Измерение температуры подшипников Видеоматериалы

Одним из действенных методов диагностики текущего состояния подшипников и предупреждения неисправностей, наряду с вибродиагностикой, является мониторинг температуры. Проведем краткий анализ методов и инструментов для измерения температуры подшипников и их преимуществ и ограничений.

Тепло правильное и неправильное

Любой подшипник в процессе работы генерирует тепло, которое отводится и рассеивается с помощью теплопередачи через смазку и контактирующие узлы и конструктивные элементы (вал и корпус подшипника). Также тепло частично отводится излучением и конвекцией с потоками воздуха.

Если тепла вырабатывается больше, чем может отводиться от подшипника, он начинает нагреваться сильнее обычного, что приводит к серьезным проблемам, начиная от ускоренной деградации смазок и уплотнений и заканчивая температурной деформацией колец и элементов качения, что может привести к заклиниванию и разрушению подшипника.

Избыточное тепло может генерироваться в подшипнике по ряду причин:

• при нерасчетных нагрузках;
• при недостатке смазки;
• при чрезмерном износе;
• при загрязнении элементов и поверхностей качения.

Производители для своих подшипников устанавливают оптимальные скорости вращения, при которых температура не превышает +70°C, что считается стандартом рабочей температуры для стальныхподшипников. Кроме того, устанавливаются предельные температуры в зависимости от материала уплотнений, сепаратора и используемых смазок:

• при наличии манжетного уплотнения подшипника из нитрила ограничение составляет 100°C;
• при наличии манжетного уплотнения из витона - 200°C;
• при использовании полиамидного сепаратора - предел температуры 120°C;
• при использовании смазок с противозадирными присадками предел составляет 80°C;
• при использовании стандартных пластичных смазок на основе литиевого мыла ограничение до 120°C;
• при использовании «высокотемпературных» смазок ограничение до 150°C.

Превышение установленных ограничений в течение долгого времени приводит к резкому снижению ресурса подшипника и преждевременному выходу из строя. Так что мониторинг рабочей температуры подшипника позволяет вовремя обнаружить серьезные проблемы, принять меры по их устранению и многократно продлить срок службы самого подшипника и всего узла.

Методы и инструменты

Существует несколько решений для инструментального контроля температуры подшипников. Ни одно из них нельзя назвать универсальным. Всегда приходится делать выбор в зависимости от конструкции и условий работы подшипника, а также всего узла или механизма, в которых подшипник задействован.

1. Контактное измерение температуры

Исторически наиболее ранним методом измерения температуры любых узлов и механизмов является контактный способ – при непосредственном контакте термометра с поверхностью соответствующего механизма. Если речь идет о подшипнике, то такое измерение чаще всего возможно только на неподвижном кольце, корпусе подшипникового узла или лишь после остановки всего агрегата.

Наиболее точное измерение (до 0.1 °C) в широком диапазоне температур обеспечивают электронные термометры сопротивления и термометры на термопарах (термоэлектрических преобразователях).

Для использования удобнее всего термометры, где измеряющая головка (терморезистор или термопара) вынесена на отдельный щуп, которым можно достать непосредственно до подшипника внутри редукторов, коробок передач и прочих узлов без их полной разборки.

При огромном выборе таких приборов внимания заслуживают модели, разработанные авторитетными производителями подшипников. Так, в каталоге SKF есть контактный термометр TKDT 10 – компактный, высококачественный и точный инструмент. Он имеет широкий диапазон измерения температур: от -200 до +1372°C и предназначен специально для работы с подшипниками, редукторами, электродвигателями, направляющими и другими компонентами промышленного оборудования. К данному термометру можно подключить одновременно две термопары, при этом он может показывать температуру любой из них, разницу температур между ними, а также минимальную, максимальную или среднюю температуру.

2. Дистанционное измерение температуры

Инфракрасные (IR) термометры, пирометры и тепловизоры сейчас очень широко используются для дистанционного (бесконтактного) измерения температурных режимов широкого круга узлов, механизмов, электрических машин (электродвигателей, генераторов, насосов и компрессоров).

