Какие подшипники стоят в винтовом компрессоре — типы, серии, обозначения

Короткий ответ: в типовом винтовом компрессоре с подшипниками качения работают 4 основных типа подшипников: цилиндрические роликоподшипники NU (опорные, для радиальной нагрузки), радиально-упорные шарикоподшипники 7xxx BE с углом 40° (упорные, для осевой нагрузки от газа), четырёхточечные QJ (альтернатива упорным с двусторонней нагрузкой), шарикоподшипники 6xxx или дополнительные 7xxx с пружинной поджимкой (реверс-упорные backup). Типовые серии у NSK — NU/NJ T7 и 7xxx BEAT7 в исполнении DB или DF с сепаратором L-PPS, у SKF — NU ECP/ECML и 7xxx BE GAP/GBP. Класс точности — обычно P0 (нормальный) или P6, в специальных применениях P5. Ниже разберём по позициям, какие подшипники где стоят, что означают суффиксы в артикулах, и приведём конкретные таблицы артикулов с грузоподъёмностями из каталогов NSK.

Типовая схема расположения подшипников

В большинстве современных винтовых компрессоров с подшипниками качения схема одинаковая: на каждом роторе (ведущий — male, ведомый — female) установлено по 3 подшипника. Это даёт 6 подшипников на компрессор как минимум. В мощных моделях добавляются тандем-сборки и реверс-упорные backup-подшипники — общее число доходит до 8–10.

Пример из исследования компрессора Hanbell RC2-410 (5/6 ротор, объёмное отношение Vi=3.5, мощность 67.9 кВт, 3000 об/мин), описанного в материалах TwinMesh 2018:

• На каждом из двух роторов стоит конфигурация NU + NU + BU:
• NU — цилиндрический роликоподшипник опорный со стороны всасывания
• NU — цилиндрический роликоподшипник опорный со стороны нагнетания (радиальный)
• BU — упорный подшипник со стороны нагнетания (как backup thrust)

Это базовая схема. В большинстве реальных компрессоров вместо BU стоит конкретный радиально-упорный шарикоподшипник 7xxx BE в матчируемой паре. Разберём детально по позициям.

Подшипники на стороне всасывания

На стороне всасывания (suction side) газовое давление низкое, поэтому осевые нагрузки минимальны. Здесь нужен только один опорный подшипник на каждом роторе, воспринимающий радиальную нагрузку. По данным SKF Application Handbook «Bearings in Twin Screw Compressors», в этой позиции применяются:

• Цилиндрический роликоподшипник NU — основной выбор. Воспринимает только радиальную нагрузку, имеет осевую податливость (внутреннее кольцо может смещаться по валу при тепловом расширении ротора). Внутреннее кольцо фиксируется стопорным кольцом (snap ring) на валу.
• Цилиндрический роликоподшипник NJ — если нужно ограничить осевое смещение в одну сторону. Бортик на внутреннем кольце расположен на внутренней (inboard) стороне, что предотвращает осевое смещение ротора.
• Игольчатый роликоподшипник — для компактных компрессоров с малым межосевым расстоянием.
• Шарикоподшипник глубокого паза — при лёгких радиальных нагрузках. Также может работать как лёгкий опорный.
• Радиально-упорный шарикоподшипник с углом 25° (NSK 7xxx ACD, SKF AC) с пружинной поджимкой — для специальных применений, где нужна способность к реверсу осевой нагрузки.

Если используется радиально-упорный с пружинной поджимкой, минимальное усилие пружины должно быть Fs > 0,6 × Fr, где Fr — радиальная нагрузка, — это рекомендация SKF.

Подшипники на стороне нагнетания — радиальный (опорный)

На стороне нагнетания газовое давление высокое — здесь работают два подшипника на каждом роторе: радиальный опорный и упорный. Радиальный воспринимает поперечную нагрузку от газового давления, изгибающего ротор.

Главный выбор — цилиндрический роликоподшипник NU:

• Высокая грузоподъёмность по радиальной нагрузке
• Не воспринимает осевую — она отделяется на упорный подшипник
• Осевая податливость для компенсации теплового расширения вала
• Может работать при ndm до 800 000 (oil-injected) или 1 200 000 (dry-running)

Серия NSK для компрессоров — NU/NJ T7 с сепаратором L-PPS

NSK выпускает специализированную линейку для компрессоров — серию NU/NJ T7. Главная особенность — сепаратор из L-PPS (Linear Polyphenylene Sulphide, линейный полифениленсульфид). По данным каталога NSK «Bearings for Screw Compressors», L-PPS превосходит обычный полиамид Nylon 66:

• Температура плавления — 290°C (против 262°C у Nylon 66)
• Стойкость к компрессорному маслу при 150°C — сохраняет прочность годами (Nylon 66 ослабевает)
• Стойкость к редукторному маслу при 180°C
• Стойкость к рабочим средам компрессора — хладагенты, аммиак
• Меньшая истираемость, выше износостойкость

Бытовая Nylon 66 не подходит для аммиачных компрессоров (быстро деградирует), а L-PPS работает нормально. Это критично для холодильных компрессоров на R717.

