楊 明,丁 煒

(大連冷凍機(jī)股份有限公司,遼寧大連 116033）

·低溫與制冷·

冷凍機(jī)油的選擇①

楊 明,丁 煒

(大連冷凍機(jī)股份有限公司,遼寧大連 116033）

論述制冷系統(tǒng)對(duì)冷凍機(jī)油的性質(zhì)要求,提出冷凍機(jī)油的選用方法。

冷凍機(jī);性質(zhì);分類;選擇

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,制冷設(shè)備在各個(gè)領(lǐng)域被大量應(yīng)用。根據(jù)中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會(huì)(CRAA）的統(tǒng)計(jì),2010年中國制冷空調(diào)行業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值超過 4000億元,其中 2010年工商制冷空調(diào)行業(yè)累計(jì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值 1800多億元,與 2009年同比增長 30%以上[1]。由于制冷設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)寬和新工質(zhì)的應(yīng)用,對(duì)冷凍機(jī)油提出了更加嚴(yán)格的要求,本文闡述不同條件下對(duì)冷凍機(jī)油的要求及其選擇。

1 冷凍機(jī)油的主要作用[2]

1.1 潤滑作用

冷凍機(jī)中有很多運(yùn)動(dòng)部件,如活塞壓縮機(jī)的活塞和曲軸,螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子和油活塞等。冷凍機(jī)油能在運(yùn)動(dòng)零部件表面形成一層油膜,減少零部件的磨損,可提高冷凍機(jī)的機(jī)械效率,延長設(shè)備使用壽命。

1.2 密封作用

冷凍機(jī)油對(duì)零部件之間的間隙起著密封作用,防止或減少氣體泄漏,提高冷凍機(jī)的容積效率,從而確保冷凍機(jī)的制冷能力。

1.3 冷卻作用

冷凍機(jī)油能帶走摩擦熱量及氣體在壓縮過程中所產(chǎn)生的部分熱量。對(duì)噴油溫度和噴油量的控制使摩擦零部件的溫度保持在允許范圍內(nèi),排氣溫度降低,確保機(jī)器正常運(yùn)行,并提高設(shè)備的機(jī)械效率。

1.4 消聲作用

冷凍機(jī)油能吸收部分運(yùn)動(dòng)零部件的震動(dòng),阻擋聲音傳遞,降低設(shè)備在運(yùn)行中的噪音。

1.5 動(dòng)力作用

在多缸活塞壓縮機(jī)中,利用油壓作為能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力,控制其卸載裝置,從而控制投入運(yùn)行的氣缸數(shù)量;在螺桿壓縮機(jī)中,以油壓作為動(dòng)力,控制滑閥的位置,調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的吸氣量和內(nèi)容積比,使壓縮機(jī)組適應(yīng)用戶負(fù)荷并處于最節(jié)能的狀態(tài)。

2 冷凍機(jī)油主要要求

2.1 適當(dāng)?shù)恼扯?/h3>

粘度過大,油膜承載能力大,易于保持液體潤滑,但流動(dòng)阻力過大,壓縮機(jī)的摩擦功和啟動(dòng)力矩增大;粘度過小,流動(dòng)阻力小、摩擦熱少,但不易形成潤滑油膜,油封效果差。

2.2 良好的低溫性能

冷凍機(jī)油應(yīng)具有良好的低溫流動(dòng)性。在蒸發(fā)器內(nèi),冷凍機(jī)油因溫度低而粘度增大,流動(dòng)性變差,影響蒸發(fā)器的換熱。冷凍機(jī)油的凝固點(diǎn)至少應(yīng)比制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度低 2.5℃,最好低 5～10℃。

2.3 一定的閃點(diǎn)

冷凍機(jī)油的閃點(diǎn)過低,在設(shè)備運(yùn)行過程中會(huì)有油品爆炸的危險(xiǎn);閃點(diǎn)過高,油品餾分重,粘度亦大,瀝青質(zhì)等含量高,使用時(shí)易積碳。所以閃點(diǎn)應(yīng)比壓縮機(jī)的排氣溫度高 25～30℃。

2.4 良好的化學(xué)穩(wěn)定性

冷凍機(jī)油應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,以免與制冷劑、空氣、水等物質(zhì)接觸時(shí)引起分解、聚合和氧化反應(yīng),生成積碳。

2.5 微量的水和機(jī)械雜質(zhì)

含水量應(yīng)越低越好,以免產(chǎn)生冰堵、腐蝕、“鍍銅”等機(jī)械故障,含水量應(yīng)小于 20～40 m g/ kg。冷凍機(jī)油中的機(jī)械雜質(zhì)會(huì)加速零部件磨損和油路堵塞,一般不應(yīng)超過 0.01% (以重量計(jì)）。

