制冷压缩机的润滑油选用分析

经春华

(江苏扬农化工集团瑞祥化工有限公司,江苏扬州211900)

0 引 言

在实际的制冷维修和制冷运行维护工作中,很多工作人员在更换冷冻油时,往往对冷冻油的种类、型号模糊不清,只知道照 “吩咐”和以往经验办事;更有甚者只看外包装 “差不多”就加以使用。随着新型环保制冷剂,如:R134a、R600a、R407C、R417、R410A等在制冷设备中的大量使用,维修人员对此类制冷设备更换润滑油时更感到茫然,有的维修人员甚至不管原制冷系统用的是哪种制冷剂,便随意添加一种冷冻油,给制冷系统带来了严重的故障隐患。

1 制冷系统中润滑油的具体作用

冷冻油是制冷压缩机的润滑油,在制冷压缩机中主要起润滑、密封 (控制容积的间隙)、防锈、清洗和冷却等作用,当然有的制冷系统中也用冷冻油作为能力卸载压力用油如,螺杆机组的滑阀驱动等。冷冻油在制冷系统中,也是不断循环的,通常称之为油路。不同压缩机类型、机组规模,制冷系统的冷冻油的循环方式不同。在活塞式和螺杆式压缩机的制冷系统中,冷冻油分别对轴承、压缩机控制容积 (气缸或啮合齿轮、螺杆)摩擦副和控制系统执行机构产生作用;其中在压缩机控制容积中,冷冻油与制冷剂直接接触、发生混合。在大型系统(冷水机组、中央空调制冷机组等)一般设有油分离器,由压缩机排出的制冷剂-油混合物在油分离器中被分出大部分的油,分出的油经冷却器冷却、油过滤器回到压缩机的曲轴箱,经油泵加压后进行下次的循环;少量分不出的油则随制冷剂在制冷系统内循环或之类在相关设备内,难以回到曲轴箱。而小型系统 (例如冰箱、家用空调等)则是油则随制冷剂在制冷系统内循环,从吸气管回到压缩机,经飞溅装置重新进入油路循环。而离心制冷系统,制冷剂不与润滑系统用油直接接触,所以可根据轴承润滑理论来选用合适的工业润滑油;当气体泄漏而影响润滑系统中用油时,也应选用压缩机专用润滑油;当附带有增速齿轮时,则齿轮箱用油应选用具有一定抗磨性的润滑油。

2 制冷系统中润滑油的要求

2.1 制冷系统中润滑油的一般要求

冷冻油是制冷压缩机的润滑油,也具备润滑油的基本理化性能,见表1,这些理化性能可以说明润滑油的内在质量。

表1 制冷系统中润滑油的基本特性要求

2.2 制冷系统中润滑油的特殊要求

冷冻油是在制系统内部工作时会遇到一些特殊的工作环境如,冷冻油与制冷剂直接接触,少量冷冻机油会随制冷剂参与冷冻循环,在全封闭压缩机中,冷冻油与电机的线圈及密封件等材料密切接触,冷冻机油处于压缩机排气阀的高温和膨胀阀、蒸发器的低温等极端的温度条件下工作等等。因此,制冷系统对冷冻油也有一些特殊要求,见表2。

(1)良好的热化学稳定性。在制冷剂、油、金属共存的系统中,高温会促使润滑油发生化学反应,导致油的分解、劣化,生成沉积物和焦炭,润滑油分解后产生的酸还会腐蚀电气绝缘材料。

(2)吸水性。若润滑油具有较强的亲水性,会带入一定量的水分进入系统,在毛细管中水形成冰晶而堵塞系统,从而形成 “冰堵”现象。尤其在小型氟利昂系统中 (家用冰箱、空调)应该注意。

(3)良好的低温流动性。从制冷循环系统的蒸发器出口到压缩机的入口,很容易发生因油的低温流动性差而发生的一系列问题。特别是R502、R503、R13和氨的制冷系统,冷冻油可能会在蒸发器盘管等低温部位滞留、“池积”,影响系统的运转。

表2 制冷循环系统对冷冻机油性能的要求

(4)与制冷剂的互溶性良好。互溶性好,在换热器传热管内表面不易形成油膜,对换热有利;否则会影响冷凝器和蒸发器的换热效率。另外,互溶性较好,在蒸发器和低温设备内不会发生 “池积”,有利于压缩机回油。

(5)黏度。冷冻油黏度是一个重要参数,考核该参数取决于润滑油与制冷剂混合物的黏度,而不仅仅是润滑油本身的黏度。冷冻油黏度过大,会使机械摩擦功率、摩擦热量和启动电流增大,高粘度润滑油也可能在毛细管内形成 “蜡堵或 “油弹”。黏度过小,不能形成所需的油膜,无法达到应有的润滑效果。研究表明,在条件允许的情况下尽量选用粘度低的冷冻油,可提高压缩机的机械效率,降低起动电压,提高系统的制冷性能。

3 主流制冷剂系统的常用冷冻油

冷冻油要求低中和值和皂化值,非常低的灰尘和水份含量,以及适当的粘度。对于碳氢制冷剂,最多使用主要成分为矿物油。而HCFCs制冷剂,则使用的是烷基苯油类 (AB),汽车空调系统,使用的是聚亚烷基二醇润滑油 (PAG)。中期制冷剂替代品,如HFCs(R134a)和混合制冷剂 (如R410A)可用POE。聚α-烯烃润滑油 (PAO)在低温下具有较高的流动性,通常应用于氨系统中;它和氨并不相溶,但是氨系统中使用满液式蒸发器,不相溶的润滑油可以通过从蒸发器的底部排出,也能较容易地回到压缩机中。主流制冷剂系统的常用冷冻油见表3。

表3 制冷空调系统常用的润滑油种类及特性要求

总体上来说,PAG(多元烷基醇类润滑油),吸湿性强与氯不相容;它不适合使用在容易进入水蒸汽的制冷系统。POE(多元醇醋润滑油),高温热稳定性好,有很好的清洁效应,应用广泛。AB油(烷基苯润滑油),低温流动性好,但其与HFC制冷剂相溶有限,影响了其应用;PAO(聚a-烯烃润滑油),在低温下具有较高的流动性,它们通常应用于氨系统中。矿物油通常具有较小的极性,它们只能溶解极性较弱或非极性的制冷工质中,如R600a,R12等。

4 结论

制冷压缩机的种类很多,对冷冻机油的性能要求不尽相同。即使是同一种制冷压缩机,由于所用的制冷剂不同,工作状态不同,对冷冻机油的性能要求也存在着很大差异。因此,只有根据制冷压缩机的种类和工作状况以及制冷剂的类型正确选择冷冻机油,才能保证制冷设备安全、可靠地运转,确保制冷压缩机的寿命,提高制冷系统的效率和降低设备的电力消耗。有关为制冷剂选择适当的润滑剂,建议按照压缩机生产商或润滑油生产商的资料进行。

若缺乏相应资料,应跟据本所述的情况仔细分析选用,再通过测定系统的制冷量、COP、压缩机的机壳温度、启动电压、噪声等参数来衡量。

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[3]李雁秋,康茵等.冷冻机油对R600a型冰箱压缩机制冷性能的影响[J].石油炼制与化工,2011,42(1)

[4]朱志伟.制冷剂R161与POE润滑油相溶性的理论与实验研究[D].浙江大学硕士论文,2008