CC BY
17
УДК 539.3: 678
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОПОРНОГО ПОДШИПНИКА РОТОРА СУШИЛЬНОГО АППАРАТА В ХИМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Н.Л. Великанов1, С.И. Корягин2, Е.В. Мазур3
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта (БФУ им. И. Канта),
236041, г. Калининград, ул. А. Невского, 14
В статье рассматриваются основные проблемы выхода подшипникового узла из строя при работе на химическом предприятии. Шариковый подшипник используется на производстве с широким температурным диапазоном, возможностью проникновения влаги и загрязняющих веществ. Эти обстоятельства приводят к значительному снижению эффективного срока службы смазки, что может привести к повреждению подшипника. В данной статье описаны результаты диагностики подшипниковых узлов, при работе которых использовано несколько видов пластичных смазок.
Ключевые слова: подшипниковый узел, химическое производство, пластичные смазки.
OPERATION OF THE SUPPORT BEARING OF THE DRYERS ROTOR IN
CHEMICAL MANUFACTURE
N. L. Velikanov, S. I. Koryagin, E.V. Mazur
The Baltic federal university of Immanuil Kant (BFU of Kant), 236041, Kaliningrad, st. A. Nevsky, 14;
The article discusses the main problems of failure of the bearing unit when working at a chemical plant. Ball bearing is used in production with a wide temperature range, the ability to penetrate moisture and contaminants. These circumstances lead to a significant decrease in the effective service life of the grease, which can lead to damage to the bearing. This article describes the results of the diagnosis of bearing assemblies, which used several types of greases.
Keywords: bearing assembly, chemical production, consistent lubricants (grease)
При производстве сложных полиэфиров существует необходимость с одной стороны быстрого охлаждения гранулята и одновременно - набора нужной кристалличности за счет высокой температуры. Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) подвержен гидролизу, поэтому поглощая воду, молекулы пытаются вернуться в начальное свое состояние, тем самым понижая прочностные характеристики. Одним из основных критериев выпуска качественной продукции является сушка. Сушильные аппараты, установленные на предприятиях по производству ПЭТФ, центробежного типа с противото-ковой подачей горячего технологического воздуха. Данный тип сушилок имеет корпус с крышкой, в корпусе установлен ротор, вал которого закреплен в верхним и нижним подшипниковых узлах. Схема использования центробежной сушилки заключается в подаче гра-нулята с технологической водой и последующем отделении гранулята от технологической
воды. Сушка производиться с двойным замкнутым циклом по воде и технологическому воздуху. В процессе циркуляции в замкнутом контуре, вода и технологический воздух насыщаются продуктами окисления полимера (аце-тальдегид), имеющими коррозионные свойства. Температура охлажденной циркулирующей воды 80°С, температура воздуха 170°С, температура продукта в сушилке 180°С.
Наиболее часто встречающейся поломкой сушильного аппарата является выход из строя подшипникового узла ротора. Основные факторы, влияющие на данную поломку - это высокая температура и наличие химических элементов в технологической воде. Срок службы подшипника определяет смазка подшипника, которая в свою очередь сводит к минимуму возможность появления деформации детали, тем самым повышая фактор надежности эксплуатации механизмов и оборудования.
1 Великанов Николай Леонидович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой машиноведения и технических систем, инженерно - технического институт, БФУ им. И. Канта, тел. 8 (4012) 595 585; e-mail: monolit8@yandex.ru;
2 Корягин Сергей Иванович - доктор технических наук, профессор, директор инженерно - технического института, БФУ им. И. Канта, тел. 8 (4012) 595 585; e-mail: SKoryagin@kantiana.ru;
3 Мазур Екатерина Владимировна - аспирантка, кафедра машиноведения и технических систем, инженерно - технический институт, БФУ им. И. Канта, тел. 8 (4012) 595 585; e-mail: ekaterina.mazur@gmail.com
Эксплуатация опорного подшипника ротора сушильного аппарата
Смазка поддерживает тонкую износостойкую пленку между контактными областями деталей подшипника, уменьшая трение и предотвращая износ.
