Опорные узлы ротора и коленчатого вала: применение радиальных шарикоподшипников в компрессорах сплит-систем

В бытовых герметичных компрессорах (особенно ротационного типа) для компенсации радиальных нагрузок коленчатого вала чаще всего применяются гидродинамические втулки скольжения. Однако в ряде конструкций, например, в полугерметичных поршневых агрегатах полупромышленных систем, а также в качестве нижних (вспомогательных) опор ротора некоторых высокопроизводительных спиральных компрессоров используются радиальные однорядные шарикоподшипники.

Их применение оправдано там, где требуется снизить пусковое сопротивление вращению или обеспечить точное центрирование вала электродвигателя.

Конструкция и специфика нагрузок

Внедрение подшипников качения во внутренний контур холодильного компрессора формирует особые требования к их исполнению. Эксплуатационные параметры узла определяются следующими факторами:

• Тип опор. Применяются радиальные однорядные шарикоподшипники открытого типа (без защитных резиновых или металлических пыльников), так как смазывание происходит циркулирующим маслом. Для компенсации теплового расширения используются подшипники с увеличенным тепловым зазором (класса C3 или C4).
• Нагрузки. В зависимости от места установки подшипник воспринимает вес ротора (при вертикальном расположении вала) и радиальные биения, возникающие от работы эксцентрика или поршневой группы. Пульсирующий характер сжатия газа создает переменные векторные нагрузки на тела качения.
• Условия среды. Узел работает в среде маслофреоновой смеси при высоких давлениях (до 30–40 бар) и температурах, достигающих +100…+130 °C. Смазывание современных систем на фреонах R410A или R32 осуществляется синтетическим компрессорным маслом (полиэфирным POE или поливинилэфирным PVE), которое подается к подшипнику по внутренним каналам вала или методом разбрызгивания.

Тела качения и сепараторы в таких узлах должны обладать высокой устойчивостью к усталостному выкрашиванию и химической деградации. Это особенно важно в условиях, когда кинематическая вязкость синтетического смазочного материала может падать из-за растворения в нем жидкого фреона при переходных режимах работы холодильного контура.

Варианты износа

Рабочий ресурс подшипников качения внутри компрессора во многом зависит от соблюдения температурного режима и чистоты фреонового контура.

Основные варианты развития износа сведены в диагностическую таблицу:

Вопрос-ответ

Почему в ротационных компрессорах бытовых сплит-систем шарикоподшипники на валу встречаются редко?

В бытовых ротационных компрессорах преобладают выраженные пульсирующие радиальные нагрузки от работы эксцентрика. Шарикоподшипники хуже переносят подобные ударные воздействия по сравнению со втулками скольжения, опирающимися на упругий гидродинамический масляный клин. Кроме того, полимерные или бронзовые втулки компактнее и генерируют меньше акустического шума, что является приоритетом для домашних кондиционеров.

В чем особенность сепараторов шарикоподшипников, выпускаемых специально для компрессорной техники?

Для компрессорных подшипников чаще всего применяются стальные штампованные клепаные сепараторы, так как они отличаются химической инертностью к синтетическим маслам и фреонам. Если используются полимерные сепараторы, то они изготавливаются из высокотемпературных инженерных пластиков: например, стеклонаполненного полиамида PA46 (работоспособен до +170 °C) или полиэфирэфиркетона PEEK (до +250 °C). Такие материалы сохраняют структурную целостность в агрессивной маслофреоновой среде.

Можно ли заменить гудящий шарикоподшипник ротора в герметичном спиральном компрессоре?

Герметичные ротационные и спиральные компрессоры собираются на заводе в неразборном заваренном стальном кожухе. В случае критического износа внутренних опорных узлов ремонт отдельных деталей, как правило, не производится. Агрегат подлежит замене целиком, при этом целесообразным этапом является промывка фреоновой магистрали сплит-системы специальным растворителем для удаления стружки от разрушенного подшипника. Замена подшипников возможна преимущественно в полугерметичных поршневых компрессорах (с корпусами на болтовых соединениях), применяемых в промышленном холоде.

Технико-коммерческий инженер ГК Индатэк Смирнов А. В.