Сферические подшипники SKF: конструкция, типы, применение и монтаж
Сферические подшипники качения, производимые компанией SKF, представляют собой подшипниковые узлы, способные компенсировать перекосы вала и монтажные неточности. Их ключевая особенность — сферическая форма наружного кольца с общей дорожкой качения для двух рядов тел качения (роликов или шариков). Эта конструкция позволяет внутреннему кольцу с телами качения самоустанавливаться, компенсируя несоосность до нескольких градусов, что критически важно для тяжелонагруженного оборудования в энергетике, горнодобывающей и перерабатывающей промышленности.
Конструктивные особенности и принцип работы
Основой сферического подшипника является наружное кольцо со сферической внутренней поверхностью. По этой поверхности катятся два ряда симметрично расположенных бочкообразных роликов (в сферических роликоподшипниках) или шариков (в сферических шарикоподшипниках). Центрирующий элемент (борт или направляющее кольцо) удерживает ролики/шарики на правильном пути. Внутреннее кольцо может быть цельным или разъемным (для облегчения монтажа на валы больших диаметров). Способность к самоустановке обеспечивается тем, что сферическая система «наружное кольцо — тела качения» может поворачиваться относительно геометрического центра подшипника, автоматически адаптируясь к положению вала.
Основные типы сферических подшипников SKF
SKF производит две основные группы сферических подшипников, различающихся типом тел качения и, как следствие, грузоподъемностью и скоростными характеристиками.
1. Сферические роликоподшипники (Spherical Roller Bearings)
Наиболее распространенный тип для тяжелых нагрузок. Обладают высокой радиальной и двухсторонней осевой грузоподъемностью. Конструктивно постоянно совершенствуются. Основные серии:
- Серия CC, CA, MB, CAC, E: Классические и современные конструкции с усиленными роликами и оптимизированными контактными поверхностями. Серия E (Energy Efficient) отличается пониженным внутренним трением.
- Серия C (Карданного типа): Имеют симметричные ролики и плавающее направляющее кольцо. Универсальны, воспринимают нагрузку с любого направления.
- Серия T (Тандем): Два подшипника, смонтированных в одном узле для экстремальных радиальных нагрузок.
- Для вибрационного оборудования (VA, VAS): Специальная конструкция с увеличентельным радиальным зазором и термообработкой, устойчивой к ударным и вибрационным нагрузкам.
- Сталь SKF Explorer: Высококачественная подшипниковая сталь с чистой и однородной структурой, обеспечивающая повышенную усталостную прочность и долговечность.
- Нержавеющая сталь: Для коррозионно-активных сред, например, в системах водоснабжения или при работе с морской водой.
- Карбидо-боризованная сталь (NoWear): Поверхность с низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью для работы в условиях граничной смазки.
- Стальные штампованные защитные шайбы (Z, ZR): Простое неконтактное уплотнение.
- Лабиринтные уплотнения (V-образное кольцо в комбинации): Эффективная защита от брызг и пыли.
- Контактные уплотнения из синтетического каучука (RS, RSR, 2RS): Наиболее надежная защита от влаги и твердых частиц. Материалы NBR (нитрил) и FKM (фторкаучук) для высоких температур.
- Предварительная смазка на заводе: Подшипники поставляются со смазкой SKF LGEV 2 или аналогичной, совместимой с большинством распространенных пластичных смазок на литиевой основе.
- Каналы для подачи смазки: Наружные кольца часто имеют кольцевую канавку и отверстия для централизованной системы смазки, что необходимо для оборудования непрерывного цикла (насосы, вентиляторы, турбины).
- Смазочные материалы SKF: Компания предлагает специализированные смазки, например, для высоких температур (LGHP 2), влажных условий (LGHQ 2) или для пищевой промышленности.
- Термический монтаж: Нагрев подшипника в индукционном нагревателе SKF или масляной ванне до температуры 80-120°C (не более 125°C). Запрещается нагрев открытым пламенем.
- Механический монтаж: Использование прессового инструмента с передачей усилия через монтажную втулку на насаживаемое кольцо (внутреннее при посадке с натягом на вал).
- Осевая фиксация: Обеспечивается стопорными кольцами, крышками или специальными зажимными втулками (адаптеры SKF Supergrip).
- 22220: Основное обозначение серии (222 – серия сферических роликоподшипников средней ширины) и размер (20*5=100 мм внутренний диаметр).
- E: Обозначение оптимизированной конструкции с усиленными роликами (серия «E»).
- K: Коническое отверстие (конусность 1:12).
- /C3: Радиальный зазор больше нормального.
- W33: Наружное кольцо имеет кольцевую канавку и три отверстия для смазки.
2. Сферические шарикоподшипники (Self-aligning Ball Bearings)
Используют два ряда шариков. Обладают меньшей радиальной грузоподъемностью по сравнению с роликовыми, но меньшим моментом трения и способностью работать на более высоких скоростях. Компенсируют перекосы и применяются в высокоскоростных редукторах, электродвигателях средней мощности, вентиляторах.
Материалы и системы уплотнения
Для работы в агрессивных условиях энергетического сектора SKF предлагает подшипники из специальных материалов:
Системы уплотнения критичны для сохранения смазки и защиты от загрязнений. SKF применяет:
Системы смазки
Правильная смазка — залог долгой службы. Сферические подшипники SKF смазываются пластичными смазками или маслом.
