冷冻机油的选择①

2011-01-10杨明,丁炜

低温与特气 2011年3期

关键词：冷冻机闪点矿物油

杨明,丁炜

(大连冷冻机股份有限公司,辽宁大连 116033）

·低温与制冷·

冷冻机油的选择①

杨明,丁炜

(大连冷冻机股份有限公司,辽宁大连 116033）

论述制冷系统对冷冻机油的性质要求,提出冷冻机油的选用方法。

冷冻机;性质;分类;选择

随着我国经济建设的发展,制冷设备在各个领域被大量应用。根据中国制冷空调工业协会(CRAA）的统计,2010年中国制冷空调行业的工业总产值超过 4000亿元,其中 2010年工商制冷空调行业累计实现工业总产值 1800多亿元,与 2009年同比增长 30%以上[1]。由于制冷设备应用领域的扩宽和新工质的应用,对冷冻机油提出了更加严格的要求,本文阐述不同条件下对冷冻机油的要求及其选择。

1 冷冻机油的主要作用[2]

1.1 润滑作用

冷冻机中有很多运动部件,如活塞压缩机的活塞和曲轴,螺杆压缩机的转子和油活塞等。冷冻机油能在运动零部件表面形成一层油膜,减少零部件的磨损,可提高冷冻机的机械效率,延长设备使用寿命。

1.2 密封作用

冷冻机油对零部件之间的间隙起着密封作用,防止或减少气体泄漏,提高冷冻机的容积效率,从而确保冷冻机的制冷能力。

1.3 冷却作用

冷冻机油能带走摩擦热量及气体在压缩过程中所产生的部分热量。对喷油温度和喷油量的控制使摩擦零部件的温度保持在允许范围内,排气温度降低,确保机器正常运行,并提高设备的机械效率。

1.4 消声作用

冷冻机油能吸收部分运动零部件的震动,阻挡声音传递,降低设备在运行中的噪音。

1.5 动力作用

在多缸活塞压缩机中,利用油压作为能量调节机构的动力,控制其卸载装置,从而控制投入运行的气缸数量;在螺杆压缩机中,以油压作为动力,控制滑阀的位置,调节压缩机的吸气量和内容积比,使压缩机组适应用户负荷并处于最节能的状态。

2 冷冻机油主要要求

2.1 适当的粘度

粘度过大,油膜承载能力大,易于保持液体润滑,但流动阻力过大,压缩机的摩擦功和启动力矩增大;粘度过小,流动阻力小、摩擦热少,但不易形成润滑油膜,油封效果差。

2.2 良好的低温性能

冷冻机油应具有良好的低温流动性。在蒸发器内,冷冻机油因温度低而粘度增大,流动性变差,影响蒸发器的换热。冷冻机油的凝固点至少应比制冷系统的蒸发温度低 2.5℃,最好低 5～10℃。

2.3 一定的闪点

冷冻机油的闪点过低,在设备运行过程中会有油品爆炸的危险;闪点过高,油品馏分重,粘度亦大,沥青质等含量高,使用时易积碳。所以闪点应比压缩机的排气温度高 25～30℃。

2.4 良好的化学稳定性

冷冻机油应具有良好的化学稳定性,以免与制冷剂、空气、水等物质接触时引起分解、聚合和氧化反应,生成积碳。

2.5 微量的水和机械杂质

含水量应越低越好,以免产生冰堵、腐蚀、“镀铜”等机械故障,含水量应小于 20～40 m g/ kg。冷冻机油中的机械杂质会加速零部件磨损和油路堵塞,一般不应超过 0.01% (以重量计）。

2.6 冷冻机油与制冷剂的溶解性能

制冷剂溶解于冷冻机油的性质应从两个方面来分析。如果制冷剂与润滑油能任意互溶,其优点是润滑油能与制冷剂一起渗到压缩机的各个部件,为机体润滑创造良好条件,且在蒸发器和冷凝器的换热面上不易形成阻碍传热的油膜;其缺点是从压缩机组中带出的冷冻机油量过多,并且使蒸发器的蒸发温度升高。如果润滑油微溶于制冷剂,其优点是从压缩机组中带出的油量较少,故蒸发器的蒸发温度较稳定;其缺点是在蒸发器和冷凝器换热面上会形成很难清除的油膜,影响换热能力。

此外,冷冻机油对灰分等控制也有较高的要求,用于全封闭和半封闭压缩机的油品还要满足电绝缘性的要求[3]。

3 冷冻机油的分类

冷冻机油按基础油不同可分为矿物油型冷冻机油和合成烃型冷冻机油。

表 1 各种冷冻机油性能比较Table 1 The comparing of refrigeration oilsproperty

3.1 矿物油型冷冻机油

矿物油型冷冻机油主要成分是通过原油蒸馏、溶剂提炼和脱蜡等工艺得到的各种粘度的矿物油,矿物油化学成分包括高沸点、高分子量烃类和非烃类混合物,含量一般占成品油 95%以上。按照不同的需求在矿物油的基础上加入添加剂改变其特性,使其具有更好的性能,主要的添加剂包括减磨剂、防腐蚀剂、抗水剂、分散剂、抗泡沫剂、抗氧化剂和防锈剂等。

