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潤滑油是否適用于制冷系統,主要取決于潤滑油的特性能否滿足要求,評價潤滑油品質的主要因素有:
1、粘度
2、與制冷劑的互溶性
3、熱化學穩定性
4、吸水性
1)粘度
決定了滑動軸承中油膜的承載能力、摩擦功耗及密封能力。粘度大,則承載力強,密封性好,但流動阻力較大。
汽車空調要求所用潤滑油的粘度較高,而固定式制冷系統,特別是家用電冰箱要求是用較低粘度的潤滑油。其主要原因是高粘度潤滑油可能在毛細管內形成蠟堵或油彈現象,影響毛細管的正常工作。
2)與制冷劑的互溶性
若互溶性好,在換熱器傳熱管內表面不易形成油膜,對換熱有利,否則會造成蒸發溫度降低(在蒸發壓力不變的前提下),蒸發器的制冷效果下降。
另外,互溶性較好時,在換熱器內不會發生池積現象,有利于壓縮機回油。
但互溶使油變稀,降低油的粘度,導致壓縮機內油膜過薄,影響壓縮機潤滑。
3)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會腐蝕電氣絕緣材料。
4)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。因而在采用親水性潤滑油的系統中,**安裝干燥過濾器。
潤滑油對壓縮機的影響
1)制冷劑含油還會影響氣閥工作過程,改變制冷劑熱力性質等,從而導致壓縮機的制冷量和性能系數下降。
2)壓縮機功耗隨含油量的增加而增加,而排氣溫度正好相反,隨著含油量的增加而降低。
3)此外壓縮機排氣管道中的潤滑油內會溶解一定量制冷劑,使壓縮機的實際排氣量減少。
4)機械損壞:由于在壓縮機進氣口處潤滑油中溶解有一定量制冷劑,潤滑油的粘度會降低,導致潤滑效果下降,容易造成壓縮機機械部件損壞。
5)液擊:潤滑油由于溶解了制冷劑而導致體積增大,在壓縮機啟動過程中,曲軸箱中的壓力下降,引起溶解于潤滑油中的制冷劑沸騰,產生大量泡沫,有可能將大量的油從曲軸箱帶入氣缸,產生液擊,損壞設備。
潤滑油對冷凝器的影響
當制冷劑中潤滑油含量非常低時(約為0。01%),冷凝器內換熱系數達到一個值,但與純制冷劑時相比增幅不大,總體上,換熱系數隨著潤滑油含量的增加而降低。
同時由于潤滑油溶于制冷劑,會導致制冷劑粘度增大,從而使壓降增大。
總體而言:潤滑油的存在會削弱冷凝換熱,使冷凝器傳熱溫差增大,冷凝壓力升高。
潤滑油對毛細管的影響
制冷劑含油影響毛細管流量的原因主要有兩個方面:
1)因為油的粘度遠高于制冷劑的粘度,制冷劑中含少量油會增加混合物的粘度及相應的流動阻力,并使制冷劑提前達到飽和狀態,使得流量減小。
2)油的表面張力遠遠高于制冷劑的表面張力,制冷劑中含油會使混合物的表面張力增大,阻礙制冷劑蒸發,從而使汽化欠壓增大,延緩制冷劑的蒸發,從而增加毛細管的流量。
毛細管內有可能出現潤滑油與制冷劑相分離的現象,會影響毛細管的工作。由于小型制冷設備(如家用冰箱空調等)的毛細管直徑很小(約0。6mm),相分離嚴重時會導致蠟堵現象。
潤滑油對蒸發器的影響
一、對傳熱、換熱系數等的影響
少量潤滑油:
制冷劑中溶有少量潤滑油可以增加制冷劑的表面張力,從而改變其對管壁的表面浸潤性。此外還會在管內產生泡沫,增加管內液體與管壁的浸潤面積,同時將液膜拉薄,沿管壁分布更均勻,強化傳熱效果,從而提高蒸發換熱系數
含油較多:
1)含油較多時,蒸發器中的蒸氣基本是純制冷劑氣體,油的成分極少,隨著蒸發的進行,液相中的含油量逐步增加,會在換熱器內表面形成油膜,降低換熱系數,使蒸發曲線下降,傳熱溫差增大。
2)同時蒸發器出口處潤滑油中溶有部分未蒸發的制冷劑,這部分潛熱無法被充分利用,從而導致制冷量減小。
3)蒸發器中潤滑油的存在將影響制冷劑沸騰時氣泡的形成,減小氣泡的生成速度和頻率,削弱成核過程中的熱傳遞,從而降低換熱效果。
二、對壓降的影響
1)在蒸發器末端,隨著制冷劑的蒸發,以及溫度升高造成的制冷劑在潤滑油中溶解度的降低,混合物中制冷劑含量越來越低,混合物粘度逐漸增大,從而直接造成蒸發器末端換熱系數的減小和壓降增加。
2)當含油量達到5%時,與無潤滑油時相比,壓降增大了一倍。壓降的增大,一方面降低了壓縮機吸氣壓力,導致壓縮機壓縮效率降低;另一方面,這又有利于潤滑油中溶解的制冷劑被釋出,從而提高蒸發器的換熱效果。
三、分層現象
制冷劑在系統各部件內的溶解量不同,造成制冷劑在油中的遷移現象。
制冷劑/油混合物隨溫度的降低將出現分層現象,潤滑油容易積存在毛細管及蒸發器上,從而影響其換熱效果,使制冷劑性能下降。
有可能出現相分離的地方就是蒸發器,因為在蒸發器中制冷劑蒸發,從而在蒸發器管路內表面上會形成液態的油膜。
油膜的粘度主要是由液相中潤滑油的濃度決定的。當油膜的粘度很大時,制冷劑蒸氣的流速不足以將這些潤滑油帶出蒸發器,從而積留在蒸發器中。
潤滑油對管路的影響
滑油在系統中流動時會黏附在壁面上形成油膜:
1)對于不能互溶的潤滑油和制冷劑,這個問題可以通過在壓縮機排氣口處設一個油分離器來解決。
2)對于更常用的可互溶潤滑油則不行,潤滑油與制冷劑一起進入循環,直到它通過進氣口再次回到壓縮機。這樣就需要考慮潤滑油在管路等部件中的流動,尤其要考慮垂直管路,這是因為要使潤滑油克服重力及粘度影響向上流動是很困難的。這樣制冷劑蒸氣就**有較高的流速,但這又會造成壓降的增大。
3)在蒸發器及回氣管的低溫區內,溫度升高時,混合液粘度由于油中制冷劑含量降低而升高;在高溫區,制冷劑溶入量很少,混合液的主要成分是潤滑油,其粘度隨溫度的升高而降低。
這樣就存在一個粘度,在設計管道時,應以粘度和管道的傾斜角度為主要依據,確定管徑及管內氣體的流速。
結論
1)對于氟利昂制冷系統,當系統含油量小時,壓縮機質量流量增加,蒸發和冷凝換熱性能增強;
當含油量較大時,壓縮機功耗增加,實際排氣量減少,排氣溫度降低;蒸發冷凝換熱系數降低,沿程摩擦壓降增大;毛細管中液體段長度和質量流量減小,引起系統制冷量的減小。
2)冷凍油進入制冷系統,造成換熱器中潤滑油油池積、毛細管中蠟堵、冰堵、壓縮機中缺油和潤滑效果下降等現象。
因此需要合理設計系統和各部件,控制系統的含油量,使循環中的制冷劑能夠順利返回壓縮機,避免壓縮機缺油