Пожарная опасность узлов трения машин и способы обеспечения пожарной безопасности

 

При работе машин и механизмов узлы, в которых движущиеся части сопрягаются с неподвижными, нагреваются вследствие трения. Количество выделяющегося при трении тепла dQ _тр определяют по формуле

 

dQ _тр = F _тр dl, (6.9)

 

где F _тр – сила трения; dl – элементарное относительное перемещение трущихся пар.

Величину сил трения в трущихся парах можно оценить по формулам:

 

- при скольжении пар F _тр = f N; (6.10)

 

- при качении пар , (6.11)

 

где f – безразмерный коэффициент трения скольжения, зависящий от свойств материала трущихся пар, качества их обработки, наличия между ними смазки, скорости скольжения и других факторов; N – сила нормального давления между трущимися парами; k – коэффициент трения качения, имеющий размерность длины и зависящий от свойств материала трущихся пар, состояния их поверхностей и многих других факторов; r – радиус катящегося тела.

Выделяющееся за элементарный промежуток времени d τ в трущейся паре тепло расходуется на нагревание узла трения dQ _нагр , отводится системой охлаждения dQ _охл и теряется в окружающую среду dQ _пот. Таким
образом, уравнение теплового баланса узла трения в общем случае имеет вид:

 

dQ _тр = dQ _нагр + dQ _охл + dQ _пот. (6.12)

 

Величину dQ _тр при равномерном вращательном движении можно найти из выражения:

 

, (6.13)

 

где d – диаметр вращающейся детали (шейки подшипника, барабана транспортера и т. д.); ω – угловая скорость; n – частота вращения, мин^–1.

Приняв , имеем

dQ _тр = a d τ. (6.14)

Величина dQ _нагр зависит от массы нагревающихся деталей m, средней удельной теплоемкости металла с_t и продолжительности нагрева d τ:

 

dQ _нагр = m с_t d τ. (6.15)

 

Количество отводимого тепла системой охлаждения примем равным нулю, что будет соответствовать наиболее неблагоприятному случаю:

 

dQ _охл = 0. (6.16)

 

Для определения потерь тепла в окружающую среду воспользуемся выражением

 

dQ _пот = a (t – t _ср) S d τ, (6.17)

 

где a – коэффициент теплообмена от узла трения в окружающую среду, вычисляемый по формулам:

 

- при t ≤ 60 ^оС ;

 

- при t < 60 ^оС ;

 

t – температура узла трения (корпуса подшипника, сальника, барабана
и т. п.); t _ср – температура окружающей среды; S – поверхность теплообмена.

После подстановки значений (6.14)–(6.17) в уравнение (6.12) имеем:

 

a d τ = m с_t d τ + 0 + a (t – t _ср) S d τ. (6.18)

 

Разделяем переменные

(6.19)

 

и после интегрирования находим:

 

. (6.20)

 

Постоянную интегрирования определяем из начального условия:

 

при τ = 0 t – t _ср = 0.

Тогда

. (6.21)

После подстановки значения (6.21) в выражение (6.20) и несложных преобразований окончательно получаем выражение

(6.22)

 

для определения температуры узла трения в любой момент времени после возникновения аварийной ситуации, т. е. после прекращения отвода тепла системой охлаждения.

Решив выражение (6.22) относительно t, имеем:

, (6.23)

а максимальную температуру в узле трения (при t®∞) можно определить по формуле

. (6.24)

На действующих производствах отмечены случаи возгорания горючих материалов вследствие перегрева подшипников и сальников машин, барабанов и лент транспортеров и норий, шкивов и приводных ремней, выделения тепла при обработке древесины, пластмасс и металлов резанием, таблетировании лекарств, прессовании пластмасс и отходов древесины, а также при сжатии газов.

Подшипники скольжения

Подшипники скольжения сильнонагруженных и высокооборотистых валов и осей машин могут перегреваться вследствие:

- некачественной смазки;

- загрязнения подшипников;

- перекосов валов;

- чрезмерной затяжки подшипников;

- перегрузки машин;

- загрязнения корпусов подшипников отложениями.

При наличии систем централизованной смазки перегрев подшипников, помимо указанных причин, происходит из-за:

- повышения температуры масла, поступающего в подшипники;

- снижения расхода масла;

- загрязнения масла механическими примесями.

Примерную температуру подшипников в случае прекращения их охлаждения можно определить по формулам (6.23) – (6.24).

Для предотвращения перегрева подшипников применяют следующие способы и технические решения или их комбинации.

1. Смазку подшипников и подвижных частей машин и механизмов производят в соответствии с рекомендованными технической документацией маслами и смазками в установленные сроки.

2. Тщательно регулируют узлы трения при сборке и ремонте машин.

3. Предотвращают перегрузки машин и механизмов.

4. Очищают корпуса подшипников от наслоений краски, отложений пыли, волокнистых материалов и тому подобных загрязнений, ухудшающих теплообмен с окружающей средой (это мероприятие снижает также опасность самовозгорания отложений).

5. Устраивают системы воздушного, водяного или масляного охлаждения подшипников высоконагруженных и высокооборотистых машин и механизмов.

6. Устраивают системы централизованной смазки подшипников с автоматическим контролем и регулированием давления и температуры масла в системе, а также с контролем уровня масла в маслобаке.

7. Устраивают автоматическую блокировку, обеспечивающую включение резервного насоса системы централизованной смазки при остановке основного маслонасоса или падении давления в напорной линии, а также срабатывание звуковой и световой сигнализации.

8. Очищают масла от механических примесей в фильтре, установленном за насосом, подающим масло в подшипники.

9. Очищают теплообменные поверхности в масляном холодильнике системы централизованной смазки от отложений.

10. Заменяют подшипники скольжения подшипниками качения.

 

Примечание. Визуальный контроль температуры можно осуществить с помощью нанесенных на корпус подшипника термоиндикаторов (термокрасок, термокарандашей, жидких кристаллов и т.д.) по изменению их цвета, прозрачности или других параметров при нагревании.