Отсюда следует, что важно правильно подобрать смазку. Для этого необходимо иметь конкретные требования к эксплуатации и произвести расчет времени рабочего состояния смазки. Для основного расчета срока службы смазки следует применять предельные факторы и ограничения. Важно, что правильный расчет позволит сократить количество используемой смазки и тем самым понизить общие эксплуатационные расходы.
Если до истечения cрока службы подшипника предполагается смена смазки, то важно правильно определить интервалы смены смазки. Номинальные интервалы смазки подшипника ^) представлены в [1]. Для определения tf необходимо определить ряд параметров (см. Рис. 1, табл. 1 - 2) [1].
где /1./б -
(см. таб.2) [1].
понижающие коэффициенты
Часы
500 000
базовый 50000 срак службы смазки I, 20000
10000
20 30
200 мин1-мм к,-к -|1„
2 000 ■ 1
Рисунок 1 - Базовый срок службы смазки
Для определения (см. Рис. 1) [1] необходимо определить ряд параметров.
кгхпх
где кр (см. Таб.1) [1]. Для определения уточненного срока службы смазки (tfq) необходимо воспользоваться простой формулой с уточняющими (понижающими) коэффициентами.
На рисунке и в таблицах обозначены: п - относительная частота вращения; ёш -средний (делительный) диаметр подшипника (И + й/2 ); Б - наружный диаметр наружного кольца; ё - внутренний диаметр внутреннего кольца.
Применяется, также, понятие модифицированного значения долговечности консистентной смазки tfq
= 1 Х /2 Х /3 Х Д Х /5 Х /б,
Таблица 1 - Коэффициент к/ для расчета срока службы консистентной смазки (для стандартных литиевых консистентных смазок при обычных условиях окружающей среды)
Шарикоподшипник к/ Роликоподшипник к/
Радиальные однорядные двухрядные 0,9.1, 1 1,5 Цилиндрические однорядные двурядные без сепаратора 3.3, 5 3,5 25
Радиально-упорные однорядные двурядные 1,6 2 Упорные цилиндрические 90
Шпиндельные а=15° а=25° 0,75 0,9 Игольчатые 3,5
С 4-х точечным контактом 1,6 Конические 4
сферические 1,3.1, 6 Сферические однорядные 10
Упорные 5.6 Сферические двурядные (исп. Е) 7.9
Двурядные упорно- радиальные 1,4 Сферические двурядные сос средним бортиком 9.12
Таблица 2 - Понижающие коэффициенты /}.../
1. Увлажнение и загрязнение подшипника
Слабо-среднее /1=0,9.0,7
Сильное /1=0,7.0,4
Очень сильное /1=0,4.0,1
2. Ударные нагрузки и вибрация
Слабо-среднее /2=0,9.0,7
Сильное /2=0,7.0,4
Очень сильное /2=0,4.0,1
3. Влияние температуры
г до 75°С /3=0,9.0,6
г от 75 до 85°С /3=0,6.0,3
г от 85 до 120°С /3=0,4.0,1
4. Влияние повышенной нагрузки (Р - результирующая нагрузка, С - динамическая грузоподъемность)
Р/С=0,1.0,15 /4=1.0,7
Р/С=0,15.0,25 /4=0,7.0,4
Р/С=0,25.0,35 /4=0,4.0,1
5. Влияние продува подшипника
Слабое /5=0,7.0,5
Сильное /5=0,5.0,1
6. Вертикальный вал. уплотнение
Наличие /6=0,7.0,5
Н.Л. Великанов, С.И. Корягин, Е.В. Мазур
Одной из областей применения в машиностроении пластичной смазки является использование ее для подшипников качения.
Пластичные смазки, на ряду со смазыванием, т.е. защитой от износа и трения, имеют необходимость обладать еще таким свойством, как устойчивость к различным средам, нагрузкам, перепадам температур.
Состав смазки подшипников качения имеет в своей основе масло, загуститель и различного рода присадки, необходимые для улучшения желаемых свойств. В свою очередь, масло для смазки может быть минеральным, синтетическим или смешанным (полусинтетическим). Различные типы присадок оказывают влияние на защитные свойства масла в экстремальных условиях, регулируют вязкость при разнице температур, а также оказывают непосредственное влияние на такое свойство, как стойкость к образованию коррозии.
