Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Подшипники являются ответственными комплектующими в узлах запорной трубопроводной арматуры и электроприводов для ее управления. В клиновых задвижках упорные подшипники воспринимают осевое усилие от давления рабочей среды на шпиндель (шток), а в электроприводах конические роликовые и радиальные подшипники обеспечивают работу червячного редуктора. От правильного выбора и своевременного обслуживания подшипников зависит надежность срабатывания арматуры, герметичность перекрытия потока и безаварийная эксплуатация трубопроводных систем в нефтегазовой, энергетической и химической отраслях.
В данной статье рассмотрены конструкции подшипниковых узлов клиновых задвижек (производства Благовещенского АМЗ, Пензтяжпромарматуры, Neway, Velan), многооборотных электроприводов AUMA серий SA/SAR, Rotork серии IQ/IQT, а также электроприводов Тулаэлектропривод серии ЭП4. Особое внимание уделено упорным шариковым подшипникам серий 511 и 512, коническим роликовым подшипникам червячных валов и трапецеидальным винтовым парам шпинделей.
Клиновая задвижка -- запорное устройство, в котором проход перекрывается поступательным перемещением клинового затвора перпендикулярно потоку рабочей среды. Основные конструктивные элементы задвижки с выдвижным шпинделем: корпус (литой стальной или чугунный), крышка (бугель), клиновый затвор (сплошной или двухдисковый), шпиндель с трапецеидальной резьбой, ходовая гайка, сальниковое уплотнение, упорные и опорные подшипники, маховик или привод.
При вращении маховика или электропривода крутящий момент передается через ходовую гайку на шпиндель, преобразуя вращательное движение в поступательное. Клин опускается и перекрывает проходное отверстие, упираясь в седла корпуса. Подшипники в этой конструкции выполняют две ключевые функции: воспринимают осевое усилие от давления среды на затвор (упорные подшипники) и обеспечивают центрирование вращающихся деталей (опорные подшипники).
Задвижки по ГОСТ 5762 классифицируются по конструкции шпинделя на два основных типа: с выдвижным и невыдвижным шпинделем. В задвижках с выдвижным шпинделем (например, 30с41нж Ру16, 31с45нж Ру25) ходовая резьба расположена снаружи корпуса, что обеспечивает доступ для обслуживания и смазки подшипникового узла. В задвижках с невыдвижным шпинделем ходовая пара находится внутри корпуса в контакте с рабочей средой.
Упорные шариковые подшипники в узле бурта ходовой гайки шпинделя воспринимают осевое усилие, возникающее при перемещении затвора. Это усилие складывается из нескольких составляющих: давление рабочей среды на площадь затвора (основная нагрузка при закрытии под давлением), усилие обжатия уплотнительных поверхностей клина и седел, а также силы трения в сальниковом узле и ходовой резьбовой паре. В задвижках больших диаметров (DN 300 и выше) осевые усилия на шпинделе могут достигать десятков и сотен килоньютонов.
В клиновых задвижках наиболее распространены упорные шариковые подшипники одинарного типа серий 511 (легкая серия) и 512 (тяжелая серия) по ГОСТ 7872-89. Эти подшипники состоят из двух колец (тугого и свободного) и комплекта шариков с сепаратором. Они воспринимают осевую нагрузку только в одном направлении. Конструктивно подшипник устанавливается в узел бурта ходовой гайки между гайкой и крышкой (бугелем) задвижки.
В многооборотных электроприводах AUMA серий SA/SAR упорные подшипники (thrust bearing, позиция 80.01 в документации AUMA) и упорные кольца (thrust bearing races, позиция 80.02) устанавливаются в узле ходовой гайки (stem nut, позиция 80.3) выходного привода типа A. Эти подшипники воспринимают осевое усилие от штока задвижки и передают его на корпус привода. При обслуживании или замене гайка извлекается вместе с подшипниками, кольца и обоймы снимаются, смазываются и устанавливаются обратно.
