Подшипники для винтовых компрессоров — обзор и подбор

Короткий ответ: в винтовых компрессорах применяются два главных типа подшипниковых опор — подшипники качения (rolling bearings) в большинстве воздушных и холодильных компрессоров и подшипники скольжения (sleeve / journal bearings) в крупных газовых для нефтехимии. Типичный набор подшипников качения для одного винтового компрессора — 6–8 штук: радиально-упорные шариковые серий 72BE/73BE для упорной нагрузки, цилиндрические роликовые NU для радиальной, четырёхточечные QJ для двусторонней осевой нагрузки. Подшипники в винтовом компрессоре имеют специально подобранные группы зазора (CN, C3 для роликовых) или преднатяга (CB, GA для матчируемых пар), и часто поставляются как матчируемые пары UM. Главные производители — SKF, FAG, NSK, NTN, Koyo. Замена оригинального подшипника на обычный аналог без учёта группы зазора и матчируемости приведёт к выходу узла из строя. Ниже разберём подробно конструкцию подшипниковой опоры, типы подшипников, где они стоят, как подбирать замену.

Что такое винтовой компрессор и зачем ему специальные подшипники

Винтовой компрессор (twin screw compressor) — это роторная машина объёмного действия, в которой газ сжимается между двумя сцепленными винтовыми роторами в общем корпусе. Технология была разработана шведской компанией SRM (Svenska Rotor Maskiner) в 1930-х годах. Первый промышленный винтовой компрессор изготовила компания Howden по лицензии SRM. Сегодня винтовые компрессоры — это стандарт в трёх главных отраслях:

• Промышленный воздух — пневматические системы заводов, продувка, медицинский воздух, пищевая и фармацевтическая промышленность
• Холодильные установки — пищевые склады, мясокомбинаты, молочные комбинаты, ледовые арены, химические производства, торговля
• Газовая и нефтехимическая промышленность — компримирование природного газа, пропана, бутана, аммиака, водорода, нефтехимических газов

Главные преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми — меньшая вибрация, меньший размер при той же производительности, отсутствие клапанов, ровный поток газа без пульсаций, способность работать непрерывно годами.

Почему обычные подшипники не подходят

Винтовой компрессор предъявляет к подшипникам исключительные требования, которых нет в обычных промышленных применениях:

1. Точное позиционирование роторов. Зазоры между роторами и корпусом измеряются в десятках микрон. Любое смещение ротора — это потеря КПД из-за утечек газа из зон высокого давления в зоны низкого. Подшипник должен удерживать ротор с минимальным радиальным биением, для чего применяются подшипники с малыми runout-допусками.
2. Высокие осевые силы. Газовое давление на торце ротора создаёт огромную осевую нагрузку, направленную к стороне всасывания. Эту силу принимают упорные подшипники — обычно радиально-упорные шарикоподшипники в матчируемых парах.
3. Высокие скорости и ndm-числа. Скорость вращения ротора — 3 000–6 000 об/мин для oil-injected компрессоров, 10 000–25 000 об/мин для dry-running. Значения ndm (n × dm) — от 250 000 до 1 200 000, что требует подшипников специального исполнения.
4. Особые условия среды. В холодильных компрессорах подшипники смазываются маслом, разбавленным хладагентом. В газовых — с разбавлением углеводородами. В компрессорах для агрессивных газов (sour gas с H₂S) применяются специальные материалы сепараторов и уплотнений.
5. Регулировка осевого зазора ротора. Это уникальная для винтовых компрессоров операция при сборке. Положение упорного подшипника на валу определяет осевой зазор ротора в корпусе — критический параметр КПД.

Именно поэтому в винтовом компрессоре нельзя поставить «просто подшипник 6310» — нужен специальный подшипник с конкретной группой зазора, матчируемой парой (для упорных) и подходящим типом сепаратора под среду.

Две главные конструкции подшипниковых опор

На производителях винтовых компрессоров традиционно применяются две принципиально разные конструкции подшипниковых опор: с подшипниками скольжения и с подшипниками качения. Каждая имеет свою область применения. Пример классификации — серии компрессоров мирового производителя Howden:

Подшипники скольжения в винтовом компрессоре

В компрессорах для нефтегаза, нефтехимии, высокого давления применяются журнальные подшипники скольжения с белометаллическим вкладышем (white metal sleeve type). Это гидродинамические подшипники, в которых вал не контактирует с втулкой напрямую — между ними образуется плёнка масла под давлением, нагнетаемым отдельным насосом.

