Подшипники компрессоров: виды, выбор и причины выхода из строя

Подшипники компрессора работают в условиях повышенных нагрузок, высоких скоростей вращения и температуры. От их состояния напрямую зависят точность положения ротора, уровень вибрации, шум, производительность и общий ресурс компрессорной установки.

В зависимости от конструкции компрессора применяются разные типы подшипников: радиальные шариковые, цилиндрические роликовые, игольчатые, радиально-упорные шариковые, конические роликовые и другие исполнения.

Особенно высокие требования предъявляются к подшипникам винтовых компрессоров, где необходимо очень точно удерживать два вращающихся ротора относительно друг друга и корпуса.

Какие бывают компрессоры

Компрессоры можно разделить на несколько основных типов:

• поршневые;
• винтовые;
• спиральные;
• пластинчатые;
• центробежные;
• осевые.

Конструкция подшипникового узла зависит от принципа работы компрессора, его мощности, частоты вращения и рабочей среды.

Подшипники поршневого компрессора

В поршневом компрессоре газ сжимается за счёт возвратно-поступательного движения поршня. Основные нагрузки передаются через коленчатый вал, шатун и поршневой палец.

В таких компрессорах могут применяться:

• радиальные шариковые подшипники — для опор коленчатого вала;
• цилиндрические роликовые подшипники — при повышенных радиальных нагрузках;
• игольчатые подшипники — в компактных соединениях и узлах поршневого пальца;
• подшипники скольжения — в зависимости от конструкции компрессора.

NSK указывает, что в поршневых компрессорах подшипники качения применяются на коленчатом валу и шатуне, а для поршневого пальца могут использоваться игольчатые подшипники.

Подшипники винтового компрессора

Винтовой компрессор работает за счёт двух профилированных роторов, которые вращаются навстречу друг другу.

Расстояние между роторами очень мало, поэтому подшипники должны обеспечивать высокую точность радиального и осевого положения роторов.

Даже небольшое увеличение зазора или износ подшипника может изменить положение винтов и ухудшить эффективность компрессора.

В винтовых компрессорах часто используются:

• цилиндрические роликовые подшипники — для восприятия радиальной нагрузки;
• радиально-упорные шариковые подшипники — для осевых нагрузок;
• четырёхточечные шариковые подшипники;
• конические роликовые подшипники;
• игольчатые подшипники в отдельных конструкциях.

Почему в винтовом компрессоре важна точность подшипников

При сжатии воздуха или газа на роторы действуют значительные радиальные и осевые силы.

Подшипники должны одновременно:

• удерживать роторы в точном положении;
• воспринимать радиальные нагрузки;
• воспринимать осевые нагрузки;
• работать на высоких оборотах;
• выдерживать повышенную температуру;
• сохранять стабильные зазоры;
• обеспечивать низкий уровень вибрации.

Для винтового компрессора качество подшипника особенно важно, поскольку изменение положения роторов непосредственно влияет на рабочие зазоры внутри компрессорного блока.

Какие подшипники стоят на стороне всасывания и нагнетания

В типичной конструкции винтового компрессора радиальные нагрузки могут восприниматься цилиндрическими роликовыми подшипниками.

На стороне нагнетания дополнительно возникают значительные осевые силы, поэтому там часто устанавливаются радиально-упорные шариковые подшипники или другие подшипники, рассчитанные на осевую нагрузку.

SKF указывает, что в ряде винтовых компрессоров цилиндрические роликовые подшипники используются для радиальной опоры роторов, а радиально-упорные или четырёхточечные подшипники — для восприятия осевой нагрузки.

Маслозаполненные винтовые компрессоры

В маслозаполненном винтовом компрессоре масло выполняет несколько функций:

• смазывает винтовую пару;
• смазывает подшипники;
• уменьшает утечки между роторами;
• отводит тепло;
• помогает охлаждать сжимаемый газ.

Для таких компрессоров NSK среди возможных решений указывает цилиндрические роликовые, радиально-упорные шариковые, конические роликовые и игольчатые подшипники.

Особое значение имеет совместимость материала сепаратора с компрессорным маслом и другими рабочими жидкостями.

Безмасляные винтовые компрессоры

В безмасляных винтовых компрессорах условия работы могут быть ещё более требовательными.

Для них характерны:

• высокие скорости вращения;
• повышенные температуры;
• жёсткие требования к точности положения роторов;
• малые рабочие зазоры.

NSK для подобных узлов указывает применение цилиндрических роликовых и радиально-упорных шариковых подшипников повышенной точности, в том числе классов P6 и P5.

Таким образом, в компрессоре имеет значение не только номер подшипника, но и класс точности, внутренний зазор и конструкция сепаратора.

Почему нельзя подбирать подшипник компрессора только по размерам

Одна из распространённых ошибок при ремонте — найти подшипник с одинаковыми размерами:

d × D × B

и считать его полноценным аналогом.

Для компрессора этого может быть недостаточно.

Необходимо проверить:

• полное обозначение подшипника;
• класс точности;
• радиальный внутренний зазор;
• осевой зазор или преднатяг;
• материал сепаратора;
• допустимую частоту вращения;
• грузоподъёмность;
• температурный диапазон;
• способ смазывания.

Зазор C3 и C4 в подшипниках компрессора

В некоторых компрессорных установках применяются подшипники с увеличенным внутренним зазором, например C3.

Это связано с тем, что при работе подшипник нагревается, а посадка кольца с натягом может уменьшать первоначальный внутренний зазор.

