Инженерные компетенции

Подшипники для вакуумных насосов и компрессоров

Компания SKF представила улучшенный и расширенный ассортимент однорядных радиально-упорных шарикоподшипников Explorer для использования в таком оборудовании, как винтовые компрессоры и насосы, включая промышленные винтовые вакуумные насосы. Эти подшипники могут помочь увеличить удельную мощность и повысить производительность и эффективность оборудования, поскольку позволяют работать с более высокими частотами вращения и с меньшим трением, обеспечивая при этом конкурентоспособные цены, доступность и обслуживание по всему миру.

Related Articles

Изображение винтового компрессора

Систему сжатого воздуха часто называют четвёртой наиболее распространённой системой производственной инфраструктуры. Надёжность и эффективность компрессорных систем имеют решающее значение для большинства производственных предприятий. Наиболее распространённым типом компрессоров на промышленных предприятиях является двухвинтовой компрессор. Помимо сжатого воздуха, всё большее число современных производственных процессов требуют наличия атмосферы с разным уровнем вакуума. Вакуумные насосы, обычно очень похожие на воздушные компрессоры, распространены во многих отраслях промышленности, включая пищевую и упаковочную промышленность, производство оптики, электроники и полупроводников, а также химическую, фармацевтическую и стекольную промышленность, где они используются для нанесения промышленных покрытий, например покрытий, наносимых физическим и химическим осаждением из паровой фазы. Вакуумные насосы применяются даже в оборудовании, используемом для крупномасштабных научных экспериментов, таком как детекторы гравитационных волн.

Как и в двухвинтовых компрессорах, в вакуумных винтовых насосах используется винтовая пара, валы винтов которой вращаются в противоположных направлениях. Благодаря этому газ улавливается между винтами и транспортируется к выходному отверстию, в то время как на стороне впуска газ засасывается, а давление снижается до требуемого уровня вакуума. Подшипники, которые поддерживают винтовые роторы, являются ответственными компонентами: они воспринимают нагрузки, создаваемые давлением газа, и обеспечивают точное радиальное и осевое позиционирование вала, что является ключевым критерием эффективности винтовых машин.

В будущем на рынках компрессоров и насосов будут востребованы ещё более высокие частоты вращения, компактные конструкции, более точное осевое позиционирование валов и эксплуатационная надёжность упорных подшипников. Упорные подшипники, которые воспринимают обратные нагрузки и регулируют осевой зазор подшипникового узла и, следовательно, зазор между валами и корпусом, могут выходить из строя из-за сочетания высокой частоты вращения и низких нагрузок. Для вакуумных винтовых насосов критически важны частота вращения, КПД и низкое тепловыделение.

Винтовой компрессор, оснащённый подшипниками с углом контакта 25°

Усовершенствованная конструкция

SKF уже реагирует на эти новые требования. Компания внесла несколько усовершенствований в конструкцию подшипников и разработала совершенно новый ассортимент, чтобы гарантировать соответствие однорядных радиально-упорных подшипников SKF Explorer актуальным и потенциальным требованиям к рабочим характеристикам. Первым нововведением стал новый сепаратор со значительно улучшенной геометрией из нового сорта латуни, обеспечивающий более высокую частоту вращения с уменьшенным трением.

Кроме того, к стандартному ассортименту радиально-упорных шарикоподшипников SKF добавила исполнение с углом контакта 25°. Обе конструкции подшипников имеют новый улучшенный сепаратор. По сравнению с исполнением с углом контакта 40°, меньший угол контакта 25° позволяет подшипнику работать на более высоких частотах вращения, при этом он лучше работает в качестве упорного подшипника при лёгких нагрузках. Кроме того, подшипники с углом контакта 25° обеспечивают более высокую радиальную грузоподъёмность по сравнению с подшипниками с углом контакта 40°, что предпочтительно, когда подшипниковый узел воспринимает в основном радиальные нагрузки, и позволяет, помимо прочего, уменьшить габариты оборудования. Предложение данного подшипника в качестве стандартного исполнения также обеспечивает его доступность по всему миру и короткие сроки поставки.

Ещё одно ключевое преимущество этой серии с углом контакта 25° состоит в том, что эти подшипники подходят для универсального монтажа с другими подшипниками с углами контакта 25° и 40°, а это означает, что из них можно собрать подшипниковый узел, состоящий из двух или трёх подшипников, без необходимости выполнять какие-либо измерения.

К стандартному ассортименту радиально-упорных шарикоподшипников добавлено исполнение с углом контакта 25°
Результат расчёта, выполненного для сравнения подшипников с углами контакта 25° и 40°
Сравнение предельных частот вращения однорядных радиально-упорных шарикоподшипников с механически обработанным латунным сепаратором
Сравнение температур однорядных радиально-упорных шарикоподшипников с механически обработанным латунным сепаратором

Пример конструкции

Клиент обратился за технической поддержкой для проверки предложенной конструкции вакуумных винтовых насосов нового поколения. SKF провела всесторонний анализ подшипниковой системы с помощью программы 3D-моделирования SimPro. Моделирование позволило выявить некоторые риски, связанные с использованием радиально-упорных шарикоподшипников с углом контакта 40°, такие как более низкий расчётный срок службы, большие изменения угла контакта и более высокие потери на трение. Также обратите внимание, что на очень высоких частотах вращения центробежные силы начинают оказывать заметное действие на шарики. Меньший угол контакта обеспечивает лучшую кинематику в таких условиях.

Значения частоты вращения проанализированных вакуумных насосов были выше, чем у винтовых компрессоров аналогичного размера, а значения осевых нагрузок были несколько ниже. Анализ показал, что наилучшей конструкцией будет узел из двух подшипников, включающий новые подшипники SKF Explorer с углом контакта 25° и небольшим зазором. Результаты расчётов, представленные на графиках ниже, наглядно демонстрируют разницу в эксплуатационных характеристиках, таких как расчётный срок службы и сниженные потери мощности.

Всесторонний анализ нелинейных динамических характеристик подшипников в системе с вакуумным винтовым насосом был проведён с помощью инструмента моделирования SKF SimPro

Преимущества новейших улучшений

Благодаря новейшим усовершенствованиям линейки однорядных радиально-упорных шарикоподшипников SKF Explorer клиенты могут воспользоваться широким спектром преимуществ, включая экономическую эффективность, поскольку стандартный ассортимент поставляется со склада. Радиально-упорные шарикоподшипники с углом контакта 25° могут обеспечить более высокую производительность благодаря работе с более высокими частотами вращения. Кроме того, они лучше работают в качестве упорных подшипников при лёгких нагрузках. Помимо этого, более высокая радиальная грузоподъёмность позволяет уменьшить размеры оборудования. Новая улучшенная конструкция механически обработанного латунного сепаратора обеспечивает более тихую работу и снижение потерь на трение. Варианты конструкции с тремя классами зазора и тремя классами преднатяга обеспечивают большую гибкость. Универсальная совместимость подшипников с углами контакта 40° и 25° радикально упрощает логистику, управление складскими запасами и сборочные операции. Все эти преимущества подкрепляются глобальным присутствием компании SKF и короткими сроками поставки.