3.2 合成烃型冷冻机油

合成烃型冷冻机油的主要成分是采用有机合成方法制备的有机液体。它具有稳定化学结构和特殊性能。制备合成油的原料可以是动植物油脂,也可以用石油或其它化工产品。在化学组成上,合成基础油的每一个品种都是单一的纯物质或同系物的混合物,构成合成基础油的主要元素是碳、氢等。此外,在碳氢结构中引入含有氧、硅、磷和卤族元素的官能团是合成基础油的主要特征。合成烃型冷冻机油主要有聚α烯烃 (PAO）、双酯 (AB）、聚多元醇酯 (POE）、聚醚类 (PAG）等 4种。

3.3 冷冻机油的比较

矿物油型冷冻机油由于工艺成熟,原材料来源广泛,价格低廉,是制冷行业应用最为广泛的冷冻机油。合成油型冷冻机油的价格比矿物油型冷冻机油昂贵得多,但与矿物油相比合成油具有更优良性质 (见表 1）,使用寿命长,综合经济效益仍超过普通矿物油,可以满足一般矿物油型冷冻机油所不能承受的使用要求。

4 冷冻机油的选用

4.1 根据制冷压缩机的密封程度选择

半封闭式和全封闭式制冷设备,由于电动机和压缩机一起封闭在一个机壳内,电动机与冷冻机油接触,因此要求冷冻机油具有良好的绝缘性能(击穿电压不小于 25 kV）,即要求冷冻机油中的含水量要小 (小于 40×10-6或者通过爆声试验）。另外,冷冻机油冷却条件较差,因此其使用的冷冻机油要有较好的抗氧化安定性和稳定性。

开启式制冷压缩机的电动机与冷冻机油不接触,设备散热条件好,冷冻机油工作条件相对要缓和些,而且开启式制冷压缩机能经常换油。所以此种压缩机对冷冻机油的要求比半封闭式和全封闭式要低。

表 2 常用制冷剂与冷冻机油选配Table 2 Them atching of common refrigerants and refrigeration oils

4.2 根据制冷压缩机类型选用

制冷压缩机的种类很多,由于冷冻机油在各类制冷压缩机所处的工作条件不同,所以对冷冻机油提出不同的质量要求。

活塞式制冷压缩机中冷冻机油工作温度高,润滑油容易氧化变质,要求使用抗氧化安定性好的冷冻机油。气缸排出口处温度高,要求润滑油有较高的闪点,一般闪点要求比排气温度高 15～30℃左右。同时,高温会使润滑油粘度下降较多,所以冷冻机油粘度就要选得高些。为了保证高温润滑作用和低温流动能力,冷冻机油要有适宜的粘度指数。

螺杆制冷压缩机可分为无油压缩机和喷油压缩机。其中无油压缩机的冷冻机油与制冷剂不接触,主要在润滑性能、寿命和价格之间权衡,通常选用价格低廉的矿物油,但要加入抗泡沫剂、防腐蚀和减磨剂。喷油压缩机的冷冻机油与工质直接接触,冷冻机油会溶解制冷剂,当冷冻机油喷入压缩机低压工作腔时溶解度下降,会产生大量的闪发蒸气,因此对于 R717和 R22的机组多采用矿物油,但也有为提高使用寿命采用合成油,当蒸发温度较低(一般低于 -45℃）或采用 R134a、R407c和R401a等制冷剂时要采用合成油。

在离心式制冷压缩机中由于主轴穿过外壳的地方有设计良好的轴封,只允许少量制冷剂泄入油箱,而润滑油基本上不会泄入制冷剂中,所以原则上润滑油只起轴承润滑及密封作用。又因润滑油工作温度也不高,所以一般可以选用精制深度较高的汽轮机油。

4.3 根据制冷剂类型选用

制冷系统所用的制冷剂种类很多,常用的有R717、R22、R134a和 R507a等,此外还有 R744和 R290等。因为几乎所有制冷剂都要与制冷机中的冷冻机油接触,制冷剂与冷冻机油相互溶程度、有无化学反应等都会影响冷冻机油的粘度、凝点等因素。而且考虑到应用不同制冷剂时的制冷系统工作条件 (如排气温度、压力等）也不相同,所有这些都会影响冷冻机油的润滑条件,所以选择冷冻机油时必须考虑所用的制冷剂。常用制冷剂与冷冻机油的选配见表 2。