制冷設(shè)備系統(tǒng)工作中潤(rùn)滑油的存在對(duì)壓縮機(jī)性能、換熱器中的流動(dòng)和傳熱以及對(duì)毛細(xì)管中的節(jié)流過(guò)程都有重要的影響。

01

制冷系統(tǒng)對(duì)潤(rùn)滑油的要求

潤(rùn)滑油是否適用于制冷系統(tǒng)，主要取決于潤(rùn)滑油的特性能否滿足要求, 評(píng)價(jià)潤(rùn)滑油品質(zhì)的主要因素有：

 

1、粘度

 

2、與制冷劑的互溶性

 

3、熱化學(xué)穩(wěn)定性

 

4、吸水性

 

1）粘度

 

決定了滑動(dòng)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(qiáng), 密封性好, 但流動(dòng)阻力較大。

汽車空調(diào)要求所用潤(rùn)滑油的粘度較高，而固定式制冷系統(tǒng)，特別是家用電冰箱要求是用較低粘度的潤(rùn)滑油。其主要原因是高粘度潤(rùn)滑油可能在毛細(xì)管內(nèi)形成蠟堵或油彈現(xiàn)象，影響毛細(xì)管的正常工作。

 

（烏氏粘度計(jì)）

2）與制冷劑的互溶性

若互溶性好, 在換熱器傳熱管內(nèi)表面不易形成油膜, 對(duì)換熱有利, 否則會(huì)造成蒸發(fā)溫度降低( 在蒸發(fā)壓力不變的前提下) ,蒸發(fā)器的制冷效果下降。

另外, 互溶性較好時(shí), 在換熱器內(nèi)不會(huì)發(fā)生池積現(xiàn)象, 有利于壓縮機(jī)回油。

 

但互溶使油變稀, 降低油的粘度, 導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)油膜過(guò)薄, 影響壓縮機(jī)潤(rùn)滑。

 

3）熱化學(xué)穩(wěn)定性

 

在制冷劑、油、金屬共存的系統(tǒng)中, 高溫會(huì)促使?jié)櫥桶l(fā)生化學(xué)反應(yīng), 導(dǎo)致油的分解、劣化, 生成沉積物和焦炭。潤(rùn)滑油分解后產(chǎn)生的酸會(huì)腐蝕電氣絕緣材料。

4）吸水性

 

若潤(rùn)滑油具有較強(qiáng)的親水性, 會(huì)帶入一定量的水分進(jìn)入系統(tǒng), 在毛細(xì)管中水形成冰晶而堵塞系統(tǒng), 從而形成冰堵現(xiàn)象。因而在采用親水性潤(rùn)滑油的系統(tǒng)中, 必須安裝干燥過(guò)濾器。

 

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02

 

潤(rùn)滑油對(duì)壓縮機(jī)的影響

 

1）制冷劑含油還會(huì)影響氣閥工作過(guò)程, 改變制冷劑熱力性質(zhì)等, 從而導(dǎo)致壓縮機(jī)的制冷量和性能系數(shù)下降。

 

2）壓縮機(jī)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(jī)排氣管道中的潤(rùn)滑油內(nèi)會(huì)溶解一定量制冷劑, 使壓縮機(jī)的實(shí)際排氣量減少。

 

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4）機(jī)械損壞：由于在壓縮機(jī)進(jìn)氣口處潤(rùn)滑油中溶解有一定量制冷劑, 潤(rùn)滑油的粘度會(huì)降低, 導(dǎo)致潤(rùn)滑效果下降, 容易造成壓縮機(jī)機(jī)械部件損壞。

 

5）液擊：潤(rùn)滑油由于溶解了制冷劑而導(dǎo)致體積增大, 在壓縮機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中, 曲軸箱中的壓力下降, 引起溶解于潤(rùn)滑油中的制冷劑沸騰, 產(chǎn)生大量泡沫, 有可能將大量的油從曲軸箱帶入氣缸, 產(chǎn)生液擊, 損壞設(shè)備。

 

03

 

