Подшипники скольжения INA

Подшипники скольжения INA: конструкция, материалы, применение и технические аспекты

Подшипники скольжения INA, производимые подразделением Schaeffler Germany GmbH & Co. KG, представляют собой высокотехнологичные компоненты, предназначенные для работы в условиях вращательного, линейного или качательного движения без использования тел качения. Их принцип действия основан на образовании стабильной смазочной пленки (гидродинамический, гидростатический или граничный режим трения) между валом (цапфой) и рабочей поверхностью втулки. В энергетике, где надежность и долговечность являются критическими параметрами, данные изделия находят применение в системах с высокими нагрузками, низкими скоростями, в условиях ударных нагрузок или необходимости обеспечения абсолютной необслуживаемости на протяжении длительного срока.

Классификация и конструктивные особенности подшипников скольжения INA

Ассортимент INA охватывает широкий спектр конструкций, которые можно систематизировать по нескольким ключевым признакам.

По типу конструкции и монтажа:

• Цельные втулки (Bushings): Простейший тип – гладкая цилиндрическая втулка. Устанавливаются с натягом в корпус. Применяются при невозможности или нецелесообразности использования разъемных конструкций.
• Разъемные подшипники (Split Bushings): Состоят из двух половин, что значительно упрощает монтаж и демонтаж без необходимости осевого смещения вала или разборки сопряженных узлов. Критически важны для крупногабаритного энергетического оборудования (турбины, генераторы).
• Подшипники с фланцем (Flanged Bushings): Оснащены крепежным фланцем для фиксации в осевом направлении. Используются в узлах, где присутствует значительная осевая нагрузка или требуется точное позиционирование.
• Подшипниковые узлы (Bearing Units): Готовое решение, где втулка установлена в литом или штампованном корпусе (например, из серого чугуна или стали). Корпус имеет монтажные отверстия. Упрощают проектирование и сборку агрегатов.

По типу материала и слоистой структуре:

Многослойная структура – ключевое преимущество подшипников скольжения INA. Она обеспечивает синергию свойств различных материалов.

• Стальная основа (Backing Steel): Обеспечивает механическую прочность, стабильность геометрии и высокую несущую способность. Отличается отличной адгезией к наносимым слоям.
• Пористый промежуточный слой (Sintered Bronze Layer): Наносится методом спекания на стальную основу. Этот слой выполняет несколько функций: повышает теплопроводность, обеспечивает дополнительную механическую стабильность и, что наиболее важно, служит резервуаром для смазочного материала в безсмазочных вариантах исполнения.
• Рабочий слой (Running Layer): Наносится поверх пористого слоя. Определяет основные трибологические характеристики подшипника. INA использует несколько типов:
  • PTFE (политетрафторэтилен) со свинцом/другими наполнителями: Стандартный материал для безсмазочных применений. Обладает чрезвычайно низким коэффициентом трения, химической стойкостью и допускает работу в условиях сухого трения.
  • PTFE-волокнистая ткань, пропитанная фторопластом: Более износостойкий вариант для высоких нагрузок и длительного срока службы без смазки.
  • Металлополимерные составы: Для применений, где требуется сочетание высокой несущей способности и умеренного коэффициента трения.
  • Баббитовый слой (White Metal): Классический материал для гидродинамических подшипников скольжения в турбомашинах. Обладает отличными антифрикционными свойствами, прирабатываемостью и способностью встраивать твердые частицы, предотвращая задир вала.

Материалы и их технические характеристики

Выбор конкретного материала рабочего слоя зависит от условий эксплуатации: наличия и типа смазки, скорости, нагрузки, температуры, наличия загрязнений.

