СУДОСТРОЕНИЕ 5'2012
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ РОЛИКОВЫХ ПОДШИПНИКОВ С ВОДЯНОЙ СМАЗКОЙ. ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАГРУЗКИ НА ВЕЛИЧИНУ ДЕФОРМАЦИИ РЕЗИНОВОГО И КАПРОЛОНОВОГО РОЛИКОВ
А. К. Григорьев (ЗАО «ЦНИИМФ»), В. А. Ермолаев,
канд. физ.-мат. наук (ОАО «ЦНИИМ», е-таПхпит^сппт^ги)
удк 658.012:629.5
Разработки по роликовым подшипникам с водяной смазкой в России начались в 80-х годах ХХ века. Исследования и поиски рациональных конструкций роликовых подшипников велись в ФГУП «ЦНИИ ТС» (сейчас ОАО «ЦТСС»), ЗАО «ЦНИИМФ», ООО «Судопластсервис» [1, 2, 3].
Впервые роликовые подшипники с обре-зиненными металлическими роликами были установлены в качестве опорных подшипников гребного вала на судне пр. 1459 «Лоотс-2» в 1986 г. В феврале 1989 г. в доковом ремонте роликовые подшипники были осмотрены и признаны годными к дальнейшему использованию. Наработка роликовых подшипников на момент осмотра составила 2464 ч.
На теплоходе «РТ-341» гребной вал был установлен на роликовые подшипники с резинометаллическими роликами в мае 1990 г. После наработки 2600 ч на Барнаульской РЭБ роликовые подшипники были осмотрены и признаны годными к работе. При эксплуатации судна отмечалось снижение температуры выхлопных газов главного двигателя на 40 °С по отношению к валовой линии, работающей на подшипниках скольжения, что свидетельствовало об уменьшении расхода топлива на главный двигатель.
На теплоходе «Девиатор» опорные роликовые подшипники гребного вала с роликами, изготовленными из полиамида 6-блоч-ного (в дальнейшем капролона), установленные в 1990 г., отработали до замены 12 лет. Сравнительные испытания теплохода «Девиатор» показали, что применение роликовых подшипников на 2% снижает расход топлива на главный двигатель.
Наряду с положительным опытом работы роликовых подшипников с резинометаллическими роликами имелись и отрицательные результаты (после 1991 г.) из-за ухудшения качества изготовления резинометаллических роликов, что привело к резкому снижению адгезии резины к металлу.
В 1991 г. на теплоходе «Нора» в процессе эксплуатации возникла вибрация в ва-лопроводах правого и левого бортов. Судно было поставлено на ремонт после нара-
ботки гребных валов 270 ч. В процессе осмотра установили, что резиновое покрытие с латунных роликов снялось полностью, что и привело к аварийной ситуации.
Организации-разработчики роликовых подшипников на водяной смазке отказались от резинометаллических роликов и вели поиск антифрикционных материалов для роликов, которые бы исключали повреждение гребного вала и втулок подшипников (в случае выхода из строя роликового подшипника).
Большой объем стендовых испытаний проводился в ЗАО « ЦНИИМФ» и ФГУП «ЦНИИ ТС», которые располагали большими экспериментальными стендами. Экспериментальный стенд дейдвудных устройств (ДУ), находящийся в Мурманске, был построен совместными усилиями ЗАО «ЦНИИМФ» и ОАО «Мурманское морское пароходство». Он в наибольшей степени позволял имитировать работу гребного вала применительно к условиям эксплуатации судна. На рис. 1 показан общий вид экспериментального стенда.
Техническая характеристика стенда
Мощность электродвигателя, кВт..............75
Номинальная частота вращения
вала, об./мин ..........................1000
Диаметр вала, мм .........................200
Подшипники до диаметра вала, мм ..........400
Усилие нагружения вала, Н (кгс) . . . . 30000 (3000)
Стенд имеет следующие основные узлы: электродвигатель постоянного тока с тирис-торным преобразователем; валопровод, состоящий из упорного и гребного валов, соединенных с электродвигателем через упругую втулочно-пальцевую муфту; разборное ДУ, включающее два подшипника ДУ (носовой и кормовой) и подшипник нагрузочного устройства; водяную емкость, расположенную в корме, выдерживающую давление до 2 кгс/см2 (имитатор осадки судна); устройства: нагрузки вала, динамической (ударной) нагрузки вала, расположенные в корме; дисбаланса (имитация поломки или потери лопасти винта); для удержания абразивных частиц во взвешенном состоянии
Рис. 1. Стенд дейдвудных устройств в собранном и разобранном видах
(винт-мешалка); системы охлаждения и смазки (водяная, масляная) со средствами очистки, цистернами, насосами; пульт управления и контроля рабочих параметров со счетчиком реверсов и системой автоматического реверсирования.
