Aktualności

Ogólne wymagania dla olejów do sprężarek chłodniczych

01-03-2018

Ze względu na warunki pracy panujące w układach oziębiania (duży zakres oziębiania i ciśnień, stały kontakt z czynnikiem chłodniczym, a także z powietrzem i wilgocią), olej do sprężarek chłodniczych powinien wykazywać następujące własności:

  • dobrą mieszalność z czynnikami chłodniczymi, zwłaszcza w niskich temperaturach,
  • właściwą lepkość w zakresie temperatur pracy układu,
  • odpowiednią stabilność termiczną i termooksydacyjną oraz odporność chemiczną w kontakcie z czynnikami chłodniczymi,
  • odpowiednią smarność,
  • właściwą płynność w niskich temperaturach,
  • odporność na pienienie.

Mieszalność

Ze względu na złą wzajemną mieszalność, olej i czynnik chłodniczy mogą rozdzielić się w systemie chłodniczym na dwie warstwy. Zjawisko to może pogorszyć sprawny nawrót oleju do sprężarki, jak również efekt wymiany ciepła w ewaporatorze. W skrajnych przypadkach może dojść do awarii sprężarki ze względu na brak oleju.

Rozdział warstw mieszaniny oleju i czynnika chłodzącego zachodzi zwłaszcza w niższych temperaturach. Jeśli w momencie startu systemu, części trące sprężarki pokrywa cięższa i bogatsza w czynnik chłodzący warstewka oleju - może to prowadzić do szybkiego zużycia tych części.

Lepkość w niskich temperaturach

Właściwa lepkość oleju ma znaczący wpływ na jego nawrót do sprężarki. Lepkość oleju w niskich temperaturach jest funkcją jego mieszalności z czynnikiem chłodniczym. Ilość rozpuszczonego czynnika chłodzącego wpływa wtedy bardzo poważnie na lepkość mieszaniny (np. w temp.-18st.C lepkość R22 wynosi 0,2cSt, a lepkość oleju klasy VG 32 - 3800cSt.). Czynniki chłodnicze rozpuszczalne w oleju zmniejszają lepkość oleju w różnym stopniu (np. freony w szeregu R22 R12 R11). Lepkość spada wraz ze wzrostem koncentracji czynnika chłodniczego w mieszaninie. Dla tego samego sprężenia, większy spadek lepkości wykazują oleje naftenowe niż parafinowe.

Stabilność

Niska stabilność termiczna i termooksydacyjna oleju, a także ewentualne reakcje pomiędzy olejem i czynnikiem chłodniczym mogą prowadzić do:

  • formowania koksu,
  • wypadania szlamów i osadów,
  • korozji miedziowej (galwanicznej),
  • tworzenie się produktów żywicznych

Powstające osady i szlamy mogą doprowadzić do wystąpienia nieszczelności zaworów odprowadzających i zatarcia pierścieni tłoka. Na efekty  te narażone są systemy pracujące w warunkach zredukowanego ciśnienia, szczególnie systemy zasysania w zakresie próżni, a także układy o wadliwym, niedokładnym odpowietrzeniu.

Stabilność termiczna olejów w mieszaninie z czynnikami chłodniczymi musi być dokładnie przebadana, zarówno pod względem temperatury, jak i katalicznego działania metali (żelazo, miedź) oraz innych materiałów (farby, elastomery).

Płynność

Oleje pracujące w sekcjach zimna muszą wykazywać niskie temperatury krzepnięcia i dobra płynność w niskich temperaturach, co najmniej o 10 st.C niższą od najniższej temperatury roboczej. Problem ten wiąże się  ze zjawiskiem wytrącania się kryształków wosków (parafiny) z oleju i wynikającą stąd skłonnością do "przyklejania" zaworów rozprężania, a także pokrywania ścian i zatykania rurek ewaporatora, głównie w ewaporatorach kapilarnych, co wpływa niekorzystnie na zachodzącą tam wymianę ciepła. Zjawisko to jest szczególnie uciążliwe w przypadku mieszanek oleju i chlorowanych weglowodorów, działających jako antyrozpuszczalniki czyli czynniki wytrącające parafiny. Tak, więc dla sprężarek chłodniczych z ewaporatorem kapilarnym, temperatura w której następuje wytrącanie parafin z oleju (tzw. floc point) musi być niższa od temperatury rozprężania czynnika chłodniczego.

