Get Adobe Flash player

ЦИРКУЛЯЦИЯ МАСЛА В ХОЛОДИЛЬНОЙ СИСТЕМЕ.

 

Часть 1.Общая проблематика циркуляции масла в холодильной системе.

Масло в холодильных установках служит для:

- уменьшения силы трения и снижения износа трущихся деталей компрессора;

- отвода части теплоты, эквивалентной работе сил трения;

- удаления мелких частиц - продуктов изнашивания сопрягаемых пар;

- повышения герметичности частей механизмов, участвующих в компрессии.

В процессе контакта масла и хладагента, часть масла уносится из компрессора через нагнетательные клапаны и циркулирует по системе.  Проектировщик при разработке холодильной системы должен максимально снизить выброс масла из компрессора и обеспечить условия для максимально быстрого его возврата из системы в компрессор.

 

 

Факторы, влияющие на унос масла:

1)         свойства масла первоначальные и в процесс эксплуатации;

Важными свойствами масла являются: вязкость, смешиваемость с хладагентом, температура вспышки, температура застывания, чистота. Вязкость масла должна находиться в определенных пределах. Слишком жидкое масло не образует масляной пленки на трущихся частях, слишком вязкое плохо проникает в механизмы с малыми зазорами.  Чем выше температуры вспышки, тем более устойчиво масла к воздействию высоких температур  в зоне нагнетания. Чем ниже температура застывания, тем эффективнее смазка при низких температурах всасывания. Для эффективной работы масло не должно содержать механических частиц. Поэтому масло загрязненное продуктами монтажа – окалиной, медной стружкой и др. мусором рекомендуется менять через 100 ч эксплуатации. Масло, поменявшее свой цвет в процессе работы в крайних режимах, также подлежит замене.  Для профилактики рекомендуется менять масло каждые  10000-12000 часов эксплуатации.

2)         конструктивные особенности компрессора (размер картера, путь прохождения всасываемого газа);

3)         температура масла;

1

Температура масла должна быть на 15…20К выше, чем температура окружающей  среды или температуры насыщения на стороне всасывания. Чем выше температура, тем ниже растворимость хладагента в масле. [1] Масло увлекается парами холодильного агента в виде мелких частиц, а также в парообразном состоянии. На рисунке показано характерное уменьшение вязкости с ростом температуры у разных типов масел. [2]

4)         величина перегрева;

Чем меньше величина перегрева, тем сильнее унос масла по причине попадания жидкого хладагента в картер компрессора, с другой стороны, чем больше температура перегрева, тем выше температура нагнетания, а значит больше вероятность уноса масла в виде паров.

5)         система возврата масла в компрессор;

Чем не совершеннее система возврата, тем вероятнее «залив» компрессора маслом, что неизбежно влечет за собой повышенный унос масла.

6)         режим работы компрессора;

При запуске компрессора в картере происходит вскипание хладагента, растворенного в масле. Частота пусков-выключений должна быть не более 6…10 раз/час, в зависимости от рекомендаций производителя компрессора.

7)         аварийные режимы;

Попадание жидкого хладагента при аварийном отключении питания из линии нагнетания или всасывания, нарастание шубы, отсутствие вакуумирования линии всасывания при перепаде высот или разнице температур, когда компрессор ниже или и холоднее испарителя.

8)         заправка жидкой фазой.

 

Факторы, влияющие на возврат масла в компрессор.

1)         эффективность системы маслоотделения;

2)         правильность проектирования трубопроводов (диаметры, уклоны, масляные петли, маслоподъемные трубопроводы);

3)         конструкция всасывающего коллектора (скорости, конструктивные особенности);

4)         особенности конструкции и работы испарителя (регулирование производительности, затопленные испарители);

5)         режим работы компрессора (способ регулирования производительности, интеллектуальная система управления).

 

Другие проблемы масла.

