制冷壓縮機的潤滑油選用分析

經春華

(江蘇揚農化工集團瑞祥化工有限公司,江蘇揚州211900)

0 引 言

在實際的制冷維修和制冷運行維護工作中,很多工作人員在更換冷凍油時,往往對冷凍油的種類、型號模糊不清,只知道照 “吩咐”和以往經驗辦事;更有甚者只看外包裝 “差不多”就加以使用。隨著新型環保制冷劑,如:R134a、R600a、R407C、R417、R410A等在制冷設備中的大量使用,維修人員對此類制冷設備更換潤滑油時更感到茫然,有的維修人員甚至不管原制冷系統用的是哪種制冷劑,便隨意添加一種冷凍油,給制冷系統帶來了嚴重的故障隱患。

1 制冷系統中潤滑油的具體作用

冷凍油是制冷壓縮機的潤滑油,在制冷壓縮機中主要起潤滑、密封 (控制容積的間隙)、防銹、清洗和冷卻等作用,當然有的制冷系統中也用冷凍油作為能力卸載壓力用油如,螺桿機組的滑閥驅動等。冷凍油在制冷系統中,也是不斷循環的,通常稱之為油路。不同壓縮機類型、機組規模,制冷系統的冷凍油的循環方式不同。在活塞式和螺桿式壓縮機的制冷系統中,冷凍油分別對軸承、壓縮機控制容積 (氣缸或嚙合齒輪、螺桿)摩擦副和控制系統執行機構產生作用;其中在壓縮機控制容積中,冷凍油與制冷劑直接接觸、發生混合。在大型系統(冷水機組、中央空調制冷機組等)一般設有油分離器,由壓縮機排出的制冷劑-油混合物在油分離器中被分出大部分的油,分出的油經冷卻器冷卻、油過濾器回到壓縮機的曲軸箱,經油泵加壓后進行下次的循環;少量分不出的油則隨制冷劑在制冷系統內循環或之類在相關設備內,難以回到曲軸箱。而小型系統 (例如冰箱、家用空調等)則是油則隨制冷劑在制冷系統內循環,從吸氣管回到壓縮機,經飛濺裝置重新進入油路循環。而離心制冷系統,制冷劑不與潤滑系統用油直接接觸,所以可根據軸承潤滑理論來選用合適的工業潤滑油;當氣體泄漏而影響潤滑系統中用油時,也應選用壓縮機專用潤滑油;當附帶有增速齒輪時,則齒輪箱用油應選用具有一定抗磨性的潤滑油。

2 制冷系統中潤滑油的要求

2.1 制冷系統中潤滑油的一般要求

冷凍油是制冷壓縮機的潤滑油,也具備潤滑油的基本理化性能,見表1,這些理化性能可以說明潤滑油的內在質量。

表1 制冷系統中潤滑油的基本特性要求

2.2 制冷系統中潤滑油的特殊要求

冷凍油是在制系統內部工作時會遇到一些特殊的工作環境如,冷凍油與制冷劑直接接觸,少量冷凍機油會隨制冷劑參與冷凍循環,在全封閉壓縮機中,冷凍油與電機的線圈及密封件等材料密切接觸,冷凍機油處于壓縮機排氣閥的高溫和膨脹閥、蒸發器的低溫等極端的溫度條件下工作等等。因此,制冷系統對冷凍油也有一些特殊要求,見表2。

(1)良好的熱化學穩定性。在制冷劑、油、金屬共存的系統中,高溫會促使潤滑油發生化學反應,導致油的分解、劣化,生成沉積物和焦炭,潤滑油分解后產生的酸還會腐蝕電氣絕緣材料。

(2)吸水性。若潤滑油具有較強的親水性,會帶入一定量的水分進入系統,在毛細管中水形成冰晶而堵塞系統,從而形成 “冰堵”現象。尤其在小型氟利昂系統中 (家用冰箱、空調)應該注意。

(3)良好的低溫流動性。從制冷循環系統的蒸發器出口到壓縮機的入口,很容易發生因油的低溫流動性差而發生的一系列問題。特別是R502、R503、R13和氨的制冷系統,冷凍油可能會在蒸發器盤管等低溫部位滯留、“池積”,影響系統的運轉。

表2 制冷循環系統對冷凍機油性能的要求

(4)與制冷劑的互溶性良好。互溶性好,在換熱器傳熱管內表面不易形成油膜,對換熱有利;否則會影響冷凝器和蒸發器的換熱效率。另外,互溶性較好,在蒸發器和低溫設備內不會發生 “池積”,有利于壓縮機回油。

(5)黏度。冷凍油黏度是一個重要參數,考核該參數取決于潤滑油與制冷劑混合物的黏度,而不僅僅是潤滑油本身的黏度。冷凍油黏度過大,會使機械摩擦功率、摩擦熱量和啟動電流增大,高粘度潤滑油也可能在毛細管內形成 “蠟堵或 “油彈”。黏度過小,不能形成所需的油膜,無法達到應有的潤滑效果。研究表明,在條件允許的情況下盡量選用粘度低的冷凍油,可提高壓縮機的機械效率,降低起動電壓,提高系統的制冷性能。

3 主流制冷劑系統的常用冷凍油

冷凍油要求低中和值和皂化值,非常低的灰塵和水份含量,以及適當的粘度。對于碳氫制冷劑,最多使用主要成分為礦物油。而HCFCs制冷劑,則使用的是烷基苯油類 (AB),汽車空調系統,使用的是聚亞烷基二醇潤滑油 (PAG)。中期制冷劑替代品,如HFCs(R134a)和混合制冷劑 (如R410A)可用POE。聚α-烯烴潤滑油 (PAO)在低溫下具有較高的流動性,通常應用于氨系統中;它和氨并不相溶,但是氨系統中使用滿液式蒸發器,不相溶的潤滑油可以通過從蒸發器的底部排出,也能較容易地回到壓縮機中。主流制冷劑系統的常用冷凍油見表3。

表3 制冷空調系統常用的潤滑油種類及特性要求

總體上來說,PAG(多元烷基醇類潤滑油),吸濕性強與氯不相容;它不適合使用在容易進入水蒸汽的制冷系統。POE(多元醇醋潤滑油),高溫熱穩定性好,有很好的清潔效應,應用廣泛。AB油(烷基苯潤滑油),低溫流動性好,但其與HFC制冷劑相溶有限,影響了其應用;PAO(聚a-烯烴潤滑油),在低溫下具有較高的流動性,它們通常應用于氨系統中。礦物油通常具有較小的極性,它們只能溶解極性較弱或非極性的制冷工質中,如R600a,R12等。

4 結論

制冷壓縮機的種類很多,對冷凍機油的性能要求不盡相同。即使是同一種制冷壓縮機,由于所用的制冷劑不同,工作狀態不同,對冷凍機油的性能要求也存在著很大差異。因此,只有根據制冷壓縮機的種類和工作狀況以及制冷劑的類型正確選擇冷凍機油,才能保證制冷設備安全、可靠地運轉,確保制冷壓縮機的壽命,提高制冷系統的效率和降低設備的電力消耗。有關為制冷劑選擇適當的潤滑劑,建議按照壓縮機生產商或潤滑油生產商的資料進行。

若缺乏相應資料,應跟據本所述的情況仔細分析選用,再通過測定系統的制冷量、COP、壓縮機的機殼溫度、啟動電壓、噪聲等參數來衡量。

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[4]朱志偉.制冷劑R161與POE潤滑油相溶性的理論與實驗研究[D].浙江大學碩士論文,2008