Таблица артикулов NU/NJ T7 (NSK для компрессоров)

Реальная таблица из NSK-каталога с конкретными артикулами и грузоподъёмностями. Базовые серии — NU 2xx (нормальная), NU 3xx (тяжёлая), NU 22xx (широкая нормальная), NU 23xx (широкая тяжёлая):

Источник: NSK Catalog «Bearings for Screw Compressors». В таблице приведена выборка наиболее ходовых типоразмеров. Полная номенклатура — в каталоге NSK.

По зазорам для NU T7 от NSK действует ограничение — совместимы только клиренсы CN (нормальный) и CC, обозначения C2 или C3 в этой серии не предусмотрены. Это связано со специфическими допусками сепаратора L-PPS.

Аналоги SKF — серия NU ECP / NU ECML

У SKF аналогичные подшипники маркируются:

• NU 2xx ECP, NU 3xx ECP — основное исполнение с сепаратором PA66 (полиамид)
• NU 2xx ECML, NU 3xx ECML — с латунным сепаратором (для высоких скоростей и температур, для аммиака)
• NU 2xx ECJ — со штампованным стальным сепаратором
• Суффикс EC = Explorer (улучшенный дизайн с увеличенной грузоподъёмностью)
• Суффикс P = polyamide cage, M = brass machined cage, J = pressed steel cage

Подшипники на стороне нагнетания — упорные

Упорный подшипник на стороне нагнетания — самый ответственный. Он воспринимает осевую силу от газового давления, которая может достигать 3 000–25 000 Н в зависимости от размера компрессора и давления. Эта сила направлена в сторону всасывания.

В большинстве винтовых компрессоров применяются радиально-упорные шарикоподшипники с углом контакта 40° — серия 7xxx BE. Альтернатива — четырёхточечный шарикоподшипник QJ.

Радиально-упорные шарикоподшипники 7xxx BE

Это основной тип упорных подшипников в винтовом компрессоре. Особенности:

• Угол контакта 40° — оптимален для высокой осевой нагрузки при умеренной радиальной
• Конструкция позволяет точное позиционирование ротора с малым осевым зазором или преднатягом
• Обычно поставляются как матчируемые пары UM (Universally Matchable)
• В мощных компрессорах ставятся в тандем (2 одинаковых подшипника рядом) для повышения осевой грузоподъёмности
• Иногда — пара tandem + один в обратной ориентации как реверс-упорный

Серия NSK — 7xxx BEAT7 DB/DF с L-PPS сепаратором

Конкретное обозначение NSK для радиально-упорных компрессорных подшипников: 7xxx BEAT7 DB или 7xxx BEAT7 DF. Расшифровка:

• B — угол контакта 40°
• E — оптимизированная конструкция, высокая грузоподъёмность
• A — флагманский дизайн для компрессоров
• T7 — пластиковый сепаратор L-PPS
• DB — расположение back-to-back (О-образное, торцы внутренних колец обращены наружу)
• DF — расположение face-to-face (X-образное, торцы внутренних колец обращены друг к другу)

В винтовых компрессорах преимущественно применяется face-to-face (DF) — это облегчает регулировку осевого зазора ротора и упрощает демонтаж.

Таблица артикулов 7xxx BEAT7 DB/DF (NSK)

Источник: NSK Catalog «Bearings for Screw Compressors». Размеры B приведены для пары (двух подшипников вместе).

Классы преднатяга — CNA и CNB у NSK

NSK предусматривает два класса осевого зазора для матчируемых пар BEAT7 DB/DF:

Значения в мкм. Источник: NSK Catalog.

