Содержание статьи
- 1. Введение: роль подшипников в работе дымососов цементных заводов
- 2. Типы подшипников для дымососов цементных печей
- 3. Сферические роликовые подшипники: конструкция и преимущества
- 4. Работа подшипников при высоких температурах
- 5. Системы охлаждения подшипниковых узлов
- 6. Термостойкие смазочные материалы
- 7. Особенности монтажа и закрепления подшипников
- 8. Расчет ресурса подшипников дымососов
- 9. Техническое обслуживание и диагностика
- 10. Часто задаваемые вопросы
Роль подшипников в работе дымососов цементных заводов
Дымососы цементных заводов представляют собой критически важное оборудование, обеспечивающее непрерывный технологический процесс производства клинкера. Эти тягодутьевые машины работают в экстремальных условиях: температура перемещаемых газов достигает 200-400 градусов Цельсия, присутствует абразивная цементная пыль, а режим эксплуатации предполагает непрерывную работу в течение длительного времени.
Подшипниковые узлы дымососов испытывают комплексное воздействие неблагоприятных факторов: тепловое излучение от горячих газов, передачу тепла через вал от рабочего колеса, радиальные и осевые нагрузки от консольно установленной крыльчатки, а также вибрационные нагрузки. Правильный выбор подшипников и организация их работы напрямую определяют надежность всего дымососа и, как следствие, бесперебойность работы вращающейся печи.
Типы подшипников для дымососов цементных печей
В конструкциях дымососов цементных заводов применяются различные типы подшипников качения, выбор которых определяется конструктивными особенностями машины, величиной и характером нагрузок, а также условиями эксплуатации. Общие технические условия на подшипники качения регламентируются ГОСТ 520-2011.
Основные типы применяемых подшипников
| Тип подшипника | Обозначение по ГОСТ | Область применения | Особенности |
|---|---|---|---|
| Сферические роликовые двухрядные | Серия 3000, 113000 | Опорные узлы дымососов ДН, ДРЦ | Компенсация несоосности, высокая грузоподъемность |
| Роликовые цилиндрические | Серия 32000, 42000 | Фиксирующие опоры | Восприятие радиальных нагрузок |
| Шариковые радиально-упорные | Серия 46000 | Плавающие опоры | Восприятие комбинированных нагрузок |
| Роликовые конические | Серия 7000 | Специальные конструкции | Фиксация вала в обоих направлениях |
Согласно СТО 70238424.27.060.01.002-2009 и СТО 70238424.27.060.01.003-2009, в ходовых частях дымососов типа ДН применяются подшипники серий 46330л (шариковые) и 32332М (роликовые) для машин I группы, а также подшипники 3626К и 3530 для машин II группы. Выбор конкретного типоразмера определяется номером дымососа и расчетными нагрузками.
Сферические роликовые подшипники: конструкция и преимущества
Сферические роликовые подшипники являются наиболее распространенным решением для дымососов цементных заводов благодаря уникальному сочетанию характеристик, отвечающих требованиям данного применения.
Конструктивные особенности
Сферический роликовый подшипник в соответствии с действующими стандартами состоит из следующих элементов:
- Наружное кольцо с вогнутой сферической дорожкой качения
- Внутреннее кольцо с двумя дорожками качения и бортами для фиксации роликов
- Два ряда бочкообразных (симметричных или асимметричных) роликов
- Сепаратор (стальной штампованный, латунный массивный или полиамидный)
| Характеристика | Значение/описание |
|---|---|
| Допустимый угол перекоса | До 2-3 градусов (зависит от серии и размера) |
| Воспринимаемая осевая нагрузка | До 25% от неиспользованной радиальной |
| Тип отверстия внутреннего кольца | Цилиндрическое или коническое (конусность 1:12 или 1:30) |
| Смазочные канавки и отверстия | На наружном кольце при D более 200 мм (обозначение Н или W33) |
Преимущества для применения в дымососах
Сферическая форма дорожки качения наружного кольца обеспечивает самоустанавливаемость подшипника, что критически важно для дымососов по следующим причинам:
- Компенсация погрешностей изготовления и монтажа корпусов
- Компенсация прогиба вала под действием консольной нагрузки от рабочего колеса
- Компенсация температурных деформаций при нагреве
- Снижение кромочных напряжений на дорожках качения
Пример типоразмера для дымососа ДРЦ-21х2
Для дымососа рециркуляции газов цементной печи диаметром 5 м и длиной 115 м применяются сферические роликовые подшипники с внутренним диаметром от 150 до 200 мм, обеспечивающие базовую динамическую грузоподъемность от 800 до 1500 кН.