Процентная доля загустителя в консистентной смазке составляет в среднем 15%, основной его задачей является, так называемое, «поглощение» масла и высвобождение его в малых количествах к элементам подшипника в течение эксплуатационного периода. Загустители придают смазке пластичность, тем самым удерживая ее в подшипнике, не позволяя покидать его под действием центробежных сил. Состав загустителя является основой определяющей свойства смазки (табл. 3).
Таблица 3 - Влияние загустителя на свойства смазок [2].
При расчете срока службы смазки, необходимо учитывать условия работы подшипникового узла, механико-динамические нагрузки, воздействие окружающей среды, а также тип подшипника [3-6].
Для многих областей применения номинальная долговечность подшипника является достаточным критерием. Теоретически возможно просчитать срок службы конкретно используемого типа смазки для подшипника, зная средний диаметр и коэффициент скорости используемого подшипника. Но все чаще, с учетом эксплуатационных условий, появляется необходимость расчета срока службы смазки подшипника практически. На сокращение фактического срока службы смазки являются следующие факторы: загрязнение; наличие агрессивных химических компонентов во внешней
Загуститель Эксплуатационный диапазон температур масел (°С) Предпочтительные области применения
Минеральное Синтетическое
Алюминий -20 до 70 - Редукторы, арматура
Кальций -30 до 50 Лабиринтные уплотнения в водной среде
Литий -35 до 120 -60 до160 Подшипники качения
Натрий -30 до 100 - Редукторы
Алюминиевый комплекс -30 до 140 -60 до160 Подшипники качения и скольжения (пластмассовые), малогаба-
Бариевый комплекс
Кальциевый комплекс
Литиевый комплекс
Натриевый комплекс
Бентонит
Полимочевина
Политетрафторэтилен
-25 до 140
-30 до 140
-40 до 140
-30 до 140
-40 до 140
-30 160
до
-60 160
до
-60 160
до
-60 160
до
-40 160
до
-60 180
до
-40 160
до
-40 260
до
ритные редукторы
Подшипники качения, арматуры, подшипники скольжения при смешанном трении_
Подшипники качения, уплотнители (высокоскоростная смазка), смазка для цепей
Подшипники качения, муфты_
Подшипники качения (при вибрации)_
Арматура (на силиконовой основе для систем глубокого вакуума), редукторы, контакты
Подшипники качения
Подшипника качения, арматуры в агрессивных средах
Исследование влияния антифрикционной добавки на долговечность подшипников качения
среде; высокая несущая нагрузка; вибрация; структурные факторы, а именно, направление сборки подшипника (горизонтальное, вертикальное, угловое). От направления сборки зависит интервал повторного смазывания.
Диапазон рабочих температур смазки должен соответствовать диапазону рабочих температур подшипника, и производители консистентных смазок указывают диапазон рабочих температур по DIN 51825 [5]. Где верхнее значение определяется с помощью испытаний на испытательной установке. Нижнее значение определяется по средством давления потока смазки.
Выбор пластичных смазок зависит от области применения и производится на основании триботехнических характеристик, которые в свою очередь, дают оценку параметров изнашивания и отображают состояние системы.
Опорный подшипник сушильного аппарата в химическом производстве является хорошим примером для рассмотрения воздействия влияющих факторов, таких как проникновение влаги, высокая температура и агрессивная химическая среда. При использовании рекомендованной заводом-изготовителем универсальной литиевой пластичной смазки, подшипниковый узел (при соблюдении регламента интервала смазывания) выходил из строя по прошествии всего 3000 машино-часов.
После перехода на другую марку пластичной литиевой смазки с другим видом загустителя, время работы подшипника увеличилось, но достичь желаемого результата так и не получилось.
Ниже (рис. 2 - 4) приведены фотографии подшипника после отработки 8640 машино-часов в сушильном аппарате центробежного типа, установленном на предприятии по производству полиэтилентерефталата.
Рисунок2 - Шариковый подшипник верхней опоры ротора
Можно наблюдать загустение смазки (рис.2), которое возникает после высокотемпературного напряжения, и как следствие, невоз-
можность функционирования подшипникового узла. В точках контакта с телами качения ухудшенная смазка больше не выполняет свое предназначение.
