Подшипники винтовых холодильных компрессоров — фреон и аммиак

Короткий ответ: в винтовых холодильных компрессорах применяются те же типы подшипников, что в воздушных — цилиндрические роликовые NU, радиально-упорные 7xxx BE в матчируемых парах, четырёхточечные QJ. Главные отличия от воздушных: специальные материалы сепараторов под хладагенты (для аммиака R717 нельзя полиамид PA66 — нужны L-PPS у NSK, латунь M или PEEK PH), учёт разбавления масла хладагентом при расчёте ресурса, обязательные PTFE-уплотнения между подшипниковой камерой и роторной зоной. Главные производители холодильных компрессоров: Howden XRV (серия специально под подшипники качения), Bitzer (HSN, HSK, CSH), Mycom (Mayekawa), GEA Grasso, Frick (Johnson Controls), Refcomp. Хладагенты: R717 (аммиак), R134a, R404A, R407C, R410A, R507. Ресурс подшипников — 40 000–80 000 часов работы (5–10 лет).

Винтовой холодильный компрессор — особенности

Винтовые холодильные компрессоры — это основа индустриальной холодильной техники. Применяются везде, где требуется большой расход хладагента: пищевые склады, мясокомбинаты, молочные комбинаты, химические производства, ледовые арены, торговля, рыбные комбинаты, фармацевтика.

По способу сжатия и взаимодействия с маслом холодильные компрессоры делятся на:

• Oil-injected (с впрыском масла) — основной тип. Масло впрыскивается в роторную камеру для уплотнения зазоров между роторами, отвода тепла сжатия и смазки контакта роторов. После сжатия отделяется в маслоотделителе. По данным SKF, такие компрессоры работают со скоростью вращения роторов 3 000–6 000 об/мин при ndm подшипников 250 000–650 000.
• Liquid refrigerant injected (с впрыском жидкого хладагента) — вместо масла впрыскивается жидкий хладагент. Тепло сжатия используется на испарение хладагента. Применяются SKF Pure Refrigerant Lubricated bearings либо подшипники в изолированной от компрессионной камеры опоре.
• Dry running (сухие) — без впрыска. Роторы разделены тайминг-шестернями, не касаются друг друга. Скорость 10 000–25 000 об/мин, ndm 800 000–1 200 000. Применяются преимущественно для специальных газов, в холоде менее распространены.

Хладагенты и совместимость подшипников

Список хладагентов, с которыми работают винтовые холодильные компрессоры:

Источник: Howden Brochure, SKF Application Handbook.

Совместимость сепараторов с хладагентами

По данным SKF Application Handbook, температурные пределы материалов сепараторов в разных средах:

Главный вывод: для аммиачных компрессоров полиамидный сепаратор PA66 практически непригоден (только до 80°C ограниченно). Если в каталоге запчастей значится подшипник с суффиксом P или TN9 для аммиачного компрессора — это означает, что производитель использует специальную модификацию полиамида либо ограничивает рабочую температуру. Для надёжной замены безопаснее выбрать:

• L-PPS (NSK суффикс T7) — флагман для холодильных компрессоров
• Машинную латунь M (SKF, FAG, NSK) — универсальный для всех хладагентов
• PEEK PH — для высоких температур и высоких скоростей

Разбавление масла хладагентом — влияние на ресурс

Это специфическое для холодильных компрессоров явление. В oil-injected компрессорах часть впрыскиваемого масла растворяется в хладагенте (или хладагент растворяется в масле — зависит от типа). Это изменяет вязкость масла, поступающего в зону трения подшипника.

По данным SKF Application Handbook, для расчёта ресурса подшипника по методу SKF Rating Life (с учётом фактора смазки κ) необходимо:

1. Определить степень разбавления масла хладагентом по графику Daniel plot (зависит от температуры и давления)
2. Найти вязкость смеси масло-хладагент при рабочей температуре
3. Применить корректирующий множитель, потому что вязкость-давление коэффициент смеси отличается от чистого масла
4. Рассчитать фактическое κ и aSKF

На практике для большинства применений достаточно использовать рекомендуемые производителем компрессора масла и поддерживать их чистоту через фильтрацию β₃(c) = 200 или βᵤ₀(c) = 75. Тогда ресурс будет соответствовать паспортному.