Работа подшипников при высоких температурах
Температурный режим является ключевым фактором, определяющим работоспособность подшипников дымососов. Максимально допустимая температура на входе в дымосос цементной печи обычно не превышает 250 градусов Цельсия, однако температура подшипникового узла должна поддерживаться значительно ниже.
Влияние температуры на работоспособность подшипника
| Температурный диапазон | Воздействие на подшипник | Требуемые меры |
|---|---|---|
| До 120 градусов C | Нормальная работа стандартных подшипников | Стандартная смазка, обычные зазоры |
| 120-150 градусов C | Снижение вязкости смазки, увеличение зазоров, начало потери твердости стали | Высокотемпературная смазка, зазор С3-С4 |
| 150-180 градусов C | Интенсивная деградация смазки, снижение твердости колец | Термостабилизированные подшипники, спецсмазка |
| 180-200 градусов C | Критические изменения механических свойств стали, интенсивный износ | Принудительное охлаждение обязательно |
| Выше 200 градусов C | Недопустимый режим для стандартных подшипников | Специальные жаростойкие подшипники класса S1-S3 |
Термическая стабилизация подшипников
Для работы при повышенных температурах применяются подшипники с термической стабилизацией колец. Обозначение класса стабилизации указывается в маркировке:
- S0 - стабилизация до 150 градусов C (стандартная)
- S1 - стабилизация до 200 градусов C
- S2 - стабилизация до 250 градусов C
- S3 - стабилизация до 300 градусов C
Системы охлаждения подшипниковых узлов
Охлаждение подшипников дымососов цементных печей является обязательным условием их надежной работы. Применяются различные методы отвода тепла, выбор которых определяется конструкцией машины и тепловыми нагрузками.
Водяное охлаждение
Наиболее эффективный метод охлаждения для промышленных дымососов. В корпусах подшипников дымососов типа ДН, ДРЦ устанавливаются змеевики, через которые циркулирует охлаждающая вода.
| Параметр | Типовое значение |
|---|---|
| Расход охлаждающей воды | 0,5-0,7 м3/час на дымосос |
| Температура воды на входе | Не более 25-33 градусов C |
| Расположение змеевика | В масляной ванне корпуса |
| Материал змеевика | Медь или нержавеющая сталь |
Конструкция охлаждаемого корпуса
Корпуса подшипников дымососов с водяным охлаждением имеют следующие конструктивные особенности:
- Змеевик располагается в масляной ванне для одновременного охлаждения масла и наружного кольца подшипника
- Подвод воды осуществляется с одной стороны корпуса
- Предусматриваются штуцеры для подключения трубопроводов охлаждающей воды
- Корпуса устанавливаются на специальных плитах независимо от улитки дымососа
Расчет теплоотвода через змеевик
Тепловой поток, отводимый системой охлаждения:
Q = G * c * (t2 - t1), где:
G - расход воды, кг/с
c - теплоемкость воды, 4190 Дж/(кг*К)
t1, t2 - температура воды на входе и выходе, градусы C
При расходе 0,5 м3/час и нагреве воды на 10 градусов: Q = 0,14 * 4190 * 10 = 5,8 кВт
Воздушное охлаждение вала
В конструкциях дымососов цементных печей применяется комбинированное охлаждение с использованием воздушного потока вдоль вала. Благодаря разрежению, создаваемому рабочим колесом, в зазор между обечайкой уплотнения и валом засасывается наружный воздух, который движется навстречу распространяющемуся теплу, отбирает его и поступает на всас рабочего колеса вместе с дымовыми газами.
Термостойкие смазочные материалы
Выбор смазочного материала для подшипников дымососов цементных печей определяется температурным режимом работы, конструкцией узла и требованиями к ресурсу. Применяются как жидкие масла (для ванн и циркуляционных систем), так и пластичные смазки.