潤(rùn)滑油對(duì)冷凝器的影響

 

當(dāng)制冷劑中潤(rùn)滑油含量非常低時(shí)( 約為 0. 01% ) , 冷凝器內(nèi)換熱系數(shù)達(dá)到一個(gè)最大值, 但與純制冷劑時(shí)相比增幅不大, 總體上, 換熱系數(shù)隨著潤(rùn)滑油含量的增加而降低。

 

同時(shí)由于潤(rùn)滑油溶于制冷劑, 會(huì)導(dǎo)致制冷劑粘度增大, 從而使壓降增大。

 

總體而言：潤(rùn)滑油的存在會(huì)削弱冷凝換熱, 使冷凝器傳熱溫差增大, 冷凝壓力升高。

 

04

 

潤(rùn)滑油對(duì)毛細(xì)管的影響

 

制冷劑含油影響毛細(xì)管流量的原因主要有兩個(gè)方面：

 

1）因?yàn)橛偷恼扯冗h(yuǎn)高于制冷劑的粘度, 制冷劑中含少量油會(huì)增加混合物的粘度及相應(yīng)的流動(dòng)阻力, 并使制冷劑提前達(dá)到飽和狀態(tài), 使得流量減小。

 

2）油的表面張力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于制冷劑的表面張力, 制冷劑中含油會(huì)使混合物的表面張力增大, 阻礙制冷劑蒸發(fā), 從而使汽化欠壓增大, 延緩制冷劑的蒸發(fā), 從而增加毛細(xì)管的流量。

 

毛細(xì)管內(nèi)有可能出現(xiàn)潤(rùn)滑油與制冷劑相分離的現(xiàn)象, 會(huì)影響毛細(xì)管的工作。由于小型制冷設(shè)備( 如家用冰箱空調(diào)等) 的毛細(xì)管直徑很小( 約0. 6mm) , 相分離嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蠟堵現(xiàn)象。

 

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05

 

潤(rùn)滑油對(duì)蒸發(fā)器的影響

 

一、對(duì)傳熱、換熱系數(shù)等的影響

 

少量潤(rùn)滑油：

 

制冷劑中溶有少量潤(rùn)滑油可以增加制冷劑的表面張力, 從而改變其對(duì)管壁的表面浸潤(rùn)性。此外還會(huì)在管內(nèi)產(chǎn)生泡沫, 增加管內(nèi)液體與管壁的浸潤(rùn)面積, 同時(shí)將液膜拉薄, 沿管壁分布更均勻, 強(qiáng)化傳熱效果, 從而提高蒸發(fā)換熱系數(shù)

 

含油較多：

 

1）含油較多時(shí), 蒸發(fā)器中的蒸氣基本是純制冷劑氣體, 油的成分極少, 隨著蒸發(fā)的進(jìn)行, 液相中的含油量逐步增加, 會(huì)在換熱器內(nèi)表面形成油膜, 降低換熱系數(shù)，使蒸發(fā)曲線下降, 傳熱溫差增大。

 

2）同時(shí)蒸發(fā)器出口處潤(rùn)滑油中溶有部分未蒸發(fā)的制冷劑, 這部分潛熱無(wú)法被充分利用, 從而導(dǎo)致制冷量減小。

 

3）蒸發(fā)器中潤(rùn)滑油的存在將影響制冷劑沸騰時(shí)氣泡的形成, 減小氣泡的生成速度和頻率, 削弱成核過(guò)程中的熱傳遞, 從而降低換熱效果。

 

二、對(duì)壓降的影響

 

1）在蒸發(fā)器末端, 隨著制冷劑的蒸發(fā), 以及溫度升高造成的制冷劑在潤(rùn)滑油中溶解度的降低，混合物中制冷劑含量越來(lái)越低, 混合物粘度逐漸增大, 從而直接造成蒸發(fā)器末端換熱系數(shù)的減小和壓降增加。

 

2）當(dāng)含油量達(dá)到 5% 時(shí), 與無(wú)潤(rùn)滑油時(shí)相比, 壓降增大了一倍。

 