Главные преимущества:

• Очень долгий срок службы (десятилетия), потому что нет контакта металл-металл при нормальной работе
• Хорошее демпфирование вибрации
• Способность работать при очень высоких давлениях (60+ бар)
• Возможность применения опции T (tilting pad thrust bearing) для соответствия API 619

Минусы:

• Нужен сложный масляный насос с резервированием
• Зазор больше, чем у подшипников качения, поэтому хуже позиционирование роторов
• Чувствительность к загрязнению масла
• При запуске и остановке возможен сухой контакт — нужны специальные пусковые насосы

Подшипники качения в винтовом компрессоре

Подавляющее большинство современных воздушных и холодильных компрессоров (а также малые газовые) используют подшипники качения. Это связано с их главным преимуществом — малыми рабочими зазорами, которые позволяют точно позиционировать ротор и держать минимальные зазоры между ротором и корпусом для максимального КПД.

Главные преимущества:

• Точное позиционирование ротора (рабочий зазор подшипников считается в микронах)
• Низкое трение по сравнению с подшипниками скольжения
• Требуют меньше масла для смазки и охлаждения
• Менее чувствительны к временной потере смазки и попаданию хладагента
• Не требуется отдельный масляный насос в 90% установок
• Меньше пусковой момент

Минусы:

• Конечный срок службы — нужна периодическая замена
• Чувствительность к точности монтажа
• Требуется специальная регулировка осевого зазора ротора при сборке
• Ограничение по давлению (до ~25 бар)

Типы подшипников качения в винтовом компрессоре

Если упростить, в одном винтовом компрессоре с подшипниками качения используется четыре основных типа:

1. Цилиндрические роликоподшипники (NU)

Главные опорные (радиальные) подшипники. Воспринимают радиальную нагрузку, не воспринимают осевую. Стоят со стороны всасывания (по 1 на каждый ротор) и часто также со стороны нагнетания (по 1 на каждый ротор).

• Серии: NU2xx, NU3xx, NU4xx, NJ — в исполнении EC (SKF Explorer) или E (FAG)
• Класс точности: обычно P0 или P6 (в спецприменениях встречается P5)
• Группа зазора: чаще CN или C3 в зависимости от температурного режима
• Сепаратор: машинная латунь (M) или PEEK для высоких скоростей

Особенность — цилиндрический роликоподшипник имеет осевую податливость, что важно: он не передаёт осевую нагрузку, и весь осевой груз воспринимают шарикоподшипники. Это конструктивно разделяет радиальную и осевую функции.

2. Радиально-упорные шарикоподшипники (72BE, 73BE)

Главные упорные подшипники со стороны нагнетания. Воспринимают осевую нагрузку от газового давления (~3 000–25 000 Н в зависимости от размера компрессора и давления).

• Серии: 72BE (40° угол контакта), 73BE (40° угол), 72AC (25° угол) для лёгких осевых нагрузок
• Универсально-матчируемые пары: 7310 BEGAP — пара с лёгким преднатягом GA
• Класс точности: обычно P0 или P6, для специальных и dry-running применений — P5
• Обычно используются в исполнении SKF Explorer с улучшенными материалами и точностью
• В мощных компрессорах ставятся в тандем (2 в сборке) для повышения осевой грузоподъёмности

3. Четырёхточечные шарикоподшипники (QJ)

Альтернатива радиально-упорным шарикоподшипникам. Принимают осевую нагрузку в обоих направлениях в одном подшипнике (благодаря четырёхточечному контакту шарика с дорожками). Применяются как упорный + реверс-упорный в одном узле.

• Серии: QJ 2xx, QJ 3xx
• Угол контакта: 35°
• Группа зазора: типично C2L (малый зазор) для холодильных и воздушных, CN или C3L для высокоскоростных dry-running
• Должны устанавливаться только под осевую нагрузку, без радиальной — иначе трёхточечный контакт повреждает подшипник

4. Шарикоподшипники глубокого паза (6xxx)

Применяются как реверс-упорные (backup) подшипники с пружинной поджимкой. Их задача — воспринять кратковременную обратную осевую нагрузку при пуске компрессора (когда инерционные силы могут изменить направление осевой силы).

