Подшипники упорные с внутренним диаметром 120 мм
Подшипники упорные с внутренним диаметром 120 мм: конструкция, применение и подбор для энергетического оборудования
Упорные подшипники качения с внутренним диаметром 120 мм представляют собой специализированный класс опор, предназначенных для восприятия исключительно осевых нагрузок, действующих вдоль вала. Их ключевая задача – фиксация вала в осевом направлении, предотвращение смещений и обеспечение точного позиционирования вращающихся узлов в условиях значительных осевых усилий. В энергетике, где оборудование характеризуется высокими скоростями, большими мощностями и продолжительными режимами работы, корректный выбор и эксплуатация упорных подшипников данного типоразмера являются критически важными для надежности и безопасности.
Конструктивные типы и особенности исполнения
Подшипники с посадочным диаметром на вал 120 мм производятся в нескольких основных конструктивных вариантах, каждый из которых оптимизирован под определенные условия работы.
- Упорные шарикоподшипники (серия 5XXX по ГОСТ, 511XX по ISO): Наиболее распространенный тип для умеренных осевых нагрузок и высоких частот вращения. Состоят из двух колец (осевого и подкладного), комплекта шариков и сепаратора. Способны работать при значительных скоростях вращения. Часто используются в паре с радиальными подшипниками.
- Упорные роликоподшипники с цилиндрическими роликами (серия 8XXX по ГОСТ, 812XX по ISO): Обладают значительно большей грузоподъемностью по сравнению с шариковыми за счет линейного контакта. Воспринимают исключительно осевые нагрузки. Требуют точного монтажа и жестких валов. Применяются в низко- и среденооборотных механизмах с высокими осевыми усилиями.
- Упорные роликоподшипники с коническими роликами (серия 9XXX): Могут воспринимать комбинированные (осевые и радиальные) нагрузки, но их основное назначение – тяжелые осевые усилия. Обладают высокой жесткостью и точностью позиционирования. Требуют регулировки зазора при монтаже.
- Упорные сферические роликоподшипники (серия 9XXX по ГОСТ, 293XX по ISO): Наиболее грузоподъемные подшипники данного типоразмера. Благодаря сферическим роликам и дорожке качения во внешнем кольце обладают свойством самоустановки, компенсируя несоосность вала и корпуса. Ключевое применение – тяжелонагруженные низкооборотные агрегаты (гидротурбины, опорные узлы генераторов).
- Пластичные смазки (литиевые, комплексные): Стандартное решение для узлов с умеренными скоростями и температурами. Требуют периодического пополнения.
- Циркуляционные системы жидкой смазки (масло): Используются в высокоскоростных и высоконагруженных агрегатах (турбогенераторы). Обеспечивают отвод тепла, непрерывную подачу смазки и возможность ее фильтрации.
- Опорные узлы вертикальных гидрогенераторов и гидротурбин: Восприятие веса вращающихся частей (ротора, турбинного колеса) и гидравлических осевых усилий. Здесь почти исключительно применяются сферические упорные подшипники, часто с сегментированными вкладышами и гидростатической системой подъема при пуске.
- Турбогенераторы (в составе комбинированных опор): Для фиксации ротора в осевом направлении.
- Насосное оборудование (питательные, циркуляционные, сетевые насосы): Восприятие осевого усилия, создаваемого рабочим колесом.
- Приводы задвижек и регулирующей арматуры: Обеспечение точного позиционирования при значительных осевых усилиях на шпинделе.
- Редукторы и мультипликаторы скорости: В составе осевых опор валов.
Материалы, смазка и системы уплотнений
Для работы в условиях энергетики подшипники с d=120 мм изготавливаются из высококачественных подшипниковых сталей (например, ШХ15). При работе в агрессивных средах или при высоких температурах применяются стали с добавлением хрома, молибдена или специализированные покрытия. Сепараторы могут быть штампованными (сталь, латунь) или механически обработанными (латунь, текстолит), а для высокоскоростных применений – полимерными (PA66, PEEK).
Смазка является критическим фактором. Для данного типоразмера применяются:
Уплотнения защищают от попадания загрязнений и утечки смазки. Используются контактные манжетные уплотнения, лабиринтные и комбинированные системы, особенно важные для оборудования, работающего в запыленных условиях или на открытом воздухе.
