Рабочая температура 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
Проверка и замена подшипников в электродвигателе
Создание вращения – вот главная задача электродвигателя . В двигателях есть подшипники , которые служат для уменьшения трения в механизмах . Чтобы увеличить их срок службы до нескольких раз – за ними нужно постоянно следить и своевременно смазывать . При износе требуется замена одного или сразу двух подшипников .
Также необходимо проводить техническое обслуживание электромотора , при этом электродвигатель разбирают и из него извлекаются якорь или ротор с двумя подшипниками на валу . Мотор необходимо разбирать строго по представленной ниже инструкции .
Проверка подшипников электродвигателя
Необходимо всегда проверять состояние подшипников электродвигателя . Если их износ значительно превышает допустимые пределы , они начинают перегреваться , а работа мотора становится шумной . При игнорировании такой работы мотора и несвоевременной замене подшипников , при вращении неподвижная часть мотора статор и его подвижная – ротор , начинают касаться друг друга и это может привести к серьезной поломке мотора и , как следствие , замене якоря или ротора .
Проверять подшипники можно самостоятельно . При этом , электродвигатель нужно поместить на твердую поверхность , далее положить сверху на него руку и несколько раз провернуть вал . Ротор при вращении не должен заедать , также необходимо обратить внимание присутствуют ли царапающие звуки или вращение ротора с рывками , это свидетельствует о том , что подшипники потребуют замены в самое ближайшее время .
Проверка люфтов
В подшипниках качения ( шариковых или роликовых ) должен присутствовать радиальный и продольный или осевой люфты . Это является нормой , потому что даже в новых подшипниках имеются некоторые люфты , но они не должны превышать допустимые пределы .
- Чтобы проверить радиальный люфт подшипника , необходимо поместить электродвигатель на твердую поверхность и , взявшись рукой за вал , постараться как можно больше его отклонить . Для бытовых моторов отклонение должно быть практически незаметным .
- Для проверки осевого люфта нужно потянуть за вал на себя или толкнуть ротор от себя , в бытовых электродвигателях отклонение не должно превышать более трех миллиметров , чем меньше его величина , тем лучше .
Если , разобрав электродвигатель , вы обнаружили следы трения ротора о статор , то это означает значительный износ подшипников . При сильной потертости ротора его необходимо заменить .
Как снять подшипник с вала электродвигателя
Для снятия подшипника с вала требуются специальные съемники , которые различаются по размеру и конструкции . Массивные , с тремя-четырьмя лапами захвата , используются для больших валов крупных двигателей , для маленьких валов можно применять съемники со сменными пластинами или планками захвата .
Упор нужно делать на внутренне кольцо подшипника . При вращении также можно применять кусок трубы для удлинения рычага для упрощения проворачивания , также можно смазать вал машинным маслом для облегчения вращения .
Установка подшипника обратно
Ширина , внешний и внутренний диаметры нового подшипника должны полностью соответствовать размерам заменяемого . Грязь не должна попадать внутрь при установке подшипника , так как ее попадание может стать причиной быстрого выхода из строя электродвигателя . Также необходимо проверить отсутствие внутри коррозии , сколов и прочих повреждений . Подшипники насаживаются с помощью металлической трубы , диаметр которой точно соответствует внутреннему диаметру кольца подшипника .
Перед началом установки , все задействованные поверхности должны быть смазаны . Подшипник должен быть насажен без перекосов . На трубе нужно сделать набалдашник , благодаря которому появляется возможность ударять строго по центру , а не по сторонам трубы .
Для упрощения процесса лучше всего прогреть подшипник в кипящем масле , делать это следует примерно пять-десять минут . При этом наиболее оптимальный вариантом является использование электроплитки , а не открытого огня , с целью соблюдения правил безопасности . Затем нужно достать подшипник металлическим крючком и надеть его на ротор при помощи клещей или тряпки .
Смазка подшипника электродвигателя
Работа подшипника зависит от смазки , сделанной изначально при его установке , потому что для большого количества электродвигателей , добавление смазки в подшипники после их сборки конструктивно не предусмотрено .
Для моторов с оборотами до 3000 оборотов в минуту , при смазке подшипников лучше всего использовать густую смазку , такую как Литол 24 ( влагостойкая ) или Циатим 201 ( не влагостойкая ), а для двигателей с более высокими скоростями , лучше применять смазку ЦИАТИМ-202 .
Камеру подшипника электромотора с оборотами до 3000 оборотов минуту заполняют примерно на половину смазкой , а для скоростных моторов подшипниковую камеру заполняют не более чем на одну треть ее объема .
Допустимая температура подшипника электродвигателя
Предельно-допустимая температура подшипников электродвигателя должна соответствовать следующим значениям :
- для подшипников качения ( шариковых или роликовых ), использующихся в бытовых моторах и применяющихся в большинстве случаев на производстве , температура должна быть не более 100 ° С ;
- для подшипников скольжения , не должна превышать 80 ° С , в этом случае температура масла должна быть менее 65 ° С .
На производстве , при необходимости работы электродвигателя в жарких условиях нужно применять специальные модели подшипников , которые могут выдерживать достаточно высокие температуры .
Источник
Контроль нагрева
Чрезмерный нагрев электродвигателей сокращает срок их службы. Степень нагрева зависит от нагрузки электродвигателя и от условий и режима его работы.
Под нагрузкой электродвигателя обычно понимают значение момента сопротивления на валу или значение пропорциональной ему величины — тока статора. Поскольку измерить момент двигателя в процессе его работы затруднительно, для контроля нагрузки измеряют ток статора и сравнивают его с допустимым значением.
