Подшипники многорядные

Подшипники многорядные: конструкция, типы, применение и монтаж в электротехническом и энергетическом оборудовании

Многорядные подшипники качения представляют собой класс опорных узлов, в которых два или более рядов тел качения (шариков или роликов) расположены в едином сепараторе или раздельных сепараторах, но в рамках общей обоймы. Их основное назначение – существенное увеличение радиальной и/или осевой грузоподъемности, а также жесткости узла по сравнению с однорядными аналогами при сохранении или незначительном увеличении монтажных габаритов. В энергетике и электротехнической промышленности такие подшипники находят применение в ответственных узлах, работающих под высокими нагрузками и требующих повышенной надежности и долговечности.

Конструктивные особенности и классификация

Ключевое отличие многорядных подшипников – наличие нескольких дорожек качения на наружном и внутреннем кольцах. Конструкция определяется типом воспринимаемой нагрузки, требуемой точностью и условиями эксплуатации.

Основные типы многорядных подшипников:

• Двухрядные радиальные шарикоподшипники: Чаще всего выполняются со сферической поверхностью наружного кольца (самоустанавливающиеся) для компенсации перекосов вала. Обладают повышенной радиальной грузоподъемностью.
• Двухрядные роликоподшипники с цилиндрическими роликами: Обеспечивают максимальную радиальную грузоподъемность и жесткость. Чувствительны к перекосам. Существуют исполнения с разным углом наклона рядов роликов для восприятия комбинированных нагрузок.
• Четырехточечные контактные шарикоподшипники: Специальный тип однорядного подшипника, работающий как двухрядный за счет формы дорожек качения. Способен воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях, а также комбинированные нагрузки. Компактны.
• Двухрядные конические роликоподшипники: Наиболее распространенный тип для восприятия значительных радиальных и двусторонних осевых нагрузок. Позволяют регулировать зазор/натяг в процессе монтажа. Широко применяются в редукторах, тяговых электродвигателях.
• Двухрядные упорные шарикоподшипники: Предназначены для восприятия осевых нагрузок в двух направлениях. Могут иметь плоские или сферические опорные поверхности.
• Многорядные игольчатые роликоподшипники: При минимальных радиальных габаритах обладают высокой грузоподъемностью. Используются в компактных узлах.

Материалы и смазка

Для работы в условиях высоких нагрузок и скоростей, характерных для энергетического оборудования, к материалам предъявляются повышенные требования. Кольца и тела качения изготавливаются из подшипниковых сталей марок ШХ15, ШХ15СГ, подвергаемых объемной закалке. Для агрессивных сред (например, в морской энергетике) применяются коррозионно-стойкие стали (например, 95Х18). В узлах с высокими температурами (турбогенераторы) используются стали, сохраняющие твердость при нагреве, или специальные сплавы.

Смазка – критический фактор. Применяются:

• Пластичные смазки (консистентные): На основе литиевых, комплексных или полимочевинных загустителей. Требуют периодического пополнения. Преимущество – герметизация узла от загрязнений.
• Жидкие масла (циркуляционные, оросительные): Обеспечивают лучший отвод тепла, используются в высокоскоростных узлах (турбогенераторы). Требуют сложной системы циркуляции и фильтрации.
• Твердые смазки (дисульфид молибдена, графит): Применяются в условиях вакуума, высоких температур или когда жидкая смазка недопустима.

Области применения в энергетике и электротехнике

Многорядные подшипники являются ключевыми элементами в следующих типах оборудования:

• Турбогенераторы и гидрогенераторы: Опорные и упорно-опорные подшипники валов роторов. Здесь применяются многорядные сегментные подшипники скольжения, но также используются и специальные роликоподшипники для вспомогательных узлов. Основные требования – высочайшая надежность, виброустойчивость, долговечность.
• Крупные электродвигатели и генераторы (тяговые, для приводов насосов и вентиляторов): Двухрядные конические или сферические роликоподшипники на валу ротора для восприятия значительных радиальных и осевых нагрузок от передач.
• Редукторы и мультипликаторы ветроэнергетических установок (ВЭУ): Планетарные и параллельные ступени редукторов ВЭУ используют многорядные цилиндрические и конические роликоподшипники для восприятия экстремальных переменных нагрузок.
• Оборудование для транспортировки топлива (конвейеры, питатели): Приводные барабаны и роликоопоры, работающие в условиях запыленности и высоких нагрузок, часто оснащаются двухрядными сферическими роликоподшипниками, нечувствительными к перекосам.
• Силовые трансформаторы: В системах перемещения (тележках) крупногабаритных трансформаторов.

Преимущества и недостатки

Преимущества	Недостатки
Высокая радиальная и/или осевая грузоподъемность при ограниченных посадочных размерах. Повышенная жесткость узла, что критично для точного позиционирования ротора. Способность воспринимать комбинированные нагрузки (радиальные и осевые) в одном узле. Сокращение количества подшипниковых узлов в агрегате, упрощение конструкции. Повышенный ресурс и надежность при правильном подборе и монтаже.	Более высокая стоимость по сравнению с однорядными подшипниками. Повышенные требования к точности монтажа и посадочных поверхностей. Ограничения по максимальной частоте вращения (ниже, чем у однорядных аналогов из-за повышенной массы сепараторов и трения). Сложность регулировки зазоров (особенно для роликовых исполнений). Большие потери на трение и повышенное тепловыделение.