Сравнительная таблица материалов рабочих слоев подшипников скольжения INA

Обозначение материала / Название	Состав и структура	Коэффициент трения (примерный)	Макс. статическая нагрузка [N/mm²]	Температурный диапазон [°C]	Типичные применения в энергетике
P40 / PTFE+Pb	Полимерный слой с включениями свинца на пористой бронзе	0,03 — 0,20 (в зависимости от режима)	250	-200 до +280	Затворы, компенсаторы, шарниры низконагруженных механизмов, вспомогательное оборудование без обслуживания.
P31 / PTFE-ткань	Ткань из PTFE-волокна, пропитанная фторопластом, на пористой бронзе	0,04 — 0,15	400	-200 до +280	Опорные узлы регулирующих клапанов, приводы, шарниры в системах с высокой удельной нагрузкой и редким обслуживанием.
P10 / Металлополимер	Металлическая матрица с полимерным наполнителем	0,10 — 0,25 (при смазке)	> 500	-50 до +130	Узлы с циркуляционной системой смазки, опоры валов вспомогательных насосов.
Babbitt (SnSbCu)	Сплав олова, сурьмы и меди, залитый на стальную основу	0,001 — 0,01 (гидродинамический режим)	Зависит от скорости (15-25 при высокой скорости)	До +150	Опорные и упорные подшипники турбин, генераторов, крупных электродвигателей (при наличии системы принудительной смазки).

Ключевые преимущества для применения в энергетике

• Необслуживаемая работа: Полимерные материалы P40 и P31 позволяют подшипникам работать весь срок службы узла без добавления смазки. Это критически важно для герметичных или труднодоступных узлов, а также для исключения риска загрязнения смазкой технологических сред.
• Высокая несущая способность и стойкость к ударным нагрузкам: Благодаря стальной основе подшипники выдерживают экстремальные статические и динамические нагрузки, характерные для пусковых режимов и сбоев в энергосистемах.
• Коррозионная стойкость: Материалы рабочего слоя (PTFE, баббит) и часто используемые покрытия стальной основы (цинкование, кадмирование) обеспечивают надежную работу в условиях повышенной влажности, воздействия агрессивных сред или морской воды.
• Самосмазывающиеся свойства: Пористый бронзовый слой в полимерных подшипниках пропитан смазкой, которая мигрирует к поверхности при нагреве, обеспечивая смазывание в начальный период работы и в экстремальных условиях.
• Сниженный износ вала: Антифрикционные материалы рабочего слоя мягче, чем типовые материалы валов (сталь, нержавеющая сталь). При недостатке смазки изнашивается в первую очередь подшипник, защищая более дорогой и сложный в замене вал.
• Демпфирование вибраций: Полимерные слои обладают способностью поглощать микровибрации и демпфировать ударные нагрузки, что повышает общую надежность системы.

Применение в энергетическом оборудовании

• Турбоагрегаты (паровые и газовые турбины): Опорные и упорные баббитовые подшипники скольжения для роторов. Разъемная конструкция является стандартом для данного применения.
• Гидрогенераторы и турбины ГЭС: Подшипники вала рабочего колеса и направляющего аппарата, работающие в условиях присутствия воды (используются специальные материалы и покрытия).
• Крупные электрические машины (двигатели и генераторы): Опорные подшипники скольжения для валов, особенно в тихоходных и высокомоментных применениях.
• Приводная и вспомогательная арматура: Шарниры и опорные узлы в системах управления заслонками, клапанами, шиберами. Здесь доминируют безсмазочные полимерные подшипники.
• Системы трансмиссии и муфты: Компенсирующие подшипники скольжения в муфтах, допускающие несоосность валов.
• Опоры трубопроводов и компенсаторов: Обеспечивают свободное перемещение при тепловом расширении, воспринимая при этом вес конструкции.

Рекомендации по монтажу и эксплуатации

Правильный монтаж определяет долговечность и надежность подшипника скольжения.