Электроизоляционные материалы подразделяются на классы нагревостойкости, для которых определена наибольшая допустимая температура при использовании их в электрооборудовании общего применения, длительно работающего в нормальных эксплуатационных условиях.
Так, для класса нагревостойкости V наибольшей допустимой рабочей температурой является 90 С. К этому классу относятся непропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный состав волокнистые материалы из шелка и целлюлозы. Для класса нагревостойкости А наибольшей допустимой рабочей температурой является 105°С. К классу А относятся те же волокнистые диэлектрики, но пропитанные или погруженные в жидкий диэлектрик, а также некоторые полиамидные пленки и смолы, древесные пластики, изоляция эмаль-проводов на масляно-смоляных лаках и т. д. Для класса Е наибольшей допустимой рабочей температурой является 120 °С. К этому классу относятся пластмассы, синтетические органические пленки, компаунды на основе эпоксидных и других смол. Для класса В допустимая рабочая температура равна 130°С. К этому классу относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с органическими связующими и пропитывающими составами.
Для класса F максимальная рабочая температура равна 155°С. К классу F относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами (лаки, компаунды). Для класса Н максимальной рабочей температурой является 180 °С. К классу Н относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связующими составами, кремнийоргапические эластомеры. Для класса С максимальная рабочая температура допускается свыше 180°С. К этому классу относятся слюда, кремнийорганические материалы, стекло, кварц.
Технологические перегрузки рабочих машин или колебания напряжения в питающей сети ведут за собой увеличение тока в обмотках машин и превышение температуры обмоток выше допустимых для данного класса, в результате срок службы машин быстро уменьшается.
Точные значения допустимых температур нагрева обмоток и стали для различного типа машин при продолжительном их работе с номинальной нагрузкой устанавливаются по результатам эксплуатационных испытаний и указываются в производственных инструкциях. В большинстве случаев они не превышают 100—120 С для обмоток статоров и 105 —140 С для обмоток роторов электродвигателей.
Допустимый перегрев зависит от класса изоляции. Например, для изоляции класса А допускается превышение температуры над окружающей не более 60 С для обмоток и околооб-моточной части стали электрических машин, для изоляции класса В — не более 80°С. Так, при температуре воздуха 30°С допустимая температура статора электродвигателя с изоляцией класса А составит 90°С, а для класса В — 110 С.
Для изоляции классов А и В применяется так называемое десятиградусное правило: при превышении температуры обмоток примерно на каждые 10 °С срок службы изоляции уменьшается вдвое. Перегрев машины чаще всего происходит за счет ее перегрузки электрическим током. При превышении номинальной нагрузки необходимо снизить ее до номинальной и проследить за изменением температуры нагрева. Таким образом, задача обслуживающего персонала состоит в том, чтобы не допускать перегрузок электрических машин.
Для контроля за нагрузкой электродвигателей в одну из фаз питающей линии устанавливают амперметр, который должен показывать ток обмотки статора. На делении его шкалы, соответствующем 105% номинального тока, делают четкую отметку красного цвета, облегчающую контроль. Продолжительная работа электродвигателя при показаниях амперметра, превышающих 105% номинального тока, недопустима по условию нагрева. В этом случае необходимо понизить температуру окружающей среды (например, усилением вентиляции помещения) или уменьшить нагрузку на валу двигателя.
Контроль температуры нагрева электродвигателей мощностью выше 100 кВт проводят с помощью встроенных дистанционных термометров. Для измерения температуры электродвигателей меньшей мощности, а также для измерения температуры в точках электродвигателей, где установка дистанционных термометров невозможна, пользуются переносными спиртовыми или ртутными термометрами. При измерениях ртутными термометрами следует иметь в виду, что в области переменных магнитных полей возникает положительная погрешность, т. е. термометр покажет завышенное значение температуры. Для более точного измерения температуры нижнюю часть термометра обвертывают тонкой алюминиевой фольгой, обминая ее так, чтобы прилегание к месту измерения было плотным. Сверху оболочку из фольги накрывают для теплоизоляции ватой. В труднодоступных местах измерения проводят сразу после остановки электродвигателя.
Чувствительными к нагреву являются и некоторые механические узлы и детали электродвигателей. Для них в паспортах электродвигателей задаются допустимые превышения температур над температурой окружающей среды 35 °С. Допустимые превышения температуры для подшипников качения составляют 60°С, для подшипников скольжения — 45°С, для стальных деталей коллекторов и контактных колец — 70°С. Температуру подшипников скольжения можно измерить, погружая термометр непосредственно в масло подшипника.
При достаточном навыке ориентировочное представление о степени нагрева можно получить, притрагиваясь ладонью к нагретому элементу конструкции (ладонь без болевых ощущений обычно выдерживает температуру около 60°С).
Заметное влияние на нагрев электродвигателей имеет уровень напряжения питающей сети. Существенно, что увеличение и уменьшение напряжения ведут к повышению температуры нагрева электродвигателя. В связи с этим не допускаются напряжения ниже 95 % и выше 110% номинального. Наилучшие характеристики асинхронные электродвигатели имеют при напряжениях в диапазоне от 100% до 105% номинального. В этих пределах и следует поддерживать напряжение сети, питающей асинхронные электродвигатели. По условиям пуска предпочтительна верхняя граница диапазона, т. е. 1,05 Vн.
Источник