Преобразование вращательного движения маховика или электропривода в поступательное перемещение клина осуществляется резьбовой парой: шпиндель с трапецеидальной резьбой и ходовая гайка из антифрикционного материала (как правило, бронза или латунь). Трапецеидальная резьба по ГОСТ 9484-81 (профиль с углом 30 градусов) обеспечивает высокую осевую грузоподъемность и плавность хода при умеренном коэффициенте трения.
Стандартные шаги трапецеидальной резьбы для задвижек: Tr 24x5, Tr 30x6, Tr 36x6, Tr 40x7, Tr 46x8, Tr 50x8 и крупнее -- в зависимости от диаметра прохода и рабочего давления. Ходовая гайка изготавливается из бронзы БрО5Ц5С5, БрАЖ9-4 или аналогичных антифрикционных сплавов, обеспечивающих низкий коэффициент трения в паре со стальным шпинделем.
Упорный подшипник устанавливается между ходовой гайкой и опорной поверхностью крышки задвижки (или корпуса привода). При вращении ходовой гайки шпиндель совершает поступательное движение, а осевое усилие через упорный подшипник передается на неподвижный корпус. Подшипник снижает момент трения при преобразовании усилия и предотвращает износ опорных поверхностей. В многооборотных электроприводах AUMA, Rotork и Тулаэлектропривод ходовая гайка (stem nut) с подшипниками является сменным узлом, адаптируемым под резьбу конкретной задвижки.
Усилие от давления среды на затвор: F = p * A
Где: p -- давление рабочей среды, Па; A -- площадь затвора, м2.
Например, для задвижки DN 200 при давлении 1,6 МПа: A = 3,14 * 0,1^2 = 0,0314 м2; F = 1,6 * 10^6 * 0,0314 = 50 240 Н (около 50 кН). Это усилие должен воспринять упорный подшипник в узле шпинделя.
Многооборотные электроприводы AUMA серий SA (двухпозиционные) и SAR (регулирующие) предназначены для автоматизации задвижек, вентилей и другой запорной арматуры. Для серии SA 07.2 -- SA 16.2 диапазон крутящих моментов составляет от 10 до 250 Нм, скорости выходного вала от 4 до 216 об/мин (50 Гц). Для более крупных моделей (SA 25.1 -- SA 48.1) момент достигает значительно больших значений. Привод состоит из асинхронного электродвигателя, червячного редуктора, блока микровыключателей (концевых и моментных), механизма ручного дублера и выходного привода с ходовой гайкой.
Подшипниковые узлы AUMA SA/SAR: упорные подшипники в ходовой гайке (stem nut) выходного привода типа A -- воспринимают осевое усилие от штока задвижки; подшипники червячного вала -- радиальные шариковые, обеспечивающие вращение червяка; подшипники электродвигателя -- стандартные радиальные шариковые.
Для задвижек больших типоразмеров AUMA применяет комбинации привода с червячными редукторами серии GS (GS 50.3 -- GS 250.3), увеличивающими крутящий момент до 675 000 Нм при передаточных числах от 39:1 до 6939:1.
Электроприводы Rotork серии IQ (многооборотные) и IQT (четвертьоборотные) являются интеллектуальными приводами с неинтрузивной настройкой. Серия IQ3 Pro оснащена встроенным регистратором данных, диагностикой вибрации и крутящего момента, поддержкой протоколов Profibus, Foundation Fieldbus, Modbus и промышленного Ethernet. Степень защиты -- IP66/68 (до 7 м на 72 часа).
Конструкция привода Rotork IQ включает низкоинерционный высокомоментный электродвигатель, червячный редуктор с маслонаполненным корпусом и съемное основание для восприятия осевых усилий (detachable thrust base). Бронзовая ходовая втулка (drive bush) типов A, B3/B4 или Z3 устанавливается в полый выходной вал и адаптируется под шток конкретной задвижки. Максимальный срывной крутящий момент (stall torque) составляет 1,4-2,0 от номинального в зависимости от скорости и напряжения.