Требования к смазочным материалам
| Параметр | Требование для дымососов |
|---|---|
| Рабочая температура | До 120-150 градусов C (кратковременно до 200 градусов C) |
| Температура каплепадения | Не менее чем на 30-50 градусов выше рабочей |
| Термоокислительная стабильность | Высокая (минимальное коксование) |
| Противозадирные свойства | Повышенные (EP-присадки) |
| Водостойкость | Высокая (при водяном охлаждении возможна конденсация) |
Типы высокотемпературных смазок
Смазки на минеральной основе с комплексными загустителями
Литиевые комплексные и кальциевые комплексные смазки обеспечивают работоспособность до 150 градусов Цельсия. Применяются для подшипников с эффективным охлаждением.
Смазки на синтетической основе
Смазки на основе полиальфаолефинов (ПАО) и сложных эфиров обеспечивают работу при температурах до 180-200 градусов Цельсия. Рекомендуются для ответственных применений.
Смазки с твердыми добавками
Для экстремальных температур применяются смазки с добавлением графита, дисульфида молибдена или политетрафторэтилена (ПТФЭ). Порошковые смазки могут работать до 300-350 градусов Цельсия.
| Тип смазки | Рабочая температура | Загуститель | Применение |
|---|---|---|---|
| Литиевая комплексная | -20...+150 градусов C | Литиевый комплекс | Охлаждаемые узлы |
| Полимочевинная | -30...+180 градусов C | Полимочевина (димочевина) | Электродвигатели, вентиляторы |
| Перфторполиэфирная | -40...+260 градусов C | ПТФЭ | Высокотемпературные узлы |
| С графитом | -20...+300 градусов C | Бентонит + графит | Тихоходные горячие узлы |
Масляная ванна
Для подшипников дымососов типа ДН, ВДН, Д, ВД применяется картерная смазка с масляной ванной. Уровень масла должен доходить до центра нижнего тела качения. Применяются индустриальные масла с вязкостью ISO VG 68-150 в зависимости от температурного режима. Рекомендуемые масла: турбинное Т22 (ГОСТ 32-74) или индустриальное И-20А (ГОСТ 20799-75).
Особенности монтажа и закрепления подшипников
Правильный монтаж подшипников дымососов обеспечивает их расчетный ресурс и надежную работу оборудования. Сферические роликовые подшипники могут устанавливаться непосредственно на вал или с использованием закрепительных втулок.
Способы крепления на валу
| Способ крепления | Тип отверстия | Преимущества | Применение |
|---|---|---|---|
| На цилиндрическую шейку | Цилиндрическое | Простота, точность позиционирования | Ступенчатые валы |
| На закрепительную втулку | Коническое 1:12 | Монтаж на гладкий вал, легкий демонтаж | Бесступенчатые валы, ремонт |
| На стяжную втулку | Коническое 1:12 | Точное позиционирование, разборка | Конструкции с упором |
| На коническую шейку | Коническое 1:12 или 1:30 | Регулировка зазора, жесткая посадка | Ответственные механизмы |
Закрепительные втулки
Закрепительные втулки по ГОСТ 24208-80 предназначены для крепления подшипников с коническим отверстием (конусность 1:12) на цилиндрических валах. Применение втулок позволяет:
- Устанавливать подшипник в любом месте гладкого вала
- Упростить конструкцию вала (без ступеней и резьбы)
- Регулировать внутренний зазор подшипника при монтаже
- Облегчить демонтаж без нагрева и специального инструмента
Порядок монтажа с закрепительной втулкой
- Установить подшипник на втулку предварительно
- Надеть сборку на вал в требуемом положении
- Затянуть гайку, контролируя осевое перемещение внутреннего кольца
- Проверить радиальный зазор (должен уменьшиться на расчетную величину)
- Зафиксировать гайку стопорной шайбой
Расчет ресурса подшипников дымососов
Расчет ресурса подшипников выполняется согласно ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007), который заменил ранее действовавший ГОСТ 18855-94. Методика основана на статистической модели усталостного разрушения и позволяет определить базовый расчетный ресурс при заданных условиях нагружения.
