Нормальная температура нагрева подшипников

Нормальная температура нагрева подшипников

Нередко специалисты, занимающиеся обслуживанием промышленного оборудования, обращают внимание на горячие подшипники и считают это следствием неисправности или дефекта. В связи с этим стоит разобраться, при какой температуре должны работать подшипники и стоит ли беспокоиться, если подшипники нагревается?

Вопрос определения нормальной температуры подшипников, как и любых других механических узлов и механизмов, крайне сложен, так как приходится учитывать слишком много параметров и переменных. Для начала перечислим наиболее очевидные тезисы:

— любой подшипник генерирует тепло в процессе работы;

— количество выделяемого тепла зависит от конструкции подшипника, скорости его вращения, текущих нагрузок и вязкости смазки;

— избыточное тепло генерируется при нерасчетных нагрузках, ухудшении качества смазки, чрезмерном износе и загрязнении элементов и поверхностей качения;

— избыточный нагрев подшипника ведет к температурным деформациям колец и элементов качения, ухудшению прочностных свойств стали, а также ускоренной деградации смазки. Все вместе эти факторы приводят к ускоренному износу подшипника и повышенной вероятности его заклинивания или разрушения.

Тепловой баланс подшипника зависит как от параметров его тепловыделения, так и от интенсивности теплового обмена с окружающей средой через теплопроводность, конвекцию и излучение. В свою очередь, интенсивность теплового обмена зависит от целого ряда параметров – от температуры окружающей среды до способности подшипникового корпуса передавать тепло с учетом возможных загрязнений на его поверхности.

Производители подшипников имеют методики расчетов для прогнозирования рабочих температур подшипников. Тем не менее, реальные условия эксплуатации могут значительно отличаться от расчетных. Соответственно, спрогнозированная температура может не совпадать с фактической.

Некоторые производители указывают для своей продукции «эталонную скорость», при которой подшипник достигает стационарной температуры 70°C. Этот уровень можно считать точкой отчета для определения нормальной рабочей температуры.

В соответствии с ГОСТ Р 51337-99 «Безопасность машин. Температуры касаемых поверхностей» даже при кратковременном контакте кожи человека с металлической поверхностью, нагретой до 70°C, развивается ожог. Так что подшипник, который субъективно ощущается как «обжигающе горячий», чаще всего работает при нормативной температуре, предусмотренной производителем.

Каковы пределы температуры для подшипников?

Как мы убедились, субъективные ощущения – не лучший ориентир для определения температуры подшипника. Гораздо точнее изменение с помощью встроенных термопар или дистанционного инфракрасного термометра.

Но тут возникает вопрос, каковы же предельные температуры работы подшипников? Нужно подчеркнуть, что речь тут идет только о стандартных промышленных стальных шарико- и роликоподшипниках, работающих при «комнатной» температуре, а не в условиях прокатного стана или пекарской печи. Для высокотемпературных и высокоскоростных подшипников с керамическими элементами качения или даже керамическими кольцами ограничения будут совсем другие.

Итак, при определении предельных температур эксплуатации промышленных подшипников необходимо учитывать ограничения как для материалов компонентов подшипника, так и для смазок, свойства которых очень сильно зависят от температуры.

Самым сильным ограничением является наличие манжетного уплотнения. Чаще всего встроенное манжетное уплотнение подшипника изготавливается из нитрила, который не должен подвергаться нагреву выше 100°C. Также в подшипниковых корпусах могут использоваться манжетные уплотнения из витона, который имеет температурный предел около 200°C.

Нужно принимать во внимание также материал сепаратора. Ограничения может накладывать полиамидный сепаратор, который имеет предел температуры 120°C.

Важным, но зачастую игнорируемым ограничением являются требования к температуре, предъявляемые смазками:

— Если в смазке присутствуют противозадирные присадки, то температурный предел составляет 80°C, выше которого присадка может начать «расслаиваться».