РисунокЗ - Самоустанавливающийся шариковый подшипник
Несмотря на регламентированный интервал смазки и рекомендованную пластичную смазку, можно видеть повреждения тел качения (рис.3).
Так выглядит сальниковое уплотнение подшипника после 8640 часов непрерывной работы (рис.4).
Рисунок 4 - Сальниковое уплотнение шарикового подшипника
Правильно подобранная пластичная смазка, точное соблюдение регламента технического обслуживания, к сожалению, не исключают перехода подшипникового узла в неисправное состояние.
Исследование процессов возникновения повреждений и изучение влияния на этот процесс негативных факторов химических производств возможно при помощи экспериментально-статистического метода. Подшипниковый узел можно представить как сложную систему. Для установления импиричесих зависимостей между ее компонентами, необходимо проведение многофакторных экспериментов [7].
Литература
1. Фатеев А. Консистентная смазка, применяемая в подшипниках. Методика определения количества консистентной смазки и сроки ее замены для корректной работы подшипникового узла. Журнал Сфера. Нефть и газ.4/2010 (с. 122-124) [Электронный ресурс]. - URL: http://www.s-ng.ru/pdf/main_571.pdf (дата обращения 20.03.2018).
2. Каталог продукции Klüber Lubrication München KG [Электронный ресурс]. - URL: https: // www. klueber.ru / homepage (дата обращения 20.03.2018).
3. Пенкин Н.С., Пенкин А.Н., Сербин В.М. Основы трибологии и триботехники. - М.: Машиностроение, 2008. - 206 с.
4. DIN 51825- 2004. Смазочные материалы. Пластичные смазки К. Классификация и требования [Электронный ресурс]. - URL: http: / /www.aioil.ru / info / statyi / din_51825_ru.pdf (дата обращения 20.03.2018).
5. Schaeffler Technologies AG & Co. KG Issued: 2013, March- P.228, TPI 176 GB-D [Электронный ресурс]. - URL: https: // www. schaeffler. Com / remotemedien /media /_shared_media /08_media_library / 01_publications /schaeffler_2/ tpi/downloads_8/ tpi_176_de_en. pdf (дата обращения 20.03.2018).
6. Инфомрационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. - М.: Бюро НТД, 2017. - 411 с.
7. Зедгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. - М.: Наука. 1976.- 390 с.
УДК 629.7
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ И РЕМОНТА ВОЗДУШНЫХ СУДОВ C УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Д.А. Иванов1
Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации
196210, Санкт-Петербург, ул. Пилотов, 38
Объектом исследования являются новые методы, технологий и средства повышения эффективности эксплуатации воздушного транспорта, безопасности полетов и конкурентоспособности воздушных судов. Предметом исследования является процесс управления техническим состоянием авиационной техники, поддержания и сохранения летной годности воздушных судов, обеспечения безопасности полетов.
Ключевые слова: воздушные суда, техническая эксплуатация, восстановительный ремонт, безопасность.
IMPROVEMENT IS THE METHODOLOGY OF THE ORGANIZATION OF THE SYSTEM OF PREPARATION AND REPAIR OF AIR VESSELS C BY THE CALCULATION OF THE REQUIREMENTS OF THE COMPLEX SAFETY
D.A. Ivanov
St. Petersburg State University of civil aviation, 196210, St. Petersburg, Pilotov St., 38 The subject of a study are new methods, technologies and the means of an increase in the running efficiency of air transport, flight safety and competitive ability of air vessels. By the object of experiment is control process the technical state of aviation equipment, maintenance and retention of the airworthiness of air vessels, providing of flight safety.
Keywords: air vessels, technical operation, reconditioning, safety.
Одной из важнейших проблем экономики страны является повышение эффективности эксплуатации воздушного транспорта, путём решения которой является совершенствование методологии организации системы подготовки и ремонта авиационной техники, для чего
необходимо проведение научных исследований в области разработки новых методов, технологий и средств обеспечения летной годности, безопасности полетов и конкурентоспособности воздушных судов.
1 Иванов Денис Анатольевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры авиационной техники и диагностики, тел.: +79817640822, е-mail: ivanov.denis.71@mail.ru
