Упорные подшипники FAG

Упорные подшипники FAG: конструкция, типы, применение и монтаж в энергетике

Упорные подшипники качения являются ключевыми компонентами для восприятия осевых нагрузок в узлах вращения. В продукции немецкого концерна FAG, входящего в группу Schaeffler, эти изделия представлены широким спектром моделей, отличающихся высокой точностью, надежностью и грузоподъемностью. В энергетическом секторе, где оборудование работает под экстремальными нагрузками и в условиях длительной непрерывной эксплуатации, правильный выбор и эксплуатация упорных подшипников критически важны для обеспечения бесперебойной работы турбин, генераторов, насосов и других агрегатов.

Принцип действия и базовая конструкция упорных подшипников FAG

Упорные подшипники FAG предназначены для восприятия нагрузок, действующих параллельно оси вала. В отличие от радиальных подшипников, они не предназначены для комбинированных нагрузок (за исключением комбинированных упорно-радиальных моделей). Базовая конструкция включает два или более упорных кольца (шайбы) и тела качения (шарики или ролики) с сепаратором. Одно кольцо (осевое) жестко фиксируется на валу, другое (упорное) устанавливается в корпус неподвижно. Вращение происходит между телами качения и дорожками качения колец. FAG производит упорные подшипники с использованием высоколегированных хромистых сталей, а для особых условий – сталей с добавлением молибдена и ванадия, с оптимизированной геометрией дорожек качения и сепараторами из латуни, стали или полимерных материалов.

Классификация и типы упорных подшипников FAG

Ассортимент FAG можно разделить по типу тел качения и конструктивным особенностям.

1. Упорные шарикоподшипники

Предназначены для осевых нагрузок средней величины и высоких скоростей вращения. Могут воспринимать незначительные радиальные нагрузки.

• Однорядные упорные шарикоподшипники (серия 511, 512, 513): Базовая конструкция с одним рядом шариков. Воспринимают односторонние осевые нагрузки. Для работы в обе стороны требуют парной установки.
• Двухрядные упорные шарикоподшипники (серия 522, 523): Два ряда шариков и три кольца. Способны воспринимать осевые нагрузки, действующие в обоих направлениях.
• Упорные шарикоподшипники с самоустановкой (серия 532, 533): Имеют сферическую поверхность на наружном кольце и компенсируют перекосы вала до 2-3°.

2. Упорные роликоподшипники

Используются для восприятия очень высоких осевых нагрузок при умеренных скоростях вращения. Обладают большей контактной поверхностью.

• Упорные цилиндрические роликоподшипники (серия 811, 812): Тела качения – цилиндрические ролики. Обладают максимальной грузоподъемностью среди упорных подшипников, но не допускают перекосов и радиальных нагрузок.
• Упорные конические роликоподшипники (серия 893, 894): Конические ролики, расположенные под углом. Могут воспринимать значительные осевые и ограниченные радиальные нагрузки. Часто поставляются в паре с радиальными коническими подшипниками.
• Упорные сферические роликоподшипники (серия 292, 293, 294): Ролики бочкообразной формы, дорожки качения выполнены под углом к оси подшипника. Ключевое преимущество – самоустанавливающаяся способность (до 3°), компенсирующая перекосы вала и монтажные погрешности. Способны воспринимать комбинированные (осевые и радиальные) нагрузки. Наиболее востребованы в тяжелом энергетическом оборудовании.

Материалы и технологии изготовления

FAG применяет ряд специализированных технологий для повышения долговечности подшипников в энергетике:

• Сталь 100Cr6 (SUJ2): Стандартный материал для колец и тел качения.
• Сталь для тяжелых условий (например, Cronidur®): Повышенная стойкость к коррозии и износу.
• Вакуумно-переплавленная сталь: Для особо ответственных применений, снижает содержание неметаллических включений.
• Поверхностное упрочнение (нитрирование, карбонитрирование): Повышает усталостную прочность и износостойкость дорожек качения.
• Специальные покрытия (например, NoWear): Тонкослойные покрытия на основе нитрида титана для снижения трения и повышения стойкости к истиранию в условиях граничной смазки.