— Типичная пластичная смазка на основе литиевого мыла обеспечивает надежную работу при температуре не выше 120°C, а у «высокотемпературных» смазок могут быть ограничения до 150°C.

Если подшипник работает при повышенной температуре, но благополучно проходит все тесты на уровень износа и вибрации, необходимо учитывать, как более высокая температура может повлиять на смазку. Согласно эмпирическому правилу, на каждые 15 градусов рабочей температуры выше 70°C приходится вдвое увеличивать частоту смазывания.

Если подшипник работает в масляной ванне, то при увеличении температуры масло необходимо менять чаще. Например, если нормальная рабочая температура составляет 50°C, масло можно менять один раз в год, но при 100°C масло необходимо будет менять каждые три месяца!

Абсолютная и относительные температуры

Выше обсуждалось, каковы «абсолютные» температурные пределы с точки зрения компонентов подшипников. Однако тот факт, что подшипник работает при «нормальных» 80°С, вовсе не означает, что у него всё в порядке. Если с момента запуска подшипник работал при 30°C, но впоследствии температура поднялась до 80°C, это может являться индикатором назревающих проблем.

Для постоянного мониторинга температуры критических узлов используют электронные системы, которые подают сигнал тревоги при превышении определенного порога температуры (например, 105°C). Такое устройство можно настроить таким образом, чтобы оно определяло диапазон нормальных рабочих температур, а затем подавало сигнал тревоги, когда температура повысится на 50°C.

Итак, вместо того, чтобы задаваться вопросом, какую температуру может выдержать подшипник, в случае обнаружения тенденции к повышению температуры нужно немедленно начать выяснять причины неполадки. Идет ли речь о недостатке смазки? Изменились ли условия эксплуатации? Свидетельство ли это деформации вала, чрезмерных нагрузок, вибраций или других проблем, не всегда связанных с состоянием самого подшипника? Установить истинные причины нерасчетного нагрева помогают такие методы как вибродиагностика, обследование с помощью тепловизора, а также внутренний осмотр поверхностей качения с помощью эндоскопа.

Весь комплекс исследований подшипников, подшипниковых узлов и оборудования, осуществляет сервисное подразделение компании «Подшипник.ру». Сервисные инженеры с многолетним опытом работы проводят вибродиагностику, мониторинг рабочей температуры оборудования, осматривают вышедшие из строя подшипники и выдают рекомендации по исправлению ситуаций для достижения максимального срока службы подшипников.

Специалисты «Подшипник.ру» помогут рассчитать и подобрать исполнение подшипника для любого режима работы оборудования с учетом скоростей и температур. Также они помогут подобрать подходящую смазку, дадут рекомендации по частоте смазывания. Если ручное нанесение смазки нежелательно или не возможно, специалисты «Подшипник.ру» помогут подобрать автоматические одноточечные или многоточечные системы смазывания от ведущих мировых брендов NTN-SNR и Timken.

Источник

Допустимая температура нагрева подшипников электродвигателей

Вкладыши подшипников скольжения не должны нагреваться выше 80°С, а разность между температурами вкладышами и окружающего воздуха не должна быть выше 45°С.

Температура масла в подшипнике без маслоохладителя ниже температуры вкладыша на 5…10°С, поэтому масло в таких подшипниках не должно нагреваться выше 70…75°С. Для подшипников с принудительной смазкой температура масла на сливе из подшипников не должна превышать 65°С. Температура подводимого масла при длительной работе не должна быть выше 40…45 и ниже 25°С.

Согласно ГОСТ 183-86 для подшипников качения предельно допустимое значение температуры составляет 100°С. Но в большинстве случаев фактическая температура подшипников качения значительно ниже этого значения. Если температура подшипника заметно повысилась, а температура двигателя и наружного воздуха остались на прежнем уровне, это свидетельствует о появлении дефекта в подшипнике. Двигатель при первой возможности следует остановить для ревизии.