Дистанционный характер измерения позволяет быстро узнавать температуру движущихся узлов (конвейеров, роликов, валов) без их остановки, что имеет огромную ценность для эксплуатационных служб в любой отрасли.

Не удивительно, что такой удобный инструмент применяется и для измерения рабочей температуры подшипников и подшипниковых узлов. Впрочем, непосредственное измерение температуры возможно в ограниченном числе случаев, когда внутреннее или наружное кольцо подшипника открыто для обзора и не загорожено слоем смазки, крышкой, кожухом или уплотнением.

Если подшипник работает в масляной ванне и скрыт за другими узлами и компонентами, то доступно лишь косвенное измерение по температуре всего узла (например, редуктора или насоса).

При выборе IR-термометра важны следующие параметры:

• размер пятна измерения;
• скорость измерения;
• диапазон измеряемых температур и точность измерения;
• возможности для сохранения результатов измерений (во внутренней памяти или на внешних картах памяти).

Выбор конкретных инструментов для дистанционного мониторинга температуры не представляет никакого труда, так как на рынке присутствуют модели в широком диапазоне цен и функциональных возможностей. Известнейшие производители подшипников выпускают свои линейки дистанционных инфракрасных термометров. В частности, их несложно найти в каталогах Timken, NTN-SNR и SKF.

Так, NTN-SNR предлагает лазерный инфракрасный термометр LaserTEMP 301, который предназначен для проведения диагностики работы подшипниковых узлов и механизмов. Оптическая система термометра позволяет точно измерять рабочую температуру далеко расположенных малогабаритных объектов. Прибор позволяет проводить измерения в диапазоне от -50°C до +850°C, а время измерения одного составляет менее 1 секунды. В памяти устройства могут сохраняться 20 последних измерений.

Нужно отметить, что дистанционные термометры от NTN-SNR и SKF имеют очень удобную функцию подключения термопар, то есть позволяют измерять температуру контактным способом в тех случаях, когда измеряемая поверхность не находится в пределах прямой видимости.

3. Решения для мониторинга

Выше рассматривались методы ручного измерения температуры подшипников с помощью контактных или дистанционных термометров, что требует непосредственного участия человека, а зачастую и частичной разборки узлов и механизмов. Но в ответственных приложениях, например, металлообрабатывающих станках и обрабатывающих центрах, часто возникает потребность в постоянном мониторинге изменения температуры подшипников без остановки оборудования и без его разборки.

С развитием микроэлектроники многие известнейшие производители подшипников и узлов для промышленного оборудования начали разрабатывать свои решения для автоматической регистрации и анализа температур.

Например, германский концерн Schaeffler выпускает компактное решение FAG GreaseCheck, который помимо наличия смазки контролирует также температуру подшипников и узлов.

Корпорация Regal Beloit также внедряет систему беспроводного мониторинга вибрации и температуры Perceptive Technologies, которая может быть установлена на любом электрооборудовании.

Концерн NTN-SNR в 2019 году представил подшипниковый узел NTN-SNR для металлообрабатывающих станков с интегрированным сенсорным блоком. Данное решение состоит из двух высокоскоростных подшипников серии HSE и двух распорных втулок, которые расположены между подшипниками. В наружной распорной втулке установлены три типа датчиков, которые измеряют вибрации, тепловой поток и температуру подшипников с очень высокой точностью. Таким образом, критическое состояние подшипников может быть обнаружено на ранних стадиях, что позволит избежать повреждений как самого подшипника, так и шпинделя и других узлов дорогостоящих станков.

Компания «Подшипник.ру» ведущий поставщик промышленных подшипников в России, поставляет отечественным промышленникам не только высококачественные подшипники, но инструменты для их монтажа и демонтажа, а также решения для ручного и автоматизированного мониторинга рабочих температур подшипников в составе любого промышленного оборудования.

Техническая служба «Подшипник.ру» также оказывает консультации по подбору измерительного оборудования, внедрению автоматических систем мониторинга температуры и проводит все виды диагностики подшипников, включая вибродиагностику, мониторинг температур и видеодиагностику рабочих поверхностей подшипников на предмет их износа и повреждений.