冷凍機(jī)油的相關(guān)知識(shí)及選用
冷凍機(jī)油是制冷式壓縮機(jī)的專用潤(rùn)滑油,是制冷系統(tǒng)中決定和影響制冷裝置功能和效果的至關(guān)重要的組成部分。高質(zhì)量的冷凍機(jī)油不僅必須具備與制冷劑共存時(shí)的優(yōu)良的熱化學(xué)安定性和相溶性,優(yōu)良的低溫流動(dòng)性、潤(rùn)滑性、抗泡性,而且必須易于生產(chǎn),原料來(lái)源可靠,對(duì)環(huán)境沒有污染。
最初的冷凍機(jī)油主要是環(huán)烷基油。隨著各種制冷設(shè)備和裝置日益趨向節(jié)電化、小型輕量化、全封閉化和高效化,為了滿 足高質(zhì)量冷凍機(jī)油性能的要求和彌補(bǔ)環(huán)烷基油的不足,發(fā)展了深冷脫蠟石蠟基油、烷基苯、聚烯烴合成冷凍機(jī)油。特別是由于大氣臭氧層遭到破壞,不破壞臭氧層的新型制冷劑的開發(fā)和擴(kuò)大使用,使合成冷凍機(jī)油在所有冷凍機(jī)油中占據(jù)了主導(dǎo)地位。
一、工作原理
冷凍機(jī)油是制冷壓縮機(jī)的專用潤(rùn)滑油,和一般潤(rùn)滑油一樣,在制冷壓縮機(jī)中起潤(rùn)滑、密封、防銹和帶走熱量的作用。冷凍機(jī)油在壓縮機(jī)內(nèi)分3路循環(huán),分別對(duì)軸承、壓縮機(jī)主體和控制系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑后回到曲軸箱內(nèi),與制冷劑相混合。由壓縮機(jī)排出的制冷劑-油混合物在油分離器中被分出大部分油,分出的油經(jīng)冷卻器冷卻,再流回壓縮機(jī)。少量分不出的油則與制冷劑一起進(jìn)入制冷劑管線。
由于冷凍機(jī)油是在制冷劑的特殊環(huán)境下工作,因此具有下列特性:
1) 冷凍機(jī)油與制冷劑在制冷壓縮系統(tǒng)內(nèi)直接接觸;
2) 有少量冷凍機(jī)油被攜入制冷劑管線參與冷凍循環(huán);
3) 在全封閉壓縮機(jī)中,冷凍機(jī)油與電機(jī)的線圈及密封件等有機(jī)材料密切接觸;
4) 冷凍機(jī)油處于壓縮機(jī)排氣閥的高溫和膨脹閥、蒸發(fā)器的低溫這樣極端的溫度條 件下。
選用冷凍機(jī)油時(shí)的油品性能要求
制冷循環(huán)系統(tǒng)對(duì)冷凍機(jī)油性能的要求
制冷循環(huán)系統(tǒng) |
性能要求 |
壓縮機(jī) |
與制冷劑共存時(shí)具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性; 有良好的潤(rùn)滑性; 有極好的與制冷劑的相溶性; 對(duì)絕緣材料和密封材料具有優(yōu)良的適應(yīng)性; 有良好的抗泡性能; |
冷凝器 |
與制冷劑有優(yōu)良的相溶性 |
膨脹閥 |
無(wú)蠟狀物絮狀分離; 不含水; |
蒸發(fā)器 |
優(yōu)良的低溫流動(dòng)性; 無(wú)蠟狀物絮狀分離; 不含水; 與制冷劑有優(yōu)良的相溶性。 |
二、選用冷凍機(jī)油時(shí)油品性能要求具體說明
1.粘度和粘溫性能
適宜粘度的冷凍機(jī)油是確保制冷壓縮機(jī)處于流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)、減少磨損、降低能耗的重要因素。粘度過低,不能形成適宜的油膜厚度,會(huì)導(dǎo)致冷凍機(jī)系統(tǒng)部件的機(jī)械磨損以及拉缸、抱軸等機(jī)械故障,同時(shí)也會(huì)影響系統(tǒng)的密封性。粘度過高,會(huì)造成壓縮機(jī)的動(dòng)力消耗過大。因此,不同的制冷設(shè)備,應(yīng)使用不同粘度級(jí)別的油。