Вибрация двигателя, измеренная на каждом подшипнике, не должна превышать следующих значений:

Вращения, об/мин…….3000 2500 2000 1500 1000 750 и ниже

Вибрации, мкм……… 50 60 70 100 130 160

Повышенная вибрация ослабляет крепления обмоток и увеличивает износ подшипников и других частей. При сильной вибрации могут произойти задевания ротора за статор, поломка вала ротора и нарушение контакта в обмотка.

Холодный двигатель с короткозамкнутым ротором допускается пускать 2…3 раза подряд, а горячий — не более одного раза. При большем числе пусков подряд обмотки двигателя перегреваются от пускового тока, что значительно сокращает их срок службы.

3. Обслуживание двигателей, надзор и уход за ними

Подписка на рассылку

Рабочая температура электродвигателя (в дальнейшем ЭД) определяется в первую очередь классом нагревостойкости изоляции обмоток. И её контроль очень важен. При перегреве электродвигатель может быть повреждён.

Классы нагревостойкости изоляции обмоток

Обмотки – наименее устойчивая к нагреву часть конструкции электродвигателя. Поэтому предел рабочей температуры всего устройства определяется именно температурой, при которой они перегорают.

Выделяют следующие классы нагревостойкости изоляции обмоток:

• У (максимальная температура – 90 градусов Цельсия). Обмотки выполняются из бумаги или натуральных тканей без дополнительной изоляционной пропитки;
• А (максимальная температура – 105 градусов Цельсия). Обмотки бумажные или из натуральных тканей с дополнительной изоляционной пропиткой;
• Е (максимальная температура – 120 градусов Цельсия). Обмотки из органической плёнки синтетического происхождения;
• B (максимальная температура – 130 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов;
• F (максимальная температура – 155 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов с синтетической связующей пропиткой;
• H (максимальная температура – 180 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов с кремнийорганической связующей пропиткой;
• С (максимальная температура от 180 градусов Цельсия). Обмотки из термоустойчивых материалов с неорганической связующей пропиткой или без неё.

Если рабочая температура асинхронного двигателя слишком мала, то перевести его на более высокий класс нагревостойкости можно лишь при капитальном ремонте с заменой обмоток.

Рабочая температура подшипников электродвигателей

Кроме обмоток, к температурным условиям работы также очень чувствительны и подшипники электродвигателя. Установленные нормы нагрева следующие:

• Подшипники качения – 95-100 градусов Цельсия;
• Подшипники скольжения – 80-85 градусов Цельсия;
• Стальные детали коллектора и контактных колец – 105-110 градусов Цельсия.

При достижении критических значений температуры подшипника необходимо либо уменьшить нагрузку на используемый ЭД, либо организовать систему охлаждения.

Температурный режим эксплуатации электродвигателей

Нормальные значения температуры внешней среды, при которых электродвигатель работает с номинальной мощностью, определяются климатическим исполнением ЭД. Так, машины с исполнением У1 и ХЛ1 предназначены для эксплуатации при температуре внешней среды до +40 градусов Цельсия, У3 и Т2 – до +45 градусов Цельсия, Т1 – до +50 градусов Цельсия. Если температура внешней среды превышает данный параметр и организовать охлаждение не получится, то необходимо снизить нагрузку на используемый электродвигатель.

Для контроля за температурным режимом следует отслеживать напряжение в питающей сети. При его снижении до 95% от номинального и ниже на ЭД подаётся повышенный ток, что приводит к перегреву устройства. Аналогичное явление наблюдается и при повышении напряжения до 110% и выше от номинального, поскольку вихревые потоки приводят к нагреву статора.

Согласно статистике, срок службы изоляции при повышении температуры на 8 градусов выше допустимой нормы вдвое снижает её эксплуатационный период. Поэтому, для сохранения работоспособности машины, стоит выяснить допустимую рабочую температуру, не допускать перегрева и превышения (либо снижения) токовых нагрузок.