• Серии: 6xxx с группой зазора C3 или C4
• Пружинная нагрузка задаёт силу поджимки
• В отдельных конструкциях заменяются дополнительным шарикоподшипником радиально-упорного типа в обратной ориентации

5. Гибридные керамические подшипники

Для высокоскоростных dry-running воздушных компрессоров (10 000–25 000 об/мин) применяются гибридные подшипники с керамическими шариками из нитрида кремния (Si₃N₄). Преимущества:

• На 60% меньшая плотность шариков → меньше центробежные силы и гироскопические моменты на высокой скорости
• Электроизоляция (защита от электрической эрозии)
• Меньшая чувствительность к недостатку смазки
• Меньше тепловые градиенты внутри подшипника

Где стоят подшипники в винтовом компрессоре — типовая схема

Подробное расположение подшипников в компрессоре с роторами, посаженными на подшипники качения (как в Howden XRV или подобных конструкциях):

В разных моделях компрессоров (Bitzer, Mycom, GEA, Frick, Howden, Refcomp) могут быть вариации этой схемы — например, упорные подшипники тандемом (2 в сборке) на ведущем роторе, или применение конических роликоподшипников face-to-face вместо комбинации NU+72BE. Точная конфигурация смотрится по чертежу или каталогу запчастей конкретного компрессора.

Главные требования к подшипникам винтовых компрессоров

Класс точности

Большинство подшипников для винтовых компрессоров изготавливаются в классе точности P0 (нормальный) или P6 (повышенный) — это стандартные классы по ISO 492 и ГОСТ 520. Класс P5 применяется реже, обычно в специальных OEM-применениях или для высокоскоростных dry-running компрессоров. Прецизионные классы P4 и P2 для винтовых компрессоров избыточны — они применяются в шпинделях станков и аэрокосмической технике.

Класс точности на маркировке подшипника определяет:

• Допуски на радиальное и осевое биение колец
• Допуски на разноширинность колец
• Поверхностную шероховатость дорожек качения

При замене подшипника обязательно сохраняйте класс точности оригинала. Если на оригинале стоит P6 — ставьте P6 или выше (P5), но не P0. Если на оригинале P0 — можно ставить P0 или P6, понижать не следует.

Группа зазора и преднатяга

Подшипники в винтовом компрессоре имеют специально подобранную группу:

• Цилиндрические роликовые — обычно CN или C3 (нормальный или увеличенный) в зависимости от температуры работы и натяга посадки
• Радиально-упорные шариковые (матчируемые пары) — CB или CC (с осевым зазором), GA или GB (с преднатягом)
• Четырёхточечные QJ — обычно C2L (малый зазор) для oil-injected, CN или C3L для высокоскоростных
• Реверс-упорные шариковые — C3 или C4

Подробнее о группах зазора — в общей статье «Радиальный зазор подшипника» и «Тепловой зазор в подшипниках».

Матчируемые пары (UM — Universally Matchable)

Радиально-упорные шарикоподшипники для винтовых компрессоров — это почти всегда матчируемые пары. Это значит, что два экземпляра калибруются производителем по ширине и осевому стандоффу так, чтобы при сборке получался известный осевой зазор или преднатяг. Без матчирования точная регулировка ротора невозможна.

Если на чертеже узла указан, например, 7310 BEGAP — это пара универсально-матчируемых подшипников SKF 7310 BE с преднатягом класса GA. Заменить эту пару двумя обычными 7310 BE нельзя — у одиночных подшипников нет калибровки стандоффа.

Тип сепаратора

Сепаратор должен соответствовать условиям работы:

• Машинная латунь (M, MA) — для высоких скоростей и температур, нейтральна к большинству газов
• PEEK (PH, PHA) — для очень высоких скоростей dry-running, до 160°C
• Полиамид PA66 (P, TN9) — для умеренных условий, до 120°C, не подходит для аммиака
• Стальной (J, F) — для специальных применений

Для аммиачных холодильных компрессоров нельзя применять полиамидные сепараторы — нужна латунь или PEEK.

