Подшипники роликовые упорные ART

Подшипники роликовые упорные ART: конструкция, спецификации и применение в электротехнической и энергетической отраслях

Подшипники роликовые упорные с цилиндрическими роликами, известные под обозначением серии ART (в соответствии с системой нумерации SKF, также распространены аналогичные серии других производителей, например, 812, 893, 874), представляют собой ключевые компоненты для восприятия исключительно осевых нагрузок в одном направлении. Их конструкция оптимизирована для работы при высоких осевых усилиях и умеренных скоростях вращения, что делает их незаменимыми в ряде ответственных узлов энергетического и тяжелого промышленного оборудования.

Конструктивные особенности и принцип действия

Упорный роликовый подшипник ART состоит из нескольких базовых компонентов. Основой является кольцо оси (нижнее кольцо), которое монтируется на посадочную поверхность вала или непосредственно на корпус. Рабочей поверхностью является кольцо корпуса (верхнее кольцо), воспринимающее осевую нагрузку. Между кольцами расположен набор цилиндрических роликов, которые катятся по дорожкам качения на кольцах. Ролики отделены друг от друга и центрируются сепаратором, который может быть изготовлен из штампованной стали, механически обработанной стали, латуни или полимерных материалов. Ключевая особенность конструкции – ролики имеют небольшую бочкообразность или скосы на торцах для компенсации перекосов и снижения концентрации напряжений на краях. Подшипники ART являются неразъемными, что обеспечивает простоту монтажа и демонтажа.

Материалы и технологии производства

Для обеспечения высокой несущей способности и долговечности в условиях ударных и вибрационных нагрузок к материалам предъявляются строгие требования. Кольца и ролики изготавливаются из подшипниковых сталей марок, аналогичных 100Cr6 (ШХ15) или их улучшенных аналогов с вакуумной дегазацией. Сталь подвергается сквозной закалке до высокой твердости (58-65 HRC). Для работы в агрессивных средах или при повышенных температурах применяются стали, легированные молибденом и ванадием, или нержавеющие марки. Сепараторы из полиамида, армированного стекловолокном (материал PA66-GF25), обеспечивают бесшумную работу и не требуют дополнительной смазки, в то время как металлические сепараторы (латунь, сталь) используются для высокотемпературных применений и ударных нагрузок.

Основные типоразмеры и технические характеристики

Подшипники серии ART стандартизированы по внутреннему (d) и наружному (D) диаметрам, а также по высоте (H). Диапазон размеров широк: от миниатюрных подшипников с внутренним диаметром в несколько миллиметров до крупногабаритных узлов с внешним диаметром свыше 1000 мм, используемых в гидротурбинах. Основные параметры для выбора включают статическую (C₀) и динамическую (C) грузоподъемность, предельную частоту вращения и массу.

Сферы применения в энергетике и смежных отраслях

Благодаря способности выдерживать экстремальные осевые нагрузки, подшипники ART нашли широкое применение в следующих узлах:

• Вертикальные гидрогенераторы и турбины: Установка в опоре вертикального вала для восприятия веса вращающихся частей (ротора, турбинного колеса) и гидравлических осевых усилий.
• Оборудование для добычи нефти и газа: Буровые установки, роторные столы, где присутствуют значительные осевые нагрузки.
• Тяжелое металлургическое оборудование: Опоры винтовых прессов, обжимных станов, червячных редукторов.
• Мостовые конструкции и поворотные устройства: Опорные узлы поворотных кранов, экскаваторов, антенн.
• Редукторы специального назначения: В червячных и коническо-цилиндрических редукторах, где требуется жесткая осевая фиксация валов.