Многооборотные электроприводы Тулаэлектропривод серии ЭП4 предназначены для управления запорной арматурой, включая применение на объектах атомной энергетики. Основной редуктор -- червячного типа. Червячный вал опирается на конические роликовые подшипники и оканчивается с обеих сторон кулачковыми полумуфтами для соединения с электродвигателем и приводом ручного дублера. Корпус червячного редуктора заполнен маслом.
Привод ЭП4 оснащен трехфазными электродвигателями переменного тока с высоким стартовым крутящим моментом, что необходимо для "срыва" задвижки из крайнего положения. Выходной вал привода имеет взаимозаменяемые варианты исполнения в зависимости от присоединительного фланца и типа соединения с валом арматуры. В некоторых исполнениях (конструктивные схемы 410, 430) присутствует дополнительный выходной редуктор.
Червячный редуктор является основным силовым узлом электропривода задвижки. В червячной передаче возникают три составляющие нагрузки: окружная сила (создает крутящий момент на червячном колесе), осевая сила на червяке (равна окружной силе на колесе) и радиальная сила (от зацепления). Осевая нагрузка на червячный вал может быть весьма значительной, что определяет выбор подшипников для редуктора.
Конические роликовые подшипники являются стандартным решением для опор червячного вала в электроприводах Тулаэлектропривод серии ЭП4. Они одновременно воспринимают радиальные и осевые нагрузки, что идеально соответствует условиям работы червячного вала. Подшипники устанавливаются попарно, обеспечивая восприятие осевых сил в обоих направлениях (при открытии и закрытии задвижки).
Основные преимущества конических роликовых подшипников в червячных редукторах: высокая грузоподъемность при комбинированных нагрузках; жесткость опоры, обеспечивающая точность зацепления; возможность регулировки осевого зазора при монтаже; работа в масляной ванне (корпус редуктора заполнен маслом).
Вал червячного колеса, который одновременно является выходным валом привода, опирается на радиальные шариковые или роликовые подшипники. Эти подшипники воспринимают преимущественно радиальную нагрузку от зацепления и массы вращающихся деталей. В приводах AUMA серии SA вал червячного колеса (worm wheel shaft) установлен в подшипниковом фланце (bearing flange, позиция 002.0).
Для упорных подшипников шпинделя задвижки определяющим параметром является статическая осевая грузоподъемность C0, поскольку подшипник работает при малых скоростях вращения и высоких нагрузках. Расчет ресурса по ISO 281 в данном случае вторичен -- важнее обеспечить запас по статической грузоподъемности относительно максимального осевого усилия на шпинделе (от давления среды, усилия уплотнения и трения).
Задвижки работают в режиме "открыто-закрыто" с относительно редкими циклами срабатывания. Скорость вращения шпинделя при ручном управлении составляет 5-20 об/мин, при электроприводе -- до 216 об/мин (AUMA SA 07.2-16.2 при 50 Гц). Это значительно ниже предельных скоростей стандартных подшипников, поэтому тепловой режим не является лимитирующим фактором. Для регулирующих приводов AUMA SAR, работающих в модулирующем режиме (до 1200 пусков в час для двигателей мощностью до 0,55 кВт), ресурс подшипников рассчитывается с учетом суммарного числа циклов.
Подшипники арматуры и приводов эксплуатируются в широком диапазоне температур (от -60 до +40 градусов Цельсия для климатического исполнения ХЛ по ГОСТ 15150). Для приводов Rotork IQ степень защиты IP68 обеспечивает герметичность при затоплении до 7 м на 72 часа. Эластомерные уплотнения подшипниковых узлов в приводах AUMA изготовлены из NBR с теоретическим сроком службы 13,5 лет (при средней температуре +40 градусов Цельсия, согласно документации AUMA).
Диаметр прохода: DN 150, давление: 2,5 МПа. Площадь затвора: A = 3,14 * 0,075^2 = 0,0177 м2. Осевое усилие от давления: F = 2,5 * 10^6 * 0,0177 = 44 178 Н (около 44,2 кН). С учетом коэффициента запаса 1,5 (трение в сальнике и резьбе): F_расч = 66,3 кН. Выбираем упорный подшипник серии 512 с подходящим внутренним диаметром, например 51210 (d=50, D=78, H=22 мм), у которого статическая грузоподъемность C0 превышает 100 кН по каталогу SKF -- запас обеспечен.
