г. Новосибирск, ул. Николаева 12, 7


Главная
Статьи
Возврат масла холодильной установки, причины выноса и способы возврата

Возврат масла холодильной установки, причины выноса и способы возврата

Возврат масла в холодильных системах одна из главных проблем. Практически все компрессора, выбрасывают смазку вместе с газовым потоком в систему теплообменников.

Компрессорные масла делятся по типу:

  • минеральные – самые доступные;
  • полусинтетические – средней ценовой категории, обладают хорошими характеристиками, надежно смазывают поверхности, защищают от износа и коррозии;
  • синтетические – самые дорогие, в широком диапазоне температур и давлений сохраняют вязкостные свойства, обеспечивают легкий пуск и длительный срок эксплуатации.
Компрессорное масло

Когда чиллер работает, нагнетатель поднимает давление и в масле растворяется фреон, действуя подобно сифону для газированной воды. Количество растворенного газа зависит не только от давления и температуры, но и от способа остановки холодильной машины. При повторном запуске компрессора в его корпусе резко снижается давление, скопившийся в смазке фреон стремительно закипает, смазка увлекается парами хладона, в состоянии пара и в виде мелкодисперсных капель. В момент старта в нагнетающий трубопровод и конденсатор выбрасывается самое большое количество масла.

Чиллер


При обычной эксплуатации чиллера скорость выброса может составлять всего несколько частей на миллион частей хладагента для герметичных центробежных компрессоров с прямым приводом и до нескольких процентов для винтовых. В смазке нуждаются подвижные узлы компрессора. Так как при оборотах двигателя 1500 об/мин., поршни совершают более 25 возвратно-поступательных движений за одну секунду. При этом вместе с хладагентом внутри устройства обязательно должно присутствовать масло. Все подвижные части компрессора требуют непрерывной смазки, в противном случае они заклинят.

Определение скорости сброса масла

Скорости сброса обычно выражаются в граммах на литр масла, сбрасываемого на килограмм сжатого хладагента, или в массовых процентах масла в отходящем газе. Масло в нагнетаемом газе имеет две формы, мелкие капли (туман) в потоке газа и жидкое масло, движимое газовым потоком, ползущее вдоль стенок трубы. Масло вытекает из компрессора вместе с отводимым газом через маслоотделитель (КПД маслоотделителя не 100%) и поступает в конденсатор. Жидкость, выходящая из конденсатора, состоит в основном из хладагента с некоторым количеством растворенного масла (при условии, что оно смешивается с хладагентом). Содержание масла в жидком хладагенте в этот момент совпадает со скоростью выпуска масла из компрессора.

Жидкий хладагент, содержащий масло, проходит через расширительный клапан и поступает в испаритель. В испарительном теплообменнике хладагент закипает, оказывая свое охлаждающее действие. Однако смазка не превращается в пар, так как температура её кипения очень высока по сравнению с температурой кипения хладагента. При отсутствии сепаратора, масло будет продолжать накапливаться и концентрироваться в теплообменниках и трубах. Теплопередача в испарителе будет постепенно ухудшаться, смазка в конечном итоге в компрессоре закончится, остановив его. Следовательно, необходима эффективная система возврата. Требуется по возможности ограничить выброс масла и обеспечить, чтобы выброшенная смазка могла беспрепятственно возвратиться в компрессор.

Маслоотделители (сепараторы) системы возврата

  • барботажные (промывные)
  • инерционные
  • циклонные
  • сетчатые.

Газо-масляные сепараторы применяются для концентрации масляного тумана в более крупные капли, которые затем возвращаются в картер нагнетателя.

Сепараторы циклонного типа, более распространены, они устанавливаются на фреонопровод чиллера между компрессором и конденсатором.

Конструкция центробежного маслоотделителя

Баланс массового расхода хладагента и смазки

Рассмотрим теплообменник, работающий над охлаждением воды. Масло поступает с определенной скоростью, а именно: скорость выноса масла из компрессора меньше скорости удаления маслоотделителя, если такой присутствует. Для иллюстрации предположим, что массовая доля поступления в испаритель составляет 0,1 кг вместе с 50 кг жидкого хладагента за час. Сепаратор имеет расход масла 0,2%, т. е. массу масла на массу сжатого хладагента, выраженную в процентах. Это была бы хорошая скорость нагнетания для винтовой машины.

Масло также выходит из испарителя через систему возврата. Количество масла, выходящего через сепаратор, зависит от скорости удаления жидкости и концентрации смазки в этой жидкости. Предположим, что система возврата потребляет 20 кг смеси хладагента/масла из испарителя в час. Если концентрация масла в жидкости испарителя составляет, скажем, 2%, то возвращаемое масло составляет 0,5 кг в час. Поскольку эта скорость выхода меньше скорости поступления, масло будет еще больше накапливаться в теплообменнике, и его объём будет расти. При указанных выше условиях концентрация масла возрастет и стабилизируется на уровне 4%.

