Виды подшипников вала помпы и вентилятора теплового насоса в стиральной машине

В гибридных стирально-сушильных машинах премиум-класса, оснащенных модулем теплового насоса (Heat Pump), сушка белья происходит за счет замкнутого цикла теплообмена. Воздух не выбрасывается наружу, а непрерывно циркулирует внутри машины, отдавая влагу на холодном испарителе и нагреваясь на конденсаторе. За движение потоков в этой системе отвечают два ключевых электромеханических узла: циркуляционный вентилятор обдува и малая дренажная помпа, откачивающая жидкий конденсат из поддона.

Оба узла работают в агрессивной среде, сочетающей 100-процентную влажность, высокие температуры и постоянное присутствие текстильной пыли.

Особенности узла

Требования к опорным механизмам вентилятора и помпы принципиально различаются из-за разницы в скоростях вращения и физических свойствах перекачиваемой среды. В частности, самыми важными моментами являются:

• Конструкция опор. Для вала циркуляционного вентилятора применяются закрытые радиальные однорядные шарикоподшипники (типа 608-2RS). Для ротора дренажной помпы используются радиальные подшипники скольжения (втулки).
• Материалы сопряжений. Кольца и тела качения подшипников вентилятора выполнены из подшипниковой стали (например, ШХ15) с двусторонними контактными уплотнениями из синтетического каучука (NBR). Втулки помпы изготавливаются из графитонаполненного полимера или спеченной бронзы, работающей по валу из нержавеющей стали.
• Вектор нагрузок. На вал вентилятора действуют постоянные радиальные нагрузки от массы металлической или пластиковой крыльчатки при высоких оборотах (до 3000 об/мин). Помпа испытывает минимальные радиальные нагрузки при фиксированных оборотах (синхронный двигатель, 3000 об/мин при 50 Гц), но работает в условиях жидкого трения.
• Условия среды. Подшипники вентилятора обдуваются горячим (до 60–70 °C) воздухом, насыщенным водяным паром и микроворсом. Опоры помпы работают в поддоне с грязным холодным конденсатом.

Данная конфигурация опор требует идеальной изоляции тел качения от внешней среды в случае с вентилятором и высокой стойкости к абразивному износу в случае с помпой. Поскольку полностью отфильтровать текстильную пыль в замкнутом цикле невозможно, именно ворс в сочетании с водой выступает главным фактором деградации кинематики теплового насоса.

Риски разрушения

Несмотря на наличие систем двойной или тройной фильтрации, мельчайшая текстильная пыль неизбежно проникает в блок теплового насоса. Вращающийся вал циркуляционного вентилятора действует как веретено: ворс наматывается на ось непосредственно в зоне прилегания резинового уплотнения (пыльника) шарикоподшипника.

Постепенно уплотняющийся ком из мокрого ворса начинает давить на кромку каучукового пыльника, деформируя его и отгибая от внутреннего кольца подшипника. Герметичность узла нарушается. Из-за постоянных перепадов температур возникает капиллярный эффект: при остывании узла внутри подшипника образуется микроразрежение, которое буквально засасывает влагу из воздуха сквозь поврежденный пыльник.

Попавший внутрь конденсат эмульгирует заводскую смазку. Подшипниковая сталь шариков и беговых дорожек начинает стремительно корродировать. Питтинговая коррозия разрушает гладкую поверхность металла, в результате чего вентилятор начинает издавать сильный гул, переходящий в вибрацию всего корпуса машины.

Абразивный износ втулок дренажной помпы

Дренажная помпа теплового насоса построена на базе синхронного двигателя с «мокрым ротором» — вода из поддона свободно циркулирует внутри стакана ротора, смазывая и охлаждая подшипники скольжения.

Конденсат, стекающий с испарителя, смывает с алюминиевых сот налипшую пыль. Образуется своеобразный ил, который засасывается помпой. Взвесь из текстильных микроволокон и песчинок попадает в зазор между валом ротора и графитовыми (или бронзовыми) втулками. Возникает эффект абразивной пасты. Втулки растачиваются, появляется радиальный люфт.

Ротор начинает бить о стенки пластикового стакана, что приводит к заклиниванию помпы. В результате конденсат переполняет поддон, и электроника прерывает цикл сушки по сигналу аварийного поплавка.

Вопрос-ответ

Зачем использовать шарикоподшипники в вентиляторе теплового насоса, если они так боятся влаги? Нельзя ли поставить втулки скольжения?

Теоретически втулки скольжения абсолютно невосприимчивы к влаге, но они не способны длительно работать на высоких оборотах с крыльчаткой в режиме полусухого трения (ведь они не будут погружены в воду, как в помпе). При 3000 об/мин бронзовые втулки без принудительной подачи жидкой смазки перегреются и заклинят за несколько часов. Шарикоподшипники — единственный вариант для обеспечения нужного ресурса, поэтому инженеры делают ставку на улучшение фильтрации воздуха, а не на смену типа опор.

Можно ли спасти гудящий вентилятор сушки, сняв пыльники и заложив новую водостойкую смазку?

Если вентилятор уже начал издавать посторонний металлический шум, это означает, что геометрия тел качения необратимо нарушена коррозией и микрозадирами. Замена смазки лишь временно приглушит звук, но не устранит люфт. Для полноценного восстановления узла требуется выпрессовка ротора и полная замена шарикоподшипников на новые (желательно с индексом влагозащиты 2RS или 2RSH).

Почему дренажная помпа теплового насоса часто выходит из строя даже при регулярной очистке ворсовых фильтров пользователем?

Пользовательские фильтры задерживают лишь крупную фракцию. Микропыль проникает сквозь них всегда. Кроме того, в поддоне теплового насоса из-за постоянной влажности и тепла активно развиваются бактериальные колонии (слизь). Эта биопленка смешивается с пылью, забивая тонкие зазоры между валом и втулками помпы. Поэтому надежность дренажной помпы зависит не только от фильтров, но и от того, насколько эффективно машина промывает собственный конденсатор направленными струями воды (функция SelfCleaning).

Технико-коммерческий инженер ГК Индатэк Смирнов А. В.