В задвижках с выдвижным шпинделем ходовая резьба и узел бурта гайки с упорными подшипниками должны систематически смазываться густой консистентной смазкой. Интервалы смазки зависят от условий эксплуатации: для наружных трубопроводов рекомендуется пополнение смазки не реже одного раза в 6 месяцев, для подземной установки -- при каждом плановом обслуживании. Одновременно контролируется состояние сальникового узла.
Электроприводы AUMA SA/SAR требуют минимального обслуживания при условии правильного монтажа и пусконаладки. Для приводов с выходным приводом типа A (с ходовой гайкой) рекомендуется смазка ходовой гайки и упорных подшипников через каждые 6 месяцев. Червячные редукторы GS заполняются консистентной смазкой (тип указан на шильдике) и требуют замены смазки при капитальном обслуживании. При редком срабатывании рекомендуется выполнять пробный пуск каждые 6 месяцев.
Приводы Rotork IQ имеют маслонаполненный корпус редуктора, не требующий замены масла при нормальных условиях эксплуатации (заводская заливка на весь срок службы). Съемные основания (thrust bases) обеспечивают доступ к ходовой гайке и подшипникам без вскрытия основного корпуса. В приводах Тулаэлектропривод ЭП4 масло в корпусе червячного редуктора подлежит периодическому контролю уровня и замене согласно регламенту завода-изготовителя.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационно-справочный характер. Приведенная информация основана на открытых технических источниках, документации производителей оборудования и действующих нормативных документах.
Автор и издатель не несут ответственности за любые прямые или косвенные убытки, ущерб, повреждения оборудования, травмы или иные последствия, возникшие в результате использования информации из данной статьи. Выбор подшипников, монтаж, наладка и обслуживание трубопроводной арматуры и электроприводов должны выполняться квалифицированными специалистами в соответствии с проектной документацией, руководствами по эксплуатации заводов-изготовителей и действующими нормативными документами.
Технические параметры, приведенные в статье, являются справочными и могут отличаться в зависимости от конкретной модификации оборудования, условий эксплуатации и актуальной версии документации производителя.
1. ГОСТ 5762-2002 -- Арматура трубопроводная промышленная. Задвижки на номинальное давление не более PN 250. Общие технические условия (с Изменением N1, 2021).
2. ГОСТ 10194-78 -- Задвижки клиновые с выдвижным шпинделем. Основные параметры и размеры.
3. ГОСТ 7872-89 -- Подшипники упорные шариковые одинарные и двойные. Технические условия.
4. ГОСТ 27365-2023 -- Подшипники роликовые конические однорядные. Основные размеры.
5. ГОСТ 8338-2022 -- Подшипники шариковые радиальные однорядные. Общие технические требования.
6. ГОСТ 520-2011 -- Подшипники качения. Общие технические условия.
7. ГОСТ 9484-81 -- Резьба трапецеидальная однозаходная. Профиль.
8. ISO 281:2007 -- Rolling bearings -- Dynamic load ratings and rating life.
9. ISO 5210 -- Industrial valves -- Multi-turn valve actuator attachments.
10. ISO 5211 -- Industrial valves -- Part-turn actuator attachments.
11. AUMA Riester GmbH & Co. KG -- Operation instructions SA 07.2 -- SA 16.2, SAR 07.2 -- SAR 16.2.
12. AUMA -- Operation instructions: Worm gearboxes GS 50.3 -- GS 250.3.
13. Rotork Controls Ltd. -- IQ Range Installation and Maintenance Instructions (Publication E170E2).
14. Тулаэлектропривод -- Техническое описание электроприводов серии ЭП4.
15. SKF Rolling Bearings -- General Catalogue (17000/1 EN).
16. Решетов Д.Н. Детали машин. -- 4-е изд. -- М.: Машиностроение, 1989.
17. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. -- Том 2, 9-е изд.
18. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. -- Л.: Машиностроение, 1969.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.