Способы борьбы с проблемой возврата масла

Четыре процента, это очень много. Есть две вещи, которые мы можем предпринять, чтобы уменьшить эту концентрацию. Во-первых, мы можем увеличить количество отбора скопившейся смазки. Если мы удвоим количество обратного потока до 1 кг/час, а концентрация масла составит 2%, скорость поступления и удаления будет равна 1 кг/час, а процентное содержание будет стабильным на уровне 2%. Или мы можем уменьшить процентное содержание смазки в жидкости, поступающей в испаритель (возможно, установив более эффективный сепаратор). Эти две возможности также предполагают причину недопустимо высоких концентраций в испарителях и остановок чиллеров из-за потери смазки. Первая, это неисправность компрессора (протекающие уплотнительные кольца, отсутствующие заглушки и т.д.) и/или маслоотделителя, которая вызывает необычно и неприемлемо высокие скорости выброса масла. Вторая, это неисправность системы возврата, такая как закупоренные линии, недостаточная производительность насоса или недостаточная разница давлений в приводе для эдуктора. Учитывая вышесказанное, очевидно, что более эффективным улучшением любой системы возврата является снижение скорости поступления масла; т. е. снижение скорости выпуска компрессорного масла и/или повышение эффективности маслоотделителя.

Концентрация масла в испарительном теплообменнике

Если бы вы провели анализ баланса массы масла на работающем затопленном испарителе, как описано выше, путем измерения расхода и концентрации жидкости в нагнетающем трубопроводе и расхода и концентрации масла в обратном трубопроводе, вы все же могли бы экспериментально обнаружить в теплообменнике больше масла, чем вы ожидаете. Последующее повествование предлагает возможное объяснение. Суть его заключается в том, что конструкция самого испарителя и расположение датчика возврата могут оказывать существенное влияние на систему отделения масла в холодильной машине. Это актуально, потому что это может означать, что замена плохо работающей системы возврата одного типа на другую (например, насос с эжектором) не обязательно решит проблему. Так как проблема заключается в том, что точка забора масла не удачно расположена.

Рассмотрим затопленный испаритель

Чаще всего затопленным являются кожухотрубный теплообменник. Теплая вода поступает в трубки с одного конца и выходит в виде охлажденной воды с другого конца. Жидкость хладагента окружает трубки и вводится по трубе в конце корпуса с холодной водой. Жидкий хладагент выводится сепаратором по центру корпуса (или, что еще хуже, с холодного конца через впуск жидкости).

Кожухотрубный теплообменник

Как указано выше, хладагент, поступающий в теплообменник, содержит 0,2% масла, и хладагент всасывается системой возврата, а концентрация в точке отвода составляет 2%. Количество поступления и удаления одинаковы.

Если бы расход хладагента в испарителе составлял 50 кг/час, можно было бы сделать вывод, что испаритель содержал 1 кг масла. Тем не менее, если бы вы измерили количество масла на концах корпуса, вы могли бы обнаружить, что концентрация составляла 10% на теплом конце и 0,2% на холодном конце. С чего бы это? Ответ заключается в том, что большая часть испарения жидкого хладагента происходит в теплом конце корпуса, где разница температур между водой и хладагентом наибольшая. Гравитация позаботится о том, чтобы смазка отделилось от газа, а жидкий хладагент на холодном конце испарителя испаряется медленно.

Следовательно, будет происходить медленный осевой поток жидкого хладагента от холодного конца корпуса к теплому концу, и он заберет с собой масло, которое не вернется во время работы охладителя. Но это масло не испарится в теплом конце и не будет подхвачено системой возврата, которая поступает из середины корпуса. В дальнейшем, масло начнет концентрироваться в месте, где система возврата не улавливает его. А там, где система возврата действительно забирает жидкость, эта жидкость не будет содержать необходимого количества масла. Это приведет к "накопленному запасу", который может оказаться значительным. Поэтому важно знать, где в испарителе смазка имеет тенденцию концентрироваться, и извлекать возвратную жидкость из этой точки, её расположение зависит от конструкции теплообменника.

Влияние скорости газового потока на возврат масла

Положительное влияние на возврат смазки в компрессор оказывает скорость движения газа во всасывающей магистрали. Подобно ветру, дующему над водоёмом, поток хладагента подхватывает взвесь смазки и переносит её в картер нагнетателя.

Поток хладагента

В случае горизонтального расположения магистрали и испарителя, скорость перемещающегося фреона превышающая 3 метра в секунду обеспечивает приемлемый возврат компрессорного масла.

Возврат из вертикальных трубопроводов отягощен действием силы гравитации. Эмульсия под действием силы притяжения стремится вниз. Для того чтобы заставить смазку возвращаться в компрессор потребуется скорость 8-10 метров в секунду.

Остались вопросы