Применение в энергетическом оборудовании

Упорные подшипники FAG являются критически важными элементами в следующих агрегатах:

• Паровые и газовые турбины: Упорные подшипники (чаще комбинированные радиально-упорные или упорные сегментные подшипники скольжения, но также и качения в вспомогательных узлах) фиксируют ротор в осевом направлении, воспринимая остаточные осевые усилия от потока пара или газа.
• Гидротурбины: Упорные сферические роликоподшипники или сегментные подшипники скольжения воспринимают колоссальный вес ротора и гидравлические осевые силы. Требуют особой защиты от попадания воды.
• Насосное оборудование (питательные, циркуляционные насосы): Упорные шариковые и роликовые подшипники воспринимают осевое усилие, создаваемое рабочим колесом насоса.
• Электродвигатели и генераторы большой мощности: Упорные подшипники используются для фиксации ротора и восприятия осевых сил, возникающих при тепловом расширении или магнитном смещении.
• Редукторы и зубчатые передачи: Упорные конические и цилиндрические роликоподшипники устанавливаются на валы червячных и косозубых передач для восприятия осевых составляющих.

Критерии выбора упорного подшипника FAG для энергетики

Выбор осуществляется на основе комплексного анализа рабочих условий.

Критерий	Факторы для рассмотрения	Рекомендуемые типы подшипников FAG
Нагрузка	Величина и направление осевой нагрузки (односторонняя, двусторонняя). Наличие радиальной составляющей.	Цилиндрические роликовые (высокая осевая), сферические роликовые (комбинированная), шариковые (средняя осевая).
Скорость вращения	Максимальная рабочая скорость (об/мин). Предельная частота вращения для каждого типа различается.	Шариковые подшипники (высокие скорости), роликовые (умеренные и низкие скорости).
Точность и жесткость	Требования к биению, уровню вибрации, осевой жесткости узла.	Подшипники классов точности P6, P5, P4 (SP, UP). Прецизионные исполнения.
Условия монтажа и эксплуатации	Возможность перекоса вала, наличие ударных нагрузок, рабочая температура, наличие загрязнений, тип смазки (масло, консистентная смазка).	Самоустанавливающиеся сферические роликоподшипники. Исполнения с защитными шайбами или уплотнениями. Специальные материалы для высоких температур.
Требования к обслуживанию	Необходимость регулировки осевого зазора, интервалы повторной смазки.	Регулируемые конические роликоподшипники. Подшипники с канавками для подачи смазки и смазочными отверстиями.

Особенности монтажа и регулировки

Правильный монтаж определяет ресурс упорного подшипника. Общие принципы:

• Чистота: Рабочее место, инструмент и руки должны быть абсолютно чистыми.
• Нагрев: Посадочное кольцо, монтируемое на вал с натягом, рекомендуется нагревать индукционным или масляным способом до 80-120°C. Открытый нагрев горелкой запрещен.
• Осевой зазор/натяг: Для упорных шариковых и цилиндрических роликоподшипников обычно предусматривается осевой зазор. Для упорных конических и сферических роликоподшипников часто требуется точная регулировка осевого зазора (натяга) в собранном узле с помощью регулировочных колец, шайб или гаек. Неправильная регулировка ведет к перегреву и преждевременному разрушению.
• Фиксация: Неподвижное кольцо должно быть зафиксировано в корпусе и на валу (осевое и радиальное стопорение) во избежание проворачивания и проскальзывания.
• Смазка: Перед монтажом подшипник и сопрягаемые поверхности должны быть смазаны. Необходимо использовать смазку, рекомендованную для конкретных условий (скорость, температура, нагрузка).
• Контроль: После монтажа необходимо проверить легкость вращения, отсутствие заклинивания и измеренный осевой зазор.

Системы смазки и уплотнения

В энергетике преобладает циркуляционная система жидкой смазки (масло) под давлением, обеспечивающая отвод тепла и очистку. Для вспомогательных агрегатов может применяться консистентная смазка. FAG предлагает подшипники в исполнениях, адаптированных под разные системы:

• Исполнения с канавками и отверстиями для подвода и отвода масла.
• Защитные шайбы из латуни или стали (обозначение суффиксом N, например, 81208 TN) для ограничения проникновения загрязнений в открытые подшипники.
• Стандартные контактные уплотнения (суффикс -RSR, -2RSR) для подшипников с консистентной смазкой.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличаются упорные подшипники FAG серий 811 и 812?