Базовый расчетный ресурс L10
Формула расчета базового ресурса
L10 = (C / P)^p * 10^6 оборотов
где:
C - базовая динамическая грузоподъемность, Н
P - эквивалентная динамическая нагрузка, Н
p - показатель степени (3 для шариковых, 10/3 для роликовых подшипников)
Ресурс в часах работы
Пересчет ресурса в часы
L10h = L10 / (60 * n) часов
где n - частота вращения, об/мин
Эквивалентная динамическая нагрузка
Для сферических роликовых подшипников эквивалентная нагрузка рассчитывается по формуле:
P = X * Fr + Y * Fa
где:
Fr - радиальная нагрузка, Н
Fa - осевая нагрузка, Н
X, Y - коэффициенты, зависящие от соотношения Fa/Fr и угла контакта
| Параметр | Типичное значение для дымососов |
|---|---|
| Требуемый ресурс L10h | 40000-60000 часов |
| Частота вращения | 500-1500 об/мин |
| Коэффициент X (при Fa/Fr меньше e) | 1,0 |
| Коэффициент Y | 1,6-2,8 (зависит от серии) |
Пример расчета ресурса
Исходные данные: подшипник 3626К, C = 1250 кН, радиальная нагрузка Fr = 80 кН, осевая нагрузка Fa = 15 кН, n = 980 об/мин
При e = 0,26 и Fa/Fr = 0,19 меньше e: P = Fr = 80 кН
L10 = (1250/80)^(10/3) * 10^6 = 9640 млн оборотов
L10h = 9640 * 10^6 / (60 * 980) = 163946 часов
Расчетный ресурс значительно превышает требуемые 50000 часов, что обеспечивает необходимый запас надежности.
Техническое обслуживание и диагностика
Регулярное техническое обслуживание подшипниковых узлов дымососов является залогом их надежной работы и достижения расчетного ресурса. Периодичность и объем работ определяются условиями эксплуатации и рекомендациями изготовителя.
Регламент технического обслуживания
| Операция | Периодичность | Примечание |
|---|---|---|
| Контроль уровня масла | Ежесменно | Визуально по маслоуказателю |
| Контроль температуры подшипников | Ежесменно | Термометр, пирометр или датчик |
| Проверка расхода охлаждающей воды | Ежесменно | По расходомеру или температуре |
| Замена масла | 3000-5000 часов | Или при потемнении/загрязнении |
| Вибродиагностика | Ежемесячно | Переносной виброанализатор |
| Ревизия подшипников | При капремонте | Осмотр, замер зазоров |
Контролируемые параметры
Температура
Допустимая температура корпуса подшипника при работающей системе охлаждения не должна превышать 70-80 градусов Цельсия. Резкое повышение температуры свидетельствует о неисправности.
Вибрация
Контролируются среднеквадратичные значения виброскорости (СКЗ) и спектральный состав вибрации. Нормы вибрации для дымососов устанавливаются по ГОСТ ISO 10816-3.
Состояние смазки
При замене масла оценивается его цвет, наличие механических примесей и воды. Потемнение масла указывает на перегрев, металлические частицы - на износ подшипника.
Часто задаваемые вопросы
Для дымососов цементных печей наиболее подходят сферические роликовые двухрядные подшипники согласно ГОСТ 5721-2022 (с асимметричными роликами) и ГОСТ 24696-2023 (с симметричными роликами). Они обеспечивают высокую радиальную грузоподъемность, способность воспринимать осевые нагрузки до 25% от радиальной, а также компенсируют несоосность и прогиб вала до 2-3 градусов. Это критически важно для консольных конструкций дымососов с тяжелым рабочим колесом.
При наличии системы водяного охлаждения температура корпуса подшипника должна поддерживаться в пределах 60-80 градусов Цельсия. Стандартные подшипники качения могут работать до 120 градусов без охлаждения. Термостабилизированные подшипники классов S1-S3 допускают работу при 200-300 градусах, однако требуют специальных смазок. При температурах выше 150 градусов для стали ШХ15 начинается снижение твердости, а выше 180-200 градусов происходят необратимые изменения механических свойств.
При нормальных условиях эксплуатации замена масла производится каждые 3000-5000 часов работы или один раз в 6 месяцев. При повышенных температурах или загрязненной среде интервал сокращается до 1500-2000 часов. Обязательна замена при потемнении масла, появлении механических примесей, эмульсии (признак попадания воды) или снижении вязкости.