Главные производители подшипников для винтовых компрессоров

Большинство OEM-производителей винтовых компрессоров комплектуют свои узлы подшипниками от SKF или FAG. Японские бренды чаще применяются в азиатских компрессорах (Hitachi, Kobelco, Mayekawa, Mycom). На вторичный рынок (замена при ремонте) поставляются все 6 основных производителей.

Подробности о специфике каждого производителя — в наших отдельных статьях «Где производят подшипники SKF», «Где производят подшипники FAG и INA», «Японские подшипники — NSK, NTN, Koyo, NACHI».

Производители винтовых компрессоров и применяемые подшипники

Самые известные на российском рынке производители винтовых компрессоров и типичные применяемые подшипники:

• Howden (Великобритания, теперь часть Chart Industries) — изобретатель технологии винтового компрессора. Серии WRV (sleeve bearings, нефтегаз), XRV (rolling bearings, холод), GTV (специальные). Подробнее — в дочерних статьях про холодильные и газовые применения.
• Bitzer (Германия) — лидер в холодильных компрессорах, ходовые серии HSN, HSK, CSH. Подшипники — преимущественно FAG.
• Mycom (Mayekawa) (Япония) — крупный производитель холодильных аммиачных компрессоров. Подшипники — NTN, NSK, SKF.
• GEA (Германия) — серии Grasso, Bock. Холод и пищевая промышленность.
• Frick (Johnson Controls) (США) — крупные аммиачные системы.
• Refcomp (Италия) — компактные холодильные.
• Atlas Copco (Швеция), Ingersoll Rand (США), Kaeser (Германия) — воздушные компрессоры.
• Hitachi, Kobelco (Япония) — воздушные и газовые компрессоры.

Краткий алгоритм подбора замены подшипника

1. Снять оригинальный подшипник и записать всю маркировку: артикул, суффиксы, дату производства.
2. Найти в каталоге запчастей компрессора оригинальный артикул и точное описание (класс точности, группа зазора, матчируемость).
3. Подобрать аналог того же или эквивалентного производителя из основных: SKF ↔ FAG ↔ NSK ↔ NTN ↔ Koyo. Аналог должен сохранять: артикул базовый, группу зазора, класс точности (если в оригинале указан P5 или P6 — не понижать до P0), тип сепаратора, материалы уплотнений (если есть), матчируемость.
4. Проверить наличие матчируемой пары — заменять одиночными подшипниками, если в оригинале была пара UM, нельзя.
5. Если есть сомнения — отправьте артикул оригинала и марку компрессора в наш каталог, поможем подобрать корректную замену с сохранением всех параметров.

Подробнее о практической стороне замены — в нашей статье «Замена подшипников винтового компрессора — практическое руководство».

Связанные статьи хаба «Подшипники компрессоров»

• Какие подшипники стоят в винтовом компрессоре — типы и серии — подробно по каждому типу подшипника с конкретными артикулами
• Замена подшипников винтового компрессора — практическое руководство — пошаговая инструкция, регулировка осевого зазора ротора, типичные ошибки
• Подшипники винтовых холодильных компрессоров — фреон и аммиак — особенности для холодильной техники, Bitzer, Mycom, GEA
• Подшипники винтовых компрессоров для нефтегаза и химии — Howden WRV, API 619, sour gas

Также полезные общие материалы:

• Радиальный зазор подшипника — группы CN, C3, C4
• Тепловой зазор в подшипниках
• Зазоры подшипников SKF

Где купить подшипники для винтовых компрессоров

Оригинальные подшипники для винтовых компрессоров SKF, FAG, NSK, NTN, Koyo, NACHI — в нашем каталоге подшипников для компрессоров. Доступны матчируемые пары серий 72BE, 73BE с преднатягом GA/GB и осевым зазором CB/CC, цилиндрические роликоподшипники NU, четырёхточечные QJ, гибридные керамические подшипники.

Поможем подобрать замену оригинального подшипника по чертежу узла, по каталогу запчастей вашего компрессора, по артикулу с сохранением всех важных параметров: класса точности, группы зазора, матчируемости, материала сепаратора. Если у вас компрессор Howden, Bitzer, Mycom, GEA, Frick, Refcomp, Atlas Copco, Ingersoll Rand, Kaeser или другого производителя — отправьте артикул оригинального подшипника и марку компрессора, подберём корректный аналог.

Краткие ответы на частые вопросы