Эксплуатация опорного подшипника ротора сушильного аппарата в химическом производстве

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 гранулята 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 (ацетальдегид), имеющими коррозионные свойства. Температура охлажденной циркулирующей воды 80ºС, температура воздуха 170ºС, температура продукта в сушилке 180ºС.

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.

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 ( t f ) представлены в [1]. Для определения t f необходимо определить ряд параметров (см. Рис. 1, табл. 1 – 2) [1].

Рисунок 1 – Базовый срок службы смазки

Для определения t f   (см. Рис. 1) [1]

необходимо определить ряд параметров.

k_f xnx d_m ;

где k (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: n – о тносительная частота вращения; d m – средний (делительный) диаметр подшипника (D + d/2 ); D - наружный диаметр наружного кольца; d – внутренний диаметр внутреннего кольца.

Применяется, также, понятие модифицированного значения долговечности консистентной смазки tfq tfq = t/ x /1 x /2 x /3 x /4 X /5 X /б, где f1…f6  – понижающие коэффициенты

(см. таб.2) [1].

Таблица 1 – Коэффициент k f для расчета срока службы консистентной смазки (для стандартных литиевых консистентных смазок при обычных условиях окружающей среды)

Шарикоподшипник k f		Роликоподшипник k f
Радиальные однорядные двухрядные	0,9…1, 1 1,5	Цилиндрические  одноряд ные двурядные без сепаратора	3…3, 5 3,5 25
Радиальноупорные однорядные двурядные	1,6 2	Упорные   ци линдрические	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 упорнорадиальные	1,4	Сферические двурядные  сос средним бортиком	9…12

Таблица 2 – Понижающие коэффициенты f 1 … f 6

1. Увлажнение и загрязнение подшипника
Слабо-среднее	f 1 =0,9…0,7
Сильное	f 1 =0,7…0,4
Очень сильное	f 1 =0,4…0,1
2. Ударные нагрузки и вибрация
Слабо-среднее	f 2 =0,9…0,7
Сильное	f 2 =0,7…0,4
Очень сильное	f 2 =0,4…0,1
3. Влияние температуры
t до 75 ° С	f 3 =0,9…0,6
t от 75 до 85 ° С	f 3 =0,6…0,3
t от 85 до 120 ° С	f 3 =0,4…0,1
4. Влияние повышенной нагрузки (Р – результирующая нагрузка, С – динамическая грузоподъемность)
Р/С=0,1…0,15	f 4 =1…0,7
Р/С=0,15…0,25	f 4 =0,7…0,4
Р/С=0,25…0,35	f 4 =0,4…0,1
5. Влияние продува подшипника
Слабое	f 5 =0,7…0,5
Сильное	f 5 =0,5…0,1
6. Вертикальный вал. уплотнение
Наличие	f 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 (полусинтети-ческим). 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].

Загуститель	Эксплуатационный диапазон  темпера тур масел (ºС)		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-

			ритные редукторы
Бариевый комплекс	-25   до 140	-60    до 160	Подшипники качения, арматуры, подшипники   скольжения  при смешанном трении
Кальциевый комплекс	-30   до 140	-60    до 160	Подшипники качения, уплотнители (высокоскоростная смазка), смазка для цепей
Литиевый комплекс	-40   до 140	-60    до 160	Подшипники качения, муфты
Натриевый комплекс	-30   до 140	-40    до 160	Подшипни ки качения (при вибрации)
Бентонит	-40   до 140	-60    до 180	Арматура (на силиконовой основе для систем глубокого вакуума), редукторы,  кон такты
Полимочевина	-30   до 160	-40    до 160	Подшипники качения
Политетрафторэтилен	-	-40    до 260	Подшипника качения, арматуры в агрессивных средах

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

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.

Рисунок3 – 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].