Закрепительные втулки по ГОСТ 24208-80 позволяют устанавливать сферические роликовые подшипники с коническим отверстием на гладкие валы без ступеней. Это упрощает конструкцию вала, обеспечивает возможность точного позиционирования подшипника, облегчает монтаж и демонтаж без нагрева или специального инструмента. При затяжке втулки происходит регулировка внутреннего зазора подшипника.
Типовой расход охлаждающей воды составляет 0,5-0,7 м3/час на один дымосос. Температура воды на входе не должна превышать 25-33 градусов Цельсия (в зависимости от конструкции). Змеевик охлаждения располагается в масляной ванне корпуса подшипника. При недостаточном расходе или повышенной температуре воды эффективность охлаждения снижается, что ведет к перегреву подшипников.
Для температур до 150 градусов применяются литиевые комплексные смазки. Для работы до 180 градусов рекомендуются смазки на основе полимочевины (димочевины). При температурах выше 200 градусов используются перфторполиэфирные смазки с ПТФЭ-загустителем или смазки с графитом и дисульфидом молибдена. Для масляных ванн применяют синтетические масла или минеральные с высокотемпературными присадками.
Основные методы диагностики: вибрационный анализ (появление характерных частот дефектов подшипника), контроль температуры (локальный перегрев), акустическая диагностика (изменение шума), анализ масла (металлические частицы износа). Современные системы мониторинга позволяют отслеживать состояние подшипников онлайн и прогнозировать остаточный ресурс.
Для непрерывного режима работы дымососов цементных печей (24 часа, 7 дней в неделю) рекомендуемый расчетный ресурс L10h составляет 40000-60000 часов, что соответствует 4,5-7 годам непрерывной работы. Расчет ресурса выполняется по ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007). Фактический ресурс зависит от правильности выбора подшипника, качества монтажа, эффективности охлаждения и соблюдения регламента обслуживания.
Связанные товары и решения
Для эффективной работы оборудования рекомендуем также рассмотреть:
- Шариковые подшипники
- Подшипники NTN
- Важность торцевых крышек в защите подшипниковых узлов
- 5 случаев предельного износа подшипников и диагностика
- Линейные подшипники LME-UU
- Подшипники комбинированные IKO
- Подшипники TIMKEN
- Автоматические системы смазки подшипников: принцип работы и выбор системы
- Подшипники BECO
- Подшипники для корпусов ASAHI
- Подшипники роликовые упорные INA
- Шариковые подшипники SKF
- Линейные подшипники LM-L-UU
- Plain bearings (подшипники скольжения)
Отказ от ответственности
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Информация предоставлена для общего понимания принципов работы и обслуживания подшипниковых узлов дымососов цементных заводов. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия использования представленной информации.
При проектировании, выборе комплектующих, монтаже и эксплуатации оборудования необходимо руководствоваться действующими нормативными документами, технической документацией производителей и рекомендациями квалифицированных специалистов. Все расчеты должны выполняться профессиональными инженерами с учетом конкретных условий эксплуатации.
Источники
- ГОСТ 520-2011 Подшипники качения. Общие технические условия
- ГОСТ 5721-2022 Подшипники качения. Подшипники роликовые сферические двухрядные с асимметричными роликами. Общие технические требования
- ГОСТ 24696-2023 Подшипники качения. Подшипники роликовые сферические двухрядные с симметричными роликами. Общие технические требования
- ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007) Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс
- ГОСТ 24208-80 Втулки закрепительные подшипников качения. Основные размеры
- СТО 70238424.27.060.01.002-2009 Дымососы основные котельные. Общие технические условия на капитальный ремонт
- СТО 70238424.27.060.01.003-2009 Дымососы центробежные одностороннего всасывания типа ДН. Технические условия на капитальный ремонт
- СТО 70238424.27.100.042-2009 Тягодутьевые установки ТЭС. Организация эксплуатации и технического обслуживания
- ГОСТ ISO 10816-3 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях
- ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов
- Техническая документация SKF, FAG, NSK: Каталоги сферических роликовых подшипников
- Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 2