Особенности монтажа, регулировки и обслуживания

Правильная установка многорядного подшипника определяет его ресурс. Для конических роликоподшипников обязательна регулировка осевого зазора (натяга). Методы регулировки:

• Регулировка затяжкой гайки на валу с контролем момента проворачивания или осевого зазора.
• Использование комплекта регулировочных прокладок между корпусными деталями.
• Применение предварительно настроенных пар подшипников (спаренных).

Монтаж должен исключать перекосы. Запрессовка производится только на натянутое кольцо (посадка с натягом), с использованием специальных оправок, исключающих передачу усилия через тела качения. Нагрев перед установкой (индукционный или в масляной ванне) – стандартная практика для колец с большим натягом. Обязательна чистота рабочей зоны.

Системы технического обслуживания и диагностики (вибродиагностика, термоконтроль, анализ смазочного материала) являются обязательными для критичных узлов энергооборудования. Они позволяют выявить зарождающиеся дефекты: усталостное выкрашивание, абразивный износ, пластические деформации, задиры.

Критерии выбора многорядного подшипника

Выбор осуществляется на основе инженерного расчета и анализа условий эксплуатации.

Критерий	Рассматриваемые параметры и типы
Характер и величина нагрузки	Радиальная, осевая, комбинированная; постоянная, ударная, вибрационная. Для чистых радиальных нагрузок – цилиндрические роликоподшипники, для комбинированных – конические или четырехточечные шариковые.
Частота вращения	Каждый тип имеет предельную частоту вращения. Шариковые – более быстроходные, роликовые – более тихоходные, но мощные.
Требуемая точность и жесткость	Классы точности по ГОСТ, ISO, ABEC. Для шпинделей генераторов – классы 5, 4 (P5, P4).
Условия эксплуатации	Температура, наличие агрессивных сред, запыленность, возможность обслуживания. Определяет выбор материала, типа уплотнений, смазки.
Особые требования	Самоустановка (сферические подшипники), разъемность конструкции, необходимость осевого смещения вала.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается двухрядный конический роликоподшипник от пары однорядных, установленных рядом?

Двухрядный подшипник представляет собой сбалансированный узел, где кольца и сепараторы рядов конструктивно объединены, а дорожки качения обработаны с высокой степенью соосности. Это обеспечивает оптимальное распределение нагрузки между рядами. Пара отдельных однорядных подшипников требует юстировки и точной регулировки осевого зазора каждого, что сложнее и может привести к неравномерному нагружению.

Когда целесообразно применять многорядный подшипник вместо однорядного?

При проектировании нового узла или модернизации существующего многорядный подшипник выбирают, когда: 1) нагрузки превышают возможности однорядного при заданном посадочном месте; 2) необходимо существенно повысить жесткость вала; 3) требуется воспринимать значительные осевые нагрузки в обоих направлениях; 4) стоит задача уменьшить количество опор, упростив конструкцию.

Как правильно определить необходимый класс точности для генератора или мощного электродвигателя?

Класс точности определяет допуски на геометрические параметры. Для опор валов роторов средних и крупных электрических машин общего назначения обычно достаточно класса P5 (повышенный). Для высокоскоростных турбогенераторов, прецизионных шпинделей используют классы P4, P2 (сверхточные). Выбор должен быть обоснован расчетом на виброустойчивость и требованиями стандартов на конкретный вид оборудования.

Каковы основные причины преждевременного выхода из строя многорядных подшипников в энергооборудовании?

• Неправильный монтаж и регулировка: Перекосы, чрезмерный натяг, повреждение при запрессовке.
• Несоответствие смазки или ее загрязнение: Более 40% отказов связаны со смазкой.
• Перегрузки: Рабочие нагрузки, превышающие расчетные, ударные воздействия.
• Проникновение загрязнений и влаги: Износ рабочих поверхностей абразивными частицами, коррозия.
• Протекание токов через подшипник (электрическая эрозия): Характерно для электродвигателей и генераторов при нарушении изоляции. Проявляется в виде шагренеобразной поверхности дорожек качения.

Какие существуют методы защиты подшипников от токопроведения (электрической эрозии)?

1. Изоляция одного из подшипников узла: Установка подшипника с изолирующим покрытием (например, оксид алюминия) на наружном или внутреннем кольце, либо применение изолирующих втулок и прокладок. 2. Использование токоотводящих щеток: Установка графитовых или металлографитовых щеток, обеспечивающих контролируемый путь для стока паразитных токов с вала на землю. 3. Применение смазок с добавками, повышающими электропроводность для равномерного распределения потенциала (менее распространенный метод).

Как интерпретировать результаты вибродиагностики подшипникового узла?

Повышение виброактивности на характерных частотах является индикатором дефектов:

• Частота вращения сепаратора (FTF): Дефекты сепарателя (удар, дисбаланс).
• Частота перекатывания элемента по наружному кольцу (BPFO): Дефекты на дорожке качения наружного кольца.
• Частота перекатывания элемента по внутреннему кольцу (BPFI): Дефекты на дорожке качения внутреннего кольца.
• Частота вращения тела качения (BSF): Дефекты на теле качения (ролике, шарике).

Рост общего уровня вибрации в широком диапазоне частот часто свидетельствует о прогрессирующем износе или ухудшении смазки.