Виды подшипников ротора герметичного компрессора в сушильных машинах

В сушильных машинах с тепловым насосом (Heat Pump) нагрев и осушение воздуха осуществляются за счет термодинамического цикла замкнутого фреонового контура. Основным агрегатом этой системы выступает герметичный ротационный компрессор (однороторный или двухроторный инверторный), перекачивающий хладагент под высоким давлением.

Опорные узлы вала компрессора функционируют в специфической среде: внутри заваренного стального кожуха они постоянно контактируют со смесью компрессорного масла и жидкого либо газообразного хладагента (чаще всего R134a, R407C или R290). В таких условиях подшипники качения практически не применяются, опора эксцентрикового вала реализована на базе прецизионных гидродинамических подшипников скольжения.

Конструкция и характер нагрузок

Вертикально расположенный эксцентриковый вал ротора опирается на верхний (главный) и нижний (вспомогательный) подшипниковые узлы, установленные в чугунные или стальные фланцы цилиндра:

• Тип опор. Радиальные и радиально-упорные гидродинамические втулки скольжения, изготовленные методом порошковой металлургии из спеченных бронз (бронзографита) или металлофторопластовых композитов (в отдельных конструкциях опор в качестве альтернативного материала вкладышей применяется серый чугун с перлитной структурой). В двухроторных и инверторных моделях предусмотрены дополнительные торцевые упорные поверхности для компенсации осевого смещения ротора.
• Нагрузки. Пульсирующая односторонняя радиальная нагрузка, возникающая в момент максимального сжатия газа эксцентриком в рабочей камере цилиндра, и статическая осевая нагрузка от собственной массы ротора и вала. Частота вращения составляет около 2800–3000 об/мин в асинхронных моделях или динамически изменяется в диапазоне 1200–4500 об/мин в инверторных компрессорах (BLDC).
• Условия смазки. Принудительная центробежная подача масла из нижнего картера компрессора через винтовой канал внутри вала; рабочая температура масляной ванны составляет 70–100 °C при прямом контакте со средой хладагента.

Влияние типа хладагента на работу опор

Особенность работы подшипников компрессора заключается в том, что смазочный материал и хладагент образуют единую двухфазную систему. От химического состава фреона напрямую зависит тип применяемого базового масла и потенциальные риски для втулок скольжения:

Деградация масляного клина и износ

Поскольку подшипники скольжения работают в режиме жидкостного (гидродинамического) трения, прямой контакт металла вала и втулки при штатной работе отсутствует, их разделяет микронная масляная пленка. Разрушение узла, как правило, начинается с потери стабильности этого масляного клина:

• Падение вязкости смазки при засорении конденсатора. В сушильных машинах теплообменники постепенно забиваются влажным текстильным ворсом. Отвод тепла ухудшается, температура конденсации растет, и компрессор перегревается свыше 110–120 °C. Вязкость масла в картере падает ниже допустимого предела, масляная пленка истончается, и эксцентриковый вал вступает в полусухой или сухой контакт со втулкой.
• Смыв смазки жидким фреоном (эффект разжижения). При нарушении теплообмена неиспарившийся жидкий хладагент может возвращаться в картер компрессора. Вспениваясь при пуске, он вымывает масло из зазоров подшипников скольжения, провоцируя граничное трение и задир рабочих поверхностей в первые секунды работы.
• Масляное голодание на малых оборотах (для инверторов). Подача масла к верхнему подшипнику и эксцентрику осуществляется за счет центробежного насоса (отверстия в торце вала). При длительной работе инверторного компрессора на сниженных оборотах (а также из-за потери производительности насоса при износе) центробежной силы может не хватать для полноценного подъема масла по каналам вала, что вызывает повышенное трение в верхней радиальной опоре.

Механический износ втулок скольжения приводит к перекосу эксцентрикового вала. В результате ролик эксцентрика начинает подклинивать в цилиндре, либо сам ротор электродвигателя задевает пластины статора. Диагностируется эта стадия по характерному металлическому стуку при запуске и остановке компрессора, повышенной вибрации трубок контура и отключению агрегата по токовой тепловой защите (компрессор пытается запуститься, гудит несколько секунд и отключается со щелчком защитного реле).

Вопрос-ответ

Почему в ротационных компрессорах используются именно втулки скольжения, а не игольчатые или шариковые подшипники?

Применение гидродинамических втулок обусловлено тремя факторами: габаритами, акустикой и ударной стойкостью. Подшипник скольжения позволяет минимизировать радиальный размер узла эксцентрика, что важно для компактного корпуса компрессора. Кроме того, сплошная масляная пленка в зазоре втулки работает как гидравлический демпфер: она гасит пульсации давления при сжатии газа и делает работу компрессора малошумной в бытовых условиях.

Подлежат ли замене изношенные втулки компрессора сушильной машины?

В условиях стандартного сервиса — нет, так как герметичный компрессор является неразборным узлом. Его стальной кожух собирается методом автоматической сварки на заводе. При заклинивании ротора или критической выработке подшипников скольжения компрессор демонтируется из фреонового контура целиком и заменяется на новый агрегат с обязательной промывкой системы и заменой фильтра-осушителя.

Как эксплуатация сушильной машины пользователем влияет на ресурс подшипников внутри герметичного компрессора?

Прямая связь проходит через чистоту теплообменников (испарителя и конденсатора). Если пользователь пренебрегает очисткой фильтров цокольного модуля, ворс блокирует продувку ламелей теплообменника. Это нарушает термодинамический баланс цикла, ведет к систематическому перегреву масла в картере компрессора и вызывает ускоренный износ гидродинамических втулок из-за снижения вязкости смазки.

Технико-коммерческий инженер ГК Индатэк Смирнов А. В.