• Подготовка посадочного места: Посадочное отверстие в корпусе должно иметь чистоту поверхности Ra ≤ 4 мкм (предпочтительно хонингование), точность по квалитету H7. Завалы кромок обязательны.
• Посадка: Цельные втулки устанавливаются с натягом, обеспечиваемым прессованием (запрессовка, охлаждение втулки в жидком азоте) или термическим способом (нагрев корпуса). Запрещено приложение ударной нагрузки непосредственно к рабочему слою или торцу втулки. Используются монтажные оправки.
• Смазка: Даже для безсмазочных подшипников начальная смазка монтажной поверхности и вала рекомендована для облегчения приработки. Для смазываемых подшипников необходимо строго соблюдать тип, чистоту и периодичность подачи смазочного материала, указанные в технической документации.
• Зазор: Радиальный зазор между валом и подшипником – критический параметр. Он рассчитывается исходя из диаметра вала, скорости, нагрузки и теплового расширения. Недостаточный зазор ведет к перегреву и задиру, чрезмерный – к вибрациям и нарушению формирования гидродинамического клина.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем подшипники скольжения INA принципиально отличаются от сегментных подшипников качения?

Подшипники скольжения работают на принципе разделения поверхностей вал/втулка смазочной пленкой, в то время как подшипники качения используют промежуточные тела (шарики, ролики). Это определяет ключевые отличия: подшипники скольжения обычно имеют большую контактную площадь, что обеспечивает более высокую несущую способность при меньших габаритах, лучше демпфируют вибрации, могут работать без смазки (полимерные типы), но, как правило, имеют более высокие потери на трение в пусковых режимах и требуют более сложной системы смазки в высокоскоростных применениях.

Как правильно выбрать между материалом P40 (PTFE+Pb) и P31 (PTFE-ткань)?

Выбор зависит от нагрузок и требований к сроку службы. P40 – стандартное экономичное решение для средних нагрузок и умеренных скоростей. P31, благодаря волокнистой структуре, обладает значительно более высокой износостойкостью и способностью выдерживать пиковые нагрузки. Для ответственных узлов с длительным межсервисным интервалом и высокой удельной нагрузкой предпочтительнее P31.

Можно ли использовать подшипники скольжения INA в условиях полного погружения в воду или агрессивные химические среды?

Да, но с правильным подбором материалов. Для таких условий существуют специальные исполнения: подшипники из нержавеющей стали (основа и, опционально, сетка) с рабочим слоем из PTFE-композитов, устойчивых к конкретным средам. Стандартные материалы P40 и P31 сами по себе химически инертны, но необходимо убедиться в коррозионной стойкости стальной основы (требуется специальное покрытие или нержавеющая сталь).

Как рассчитать ресурс безсмазочного подшипника скольжения?

Ресурс (измеряемый в метрах пути скольжения или циклах) зависит от удельной нагрузки (PV-значения – произведение давления на скорость скольжения), температуры, чистоты поверхности вала и наличия начальной смазки. Производитель предоставляет диаграммы зависимости допустимого PV-значения от скорости скольжения и температуры. Расчет ведется по формуле: PV = (F / (L D)) v, где F – радиальная нагрузка [N], L – длина подшипника [mm], D – внутренний диаметр [mm], v – скорость скольжения [m/s]. Полученное значение должно быть ниже допустимого по диаграмме для выбранного материала.

Каковы требования к твердости и шероховатости поверхности вала?

Для работы с полимерными подшипниками скольжения рекомендуется твердость вала не менее 55 HRC. Шероховатость поверхности вала Ra должна быть в пределах 0,2 – 0,8 мкм. Слишком грубая поверхность ускоряет износ подшипника, а слишком гладкая (полированная) может препятствовать удержанию смазочной пленки. Для баббитовых подшипников требования к твердости вала ниже, но требования к чистоте и геометрии (круглость, цилиндричность) строже.

Допускается ли ремонт или перезаливка баббитовых подшипников INA?

Крупногабаритные баббитовые подшипники энергетического класса (например, для турбин) часто предусматривают возможность ремонта. Это включает в себя дефектацию, при необходимости – механическую обработку стальной основы и повторную заливку баббитового слоя по специальной технологии с последующей механической обработкой на месте или в условиях специализированного предприятия. Данные работы должны выполняться в строгом соответствии с регламентами производителя оборудования и Schaeffler.