Радиально-упорные подшипники приводного вала в кондиционерах и сплит-системах

Спиральные компрессоры (Scroll) применяются в полупромышленных и мощных бытовых сплит-системах благодаря высокой производительности и плавному ходу. В процессе сжатия хладагента между неподвижной и подвижной (орбитальной) спиралями возникают силы, стремящиеся раздвинуть их как в радиальном, так и в осевом направлениях.1

Для фиксации приводного вала и компенсации этих нагрузок в верхнем опорном узле устанавливаются радиально-упорные шарикоподшипники.

Условия эксплуатации и материалы

Верхняя опора вала, взаимодействующая с эксцентриком и подвижной спиралью, функционирует в условиях комбинированных нагрузок. Ее параметры определяются следующими факторами:

• Тип опор. Применяются однорядные радиально-упорные шарикоподшипники открытого типа (без защитных пыльников). Профиль их беговых дорожек смещен таким образом, чтобы обеспечить заданный угол контакта, оптимальный для восприятия разнонаправленных усилий.
• Нагрузки. Узел одновременно воспринимает радиальную центробежную силу от орбитального движения спирали и осевую нагрузку (газовую тягу), отталкивающую спирали друг от друга. Частота вращения в инверторных приводах динамически изменяется в диапазоне от 1000 до 7000 об/мин.
• Условия среды. Подшипник работает в зоне высоких давлений и температур (до +120…+130 °C). Смазывание обеспечивается непрерывной подачей синтетического масла (POE или PVE), смешанного с хладагентом (R410A, R32), по внутреннему винтовому каналу коленчатого вала.

Выбор радиально-упорной конструкции продиктован необходимостью точного позиционирования подвижной спирали. От жесткости этого узла зависит сохранение микронного зазора между рабочими профилями. Если подшипник вследствие износа допускает избыточный осевой или радиальный люфт, спирали начинают контактировать друг с другом, что приводит к падению производительности и повреждению рабочих поверхностей. В то же время избыточный преднатяг способен вызвать перегрев узла и тепловую деформацию.

Сценарии износа опорного узла

Ресурс радиально-упорного подшипника тесно связан с чистотой холодильного контура и стабильностью возврата масла в картер.

Износ узла чаще всего протекает по следующим сценариям:

Вопрос-ответ

Почему в этом узле не применяются комбинации из радиальной втулки и отдельного упорного подшипника?

В герметичных компрессорах монтажное пространство жестко ограничено. Радиально-упорный шарикоподшипник способен эффективно воспринимать оба вектора нагрузок, занимая минимум места по высоте вала. Разделение опор на радиальную втулку и отдельный упорный узел усложняет архитектуру, увеличивает массу агрегата и требует создания сложной системы подвода смазки к каждой детали в отдельности.

Какие сепараторы используются в таких подшипниках с учетом высоких температур?

Для работы в агрессивной маслофреоновой среде применяются либо штампованные стальные сепараторы, либо изделия из высокотемпературных инженерных пластиков. К последним относятся стеклонаполненный полиамид (PA46, работоспособен до +170 °C) и полиэфирэфиркетон (PEEK, до +250 °C). Они сохраняют размерную стабильность при нагреве и химически инертны к кислотам, которые могут образовываться при гидролизе полиэфирных масел (POE).

Можно ли определить износ радиально-упорного подшипника без вскрытия компрессора?

Косвенным признаком деградации опоры является изменение акустической картины (появление глухого стука или рокота), а также стабильный рост потребляемого тока. Достоверную информацию дает анализ компрессорного масла на наличие металлической пыли (продуктов износа) и повышение кислотности. При подтвержденном разрушении подшипника герметичный компрессор, как правило, не подлежит компонентному ремонту, а заменяется в сборе с последующей промывкой всего контура сплит-системы.

Технико-коммерческий инженер ГК Индатэк Смирнов А. В.