2.6 冷凍機(jī)油與制冷劑的溶解性能

制冷劑溶解于冷凍機(jī)油的性質(zhì)應(yīng)從兩個(gè)方面來分析。如果制冷劑與潤滑油能任意互溶,其優(yōu)點(diǎn)是潤滑油能與制冷劑一起滲到壓縮機(jī)的各個(gè)部件,為機(jī)體潤滑創(chuàng)造良好條件,且在蒸發(fā)器和冷凝器的換熱面上不易形成阻礙傳熱的油膜;其缺點(diǎn)是從壓縮機(jī)組中帶出的冷凍機(jī)油量過多,并且使蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度升高。如果潤滑油微溶于制冷劑,其優(yōu)點(diǎn)是從壓縮機(jī)組中帶出的油量較少,故蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度較穩(wěn)定;其缺點(diǎn)是在蒸發(fā)器和冷凝器換熱面上會(huì)形成很難清除的油膜,影響換熱能力。

此外,冷凍機(jī)油對(duì)灰分等控制也有較高的要求,用于全封閉和半封閉壓縮機(jī)的油品還要滿足電絕緣性的要求[3]。

3 冷凍機(jī)油的分類

冷凍機(jī)油按基礎(chǔ)油不同可分為礦物油型冷凍機(jī)油和合成烴型冷凍機(jī)油。

表 1 各種冷凍機(jī)油性能比較Table 1 The comparing of refrigeration oilsproperty

3.1 礦物油型冷凍機(jī)油

礦物油型冷凍機(jī)油主要成分是通過原油蒸餾、溶劑提煉和脫蠟等工藝得到的各種粘度的礦物油,礦物油化學(xué)成分包括高沸點(diǎn)、高分子量烴類和非烴類混合物,含量一般占成品油 95%以上。按照不同的需求在礦物油的基礎(chǔ)上加入添加劑改變其特性,使其具有更好的性能,主要的添加劑包括減磨劑、防腐蝕劑、抗水劑、分散劑、抗泡沫劑、抗氧化劑和防銹劑等。

3.2 合成烴型冷凍機(jī)油

合成烴型冷凍機(jī)油的主要成分是采用有機(jī)合成方法制備的有機(jī)液體。它具有穩(wěn)定化學(xué)結(jié)構(gòu)和特殊性能。制備合成油的原料可以是動(dòng)植物油脂,也可以用石油或其它化工產(chǎn)品。在化學(xué)組成上,合成基礎(chǔ)油的每一個(gè)品種都是單一的純物質(zhì)或同系物的混合物,構(gòu)成合成基礎(chǔ)油的主要元素是碳、氫等。此外,在碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)中引入含有氧、硅、磷和鹵族元素的官能團(tuán)是合成基礎(chǔ)油的主要特征。合成烴型冷凍機(jī)油主要有聚α烯烴 (PAO）、雙酯 (AB）、聚多元醇酯 (POE）、聚醚類 (PAG）等 4種。

3.3 冷凍機(jī)油的比較

礦物油型冷凍機(jī)油由于工藝成熟,原材料來源廣泛,價(jià)格低廉,是制冷行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的冷凍機(jī)油。合成油型冷凍機(jī)油的價(jià)格比礦物油型冷凍機(jī)油昂貴得多,但與礦物油相比合成油具有更優(yōu)良性質(zhì) (見表 1）,使用壽命長,綜合經(jīng)濟(jì)效益仍超過普通礦物油,可以滿足一般礦物油型冷凍機(jī)油所不能承受的使用要求。

4 冷凍機(jī)油的選用

4.1 根據(jù)制冷壓縮機(jī)的密封程度選擇

半封閉式和全封閉式制冷設(shè)備,由于電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)一起封閉在一個(gè)機(jī)殼內(nèi),電動(dòng)機(jī)與冷凍機(jī)油接觸,因此要求冷凍機(jī)油具有良好的絕緣性能(擊穿電壓不小于 25 kV）,即要求冷凍機(jī)油中的含水量要小 (小于 40×10-6或者通過爆聲試驗(yàn)）。另外,冷凍機(jī)油冷卻條件較差,因此其使用的冷凍機(jī)油要有較好的抗氧化安定性和穩(wěn)定性。

開啟式制冷壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)與冷凍機(jī)油不接觸,設(shè)備散熱條件好,冷凍機(jī)油工作條件相對(duì)要緩和些,而且開啟式制冷壓縮機(jī)能經(jīng)常換油。所以此種壓縮機(jī)對(duì)冷凍機(jī)油的要求比半封閉式和全封閉式要低。

表 2 常用制冷劑與冷凍機(jī)油選配Table 2 Them atching of common refrigerants and refrigeration oils