由于冷凍機(jī)油在制冷循環(huán)系統(tǒng)中的使用溫度范圍很寬,在某些壓縮機(jī)的氣缸內(nèi)有時(shí)可接觸150℃的高溫,而在蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)則可能接觸-40℃或更低的溫度,所以要求油的粘度隨溫度的變化要小,即粘溫性能優(yōu)良,以保證冷凍機(jī)油在各種不同溫度下都具有良好的潤(rùn)滑性和流動(dòng)性。
2.低溫性能
不同的制冷劑在冷凍機(jī)油中有著不同的溶解特性,由于不同制冷劑與冷凍機(jī)油的溶解性不同,在制冷循環(huán)系統(tǒng)的低溫區(qū)發(fā)生的情形不同,因此對(duì)冷凍機(jī)油低溫性能的要求就會(huì)隨著冷凍機(jī)所采用的制冷劑的變化而有所不同?,F(xiàn)分述如下:
(1)低溫流動(dòng)性——難溶于油的制冷劑
從制冷循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器出口到壓縮機(jī)的入口,很容易發(fā)生因油的低溫流動(dòng)性差而發(fā)生的一系列的問題。特別是對(duì)含有難以與冷凍機(jī)油互溶的R502、R503、R13和氨的制冷系統(tǒng)來(lái)說,如果油的凝點(diǎn)過高,當(dāng)其隨制冷劑進(jìn)入制冷系統(tǒng)后,就會(huì)在蒸發(fā)器盤管等低溫部位滯留或凝固,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)氯艿朗乖O(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此,品質(zhì)優(yōu)良的冷凍機(jī)油要有較低的凝點(diǎn)和良好的低溫流動(dòng)性。一般用凝點(diǎn)、傾點(diǎn)和U型管流動(dòng)性來(lái)評(píng)價(jià)和衡量冷凍機(jī)油的低溫流動(dòng)性。
(2)相溶性——與油部分溶解的制冷劑
與油只能部分相溶的制冷劑會(huì)隨著系統(tǒng)溫度的降低發(fā)生制冷劑與油的分離,由于油的密度較小而浮在制冷劑之上,此時(shí)如啟動(dòng)壓縮機(jī),因底部制冷劑層的粘度過小,將造成滑動(dòng)部件燒結(jié)或機(jī)體的異常振動(dòng)。另外,由于油與制冷劑相分離,還會(huì)在蒸發(fā)器和冷凝器等低溫區(qū)造成回流困難和影響傳熱效率等問題。因此,油與制冷劑一定要有較好的相溶性,油-制冷劑相分離的溫度盡可能地低,以保證制冷壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。油與制冷劑的相溶性受制冷劑的類型和冷凍機(jī)油的組分、結(jié)構(gòu)及粘度的影響。
3.傾點(diǎn)和絮凝點(diǎn)
R12、R11等氟里昂制冷劑與冷凍機(jī)油是完全溶解的,降低溫度也不會(huì)發(fā)生劑油相分離的情況。但是油中的石蠟基組分在此類氟里昂中的溶解性差,常在溫度到達(dá)冷凍機(jī)油的傾點(diǎn)以前從油-制冷劑的均勻溶液中絮凝出來(lái),造成毛細(xì)管和膨脹閥堵塞,使制冷劑的循環(huán)中斷。因此,用于R12一類制冷劑系統(tǒng)中的冷凍機(jī)油必須盡可能地不含石蠟組分,以保證油品具有較低的絮凝點(diǎn)。
因此,能適應(yīng)各種制冷劑、性能優(yōu)良的冷凍機(jī)油必須兼?zhèn)渖鲜?/span>3種特性,即既要有優(yōu)良的低溫流動(dòng)性,又要有較低的絮凝點(diǎn)以及與各種制冷劑有較好的相溶性。
4.潤(rùn)滑性
相對(duì)來(lái)講,制冷壓縮機(jī)對(duì)冷凍機(jī)油潤(rùn)滑性能的要求是比較緩和的,這是由于制冷劑特別是氟里昂制冷劑在邊界潤(rùn)滑條件下起到了極壓添加劑的作用。但是近年來(lái)隨著壓縮機(jī)的小型化、輕量化、高速化和旋轉(zhuǎn)化,對(duì)冷凍機(jī)油油品的潤(rùn)滑性能提出了越來(lái)越高的要求。