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Сферические подшипники SKF являются ключевыми компонентами в следующем оборудовании:
| Оборудование | Тип подшипника | Особенности применения |
|---|---|---|
| Турбогенераторы, паровые и газовые турбины | Сферические роликоподшипники серии CC, CA | Вспомогательные узлы (опоры валов, муфты). Компенсация теплового расширения валов. |
| Насосы (питательные, циркуляционные, шламовые) | Сферические роликоподшипники с уплотнениями RSR | Высокие радиальные нагрузки, работа в условиях возможного загрязнения и влаги. |
| Электродвигатели большой и средней мощности | Сферические шарикоподшипники, сферические роликоподшипники (для тяжелых двигателей) | Компенсация монтажных перекосов статора и ротора, высокая надежность. |
| Редукторы и редукторные приводы | Сферические роликоподшипники серии E, CAC | Восприятие высоких радиальных и осевых сил, пониженное трение для повышения КПД. |
| Вентиляторы и дымососы ТЭС | Сферические роликоподшипники для виброоборудования (VA, VAS) | Работа в условиях дисбаланса, вибрации, высоких температур. |
| Крановое оборудование, шкивы, конвейеры | Сферические роликоподшипники с разъемным внутренним кольцом (например, 222 серия) | Облегченный монтаж на валы больших диаметров, восприятие ударных нагрузок. |
Монтаж, демонтаж и техническое обслуживание
Правильный монтаж определяет ресурс подшипника. Для сферических подшипников SKF применяются следующие методы:
Техническое обслуживание включает регулярный мониторинг вибрации и температуры, контроль состояния смазки (анализ отработанной смазки), своевременную пополняющую или полную замену смазочного материала. Демонтаж производится с помощью гидравлических съемников или индукционных нагревателей со специальной функцией демонтажа.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем сферический роликоподшипник принципиально отличается от цилиндрического или конического?
Сферический роликоподшипник — единственный из перечисленных типов, обладающий способностью к самоустановке, то есть компенсации перекоса между валом и корпусом. Цилиндрические подшипники не воспринимают осевые нагрузки и не компенсируют перекосы. Конические подшипники требуют точного монтажа и регулировки, не компенсируют перекосы, но хорошо работают под комбинированной нагрузкой.
Как правильно выбрать радиальный зазор для сферического подшипника?
Выбор зазора (обозначается CN, C3, C4 и т.д.) зависит от условий работы. Стандартный зазор CN подходит для большинства применений. Увеличенный зазор C3 часто требуется для подшипников в узлах, где внутреннее кольцо нагревается сильнее наружного (например, на валу электродвигателя), или для компенсации теплового расширения. Зазор C4 используется в особых условиях с высоким градиентом температур. Для вибрационного оборудования всегда применяются зазоры C3/C4 или специальные серии VA.
Можно ли заменить сферический подшипник другого производителя на подшипник SKF?
Да, в большинстве случаев прямая замена возможна при совпадении основных размеров (d, D, B), но необходимо также учитывать совпадение по ряду параметров: класс радиального зазора, тип и материал уплотнений, тип фаски, наличие смазочных отверстий/канавок. Рекомендуется использовать интерактивные таблицы перекрестных ссылок или консультироваться с инженером SKF.
Что означает маркировка на подшипнике SKF, например, 22220 EK/C3W33?
Как часто необходимо проводить повторную смазку сферических подшипников в насосе или вентиляторе?
Интервал пересмазки не является фиксированной величиной. Он зависит от типа подшипника, размера, скорости вращения, рабочей температуры и условий окружающей среды. Базовые рекомендации можно найти в каталогах SKF, но для точного определения необходимо использовать расчетные методы (например, на основе формулы времени отработки смазки) или системы мониторинга состояния. Пересмазка «по расписанию» часто приводит либо к недостаточной, либо к избыточной смазке, что одинаково вредно.
Каковы признаки скорого выхода из строя сферического подшипника?
Основные диагностируемые признаки: 1) Повышение температуры узла на 10-15°C выше рабочей нормы. 2) Рост уровня вибрации, особенно на частотах, связанных с течением качения и вращением сепаратора. 3) Появление акустического шума (гула, скрежета). 4) Изменение цвета смазки (почернение из-за попадания продуктов износа) или ее вытекание. При появлении этих признаков необходимо планировать остановку оборудования для диагностики и замены.
Заключение
Сферические подшипники SKF, благодаря своей надежной конструкции, способности к самоустановке и высокой грузоподъемности, являются фундаментальным решением для ответственных узлов оборудования в энергетической отрасли. Правильный выбор типа, серии, системы уплотнения и смазки, а также соблюдение технологий монтажа и обслуживания позволяют максимально реализовать их ресурс, обеспечивая бесперебойную и экономичную работу турбин, генераторов, насосов, вентиляторов и другого критически важного оборудования. Постоянное развитие материалов (сталь SKF Explorer) и конструкций (серии E, VA) направлено на дальнейшее повышение энергоэффективности и срока службы даже в самых тяжелых условиях эксплуатации.