Но это не означает, что для любого компрессора необходимо устанавливать C3.

Если производитель оборудования требует стандартный зазор, самовольная установка C3 или C4 может изменить положение ротора и рабочие характеристики узла.

Поэтому внутренний зазор необходимо подбирать по документации производителя компрессора.

Подшипники P6 и P5 в компрессорах

Для высокоскоростных и точных винтовых компрессоров могут использоваться подшипники повышенной точности.

Например:

• P6 — повышенный класс точности;
• P5 — более высокий класс точности.

Повышенная точность помогает обеспечить:

• малое биение ротора;
• точное положение винтов;
• стабильные рабочие зазоры;
• низкую вибрацию;
• работу на высоких оборотах.

Какие бренды подшипников используют для компрессоров

Для ответственных компрессорных установок часто применяются подшипники ведущих мировых производителей:

• SKF;
• FAG / INA;
• NSK;
• NTN;
• KOYO / JTEKT;
• TIMKEN;
• NACHI.

Выбирать необходимо не только бренд, но и конкретное исполнение подшипника, предусмотренное производителем компрессора.

Почему не стоит экономить на подшипниках компрессора

Компрессорный подшипник может стоить существенно дороже обычного подшипника такого же размера.

Причина — дополнительные требования к:

• точности;
• стали;
• термообработке;
• внутренним зазорам;
• сепаратору;
• высокоскоростной работе;
• контролю качества.

Установка дешёвого подшипника неизвестного происхождения в дорогой компрессорный блок может привести к расходам, значительно превышающим стоимость качественного подшипника.

Что может произойти при разрушении подшипника компрессора

В зависимости от конструкции последствия могут включать:

• повышенный шум;
• рост вибрации;
• увеличение температуры;
• повреждение посадочных мест;
• смещение ротора;
• контакт роторов между собой;
• контакт ротора с корпусом;
• повреждение винтовой пары;
• разрушение уплотнений;
• полный выход компрессорного блока из строя.

Поэтому стоимость самого подшипника часто составляет лишь небольшую часть возможной стоимости ремонта компрессора.

Признаки износа подшипников компрессора

На возможную неисправность подшипников могут указывать:

• посторонний гул;
• металлический шум;
• повышенная вибрация;
• нагрев корпуса;
• изменение характера шума при изменении оборотов;
• нестабильная работа компрессора;
• повышение температуры масла;
• люфт ротора;
• следы металла в масле или фильтре.

Однако аналогичные симптомы могут быть связаны и с другими неисправностями компрессора, поэтому необходима полноценная диагностика.

Почему подшипники компрессора выходят из строя

Основные причины преждевременного отказа:

• неправильная смазка;
• недостаток масла;
• загрязнение масла;
• перегрев;
• неправильная посадка;
• ошибки монтажа;
• неправильный внутренний зазор;
• несоосность;
• перегрузка компрессора;
• превышение допустимых оборотов;
• попадание загрязнений;
• естественная усталость материала.

Смазка подшипников компрессора

В большинстве крупных винтовых компрессоров подшипники смазываются маслом из общей системы.

Масло одновременно смазывает контактирующие поверхности и отводит тепло от подшипникового узла.

Поэтому необходимо использовать масло, предусмотренное производителем компрессора, и соблюдать интервалы его замены.

Особенно важно контролировать:

• уровень масла;
• вязкость;
• температуру;
• чистоту;
• состояние фильтров;
• наличие воды или продуктов износа.

Почему загрязнённое масло опасно для подшипников

Твёрдые частицы в масле попадают между телами качения и дорожками подшипника.

Это вызывает:

• вмятины на дорожках;
• ускоренный износ;
• увеличение шума;
• повышение температуры;
• сокращение ресурса подшипника.

Поэтому состояние фильтрации масла непосредственно влияет на срок службы компрессорных подшипников.

Можно ли заменить SKF на FAG или NSK

В принципе подшипник одного производителя может быть заменён аналогом другого бренда, если совпадают все необходимые характеристики.

Например, необходимо сравнить:

• типоразмер;
• внутреннюю конструкцию;
• класс точности;
• внутренний зазор;
• контактный угол;
• преднатяг;
• материал сепаратора;
• грузоподъёмность;
• предельные обороты.

Поэтому простой подбор по принципу «номер похож — значит подходит» для компрессорного оборудования нежелателен.

Как подобрать подшипник для компрессора

Наиболее надёжный вариант — подбирать подшипник по полной заводской маркировке.

Для поиска желательно знать:

1. марку компрессора;
2. модель компрессора;
3. серийный номер;
4. полную маркировку старого подшипника;
5. размеры подшипника;
6. его положение в компрессорном блоке.

Если на подшипнике присутствуют дополнительные обозначения C3, C4, P6, P5, M, TVP, E, A, B или другие суффиксы, их также необходимо учитывать.

Подшипники компрессора: основные требования

Главное при выборе подшипника компрессора

Подшипники компрессоров относятся к ответственным деталям, где экономия только на закупочной цене может оказаться очень дорогой.

Особенно это относится к винтовым компрессорам, где подшипники непосредственно определяют точность расположения роторов.

Поэтому при замене необходимо учитывать:

• полное обозначение;
• размер;
• тип подшипника;
• класс точности;
• внутренний зазор;
• преднатяг;
• скорость;
• нагрузку;
• систему смазывания;
• рекомендации производителя компрессора.

Для ответственного компрессорного оборудования предпочтительно использовать оригинальные подшипники проверенных производителей и избегать продукции неизвестного происхождения.