Стенд позволяет изучать гидродинамические процессы в ДУ, температурные поля при различных условиях и режимах работы ДУ, включая тропические условия, влияние ударных нагрузок на надежность работы подшипников ДУ и уплотнений, проверять работоспособность новых антифрикционных материалов, облицовок гребных валов, дейдвудных подшипников, уплотнений различных типов и конструкций, средств очистки воды, новых приборов для контроля за работой ДУ; определять пути заноса абразивных частиц в кормовые дейдвудные подшипники в ДУ с открытой системой смазки при работе судна на мелководъе, рациональные монтажные зазоры в подшипниках ДУ для различных антифрикционных материалов и в дальнейшем рассчитывать рациональное количество рабочей жидкости, необходимой для охлаждения и смазки подшипников ДУ; исследовать динамику развития аварийной ситуации при отказе системы охлаждения, потере лопасти винта или ее поломке, влияние параметров центровки валопровода на работу подшипников ДУ; проводить ресурсные испытания различных типов подшипников ДУ, уплотнений, а также решать
другие задачи, направленные на совершенствование ДУ и других механизмов.
В результате проведенных стендовых испытаний роликов, изготовленных из антифрикционных материалов: резины, капролона, капро-лона с добавлением графита (капрографит), импортного материала (торплас), лавсановой ткани, резины с капролоновым сердечником, двухслойной резины, были определены марки материалов, приемлемых для изготовления роликов.
В качестве материала для сепаратора разработчиками был выбран капролон. Проведенные стендовые и эксплуатационные испытания позволили разработать несколько типов роликовых подшипников. Опытным путем было установлено, что применение роликовых подшипников с роликами, изготовленными из резины и капролона целесообразно лишь для гребных валов диаметром 200—250 мм. Для больших диаметров гребных валов необходимы антифрикционные материалы с более высокими физико-механическими показателями. Рекомендуемая рабочая длина роликов должна находиться в пределах от 4 до 7 диаметров ролика. Использование более длинных роликов из-за неравномерного распределения нагрузки по длине ролика, что характерно для подшипников гребных валов, приводило в отдельных случаях к их поперечному разрыву. Для длинных роликов характерен конусный из-
нос с максимальной величиной со стороны гребного винта.
На ряде судов фирма ООО «Судопластсервис» провела установку гребных валов на опорные роликовые подшипники с двухслойными резиновыми роликами. На теплоходе «Пересвет» после пяти лет эксплуатации (с 2007 по 2011 гг.) кормовые облицовки гребных валов, втулки подшипников и двухслойные резиновые ролики имели минимальный износ, несмотря на работу в течение 34 мес в воде, загрязненной абразивными частицами.
Например, максимальный средний удельный износ кормовых облицовок двух гребных валов на теплоходе «Пересвет» составил всего 0,043 мм/1000 ч, что является наглядным показателем эффективности использования роликовых подшипников в дейдвудных устройствах.
На Калининской АЭС на насосах ОПВ10-185, имеющих вертикальное расположение вала, верхние опорные роликовые подшипники с резиновыми роликами отработали более 50 тыс. ч без замены.
Необходимо отметить, что при эксплуатации имели место случаи, когда подача воды к роликовым подшипникам практически прекращалась полностью из-за намотки на гребной вал гибких длинномерных предметов (тросов, сетей). Однако и в этом случае ДУ на роликовых подшипниках оставалось работоспособным. Также был отмечен факт неправильной установки невозврат-
СУДОСТРОЕНИЕ 52012 СУДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
но-запорного клапана подачи воды в систему охлаждения подшипников, но несмотря на отсутствие принудительной подачи воды в ДУ роликовые подшипники с двухслойными резиновыми роликами повреждений не получили и были признаны пригодными к дальнейшей эксплуатации.
Стендовые испытания роликового подшипника, имеющего 30 двухслойных резиновых роликов диаметром 16 мм с рабочей длиной ролика 89 мм, показали, что в рабочей зоне в контакте с валом одновременно находились 11 роликов. В табл. 1 приведены данные по деформации роликового подшипника в зависимости от нагрузки, из которой следует, что если на вал будет установлен гребной винт массой 370 кг, деформация одной секции подшипника при неработающем гребном вале составит 1,07 мм.
Для уменьшения деформации резиновых роликов в подшипнике необходима установка не менее двух секций роликовых подшипников.
На графике (рис. 2) приведена зависимость момента страгивания роликового подшипника с двухслойными резиновыми роликами от нагрузки на подшипник.
Из графика (рис. 2) видно, что момент страгивания до нагрузки 6000 Н носит практически линейный характер, а затем начинает достаточно интенсивно возрастать, что говорит о повышении составляющей трения скольжения над трением качения. Это видно по относительному приросту момента страгивания роликового подшипника с двухслойными резиновыми роликами от нагрузки, приведенному на рис. 3.
Этот показатель говорит о том, что при пуске ва-лопровода с нагрузкой на подшипник с резиновыми роликами свыше 6000 Н возможно неравномерное вращение роликового подшипника в первый момент работы валопровода, которое будет сопровождаться повышенной вибрацией всего валопровода из-за деформации резиновых роликов, что и подтвердилось на стендовых испытаниях. Необходимо отметить, что данный
Таблица 1
Численные значения нагрузки, зазора и сжатия резиновых роликов в подшипнике
Нагрузка, Н Первый замер, мм Второй замер, мм
внешняя на вал на подшипник1 деформация зазор по щупу деформация зазор по щупу
Вал поднят 0,00 0,00 0,25 - -
От веса вала 2410 0,45 0,70 0,61 0,87
740 3630 0,61 0,87 - -
1200 4390 0,67 0,93 0,81
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.