另外,由于冷凍機(jī)油在制冷劑環(huán)境中使用,因此不僅要注意油本身的潤(rùn)滑性,還要考慮油與制冷劑相溶后因粘度降低所帶來(lái)的潤(rùn)滑問題。一般采用法萊克斯試驗(yàn)機(jī)和四球機(jī)來(lái)評(píng)價(jià)油品的潤(rùn)滑性。杰生公司采用的是萬(wàn)能摩擦試驗(yàn)機(jī)和四球機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
5.水分
冷凍機(jī)油對(duì)水分的要求十分嚴(yán)格,尤其是用全封閉和半封閉制冷壓縮機(jī)油,其含水量一般不得超過35×10-6。含水量超過100×10-6就要做報(bào)廢處理。制冷循環(huán)系統(tǒng)中即使只有少量水分存在,也會(huì)在節(jié)流裝置中產(chǎn)生冰塞現(xiàn)象和導(dǎo)致冷凍機(jī)油過早的產(chǎn)生絮凝物。
在高溫時(shí),水分還會(huì)降低油的化學(xué)穩(wěn)定性,在金屬的催化下促使氟里昂分解。另一方面,油中的水還會(huì)降低冷凍機(jī)油的絕緣性能。合格的冷凍機(jī)油必須有盡可能少的含水量。
氨制冷系統(tǒng)對(duì)水分的要求也很嚴(yán)格。溶有水分的氨能使油發(fā)生乳化,并在油箱內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫。這不僅降低油的潤(rùn)滑性,而且使?jié)櫥到y(tǒng)不能正常供油,導(dǎo)致壓縮系統(tǒng)磨損和發(fā)生故障。另外,水溶解于氨后,生成化學(xué)活性較強(qiáng)的氫氧化銨,這種堿性化合物不僅腐蝕金屬部件,而且促使油品變質(zhì)。
6.熱化學(xué)安定性
冷凍機(jī)油與制冷劑共存時(shí)的熱化學(xué)安定性決定了它的使用壽命。在高溫和金屬的催化下,冷凍機(jī)油可與制冷劑(氟里昂、氯甲烷等)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成腐蝕性的酸、油泥等產(chǎn)物,導(dǎo)致制冷系統(tǒng)堵塞,影響制冷效率,腐蝕金屬,破壞絕緣材料致使電機(jī)燒壞。
冷凍機(jī)油的化學(xué)安定性一般用密封管試驗(yàn)(Seal Tube Test)和菲利浦試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。冷凍機(jī)油與制冷劑及氨的化學(xué)反應(yīng)性很小,但是系統(tǒng)中的氨易與油中的酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成酸的銨鹽、酰胺、油泥等沉淀物。
7.總酸值、絕緣性能
對(duì)于新油酸值的檢測(cè),一方面能反映基礎(chǔ)油的精制程度,酸值愈低,表示基礎(chǔ)油的精制程度愈深,質(zhì)量愈好;另一方面對(duì)于含有酸性添加劑的潤(rùn)滑油,酸值的高低,一定程度上能反映潤(rùn)滑油酸性添加劑添加量的多少。酸值是成品油質(zhì)量的控制指標(biāo)。
在半封閉和全封閉的制冷壓縮機(jī)中,冷凍機(jī)油和制冷劑都直接和電動(dòng)機(jī)的繞組及接線柱接觸,因而要求潤(rùn)滑油具有良好的絕緣性質(zhì)和較高的擊穿電壓。純粹的潤(rùn)滑油絕緣性能較好,但含有水分、雜質(zhì)和灰塵時(shí),其絕緣性能就會(huì)下降,一般冷凍機(jī)潤(rùn)滑油要求擊穿電壓在 25KV以上。
8.有機(jī)材料的相容性
制冷系統(tǒng)中多個(gè)部件均存在有機(jī)材料,它們與制冷劑和冷凍油接觸,如果制冷劑和冷凍油使其膨脹或收縮,將會(huì)導(dǎo)致零件減弱或失去原有作用,導(dǎo)致失效以致壓縮機(jī)出現(xiàn)故障,所以要求冷凍機(jī)油要與壓縮機(jī)內(nèi)的有機(jī)材料有較好的相容性。一般參照SH/ T 0698 - 2000制冷劑系統(tǒng)中冷凍機(jī)油的化學(xué)穩(wěn)定性試驗(yàn)法(密封管試驗(yàn)法)來(lái)驗(yàn)證。
常用制冷劑
鹵代烴 |
