Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Экструдер - основной элемент любой экструзионной линии для производства труб, профилей, листов и пленок. Шнек экструдера, вращаясь в цилиндре, плавит полимерный материал и продавливает расплав через формующий инструмент (головку). При этом на шнек действуют два основных типа нагрузок: осевая (упорная) и радиальная.
Осевая нагрузка возникает от давления расплава перед головкой экструдера. Давление расплава в цилиндре экструдера может варьироваться в широком диапазоне - от нескольких МПа до 70 МПа (3,5-700 бар) в зависимости от типа полимера, геометрии шнека, скорости вращения и конструкции головки. Для высокопроизводительных одношнековых экструдеров (например, Battenfeld-Cincinnati solEX NG) рабочее давление достигает 500 бар (50 МПа). Это давление, действующее на торцевую площадь шнека, создает значительную осевую силу, стремящуюся вытолкнуть шнек назад из цилиндра. Данная сила воспринимается упорным подшипником, расположенным, как правило, на выходном валу редуктора.
Радиальные нагрузки обусловлены собственным весом шнека, неравномерным распределением давления расплава по окружности цилиндра и возможными перекосами при монтаже. Радиальные нагрузки воспринимаются двумя радиальными подшипниками, расположенными на выходном валу редуктора.
Для восприятия осевой нагрузки от давления расплава в экструдерах применяются три основных типа упорных подшипников: упорные цилиндрические роликовые (серии 811, 812), упорные конические роликовые и упорные сферические роликовые. Каждый тип имеет свои преимущества и область применения.
Подшипники серий 811 и 812 воспринимают тяжелые осевые нагрузки и ударные нагрузки при компактных осевых габаритах. Конструктивно они состоят из кольца-шайбы вала (GS), кольца-шайбы корпуса (WS) и роликового сепаратора (K81/K81). Серия 811 - однорядная легкой серии, серия 812 - однорядная средней серии с увеличенной грузоподъемностью. Эти подшипники не воспринимают радиальных нагрузок и требуют строгой перпендикулярности опорных поверхностей оси вала. Применяются в одношнековых экструдерах малой и средней производительности.
Конические роликовые подшипники в упорном исполнении способны одновременно воспринимать осевые и радиальные нагрузки. Это упрощает конструкцию узла, позволяя совместить функции упорного и радиального подшипников. Применяются в редукторах экструдеров средней и высокой мощности.
Упорные сферические роликовые подшипники (spherical roller thrust bearings) являются наиболее совершенным решением для экструдерных редукторов. Они сочетают высокую осевую грузоподъемность с возможностью восприятия комбинированных (осевых + радиальных) нагрузок и обладают свойством самоустановки - допускают перекос вала до 3 градусов без снижения ресурса. Это критично для экструдерных применений, поскольку высокие осевые нагрузки могут вызывать временные деформации шнека, приводящие к несоосности в подшипниковом узле.
По данным ведущих производителей подшипников, упорные сферические роликовые подшипники нового поколения обладают значительно более высокой грузоподъемностью по сравнению с коническими и цилиндрическими роликовыми упорными подшипниками тех же габаритов. Это позволяет либо повысить рабочее давление экструдера при прежних габаритах подшипникового узла, либо уменьшить габариты редуктора при сохранении грузоподъемности.
Радиальные нагрузки на выходном валу редуктора экструдера воспринимаются, как правило, двумя радиальными подшипниками. Применяются цилиндрические роликовые подшипники (серий NU, NJ, NUP) или конические роликовые подшипники, в зависимости от конструкции редуктора и величины комбинированных нагрузок.
Цилиндрические роликовые подшипники серий NU и NJ обладают высокой радиальной грузоподъемностью и допускают осевое перемещение вала (плавающая опора). Это важно при тепловом расширении шнека во время работы. Конические роликовые подшипники воспринимают комбинированные нагрузки и используются в качестве фиксирующих опор.
Редуктор экструдера выполняет три ключевые функции: понижение частоты вращения двигателя до рабочей скорости шнека (обычно 10-250 об/мин), передачу крутящего момента и восприятие осевой нагрузки от давления расплава. Типичная передача мощности от электродвигателя, работающего на 1000-1500 об/мин, к шнеку, вращающемуся на 20-150 об/мин, требует многоступенчатого редуктора с высоким передаточным отношением.
На промежуточных валах зубчатых передач редуктора устанавливаются конические роликовые подшипники (tapered roller bearings) или цилиндрические роликовые подшипники. Конические подшипники применяются попарно (по схемам X или O) для восприятия комбинированных радиальных и осевых нагрузок от косозубых цилиндрических и конических зубчатых передач.