1. Влага  в холодильном контуре приводит к образованию кислот, и в конечном итоге к разрушению обмоток. Вследствие повышенного влагосодержания в системе в компрессоре может образоваться медная пленка, которая последовательно уменьшает рабочие зазоры в подшипниках и трущихся деталях и повышает температуру в них.

2. Возможность гидроударов по причине:

- гравитационного стекание масла на нагнетательный клапан по высокой стороне после остановки компрессора;

- аномального возврата смеси масла и фреона в картер компрессора, дальнейшее вскипание фреона и вспенивание масла с образованием газомаслянной взвеси всасываемой компрессором;

- неравномерного (избыточного) возврата масла в отдельные компрессоры из всасывающего коллектора компрессорной станции.

 

Часть 2. Некоторые особенности проектирования холодильных систем с учетом эффективной циркуляции масла

 

Влияние диаметров всасывающих трубопроводов на возврат масла.

Скорость газа во всасывающем трубопроводе рекомендуется поддерживать в диапазоне от 6 до 12 м/с. Уклон трубопроводов должен быть в сторону компрессора. Перед восходящими участками должны быть маслоподъемные петли. При соблюдении этих  трех условий обеспечивается нормальный возврат масла в компрессоры. В некоторых случаях на восходящих всасывающих трубопроводах необходимо устраивать двойные маслоподъемные трубопроводы, диаметры которых подбирают по тем же принципам, как и на линии нагнетания [4].

2

Казалось бы, нет ничего проще, взял рабочий режим установки, определился с объемным расходом, рассчитал диаметр и выбрал необходимый, отвечающий данному требованию.  Но на практике работа установки имеет как стартовый режим с повышенной объемной производительностью, так и режим работы при минимальной тепловой нагрузке, когда компрессор «уходит» на низкое кипение, а значит и на другой объем всасываемого газа и скорость меньшую, чем расчетная. Усугубляется данная ситуация в установках с регулируемой производительностью – в холодильных станциях, компрессорах с разгрузками цилиндров или с частотным регулированием. Для этих случаев правило подбора диаметров всасывающих трубопроводов звучит следующим образом: «Для гарантированного оборота масла по системе, скорость движения газа при работе компрессора в режиме частичной нагрузки не должна уменьшиться ниже 4 м/с в горизонтальных трубопроводах и 7м/с в восходящих трубопроводах.» [3]. Поэтому расчет диаметров всасывающих трубопроводов требует нескольких итераций на различных режимах работы установки.

 

 

Влияние диаметров оптимизированных всасывающих коллекторов на возврат масла.

3

Правила подбора всасывающих трубопроводов  противоположны принципам расчета всасывающих коллекторов компрессорных станций. Если для всасывающего трубопровода важны уклон в сторону компрессора и достаточно большая скорость движения газа (см. предыдущий пункт), то всасывающий коллектор должен быть абсолютно горизонтальным и иметь скорость до 1,5 м/с (до 2,5м/с в некоторых источниках). Распределение поступающего газа между компрессорами должно быть абсолютно симметричным. При таких условиях будут возникать условия для отделения масла от потока хладагента и накопление его в нижней части коллектора под действием сил гравитации.

4

Каждый работающий компрессор имеет всасывающий патрубок, входящий перпендикулярно сверху в коллектор, конец каждого патрубка имеет срез под 30о и не достает до дна коллектора 5мм. Диаметр патрубка соответствует диаметру вывода под пайку запорного вентиля компрессора на всасывании. Такая конструкция позволит маслу, находящемуся на дне коллектора возвращаться в картер работающего компрессора.

Чем выше скорость будет во всасывающем коллекторе, тем больше вероятность образования масляных «волн» и хуже возврат масла в работающий компрессор.  Для компрессоров с малым объемом заправки масла (с неглубоким картером), например серии Octagon рекомендована скорость не более 1,5 м/с.

Некоторые разработчики предлагают ориентироваться на более «демократичную» скорость  - 2,5м/с, так как размер коллектора при соблюдении малых скоростей может иметь очень большие размеры.  В  случае, если вышеуказанные условия по скоростям невозможно соблюсти, то необходимо принимать дополнительные более сложные меры для поддержания уровня масла в компрессорах: маслоотделители, масляные ресиверы, регуляторы уровня масла.