Аналоги SKF — серия 72BE, 73BE с преднатягом GA/GB

У SKF радиально-упорные шариковые для компрессоров маркируются так:

• 7xxx BE — серия с углом 40° (аналог NSK 7xxx BEAT)
• 7xxx BECBP — пара с осевым зазором CB и сепаратором полиамидным P
• 7xxx BEGAP — пара с преднатягом GA (лёгкий) и сепаратором полиамидным
• 7xxx BEGBP — пара с преднатягом GB (средний)
• 7xxx BEGAM — то же с латунным сепаратором M (для аммиака и высоких температур)

Сравнение классов зазора/преднатяга SKF и NSK

Четырёхточечные шарикоподшипники QJ

Альтернатива комбинации NU + 7xxx BE — четырёхточечный шарикоподшипник серии QJ. По данным SKF Application Handbook, он применяется в основном в холодильных компрессорах и высокоскоростных dry-running:

• Двусоставное внутреннее кольцо, цельное внешнее кольцо с двумя дорожками
• Угол контакта 35°
• Принимает осевую нагрузку в обоих направлениях в одном подшипнике (как пара DB или DF)
• Большое количество шариков и большой угол контакта → высокая осевая грузоподъёмность
• Сепаратор — латунный машинный (M) или PEEK (PHAS) — outer-ring centred для высоких скоростей
• Должен использоваться только для осевой нагрузки — при радиальной нагрузке возникает трёхточечный контакт и подшипник быстро разрушается
• Стоит в паре с цилиндрическим NU, который несёт радиальную нагрузку

Классы зазора QJ для компрессоров

• C2L — малый зазор, типичен для oil-injected холодильных компрессоров
• C2M — средний между малым и нормальным
• C2H — увеличенный, для повышенных температур
• CN — нормальный, для высокоскоростных dry-running
• C3L, C3 — увеличенный, для очень высоких скоростей

В отличие от 7xxx BE, четырёхточечный QJ не может быть предварительно нагружен — он всегда работает с осевым зазором. Внутренние кольца зажимаются с натягом на валу. Внешнее кольцо радиально свободно в корпусе и зажимается пружиной для контроля clamping force.

Реверс-упорные (backup) подшипники

При запуске компрессора инерционные силы на роторе могут создать кратковременную осевую нагрузку в обратном направлении (в сторону нагнетания). Для предотвращения контакта ротора со стенкой корпуса в этих условиях устанавливается реверс-упорный (backup) подшипник.

Варианты конструкции:

1. Дополнительный 7xxx BE в обратной ориентации с пружинной поджимкой

• Третий радиально-упорный шарикоподшипник, установленный лицом к тандем-паре
• Пружина задаёт лёгкую осевую нагрузку, удерживая контакт
• Может работать как реверс-упорный при обратной осевой силе
• SKF рекомендация по пружинной нагрузке: должна превышать минимальную нагрузку для backup-подшипника и не быть чрезмерной

2. Шарикоподшипник глубокого паза 6xxx

• Дешевле радиально-упорного
• Имеет малую осевую жесткость → должен быть пружинно поджат
• Зазор обычно C3 (увеличенный)
• Минимальная пружинная нагрузка по SKF: F = 0,01 × d (где d — диаметр в мм, F — в кН)

Подшипники со стороны редуктора (gear shaft)

Если у компрессора есть мультипликатор (gear-driven), то на валу шестерни редуктора стоит ещё 2 подшипника. Типовые варианты по SKF Handbook:

• Конические роликоподшипники face-to-face — простая и распространённая схема. Шестерня между двумя коническими роликами в X-образной конфигурации. Осевой зазор регулируется шимами.
• Четырёхточечный QJ + 2 цилиндрических NU — для высоких скоростей и нагрузок. QJ берёт всю осевую нагрузку, два NU — радиальную с двух сторон шестерни.

Полная сводная таблица: какой подшипник где стоит

Расшифровка суффиксов

Связанные статьи хаба

• Подшипники для винтовых компрессоров — обзор и подбор — общее введение в тему
• Замена подшипников винтового компрессора — практическое руководство — практика монтажа и регулировки
• Подшипники винтовых холодильных компрессоров — фреон и аммиак
• Подшипники винтовых компрессоров для нефтегаза и химии

Общие материалы по выбору подшипников:

• Радиальный зазор подшипника — группы CN, C3, C4
• Шариковые или роликовые подшипники — что выбрать
• Японские подшипники — NSK, NTN, Koyo, NACHI

Где купить подшипники для винтовых компрессоров

Оригинальные подшипники NSK серий NU/NJ ET7 и 7xxx BEAT7 DB/DF с сепаратором L-PPS, аналоги SKF NU ECP/ECML и 7xxx BEGAP/BEGBP, четырёхточечные QJ, шарикоподшипники backup — в нашем каталоге подшипников для компрессоров. Отправьте артикул оригинального подшипника или маркировку с компрессора — поможем подобрать корректную замену с сохранением суффиксов и классов зазора.

Краткие ответы на частые вопросы