Опорные узлы нагнетания в винтовых компрессорах климатических систем

Винтовые компрессоры промышленных чиллеров перекачивают хладагент под высоким давлением. При сжатии газа возникает сильная осевая нагрузка — она пытается выдавить вращающиеся роторы из камеры нагнетания.

Зазор между торцами винтов и стенкой корпуса при этом составляет сотые доли миллиметра.

Основной принцип

Чтобы жестко зафиксировать винты и не дать металлу тереться о металл, на стороне нагнетания устанавливают специальные опорные узлы. В зависимости от конструкции компрессора здесь применяют два основных типа подшипников:

• Радиально-упорные шарикоподшипники. Наиболее распространенное решение в современных холодильных компрессорах (например, в линейках Bitzer или SKF). Они отлично справляются с высокими скоростями вращения, а при установке парами (сдвоенный монтаж) или в виде подшипников с четырехточечным контактом обладают достаточной грузоподъемностью, чтобы уверенно держать осевое давление фреона.
• Упорные роликоподшипники (цилиндрические или конические). Применяются в тяжелонагруженных сериях или специфических конструкциях. Линейный контакт роликов дает высокую грузоподъемность, но ограничивает предельные скорости вращения ротора из-за большего нагрева узла при трении.

Главная задача торцевой опоры любого типа — принять на себя осевое давление газа, сохранив прецизионный тепловой зазор между винтами и корпусом.

Из-за чего смещаются роторы

Ресурс торцевых опор критически зависит от стабильности холодильного контура. Поломки здесь редко бывают случайными, чаще всего они спровоцированы нарушениями режима эксплуатации:

• Влажный ход компрессора. Если в полость сжатия попадает невыкипевший жидкий хладагент, он мгновенно вымывает синтетическое масло из подшипников. Опоры остаются сухими, металл перегревается и меняет цвет, а тела качения начинают задирать беговые дорожки.
• Повышенное давление конденсации. Забитый теплообменник или сломанный вентилятор наружного блока приводят к скачку давления нагнетания. Осевая сила превышает расчетную, шарики или ролики продавливают масляную пленку и выкрашиваются от перегрузки.
• Грязная система. Твердые продукты распада старого масла или стальная стружка оседают на дорожках качения, оставляя глубокие борозды и увеличивая продольный люфт.

Даже минимальная выработка на упорном узле приводит к смещению ротора. Винт начинает тереться о торцевую крышку камеры нагнетания, гонит металлическую стружку в систему и в итоге клинит.

Вопрос-ответ

Почему современные производители компрессоров отдают предпочтение шариковым радиально-упорным узлам, а не роликам?

Шариковые подшипники обладают меньшим внутренним трением. В высокооборотистых винтовых компрессорах это снижает температурную нагрузку на узел. Чтобы компенсировать точечный контакт шариков и повысить несущую способность, их ставят тандемом или используют модификации с четырехточечным контактом.

Есть ли разница в применении конических и цилиндрических роликов там, где они всё же установлены?

Цилиндрические подшипники держат только осевую тягу, поэтому им всегда нужна радиальная пара. Конические узлы способны частично забирать на себя и радиальные нагрузки — иногда это позволяет инженерам сделать опорный блок компрессора более компактным.

Можно ли при капремонте обойтись без микрометра и выставить зазор «на глаз»?

Нет. Осевой люфт роторов выставляется калиброванными стальными проставками с высокой точностью. Подгонка дистанционных колец без инструментального контроля приведет к тому, что при выходе на рабочую температуру винтовой профиль заклинит от теплового расширения металла.

Технико-коммерческий инженер ГК Индатэк Смирнов А. В.