Основные сферы применения в энергетике
Подшипники упорные 120 мм находят применение в следующих ключевых узлах:
Таблица: Сравнительные характеристики упорных подшипников с d=120 мм
| Тип подшипника (пример обозначения) | Динамическая грузоподъемность, C, кН (примерно) | Допустимая частота вращения, об/мин* | Компенсация перекосов | Типовая сфера применения в энергетике |
|---|---|---|---|---|
| Упорный шариковый 51124 (по ГОСТ 7872-89) | 120 — 140 | 3000 | Нет | Насосы, электродвигатели средней мощности, вспомогательные механизмы |
| Упорный роликовый цилиндрический 81224 (по ГОСТ 6874-2018) | 380 — 420 | 1500 | Нет | Тяжелонагруженные редукторы, опоры шпинделей |
| Упорный сферический роликовый 9039224 (29324 E по ISO) | 450 — 500 | 1200 | Да (до 3°) | Вертикальные гидрогенераторы, опорные узлы со значительными перекосами |
*Значения ориентировочные, зависят от конкретного производителя, типа смазки и системы охлаждения.
Критерии выбора и особенности монтажа
Выбор подшипника для конкретного узла осуществляется на основе расчета эквивалентной динамической осевой нагрузки и требуемого ресурса (часов наработки). Учитываются: пиковые и постоянные нагрузки, частота вращения, температурный режим, наличие ударов или вибраций, условия окружающей среды.
Монтаж упорных подшипников диаметром 120 мм требует высокой точности. Осевое кольцо (посаженное на вал с натягом) должно быть установлено строго перпендикулярно оси вращения. Подкладное кольцо (корпусное) требует точной посадки в корпус. Необходимо обеспечить соосность колец. Для роликовых подшипников критически важна точная регулировка осевого зазора (натяга) согласно технической документации на узел. При монтаже сферических упорных подшипников в гидрогенераторах часто применяется процедура пришабровки баббитовых сегментов для равномерного распределения нагрузки.
Диагностика и отказоустойчивость
Основные причины отказов: перегрузка, недостаточная или загрязненная смазка, неправильный монтаж, коррозия. Диагностика состояния осуществляется методами вибромониторинга (анализ осевой вибрации), термоконтроля (датчики вкладышей или масла), анализом продуктов износа в масле (феррография, спектральный анализ). Для критически важных узлов, таких как опоры гидрогенераторов, применяются системы непрерывного мониторинга с датчиками давления в сегментах подшипника.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается подшипник 51124 от 51224?
Оба являются упорными шарикоподшипниками с внутренним диаметром 120 мм. Цифра «1» в четвертой позиции (51124) указывает на одностороннее исполнение – подшипник воспринимает осевую нагрузку только в одном направлении. Для фиксации вала в обоих направлениях требуется установка двух таких подшипников встречно. Подшипник 51224 – двусторонний, он имеет два комплекта тел качения и три кольца, что позволяет ему воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях в одном узле.
Можно ли заменить упорный сферический роликоподшипник на цилиндрический в опоре гидрогенератора?
Нет, такая замена недопустима без полного перерасчета узла и изменения конструкции. Сферический подшипник компенсирует перекосы и несоосности, неизбежные в крупногабаритных конструкциях. Цилиндрический упорный подшипник такой способностью не обладает и при даже незначительном перекосе будет работать в условиях краевого нагружения, что быстро приведет к его разрушению. Кроме того, их грузоподъемность и конструкция сегментов (для баббитовых вкладышей) принципиально различны.
Какой осевой зазор необходимо выставлять для роликового упорного подшипника 81224?
Конкретное значение осевого зазора или натяга указывается в технической документации (чертеже) на конкретный узел (редуктор, насос). Оно зависит от материала вала и корпуса, рабочих температур и точности позиционирования. Общие рекомендации для цилиндрических упорных подшипников часто лежат в диапазоне от 0.05 до 0.15 мм. Регулировка обычно осуществляется набором точных прокладок или регулировочными кольцами между корпусом и подкладным кольцом.
Какая система смазки предпочтительнее для такого подшипника в высокоскоростном насосе?
Для высокоскоростных насосов (например, питательных на ТЭС) с частотой вращения 3000 об/мин и выше, где установлены подшипники с d=120 мм, практически всегда применяется принудительная циркуляционная система жидкой смазки (масло). Это обеспечивает эффективный отвод тепла, образующегося в зоне контакта, непрерывную подачу очищенного масла и возможность интеграции с системами контроля температуры и давления.
Как правильно определить ресурс подшипника в конкретном применении?
Номинальный расчетный ресурс (L10h) в часах определяется по формуле, основанной на динамической грузоподъемности (C) и эквивалентной осевой нагрузке (P), с учетом коэффициентов условий работы (температуры, вибрации, надежности). Однако в энергетике для критического оборудования ресурс часто определяется не только расчетом, но и условиями эксплуатации, качеством технического обслуживания (регулярная замена масла, контроль фильтров) и результатами периодической диагностики. Фактический срок службы может многократно превышать расчетный при идеальных условиях или резко сокращаться при их нарушении.