壓降的增大, 一方面降低了壓縮機(jī)吸氣壓力, 導(dǎo)致壓縮機(jī)壓縮效率降低；

 

另一方面, 這又有利于潤(rùn)滑油中溶解的制冷劑被釋出, 從而提高蒸發(fā)器的換熱效果。

 

三、分層現(xiàn)象

 

制冷劑在系統(tǒng)各部件內(nèi)的溶解量不同, 造成制冷劑在油中的遷移現(xiàn)象。

 

制冷劑/ 油混合物隨溫度的降低將出現(xiàn)分層現(xiàn)象，潤(rùn)滑油容易積存在毛細(xì)管及蒸發(fā)器上, 從而影響其換熱效果, 使制冷劑性能下降。

 

最有可能出現(xiàn)相分離的地方就是蒸發(fā)器, 因?yàn)樵谡舭l(fā)器中制冷劑蒸發(fā), 從而在蒸發(fā)器管路內(nèi)表面上會(huì)形成液態(tài)的油膜。

 

油膜的粘度主要是由液相中潤(rùn)滑油的濃度決定的。當(dāng)油膜的粘度很大時(shí), 制冷劑蒸氣的流速不足以將這些潤(rùn)滑油帶出蒸發(fā)器, 從而積留在蒸發(fā)器中。

 

06

 

潤(rùn)滑油對(duì)管路的影響

 

滑油在系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)會(huì)黏附在壁面上形成油膜

 

1）對(duì)于不能互溶的潤(rùn)滑油和制冷劑, 這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)在壓縮機(jī)排氣口處設(shè)一個(gè)油分離器來(lái)解決。

 

2）對(duì)于更常用的可互溶潤(rùn)滑油則不行, 潤(rùn)滑油與制冷劑一起進(jìn)入循環(huán), 直到它通過(guò)進(jìn)氣口再次回到壓縮機(jī)。這樣就需要考慮潤(rùn)滑油在管路等部件中的流動(dòng), 尤其要考慮垂直管路, 這是因?yàn)橐節(jié)櫥涂朔亓罢扯扔绊懴蛏狭鲃?dòng)是很困難的。這樣制冷劑蒸氣就必須有較高的流速, 但這又會(huì)造成壓降的增大。

 

3）在蒸發(fā)器及回氣管的低溫區(qū)內(nèi), 溫度升高時(shí), 混合液粘度由于油中制冷劑含量降低而升高；在高溫區(qū), 制冷劑溶入量很少, 混合液的主要成分是潤(rùn)滑油, 其粘度隨溫度的升高而降低。

 

這樣就存在一個(gè)最大粘度, 在設(shè)計(jì)管道時(shí), 應(yīng)以最大粘度和管道的傾斜角度為主要依據(jù), 確定管徑及管內(nèi)氣體的流速。

07

 

結(jié)論

 

1） 對(duì)于氟利昂制冷系統(tǒng)：

 

當(dāng)系統(tǒng)含油量小時(shí)，壓縮機(jī)質(zhì)量流量增加, 蒸發(fā)和冷凝換熱性能增強(qiáng)；

 

當(dāng)含油量較大時(shí), 壓縮機(jī)功耗增加, 實(shí)際排氣量減少, 排氣溫度降低；蒸發(fā)冷凝換熱系數(shù)降低, 沿程摩擦壓降增大; 毛細(xì)管中液體段長(zhǎng)度和質(zhì)量流量減小, 引起系統(tǒng)制冷量的減小。

 

2）冷凍油進(jìn)入制冷系統(tǒng)，造成換熱器中潤(rùn)滑油油池積、毛細(xì)管中蠟堵、冰堵、壓縮機(jī)中缺油和潤(rùn)滑效果下降等現(xiàn)象。

 

因此需要合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)和各部件, 控制系統(tǒng)的含油量, 使循環(huán)中的制冷劑能夠順利返回壓縮機(jī), 避免壓縮機(jī)缺油。