Монтаж, смазка и техническое обслуживание

Правильный монтаж критически важен для долговечности подшипника ART. Кольцо оси должно быть установлено с натягом на вал или в корпус, а кольцо корпуса – с гарантированным зазором. Необходимо обеспечить строгую параллельность посадочных поверхностей. Перекосы недопустимы, так как приводят к краевому нагружению роликов и быстрому разрушению. Основные методы смазки:

• Пластичные смазки (консистентные): Наиболее распространенный вариант. Используются смазки на литиевой или комплексной основе с противозадирными и антикоррозионными присадками. Интервалы повторного смазывания определяются условиями работы и типом смазки.
• Циркуляционная жидкая смазка (масло): Применяется в высоконагруженных или высокоскоростных узлах, обеспечивает отвод тепла и очистку зоны контакта. Требует сложной системы циркуляции и уплотнений.

Техническое обслуживание включает регулярный мониторинг температуры, вибрации и акустических шумов, контроль состояния смазки и ее своевременную замену.

Преимущества и ограничения

Преимущества:

• Чрезвычайно высокая осевая грузоподъемность на единицу площади.
• Жесткость конструкции, минимальные осевые упругие деформации.
• Относительная простота конструкции и монтажа для подшипников такого класса нагрузок.
• Возможность работы в условиях кратковременных перегрузок и ударов.

Ограничения:

• Неспособность воспринимать радиальные нагрузки (требуют комбинации с радиальными подшипниками).
• Ограниченная предельная частота вращения по сравнению с упорными шарикоподшипниками.
• Высокие требования к точности монтажа и параллельности опорных поверхностей.
• Чувствительность к перекосам вала.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем подшипник ART отличается от шарикового упорного подшипника?

Роликовый упорный подшипник (ART) имеет линейный контакт роликов с дорожками качения, что обеспечивает значительно большую грузоподъемность и жесткость, но меньшую допустимую скорость вращения по сравнению с шариковым упорным подшипником, где контакт точечный.

Можно ли использовать подшипник ART для восприятия комбинированной (осево-радиальной) нагрузки?

Нет, подшипники серии ART предназначены исключительно для осевых нагрузок в одном направлении. Для комбинированных нагрузок необходимо применять комбинацию с радиальным подшипником (например, сферическим роликоподшипником или радиально-упорным шарикоподшипником) или выбирать специальные комбинированные конструкции (упорно-радиальные роликоподшипники).

Как правильно определить необходимый класс точности подшипника ART для ответственного узла турбины?

Для высокоскоростных и высокоточных применений в энергетике (гидро- и турбогенераторы) используются подшипники повышенных классов точности по ISO (P6, P5, P4). Выбор класса зависит от требуемой точности вращения, уровня вибраций и динамических характеристик узла. Как правило, это оговаривается в техническом задании от производителя основного оборудования.

Каковы признаки выхода из строя упорного роликоподшипника и методы диагностики?

Основные признаки: повышение рабочей температуры узла, рост уровня вибрации в осевом направлении, появление шума (гула, стука). Для диагностики применяется виброакустический анализ с акцентом на осевые составляющие, термография и анализ частиц износа в масле (феррография, спектральный анализ).

Какие существуют альтернативы подшипникам ART для восприятия очень высоких осевых нагрузок?

Для особо тяжелых условий применяются:

• Упорные сегментные подшипники скольжения (сегменты Мичелла): Для низкоскоростных применений с огромными нагрузками (гидротурбины).
• Конические роликовые упорные подшипники с большим углом конуса: Обладают несколько иными характеристиками по соотношению осевой/радиальной жесткости.
• Гидростатические и гидродинамические упорные подшипники: Где вал «плавает» на масляной пленке, что полностью исключает механический контакт и износ.

Заключение

Подшипники роликовые упорные ART представляют собой специализированное, инженерно отработанное решение для узлов, работающих под воздействием значительных осевых усилий. Их корректный подбор, основанный на расчете эквивалентной динамической нагрузки, учете условий смазки и монтажа, является залогом надежной и долговечной работы ответственного оборудования в энергетике, тяжелом машиностроении и других капиталоемких отраслях. Понимание их конструктивных особенностей, преимуществ и ограничений позволяет инженерам-механикам и специалистам по обслуживанию оптимизировать ресурс узлов и минимизировать риски внеплановых остановок.