коэффициент линейного расширения, [10-6/K] | 15 — 25 | 17 — 18 | 80 — 150 | 100 — 150 |
| Стойкость к агрессивным средам (кислоты, щелочи, масло, вода) | Высокая | Низкая (кроме щелочей) | Средняя (гигроскопичен) | Очень высокая |
| Износостойкость (при сухом трении) | Очень высокая | Низкая без смазки | Средняя | Низкая (высокая ползучесть) |
Из таблицы видно, что главные преимущества ART – это сочетание высокой механической прочности и несущей способности (близкой к металлам) с низким коэффициентом трения и износа, характерным для полимеров. Низкий коэффициент теплового расширения, близкий к металлу, критически важен для прецизионных узлов трансформаторов, где зазор между деталями должен оставаться стабильным в широком диапазоне температур.
Классификация и типоразмеры подшипников ART
Подшипники ART стандартизированы по форме, размерам и составу. Основные типы по конструкции:
Классификация по составу и свойствам (условное обозначение):
Применение в электротехнической и кабельной продукции
В энергетике подшипники ART решают задачи, где традиционные материалы неэффективны.
1. Силовые трансформаторы и реакторы
Опорные плиты скольжения между активной частью (магнитопровод с обмотками) и баком трансформатора. Они обеспечивают свободное перемещение при тепловом расширении, вибрационных нагрузках, а также при транспортировке активной части на тележке. Требования: высокая несущая способность (до 30-40 МПа и более), стойкость к трансформаторному маслу, низкий коэффициент трения для минимизации усилий при монтаже и перемещениях.
2. Высоковольтное коммутационное оборудование
Подшипниковые узлы в приводах (пневматических, пружинных, электромагнитных) выключателей и разъединителей. Втулки ART используются в шарнирах рычажных передач, где необходима точность, износостойкость и работа без обслуживания в течение длительного срока (25-30 лет). Их применение исключает заедание, характерное для заржавевших металлических подшипников.
3. Токоведущие части и системы шин
Опорные и направляющие изоляторы со встроенными элементами скольжения для компенсации температурных удлинений шинных мостов. ART обеспечивает изоляционные свойства и необходимое скольжение.
4. Кабельная арматура и аксессуары
В системах подвеса и ввода кабелей, где требуется обеспечить подвижность для компенсации механических напряжений, термического расширения кабеля или смещений конструкций.
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Монтаж подшипников ART требует соблюдения чистоты поверхности сопрягаемых деталей. Рекомендуемая шероховатость стальной поверхности – Ra ≤ 3.2 мкм. Установка обычно производится без натяга, с гарантированным зазором. При монтаже крупных плит в трансформаторах поверхности подшипника и стальной плиты часто покрываются консистентной смазкой на основе силикона или дисульфида молибдена для облегчения начального монтажа и защиты от коррозии.
Эксплуатация в большинстве случаев не требует технического обслуживания. В узлах с высокой цикличностью (приводы) рекомендуется периодический визуальный осмотр на предмет износа. Ресурс подшипника ART определяется удельным давлением и скоростью скольжения. При правильном подборе он превышает ресурс основного оборудования.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие ART от текстолита или капролона?
Текстолит (гетинакс) – это слоистый пластик на основе ткани и фенолформальдегидной смолы. Он обладает высокой прочностью, но плохими антифрикционными свойствами и низкой износостойкостью при сухом трении. Капролон (полиамид-6) имеет высокий коэффициент трения, сильно поглощает влагу, что приводит к изменению размеров, и обладает высокой ползучестью под нагрузкой. ART – это специализированный композит, где антифрикционные свойства и износостойкость заложены на уровне материала за счет твердых смазок и особой структуры.
Можно ли использовать подшипники ART в водной среде или на открытом воздухе?
Да, материалы ART обладают высокой стойкостью к воде, соленой атмосфере и большинству химических реагентов. Они не подвержены коррозии и гниению. Однако при длительной работе в абразивной среде (пыль, песок) рекомендуется защита узла или выбор специальных исполнений.
Как правильно выбрать тип ART для конкретной задачи?
Выбор основывается на расчете двух ключевых параметров: удельного давления (P = F/S) и скорости скольжения (V). Для статических и низкоскоростных узлов с высоким давлением (опоры трансформаторов) подходит ART-1 или ART-2. Для узлов с перемещением под нагрузкой (шарниры) – ART-2. Для высокоскоростных или труднообслуживаемых узлов – пропитанный маслом ART-3. Всегда следует запрашивать у производителя диаграммы PV (давление-скорость) для конкретной марки материала.
Требуется ли приработка подшипников ART?
Нет, подшипники ART не требуют приработки. Их антифрикционные свойства постоянны на протяжении всего срока службы, так как твердая смазка распределена по всему объему материала. При износе поверхностного слоя в зону трения поступают новые частицы смазки.
Совместимы ли подшипники ART с пищевыми и медицинскими стандартами?
Стандартные марки ART не сертифицированы для прямого контакта с пищевыми продуктами или для использования в медицинском оборудовании. Для таких применений существует специальная серия ART-4, изготовленная из одобренных компонентов, но ее применение в энергетике крайне редко.
Заключение
Подшипники ART являются высокотехнологичным, специализированным решением для ответственных узлов энергетического оборудования. Их уникальные характеристики – сочетание прочности, износостойкости, химической инертности и способности работать в режиме сухого трения – делают их незаменимыми в конструкциях, где надежность и длительный межсервисный интервал являются критическими параметрами. Правильный подбор типоразмера и марки материала на этапе проектирования позволяет значительно повысить эксплуатационную надежность трансформаторов, выключателей и другого электротехнического оборудования, минимизировать затраты на обслуживание и исключить риски отказа из-за заклинивания подшипниковых узлов.