4.2 根據(jù)制冷壓縮機(jī)類型選用

制冷壓縮機(jī)的種類很多,由于冷凍機(jī)油在各類制冷壓縮機(jī)所處的工作條件不同,所以對(duì)冷凍機(jī)油提出不同的質(zhì)量要求。

活塞式制冷壓縮機(jī)中冷凍機(jī)油工作溫度高,潤滑油容易氧化變質(zhì),要求使用抗氧化安定性好的冷凍機(jī)油。氣缸排出口處溫度高,要求潤滑油有較高的閃點(diǎn),一般閃點(diǎn)要求比排氣溫度高 15～30℃左右。同時(shí),高溫會(huì)使?jié)櫥驼扯认陆递^多,所以冷凍機(jī)油粘度就要選得高些。為了保證高溫潤滑作用和低溫流動(dòng)能力,冷凍機(jī)油要有適宜的粘度指數(shù)。

螺桿制冷壓縮機(jī)可分為無油壓縮機(jī)和噴油壓縮機(jī)。其中無油壓縮機(jī)的冷凍機(jī)油與制冷劑不接觸,主要在潤滑性能、壽命和價(jià)格之間權(quán)衡,通常選用價(jià)格低廉的礦物油,但要加入抗泡沫劑、防腐蝕和減磨劑。噴油壓縮機(jī)的冷凍機(jī)油與工質(zhì)直接接觸,冷凍機(jī)油會(huì)溶解制冷劑,當(dāng)冷凍機(jī)油噴入壓縮機(jī)低壓工作腔時(shí)溶解度下降,會(huì)產(chǎn)生大量的閃發(fā)蒸氣,因此對(duì)于 R717和 R22的機(jī)組多采用礦物油,但也有為提高使用壽命采用合成油,當(dāng)蒸發(fā)溫度較低(一般低于 -45℃）或采用 R134a、R407c和R401a等制冷劑時(shí)要采用合成油。

在離心式制冷壓縮機(jī)中由于主軸穿過外殼的地方有設(shè)計(jì)良好的軸封,只允許少量制冷劑泄入油箱,而潤滑油基本上不會(huì)泄入制冷劑中,所以原則上潤滑油只起軸承潤滑及密封作用。又因潤滑油工作溫度也不高,所以一般可以選用精制深度較高的汽輪機(jī)油。

4.3 根據(jù)制冷劑類型選用

制冷系統(tǒng)所用的制冷劑種類很多,常用的有R717、R22、R134a和 R507a等,此外還有 R744和 R290等。因?yàn)閹缀跛兄评鋭┒家c制冷機(jī)中的冷凍機(jī)油接觸,制冷劑與冷凍機(jī)油相互溶程度、有無化學(xué)反應(yīng)等都會(huì)影響冷凍機(jī)油的粘度、凝點(diǎn)等因素。而且考慮到應(yīng)用不同制冷劑時(shí)的制冷系統(tǒng)工作條件 (如排氣溫度、壓力等）也不相同,所有這些都會(huì)影響冷凍機(jī)油的潤滑條件,所以選擇冷凍機(jī)油時(shí)必須考慮所用的制冷劑。常用制冷劑與冷凍機(jī)油的選配見表 2。

5 結(jié)束語

目前,在制冷系統(tǒng)中,選擇冷凍機(jī)油首先應(yīng)確定壓縮機(jī)類型,根據(jù)壓縮機(jī)選擇冷凍機(jī)油的大類別,然后針對(duì)具體的制冷劑和工況選擇具體的冷凍機(jī)油品種。選擇正確的冷凍機(jī)油是制冷機(jī)安全高效運(yùn)行的必要保障。

[1]張朝暉,陳敬良.新的十年關(guān)于節(jié)能環(huán)保發(fā)展方向的思考 [J].制冷與空調(diào),2011(1）:1-8.

[2]郭慶堂,實(shí)用制冷工程設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.

[3]GB/T 16630-1996,冷凍機(jī)油 [S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.

The Choosing of Refr igera tion O ils

YANGM ing,D INGW ei
(Dalian Refrigeration Co.,L td.,Dalian 116033,China）

This article introduces the requestof refrigeration oils in the refrigeration system,and discusses how to choose the rightoil.

refrigeration oil;property;c lassify;choice

TE624.43

A

1007-7804(2011）03-0001-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2011.03.001

2011-03-18

楊 明 (1982）,畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué),現(xiàn)在大連冷凍機(jī)股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)部工作,助理工程師,從事螺桿壓縮機(jī)及機(jī)組的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。

丁 煒 (1983）,畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué),現(xiàn)在大連冷凍機(jī)股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)部工作,助理工程師,從事冷水和鹽水螺桿機(jī)組的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。