Тип масла под хладагент

• POE-масла (полиолэстер) — применяются с R134a, R404A, R407C, R410A, R507. Миксибельны с этими хладагентами. Без POE масло и хладагент разделяются, и масло не возвращается в компрессор.
• PAG-масла (полиалкиленгликоль) — применяются с R1234ze, новыми HFO-хладагентами. Гигроскопичны, требуют осторожности при хранении.
• PAO-масла (полиальфаолефины) — синтетические для специальных применений, в том числе для аммиака с высокой стабильностью.
• Минеральные — для R717 (аммиак) и старых R502. Не миксибельны с фреонами HFC.

Все синтетические масла (POE, PAG, PAO) имеют более высокий индекс вязкости (130–200), чем минеральные (95), что означает меньшее изменение вязкости при нагреве. Это часто компенсирует фактор разбавления хладагентом.

По SKF, типовой класс вязкости для холодильных компрессоров — ISO VG 46 или ISO VG 68, в специальных случаях VG 100 или VG 32.

PTFE-уплотнения в холодильных компрессорах

Холодильные компрессоры используют PTFE-уплотнения (политетрафторэтилен) между подшипниковой камерой и роторной зоной компрессора. По SKF Application Handbook, PTFE-уплотнения играют критическую роль:

• Предотвращают попадание хладагента в подшипниковую камеру (защищая подшипники от разбавления масла)
• Предотвращают попадание масла в роторную камеру (защищая КПД от потерь масла)
• Работают при больших перепадах давления между двумя камерами

Свойства PTFE

• Отличная химическая стойкость к аммиаку, всем фреонам, маслам всех типов
• Температурный диапазон от -200°C до +260°C
• Очень низкий коэффициент трения
• Устойчивость к старению
• Низкая ползучесть

SKF выпускает специальные PTFE seals в виде кассет и манжет, разработанных под конкретные применения винтовых компрессоров. Уплотнения часто заменяются вместе с подшипниками в едином сервисном комплекте.

Howden XRV — серия для холодильных применений

Howden XRV — это специальная серия винтовых компрессоров для холодильных применений с подшипниками качения, разработанная британским концерном Howden (теперь часть Chart Industries). Это одна из самых распространённых в мировой холодильной отрасли серий компрессоров — установлено десятки тысяч единиц по всему миру.

Особенности конструкции XRV

По данным Howden Brochure:

• Single wall construction — одинарный корпус, в отличие от серии WRV с двойным корпусом
• Подшипники качения на каждом роторе
• Без отдельного масляного насоса в 90%+ установок — смазка осуществляется циркуляцией масла под действием перепада давления компрессора. Это снижает количество вспомогательного оборудования.
• Slide valve capacity control — управление производительностью от 100% до 10%
• Variable Vi — адаптивный или ручной механизм изменения внутреннего объёмного отношения
• Отдельные крышки концевых частей корпуса дают лёгкий доступ к подшипникам для обслуживания
• Подходит для горизонтальных сепараторов

Размерный ряд XRV

По Howden Brochure, в линейке XRV следующие модели:

Подшипники в XRV

Точный набор подшипников зависит от модели XRV, но типовая конфигурация — цилиндрические NU как опорные с обеих сторон каждого ротора + радиально-упорные шарикоподшипники (либо четырёхточечные QJ) на стороне нагнетания как упорные. Точные артикулы приведены в каталоге запчастей Howden для конкретной серии и серийного номера.

Howden поставляет запасные подшипники в комплектах с сертификатом «Original Spare Parts». При желании можно заказать эквивалентные подшипники у SKF, FAG, NSK с сохранением всех важных параметров — типоразмера, группы зазора, преднатяга, типа сепаратора (важно для аммиачных и фреоновых применений).

Другие производители холодильных компрессоров

Bitzer (Германия)

Bitzer — крупнейший немецкий производитель холодильных компрессоров. Серии винтовых компрессоров:

• HSN, HSK — open type (открытые) винтовые компрессоры
• CSH — semi-hermetic (полугерметичные) винтовые компрессоры
• OS — отдельные серии для специальных применений

Хладагенты: R134a, R404A, R407C, R410A, R507, R744 (CO₂) для отдельных серий. Bitzer — немецкая компания, и в OEM-комплектации преимущественно используются подшипники Schaeffler/FAG.

Mycom / Mayekawa (Япония)

Mycom — японский лидер по аммиачным компрессорам, особенно для пищевой промышленности. Серии винтовых компрессоров покрывают широкий диапазон производительности.

