Цилиндрические роликоподшипники коленчатого вала в мощных компрессорах систем кондиционирования

В полупромышленных и промышленных комплексах (VRF/VRV-системы, мощные канальные и кассетные кондиционеры) применяются высокопроизводительные спиральные и поршневые компрессоры. Рост холодопроизводительности агрегатов ведет к пропорциональному увеличению радиальных усилий, действующих на коленчатый вал. Для компенсации этих нагрузок и предотвращения изгиба вращающихся деталей шарикоподшипники или втулки скольжения заменяются цилиндрическими роликовыми опорами.

Преимущество роликов перед шариками — линейный контакт с беговыми дорожками. Это значительно повышает радиальную грузоподъемность и жесткость узла при сохранении его компактных габаритов, что необходимо внутри тесного картера компрессора.

Специфика конструкции и рабочая среда

Цилиндрический роликоподшипник располагается в зоне максимальных радиальных напряжений, выполняя роль основной (верхней или центральной) опоры коленчатого вала. Осевые нагрузки такой тип подшипника не воспринимает. Следует учитывать такие нюансы:

• Особенности интеграции. При дефиците монтажного пространства часто применяют модификации без наружного или внутреннего кольца. В таких решениях тела качения работают напрямую по специально обработанной и закаленной поверхности самого вала или корпусной детали.
• Рабочие параметры. Узел функционирует при давлениях нагнетания до 30–40 бар и температурах до +110…+130 °C. Частота вращения вала в моделях с инверторным приводом меняется в диапазоне от 1000 до 7000 об/мин.
• Смазывание. Обеспечивается синтетическим компрессорным маслом (POE или PVE), циркулирующим в смеси с хладагентом (R410A, R32). Масло подается к роликам под давлением через внутренние сверления коленчатого вала.

Характерные повреждения опорного узла

Рабочий ресурс роликоподшипника зависит от стабильности свойств маслофреоновой смеси и температурного режима в контуре.

Разрушение узла чаще всего протекает по трем сценариям:

• Разжижение масла. Если в картер возвращается неиспарившийся жидкий хладагент, синтетическое масло теряет кинематическую вязкость. Масляная пленка истончается и не разделяет контактирующие детали должным образом. Ролики переходят в режим граничного трения, что приводит к образованию задиров на их торцах и цилиндрических поверхностях. Внешне это проявляется металлическим стуком или рокотом при старте компрессора.
• Усталостное выкрашивание (питтинг). Работа при высоких давлениях конденсации (например, из-за загрязнения уличного теплообменника) вызывает перегрузку подшипника. В поверхностном слое дорожек качения формируются усталостные микротрещины, что со временем приводит к отслаиванию частиц стали. Главными признаками служат нарастающий низкочастотный гул и появление стальной пудры в пробе компрессорного масла.
• Химическая деградация и омеднение. При наличии влаги во фреоновом контуре происходит гидролиз POE-масла с выделением агрессивных кислот. Развивается процесс электрохимического осаждения меди (омеднения) на стальных роликах и кольцах подшипника. Налет меди изменяет микронные рабочие зазоры и препятствует свободному качению, что вызывает рост энергопотребления и возможное срабатывание токовой защиты.

Вопрос-ответ

Допускается ли применение полнокомплектных роликоподшипников (без сепаратора) в компрессорах сплит-систем?

Да, в ряде тихоходных поршневых компрессоров применяются полнокомплектные цилиндрические роликоподшипники, вмещающие наибольшее число роликов для увеличения грузоподъемности. Однако взаимное трение тел качения ограничивает их предельную скорость. Для высокооборотистых инверторных компрессоров требуются версии с сепаратором.

Из каких материалов изготавливают сепараторы для роликовых опор коленчатого вала?

Для обеспечения химической инертности в среде фреонов и синтетических масел применяются штампованные сепараторы из стали или латуни. Также используются полимерные сепараторы из высокотемпературных инженерных пластиков: стеклонаполненного полиамида (PA46), работоспособного до +170 °C, или полиэфирэфиркетона (PEEK), выдерживающего нагрев до +250 °C.

Подлежат ли замене изношенные роликоподшипники коленчатого вала?

Возможность компонентного ремонта зависит от архитектуры компрессора. В полугерметичных поршневых агрегатах (с разборным корпусом на болтах) замена цилиндрических роликоподшипников является стандартной процедурой. Герметичные спиральные компрессоры, собранные в заваренном стальном кожухе, компонентному ремонту, как правило, не подлежат — при выходе из строя подшипника агрегат меняется в сборе с последующей промывкой фреонового контура специальным растворителем.

Технико-коммерческий инженер ГК Индатэк Смирнов А. В.