CFC(ChloroFluoro Carbone ) |
R11, R12, R113, R114, R115, R502... |
HCFC(Hydro Chloro Fluoro Carbone) |
R22, R123, R124, R141b, R142b... |
|
HFC(Hydro Fluoro Carbone or Chlorine free) |
R23, R125, R134a, R404a, R407... |
|
其它 |
Halogen Free (不含鹵素) |
R717 (NH3氨), R600a (isobutane異丁烷), R290 (propane丙烷), R1270 (丙烯), R744 (CO2).... |
冰箱壓縮機(jī)常用制冷劑及冷凍油匹配
ASHRAE名稱 |
化學(xué)式和化學(xué)名稱 |
冷凍機(jī)油 |
R22 |
CHClF2(二氟一氯甲烷) |
烷基苯(AB)/礦物型油(MO) |
R134a |
CH2FCF3(四氟乙烷) |
多元醇酯油(POE) |
R600a |
C4H10(異丁烷) |
烷基苯(AB)/礦物型油(MO) |
三、冷凍機(jī)油的選用原則
1、根據(jù)壓縮類型選用冷凍機(jī)油
冷凍機(jī)的壓縮機(jī)大致可分為活塞式、螺桿式和離心式三種,離心式所用的冷凍機(jī)油只是用來(lái)潤(rùn)滑轉(zhuǎn)子軸承,前兩種的冷凍機(jī)油與被壓縮的制冷劑直接接觸,要考慮到潤(rùn)滑油和制冷劑之間的相互影響問題。
2、根據(jù)制冷劑的類型選用冷凍機(jī)油
與制冷劑直接接觸的冷凍機(jī)油,要考慮二者之間的相互影響。如氟里昂一類的制冷劑能溶于冷凍機(jī)油,因而選用的冷凍機(jī)油粘度等級(jí),應(yīng)比使用不溶性制冷劑的高一個(gè)等級(jí),以防止冷凍機(jī)油被稀釋后不能保證潤(rùn)滑。另外,還應(yīng)注意混入制冷劑中的少量冷凍機(jī)油會(huì)不會(huì)影響制冷系統(tǒng)的工作。冷凍機(jī)油的絮凝點(diǎn)便是檢查混入制冷劑中的潤(rùn)滑油是否析出蠟狀結(jié)晶而使制冷系統(tǒng)堵塞的質(zhì)量指標(biāo)。
3、根據(jù)制冷劑的蒸發(fā)溫度選用冷凍機(jī)油
一般來(lái)說,制冷劑蒸發(fā)溫度低的冷凍機(jī),應(yīng)選用凝點(diǎn)低的冷凍機(jī)油,以免被制冷劑攜帶到制冷系統(tǒng)中的冷凍機(jī)油凝結(jié)在節(jié)流閥和蒸發(fā)器上,影響制冷效率。用氨作制冷劑的冷凍機(jī),所用冷凍機(jī)油的傾點(diǎn)應(yīng)低于蒸發(fā)溫度。用氟里昂作制冷劑的,潤(rùn)滑油的凝點(diǎn)可稍高于蒸發(fā)溫度。
4、根據(jù)冷凍機(jī)的工作條件選用冷凍機(jī)油
大、中型的多缸、高速(活塞平均線速度3m/s以上)、負(fù)荷較大的冷凍機(jī)應(yīng)選用粘度較大的 46#或68#或100#冷凍機(jī)油。排氣溫度在145℃左右的高負(fù)荷冷凍機(jī)用68#或100#冷凍機(jī)油。小型、微型或低速( 活塞平均線速度不高于2m/s)的冷凍機(jī)可用22#或32# 等較低粘度冷凍機(jī)油。
海拓冷凍機(jī)油選用
制冷劑類型
可選潤(rùn)滑油類型
海拓產(chǎn)品系列
CFC和HCFC
烷基苯(AB)
環(huán)烷礦物油
石蠟礦物油
海拓HRC系列
海拓HRD系列
HFC
多元醇酯 (POE)
海拓HRA系列
碳?xì)浠衔?span>
烷基苯(AB)
環(huán)烷礦物油
海拓HRC系列
海拓HRD系列
氨
烷基苯(AB)
環(huán)烷礦物油
石蠟礦物油
海拓HRC系列
海拓HRD系列
備注:實(shí)際選用時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況及環(huán)境來(lái)確定。
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