Основные хладагенты: R717 (аммиак), R134a, R404A. В OEM-комплектации применяются преимущественно подшипники NSK и NTN с латунными сепараторами либо L-PPS (для совместимости с аммиаком).

GEA Grasso (Германия / Нидерланды)

GEA Refrigeration Technologies — большой европейский игрок в индустриальном холоде. Серии Grasso для винтовых компрессоров — открытые и полугерметичные модели для аммиака и фреонов. Применяются в пищевой промышленности, фармацевтике, химии.

Frick (Johnson Controls, США)

Frick — крупный американский производитель индустриальных аммиачных систем. Винтовые компрессоры серий RWB, RXB, RDB. Применяются на крупных пищевых складах, мясокомбинатах, в нефтехимии.

Refcomp (Италия), Vilter, Hanbell, Fusheng

Дополнительные производители винтовых холодильных компрессоров:

• Refcomp — итальянский производитель компактных холодильных компрессоров
• Vilter (Emerson, США) — аммиачные системы для индустрии
• Hanbell (Тайвань) — холодильные и воздушные компрессоры; модель RC2-410 исследовалась в работе TwinMesh 2018
• Fusheng (Тайвань) — массовые компрессоры для холода и пневматики

Алгоритм подбора подшипника для холодильного компрессора

1. Определить хладагент. Это первый фильтр — для R717 (аммиак) сразу исключаем сепаратор PA66.
2. Определить рабочую температуру подшипниковой камеры. Для большинства холодильных компрессоров это 60–90°C. Для высокотемпературных применений (тепловые насосы, химия) — до 120°C.
3. Подобрать сепаратор:
   • Для аммиака: L-PPS (T7 у NSK), латунь машинная (M у SKF), PEEK PH
   • Для фреонов до 110°C: полиамид допустим (P у SKF, TN9 у FAG); но лучше латунь или L-PPS
   • Для высоких температур: латунь или PEEK
4. Сохранить оригинальный артикул производителя (Howden, Bitzer, Mycom, GEA), либо подобрать прямой аналог SKF/FAG/NSK.
5. Сохранить группу зазора и матчируемую пару — стандартные принципы из статьи о замене подшипников.
6. Заказать PTFE-уплотнения — обязательно меняются вместе с подшипниками.
7. Подобрать совместимое масло — POE для большинства фреонов, минеральное для аммиака.

Ресурс и плановая замена

Типовой ресурс подшипников в винтовом холодильном компрессоре — 40 000–80 000 часов работы, что соответствует 5–10 годам непрерывной эксплуатации. Это выше, чем в воздушных компрессорах (30 000–60 000 часов), потому что:

• Холодильные компрессоры работают в более стабильном режиме
• Меньше циклов запуска-останова
• Чистая среда (фильтрация масла, нет атмосферной пыли)
• Стабильные температуры и давления

При плановой замене подшипников рекомендуется одновременно менять:

• PTFE-уплотнения (расходник, теряет свойства за тот же ресурс)
• Масло (старое теряет свойства, в нём накопились загрязнения)
• Масляный фильтр
• Уплотнения корпуса и сальники вала

Связанные статьи хаба

• Подшипники для винтовых компрессоров — обзор и подбор — общее введение
• Какие подшипники стоят в винтовом компрессоре — типы, серии, артикулы NSK и SKF
• Замена подшипников винтового компрессора — практическое руководство
• Подшипники винтовых компрессоров для нефтегаза и химии

Где купить подшипники для холодильных компрессоров

Оригинальные и аналоговые подшипники для винтовых холодильных компрессоров Howden XRV, Bitzer HSN/HSK/CSH, Mycom, GEA Grasso, Frick, Refcomp, Vilter, Hanbell, Fusheng — в нашем каталоге подшипников для компрессоров. Доступны:

• Подшипники с сепаратором L-PPS для аммиачных компрессоров (NSK T7)
• Подшипники с латунным сепаратором M для универсальной совместимости с хладагентами (SKF, FAG, NSK)
• Матчируемые пары 7xxx BE с преднатягом GA, GB или осевым зазором CB
• Четырёхточечные QJ для упорных позиций
• PTFE-уплотнения SKF

Отправьте марку и серийный номер вашего холодильного компрессора — подберём комплект подшипников и уплотнений для замены.

Краткие ответы на частые вопросы