楊 明,丁 煒

(大連冷凍機股份有限公司,遼寧大連 116033）

·低溫與制冷·

冷凍機油的選擇①

楊 明,丁 煒

(大連冷凍機股份有限公司,遼寧大連 116033）

論述制冷系統(tǒng)對冷凍機油的性質要求,提出冷凍機油的選用方法。

冷凍機;性質;分類;選擇

隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展,制冷設備在各個領域被大量應用。根據(jù)中國制冷空調工業(yè)協(xié)會(CRAA）的統(tǒng)計,2010年中國制冷空調行業(yè)的工業(yè)總產值超過 4000億元,其中 2010年工商制冷空調行業(yè)累計實現(xiàn)工業(yè)總產值 1800多億元,與 2009年同比增長 30%以上[1]。由于制冷設備應用領域的擴寬和新工質的應用,對冷凍機油提出了更加嚴格的要求,本文闡述不同條件下對冷凍機油的要求及其選擇。

1 冷凍機油的主要作用[2]

1.1 潤滑作用

冷凍機中有很多運動部件,如活塞壓縮機的活塞和曲軸,螺桿壓縮機的轉子和油活塞等。冷凍機油能在運動零部件表面形成一層油膜,減少零部件的磨損,可提高冷凍機的機械效率,延長設備使用壽命。

1.2 密封作用

冷凍機油對零部件之間的間隙起著密封作用,防止或減少氣體泄漏,提高冷凍機的容積效率,從而確保冷凍機的制冷能力。

1.3 冷卻作用

冷凍機油能帶走摩擦熱量及氣體在壓縮過程中所產生的部分熱量。對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,排氣溫度降低,確保機器正常運行,并提高設備的機械效率。

1.4 消聲作用

冷凍機油能吸收部分運動零部件的震動,阻擋聲音傳遞,降低設備在運行中的噪音。

1.5 動力作用

在多缸活塞壓縮機中,利用油壓作為能量調節(jié)機構的動力,控制其卸載裝置,從而控制投入運行的氣缸數(shù)量;在螺桿壓縮機中,以油壓作為動力,控制滑閥的位置,調節(jié)壓縮機的吸氣量和內容積比,使壓縮機組適應用戶負荷并處于最節(jié)能的狀態(tài)。

2 冷凍機油主要要求

2.1 適當?shù)恼扯?/h3>

粘度過大,油膜承載能力大,易于保持液體潤滑,但流動阻力過大,壓縮機的摩擦功和啟動力矩增大;粘度過小,流動阻力小、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

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

2.3 一定的閃點

冷凍機油的閃點過低,在設備運行過程中會有油品爆炸的危險;閃點過高,油品餾分重,粘度亦大,瀝青質等含量高,使用時易積碳。所以閃點應比壓縮機的排氣溫度高 25～30℃。

2.4 良好的化學穩(wěn)定性

冷凍機油應具有良好的化學穩(wěn)定性,以免與制冷劑、空氣、水等物質接觸時引起分解、聚合和氧化反應,生成積碳。

2.5 微量的水和機械雜質

含水量應越低越好,以免產生冰堵、腐蝕、“鍍銅”等機械故障,含水量應小于 20～40 m g/ kg。冷凍機油中的機械雜質會加速零部件磨損和油路堵塞,一般不應超過 0.01% (以重量計）。

2.6 冷凍機油與制冷劑的溶解性能

制冷劑溶解于冷凍機油的性質應從兩個方面來分析。如果制冷劑與潤滑油能任意互溶,其優(yōu)點是潤滑油能與制冷劑一起滲到壓縮機的各個部件,為機體潤滑創(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;其缺點是從壓縮機組中帶出的冷凍機油量過多,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)點是從壓縮機組中帶出的油量較少,故蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度較穩(wěn)定;其缺點是在蒸發(fā)器和冷凝器換熱面上會形成很難清除的油膜,影響換熱能力。

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

3 冷凍機油的分類

冷凍機油按基礎油不同可分為礦物油型冷凍機油和合成烴型冷凍機油。

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

3.1 礦物油型冷凍機油

礦物油型冷凍機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,礦物油化學成分包括高沸點、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 合成烴型冷凍機油

合成烴型冷凍機油的主要成分是采用有機合成方法制備的有機液體。它具有穩(wěn)定化學結構和特殊性能。制備合成油的原料可以是動植物油脂,也可以用石油或其它化工產品。在化學組成上,合成基礎油的每一個品種都是單一的純物質或同系物的混合物,構成合成基礎油的主要元素是碳、氫等。此外,在碳氫結構中引入含有氧、硅、磷和鹵族元素的官能團是合成基礎油的主要特征。合成烴型冷凍機油主要有聚α烯烴 (PAO）、雙酯 (AB）、聚多元醇酯 (POE）、聚醚類 (PAG）等 4種。

3.3 冷凍機油的比較

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

4 冷凍機油的選用

4.1 根據(jù)制冷壓縮機的密封程度選擇

半封閉式和全封閉式制冷設備,由于電動機和壓縮機一起封閉在一個機殼內,電動機與冷凍機油接觸,因此要求冷凍機油具有良好的絕緣性能(擊穿電壓不小于 25 kV）,即要求冷凍機油中的含水量要小 (小于 40×10-6或者通過爆聲試驗）。另外,冷凍機油冷卻條件較差,因此其使用的冷凍機油要有較好的抗氧化安定性和穩(wěn)定性。

開啟式制冷壓縮機的電動機與冷凍機油不接觸,設備散熱條件好,冷凍機油工作條件相對要緩和些,而且開啟式制冷壓縮機能經(jīng)常換油。所以此種壓縮機對冷凍機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油選配Table 2 Them atching of common refrigerants and refrigeration oils

4.2 根據(jù)制冷壓縮機類型選用

制冷壓縮機的種類很多,由于冷凍機油在各類制冷壓縮機所處的工作條件不同,所以對冷凍機油提出不同的質量要求。

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

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

在離心式制冷壓縮機中由于主軸穿過外殼的地方有設計良好的軸封,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。因為幾乎所有制冷劑都要與制冷機中的冷凍機油接觸,制冷劑與冷凍機油相互溶程度、有無化學反應等都會影響冷凍機油的粘度、凝點等因素。而且考慮到應用不同制冷劑時的制冷系統(tǒng)工作條件 (如排氣溫度、壓力等）也不相同,所有這些都會影響冷凍機油的潤滑條件,所以選擇冷凍機油時必須考慮所用的制冷劑。常用制冷劑與冷凍機油的選配見表 2。

5 結束語

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

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

[2]郭慶堂,實用制冷工程設計手冊 [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.

[3]GB/T 16630-1996,冷凍機油 [S].北京:中國標準出版社,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,現(xiàn)在大連冷凍機股份有限公司產品開發(fā)部工作,助理工程師,從事螺桿壓縮機及機組的設計研發(fā)工作。

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