При решении проблем возврата масла следует отметить важное замечание, на которое очень часто не обращают внимание специалисты: «Эффект саморегулирования получается только в комбинации оптимизированного коллектора на линии всасывания и интеллектуальной системы управления ». [5]

Т.е. недостаточно правильно подобрать диаметры трубопроводов и коллекторов, необходимо создавать дополнительные условия для эффективного возврата масла. О чем речь? Ну, например: обязательное чередование работающих компрессоров при переменных нагрузках, соблюдение равных периодов работы компрессоров с минимальным количеством пусков в единицу времени, периодическое включение всех компрессоров, периодическое создание искусственных нагрузок в неработающих испарителях, периодическое отключение всех испарителей с обязательным вакуумированием, использование плавного регулирования давления конденсации и т.д. и т.п.

 

Влияние регулирования производительности компрессора на унос масла.

Поразительных успехов в борьбе с проблемой уноса масла добились производители мультизональных систем кондиционирования воздуха. Расстояния между наружными и внутренними блоками (следует понимать: компрессорами, испарителями и конденсаторами) измеряется сотнями метров по длине и десятками метров по высоте. При этом отсутствие проблем с уносом масла. В чем секрет? Конечно, можно предположить, что секрет тщательно замаскирован и раскрыть его невозможно как «китайскую грамоту» переплетения трубопроводов на данном снимке.

5

Один из секретов раскрывает сам производитель мультизональной системы, демонстрируя преимущества работы своих установок с компрессорами с инверторным регулированием.

6

На рисунке изображены колебания уровня масла в картере обычного компрессора с постоянной скоростью вращения вала и практически отсутствие их в компрессоре с инвертором.  [6] Разумеется, это не единственный, хотя возможно и главный, секрет стабильной работы мультизональных систем. Кроме регулирования производительности системы оснащены и оптимизированными трубопроводами с Y – образными разветвителями в качестве тройников, и электронные ТРВ, и интеллектуальное управление, и оптимальный выбор хладагента и масла, и не предельные режимы работы как по конденсации так и по испарению, характерные для промышленных холодильных систем… Но для общего применения важно понимание того факта, что именно плавный запуск компрессора практически устраняет несколько причин уноса масла. Благодаря пониженной производительности во время пуска минимально падение уровня масла в картере из-за резкого выброса хладагента и масла и снижается риск попадания жидкого хладагента из испарителя в компрессор. [7]

Что же делать, если в системе невозможно (нежелательно по коммерческим соображениям) применять инверторное регулирование? Для систем со ступенчатым регулированием существуют рекомендации по уменьшению уноса масла путем регламентированного количества включений в час (указывалось ранее) и минимального периода работы. Частые включения как это наглядно видно на рисунке вызывают избыточный унос масла в систему. Длительность работы при каждом пуске должна быть  обеспечена: до 5,5 кВт – 2мин, до 15 кВт- 3 мин, более 15 кВт – 5мин. [1] За это время, вероятно, масло должно вернуться в картер компрессора.

 

 

 

Источники.

1 - БИТЦЕР. КТ 100-6 Полугерметичные поршневые компрессоры

2 - БИТЦЕР. SТ 500-3 Свойства масел для винтовых компрессоров

3 - БИТЦЕР. КТ-100-2 Регулятор поршневых компрессоров «БИТЦЕР»

4 – Руководство  по расчету теплового баланса холодильных камер. Остров

5 –БИТЦЕР. КТ-602-1. Параллельное соединение компрессоров Octagon ® в многокомпрессорных установках.

6 - Mini - SMMS - самая экономичная мини-система кондиционирования www.toshibaaircon.ru

7 - БИТЦЕР. КТ 420-1 Использование преобразователей частоты для регулирования производительности поршневых компрессоров

30/10/2012

МСМ

www.kriofor.com.ua