Повышенное нагревание подшипников асинхронного двигателя

ПОВЫШЕННОЕ НАГРЕВАНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
14. Повышенное нагревание подшипников

Допускаемая температура подшипника в значительной мере определяется нагревостойкостью смазки. В асинхронных двигателях используются главным образом подшипники качения с густой смазкой и только в крупных машинах применяются подшипники скольжения с жидкой смазкой. Потери от трения в подшипниках качения значительно меньше, чем в подшипниках скольжения. Повышенное нагревание подшипников вызывается недоброкачественным изготовлением электродвигателя и неудовлетворительными условиями эксплуатации.
Для электрических машин общего применения предельная допускаемая температура подшипников качения согласно ГОСТ 183-74 составляет 100° С. Повышенное нагревание может быть следствием неправильных размеров частей электродвигателя, определяющих положение подшипника. Для свободного удлинения вала при нагревании должна быть предусмотрена возможность осевого смещения обоих шарикоподшипников (рис. 22, а) или одного из шарикоподшипников (рис. 22, б), если наружное кольцо второго подшипника закреплено. Если один из подшипников роликовый, то наружные кольца обоих подшипников закрепляются бортиками крышек, так как подшипник с цилиндрическими роликами допускает осевое смешение вала. Отсутствие осевого зазора между наружными кольцами обоих шарикоподшипников и крышками приводит к значительному увеличению трения в подшипниках и повышенному нагреванию их. Такое же действие оказывает и слишком тугая посадка наружного кольца подшипника в подшипниковом щите. Признаком этих недостатков изготовления является затрудненное вращение ротора, особенно в нагретом состоянии электродвигателя.

Рис. 22. Осевые зазоры: а — у двух подшипников, б — у одного подшипника

Трение в подшипниках увеличивается с возрастанием радиальной и осевой нагрузок. Большая радиальная нагрузка может быть вызвана неправильной центровкой электродвигателя и приводимой им во вращение машины или увеличенным натяжением ремня. Большая осевая нагрузка, как правило, обусловлена свойствами передачи (червячной, с коническими зубчатыми колесами и др.) или большой массой вращающихся частей при вертикальной установке электродвигателя. В процессе эксплуатации увеличение трения может произойти вследствие большого количества смазки, загрязнения подшипника пылью, повреждения рабочих поверхностей, слишком тугим уплотнением.
Предельная допускаемая температура подшипников скольжения согласно ГОСТ 183-74 составляет 80° С (при этом температура масла должна быть не более 65° С). Повышенное нагревание подшипников скольжения обычно связано с нарушением жидкостного трения, которое может быть вызвано отклонением радиального зазора в подшипнике от оптимальной величины, неправильным выполнением маслораспределительных каналов, недостаточной подачей масла, низкой вязкостью его.
Величина радиального зазора в подшипнике оказывает существенное влияние на размеры масляного клина и его подъемную силу. При малом зазоре затруднено образование масляного клина и малая толщина слоя масла вызывает повышенные потери от трения. При большом зазоре опорная поверхность масляного клина ограничивается небольшой дугой по окружности шейки вала и работа подшипника становится неустойчивой. Образование масляного клина облегчается при повышенной скорости, поэтому чем больше скорость вращения вала и диаметр его шейки, тем большей получается величина оптимального зазора. В табл. 2 приведены рекомендуемые размеры зазора в неразъемном подшипнике в зависимости от диаметра шейки вала для различной скорости вращения.