На выходном валу редуктора, непосредственно связанном со шнеком, устанавливается основной упорный подшипник, воспринимающий осевую нагрузку от давления расплава, и два радиальных подшипника. Это наиболее нагруженный узел всего редуктора. Класс точности зубчатых колес влияет на равномерность распределения нагрузки по телам качения упорного подшипника.
Редукторы двухшнековых экструдеров имеют существенно более сложную конструкцию. В противовращающихся двухшнековых экструдерах (применяемых, например, для переработки ПВХ в линейках Battenfeld-Cincinnati twinEX) два шнека вращаются навстречу друг другу, что создает специфическое распределение осевых и радиальных нагрузок. В совращающихся двухшнековых экструдерах (KraussMaffei Berstorff ZE, компаундирование) оба шнека вращаются в одном направлении с межосевым зацеплением. В обоих случаях редуктор должен обеспечивать синхронизацию вращения двух шнеков при одновременном восприятии осевых нагрузок от каждого из них.
Battenfeld-Cincinnati - один из ведущих мировых производителей экструзионного оборудования с многолетней историей, начавшейся в 1950-х годах с производства экструдеров для ПВХ-труб. Компания выпускает одношнековые (solEX, uniEX), конические двухшнековые (conEX) и параллельные двухшнековые (twinEX) экструдеры.
Одношнековые экструдеры серии solEX NG (Next Generation) выпускаются в типоразмерах с диаметром шнека 45, 60, 75, 90 и 120 мм. Предназначены для экструзии HDPE и PP труб. Рабочее давление расплава - до 500 бар (50 МПа). Конструкция включает внутренне рифленый цилиндр (grooved barrel) и оптимизированную геометрию шнека, что обеспечивает пониженный профиль давления в зоне загрузки и быстрый выход на рабочий режим при низких крутящих моментах.
Конические двухшнековые экструдеры conEX NG предназначены для переработки ПВХ (трубы и профили). Рабочее давление - до 520 бар (52 МПа), что необходимо для экструзии тонкостенных профилей или использования вторичного сырья в соэкструзии.
Параллельные противовращающиеся двухшнековые экструдеры twinEX выпускаются с диаметрами шнеков 93, 114 и 135 мм. Производительность - от 115 до 2 500 кг/ч в зависимости от типоразмера и материала. В листинге использованного twinEX 93 указан редуктор Eisenbeiss и двигатель мощностью 89 кВт с прямым приводом.
KraussMaffei Berstorff выпускает широкую линейку экструзионного оборудования: одношнековые экструдеры серии KME, конические двухшнековые KMD и совращающиеся двухшнековые ZE (включая ZE BluePower).
Одношнековые экструдеры KME выпускаются с L/D=36 (например, KME 60-36 B/R, KME 75-36 B/R). Применяются для экструзии труб из PP-R и PE-RT. Буква B обозначает базовую конструкцию цилиндра, R - правосторонний шнек. Редуктор и подшипниковые узлы рассчитаны на многолетнюю непрерывную эксплуатацию в режиме 24/7.
Двухшнековые экструдеры серии ZE выпускаются в 12 типоразмерах от ZE 25 до ZE 230. Версия ZE-A имеет отношение наружного к внутреннему диаметру шнека D/d=1,46, обеспечивая оптимальное соотношение свободного объема и крутящего момента. Новейшая серия ZE BluePower имеет увеличенное отношение D/d=1,65, что дает на 30% более высокую плотность крутящего момента по сравнению с предыдущей серией ZE A UTX.
Редуктор ZE BluePower оснащен оптимизированным по рабочей точке приводом с водоохлаждаемым трехфазным двигателем и высокоэффективным зубчатым редуктором. Профили зубчатых колес шнекового вала, шнековых элементов, система преднатяга шнеков и геометрия соединительных муфт оптимизированы для безопасной передачи и полного использования высокого крутящего момента.
Jwell (Shanghai Jwell Machinery) - один из крупнейших производителей экструзионного оборудования в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Компания производит одношнековые и двухшнековые экструдеры для полного спектра применений: трубы, профили, листы, пленки. Подшипниковые узлы редукторов экструдеров Jwell основаны на тех же инженерных принципах, что и у европейских производителей: упорные подшипники на выходном валу для восприятия осевой нагрузки расплава, радиальные подшипники для восприятия поперечных нагрузок, конические роликовые подшипники на промежуточных валах редуктора.
Reifenhauser (Reifenhaeuser) - немецкий производитель экструзионных линий, специализирующийся на производстве пленок и нетканых материалов. В экструдерах Reifenhauser применяется аналогичная европейская школа конструирования редукторов с упорными подшипниковыми узлами высокой грузоподъемности.
Методика расчета осевой нагрузки на упорный подшипник шнека экструдера основана на определении силы, создаваемой давлением расплава, действующим на поперечное сечение шнека.