Серия 811 – это упорные цилиндрические роликоподшипники одинарного действия (односторонние). Серия 812 – подшипники двойного действия (двусторонние), состоящие из трех колец и двух комплектов роликов с сепараторами. Они способны воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях без необходимости парной установки.

Как правильно определить необходимый осевой зазор для упорного сферического роликоподшипника FAG серии 293?

Осевой зазор (или предварительный натяг) для подшипников серии 293 устанавливается в собранном узле и зависит от конкретных условий: размера подшипника, материала корпуса и вала, рабочей температуры. Точные рекомендации приведены в технических каталогах FAG (раздел «Монтаж и регулировка»). Как правило, для крупногабаритных подшипников в тяжелонагруженных узлах устанавливается небольшой осевой зазор (от 0,05 до 0,15 мм для средних типоразмеров), который компенсирует тепловое расширение. Регулировка осуществляется с помощью комплекта регулировочных шайб разной толщины, устанавливаемых под прижимную крышку.

Какие подшипники FAG выбрать для вертикального вала гидрогенератора, воспринимающего большой вес ротора?

Для таких применений классическим решением являются упорные сферические роликоподшипники FAG серии 294..E (например, 29434 E). Буква «E» обозначает оптимизированную внутреннюю конструкцию с увеличенным количеством роликов большего размера, что существенно повышает статическую и динамическую грузоподъемность. Их самоустанавливающаяся способность компенсирует возможные перекосы. Альтернативой в самых тяжелых случаях являются сегментные упорные подшипники скольжения, но для средних нагрузок роликовые подшипники качения предпочтительнее из-за меньших потерь на трение.

Что означает суффикс «TN» в обозначении подшипника FAG 81208 TN?

Суффикс «TN» указывает на материал и конструкцию сепаратора. «T» означает, что сепаратель выполнен из полимера (текстолита, полиамида). «N» указывает на наличие на подшипнике стопорной канавки для фиксирующей шайбы. В целом, «TN» обозначает, что это подшипник с сепаратором из полимерного материала и имеет конструктивную особенность для осевого стопорения. Полимерные сепараторы обеспечивают хорошие ходовые качества, работают при высоких скоростях и не требуют дополнительной смазки.

Как отличить подшипник, предназначенный для смазки маслом под давлением?

Подшипники FAG, предназначенные для циркуляционной смазки маслом, имеют специальные исполнения. В обозначении могут присутствовать суффиксы, указывающие на наличие канавок и отверстий: «W» – канавка для подачи смазки на наружном кольце, «W20» – три отверстия в наружном кольце, «W26» – шесть отверстий во внутреннем кольце и канавка на наружном. Например, подшипник 29330 E1.W20 имеет три отверстия в наружном кольце для подвода масла. Точная информация всегда содержится в каталожных листах.

Каковы основные причины выхода из строя упорных подшипников в турбинах?

Основные причины: 1) Неправильная регулировка осевого зазора (слишком маленький зазор приводит к перегреву и задирам, слишком большой – к ударным нагрузкам). 2) Недостаточное или неправильное смазывание – приводит к схватыванию и выкрашиванию поверхностей. 3) Попадание загрязнений (воды, абразива) в масло – вызывает абразивный износ и усталостное выкрашивание. 4) Коррозия из-за конденсата или протечек. 5) Проскальзывание неподвижного кольца в посадочном месте из-за недостаточного натяга, приводящее к фреттинг-коррозии.

Заключение

Упорные подшипники FAG представляют собой высокотехнологичные изделия, точный выбор и корректная эксплуатация которых напрямую влияют на надежность и ресурс энергетического оборудования. Понимание особенностей различных типов (шариковых, цилиндрических, конических и сферических роликовых), их рабочих характеристик, требований к монтажу и смазке является обязательным для инженерно-технического персонала. Следование рекомендациям производителя по монтажу, регулировке и обслуживанию, а также использование оригинальных каталогов и технической документации FAG позволяет минимизировать риски внеплановых остановок и обеспечить долговечную работу ответственных узлов турбин, генераторов и насосных агрегатов.