Таблица 2 Величина верхнего зазора между шейкой вала и втулкой подшипника (в мм)

0,060-0,130
0,075-0,160
0,095-0,195
0,120-0,235
0,150-0,285
0,180-0,330

Этой таблицей можно пользоваться для машин мощностью до 1000 кВт при скорости вращения до 1500 об/мин и для машин мощностью до 200 кВт при скорости вращения 3000 об/мин.
В разъемном подшипнике с подачей масла кольцом величина оптимального зазора соответствует данным табл. 2 в случае, если внутренняя поверхность вкладышей имеет форму кругового цилиндра.
В настоящее время наиболее распространены два способа подачи масла к трущимся поверхностям — кольцом и насосом. Недостаточная подача масла при первом способе вызывается малой массой или неправильной формой кольца, низким уровнем масла в подшипнике, большой вязкостью масла. При втором способе уменьшение подачи масла может быть следствием малого сечения маслопровода (малые отверстия в уплотнительных прокладках фланцевых соединений), засорения фильтра, низкого уровня масла в баке.
При большой скорости шейки вала и значительной нагрузке расход масла, необходимый для охлаждения подшипника, не может быть обеспечен кольцом, и в этом случае применяют насос. Масло обычно подается к рабочим поверхностям подшипника через отверстие в верхнем вкладыше. Облегчение растекания масла достигается расточкой средней части этого вкладыша по увеличенному радиусу; при этом зазор по вертикальному диаметру становится в 2-3 раза больше указанного в табл. 2, однако для уменьшения утечки масла необходимо сохранить у краев вкладыша пояски с нормальным зазором. Для сохранения устойчивости масляного клина расточку нижнего вкладыша следует производить с учетом зазора по табл. 2.
Для измерения зазора в подшипнике с неразъемной втулкой используется набор калиброванных проволок. Зазор между верхним вкладышем и шейкой вала проверяют при помощи свинцовой проволоки диаметром 1 мм. Кусочки проволоки длиной 20—30 мм укладывают на плоскости разъема вкладышей и на шейку вала, как показано на рис. 23, а. Затем производят сборку подшипника и затягивают болты. После разборки подшипника сплющенные проволоки B1, С1, С2, В2, СЗ и С4 соответственно имеют толщину . Вертикальные зазоры в плоскостях вычисляются по формулам: Разность зазоров не должна превышать 0,1 среднего значения зазора.

Рис. 23. Измерение вертикального зазора: а — между шейкой вала и вкладышем, б — между крышкой подшипника и вкладышем

Плотность прилегания крышки подшипника к верхнему вкладышу проверяют также при помощи свинцовой проволоки. Кусочек проволоки укладывают на верхний вкладыш, остальные кусочки — между крышкой подшипника и корпусом (рис. 23, б). После сборки и последующей разборки подшипника измеряют значения толщины сплющенных проволок . Размер зазора между верхним вкладышем и крышкой подшипника Величина этого зазора не должна превышать 0,05 мм.
Причиной повышенного нагревания подшипников может также быть вибрация ротора, которая увеличивает потери в подшипниках.
Повышенное нагревание подшипника часто приводит к повреждению его рабочей поверхности, при котором дальнейшая работа электродвигателя становится невозможной. Характер повреждения зависит от материала рабочей поверхности подшипника. Баббитовая заливка начинает плавиться при температуре 240°С (баббиты марок Б-83, Б-16 и БH). Если расплавлена большая часть заливки, то происходит задевание ротора за статор. Бронзовые втулки и вкладыши могут выдерживать значительно большую температуру, однако в результате отсутствия смазки может произойти приварка вкладыша (или втулки) к шейке вала, ротор в этом случае затормаживается. При разборке такого электродвигателя приходится снимать подшипниковый шит, оставляя втулку на шейке вала.
Повреждение подшипника скольжения обычно происходит из-за невнимательности обслуживающего персонала, так как этой аварии предшествует значительное нагревание подшипника, которое может быть своевременно обнаружено.

Смотри еще по разделу:
НЕДОСТАТОЧНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПОВЫШЕННОЕ НАГРЕВАНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПОВРЕЖДЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ

ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ВИБРАЦИИ И ШУМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПОВЫШЕННЫЙ ИЗНОС И ПОВРЕЖДЕНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Источник