Подшипниковые узлы редуктора экструдера работают в режиме непрерывной эксплуатации (24/7 в промышленных условиях) при значительных нагрузках и относительно низких скоростях вращения. Последнее обстоятельство создает неблагоприятные условия смазки: при низких оборотах формирование полноценной масляной пленки между телами качения и дорожками качения затруднено.
Масло редуктора является жизненно важным элементом для подшипников. Контролируется уровень, температура и состояние масла (наличие продуктов износа, вода). Периодичность замены масла определяется производителем редуктора и составляет обычно 5 000-10 000 часов работы или 1 раз в год. Типичная рабочая температура масла редуктора экструдера - 60-80 C; превышение 90 C указывает на проблемы в подшипниковых узлах или недостаточность масляного охлаждения.
Вибрационный мониторинг является наиболее эффективным методом раннего обнаружения дефектов подшипников. Датчики вибрации устанавливаются на корпус редуктора в зонах расположения упорного и радиальных подшипников выходного вала. Отслеживаются общий уровень вибрации, спектральный состав и огибающая вибросигнала. Характерные частоты дефектов подшипников (BPFO, BPFI, BSF, FTF) рассчитываются по геометрии конкретного подшипника.
Температура корпуса редуктора в зоне упорного подшипника контролируется с помощью термопар или термосопротивлений (RTD). Повышение температуры свыше 10-15 C относительно установившегося значения при неизменных условиях работы является признаком начинающегося износа подшипника или ухудшения условий смазки.
Осевую нагрузку от давления расплава воспринимает упорный подшипник, расположенный на выходном валу редуктора. Применяются три основных типа: упорные цилиндрические роликовые (серии 811/812), упорные конические роликовые и упорные сферические роликовые подшипники. Последние обладают наибольшей грузоподъемностью и допускают несоосность до 3 градусов.
Осевая нагрузка равна произведению максимального давления расплава на площадь поперечного сечения цилиндра: F = P * (pi * d2 / 4), где P - давление (Па), d - диаметр шнека (м). Например, для шнека диаметром 90 мм при давлении 500 бар осевая нагрузка составит около 318 кН.
Одношнековые экструдеры серии solEX NG работают при давлении расплава до 500 бар (50 МПа). Конические двухшнековые экструдеры conEX NG - до 520 бар (52 МПа), что необходимо для экструзии тонкостенных ПВХ-профилей и использования вторичного сырья.
Упорные сферические роликовые подшипники обладают тремя ключевыми преимуществами: более высокая грузоподъемность при тех же габаритах, способность воспринимать комбинированные (осевые + радиальные) нагрузки и самоустановка - допуск несоосности до 3 градусов. Цилиндрические упорные подшипники серий 811/812 не допускают радиальных нагрузок и перекосов.
Расчетный ресурс упорных подшипников экструдеров при нормальных условиях эксплуатации составляет не менее 12 000 часов. Фактический ресурс зависит от условий нагружения, качества смазки, температурного режима и наличия пиковых нагрузок. При правильном обслуживании ресурс может значительно превышать расчетный.
На промежуточных валах зубчатых передач редуктора применяются конические роликовые подшипники (парные, по схемам X или O) и цилиндрические роликовые подшипники (серии NU, NJ). Конические подшипники воспринимают комбинированные нагрузки от косозубых зубчатых колес, цилиндрические - обеспечивают осевую свободу перемещения вала (плавающая опора) при тепловых расширениях.
ZE BluePower имеет увеличенное отношение наружного к внутреннему диаметру шнека D/d=1,65 (против D/d=1,46 у серии ZE-A). Это обеспечивает на 30% более высокую плотность крутящего момента. Редуктор оснащен оптимизированным приводом с водоохлаждаемым двигателем. Профили зубчатых колес и система преднатяга шнеков оптимизированы для полного использования повышенного крутящего момента.
Основные методы контроля: вибрационный мониторинг (датчики на корпусе редуктора в зонах подшипников, анализ спектра и огибающей), контроль температуры (термопары или RTD в зоне упорного подшипника), анализ масла (наличие продуктов износа, содержание воды, кислотное число). Повышение температуры на 10-15 C или рост общего уровня вибрации являются ранними признаками износа подшипника.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Сведения, представленные в материале, основаны на открытых технических источниках, документации производителей оборудования и справочной литературе. Автор не несет ответственности за любые действия, предпринятые на основе информации, изложенной в статье, включая, но не ограничиваясь: выбор комплектующих, проведение работ по техническому обслуживанию, ремонту или модернизации оборудования, инженерные расчеты. Перед выполнением любых работ необходимо обращаться к официальной документации производителя конкретного экструдера и редуктора и привлекать квалифицированных специалистов. Параметры и характеристики оборудования могут различаться в зависимости от модификации, года выпуска, региона поставки и комплектации.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.