Smarność

Nie jest własnością łatwą do zdefiniowania. Realizowana jest poprzez smarowanie hydrodynamiczne i smarowanie graniczne (półsuche). W przypadku smarowania hydrodynamicznego, gdy olej znajduje się w przestrzeni (w pułapce) pomiędzy ślizgającymi się powierzchniami  metalowymi, decydującą rolę odgrywa lepkość oleju i współczynnik tarcia. W przypadku smarowania granicznego, występującego podczas rozruchu lub przy bardzo dużych obciążeniach, zachodzi zjawisko wcierania się metalu w metal. Dla polepszenia tego rodzaju smarowania można stosować dodatki przeciwzużyciowe.

Odporność na pienienie

W okresie kilkugodzinnego postoju sprężarki, czynnik chłodniczy rozpuszcza się powoli w oleju. Gdy następuje ponowny rozruch - czynnik gwałtownie wydobywa się z oleju, co może spowodować jego pienienie.

Głównymi skutkami pienienia się oleju są: niedokładne smarowanie i szybkie zniszczenie części trących oraz złe chłodzenie silnika w sprężarkach hermetycznych. Skłonność do pienienia jest charakterystyczna zarówno dla oleju, jak i czynnika chłodzącego, z którym współpracuje.

 

1. System chłodniczy i czynniki chłodnicze

Sprężarka jest centralnym elementem systemu chłodniczego - sprawność jej działania stanowi podstawę dla uzyskania
pożądanego efektu schłodzenia.
System chłodniczy jest zamkniętym cyklem wymiennym. Czynnik chłodniczy w postaci oparów podlega sprężaniu do odpowiedniego ciśnienia w kompresorze, a następnie przepływa do kondensatora,gdzie ulega skropleniu. Ciekły czynnik chłodniczy kierowany jest poprzez zawór redukcyjny (zawór rozprężający) do ewaporatora, gdzie rozprężając się i przechodząc w stan parowy, pobiera utajone ciepło parowania od schładzanego medium.
Olej sprężarkowy wprowadzany jest do kompresora wraz z czynnikiem chłodniczym i oddzielany w separatorze, na linii łączącej sprężarkę z kondensatorem, Często jednak olej przenosi się dalej wraz z czynnikiem chłodniczym, aż do sekcji zimna (zawór rozprężający, ewaporator).
Olej sprężarkowy ma za zadanie zmniejszać tarcie i zużycie współpracujących ze sobą ruchomych części cylindra i mechanizmów sprężarki (tłoki, łożyska, zawory) oraz uszczelniać pierścienie tłokowe. Podczas pracy olej jest narażony na działanie zarówno wysokich, jak i niskich temperatur i ciśnień oraz na stały kontakt z czynnikiem chłodniczym. Ponadto podlega działaniu powietrza (tlenu) i wilgoci.

Jako czynniki chłodnicze stosowane są następujące substancje:

  • amoniak

Chemiczne i fizyczne współdziałanie tego czynnika z olejem jest pomijalne, jednakże mieszaniny amoniaku z oparami oleju są wybuchowe. W kontakcie z wodą i produktami starzenia oleju mogą tworzyć się szkodliwe emulsje, powodujące korozję.

  • dwutlenek węgla

Jest on słabo rozpuszczalny w olejach mineralnych i nie wpływa na ich własności. Natomiast absorbuje wilgoć i działa korozyjnie.

  • dwutlenek siarki

W stanie ciekłym rozpuszcza frakcje aromatyczne i heterocykliczne olejów mineralnych, dlatego w kontakcie z SO2, jako środek smarny stosuje się oleje białe. W obecności wilgoci wykazuje silną korozyjność,

  • chlorowcowane węglowodory

Czynniki te występują pod nazwami handlowymi jako Freony, Ledony, Frigony, Arctony, Genetrony i lsotrony.
Do najbardziej znanych należą:

  • difluorodichlorometan (Freon 12, R 12)
  • fluorotrichlorometan (Freon 11, R 11)
  • difluorochlorometan (Freon 22, R 22)
  • trifluorometan (Freon 23, R23)
  • trifluorochlorometan (Freon 13, R 13)
  • trifluorotrichloroetan (Freon 113, R 113)
  • tetrafluorodichloroetan  (Freon 114, R 114)
  • tetrofluorodichloroetan (Freon 115, R 115)
  • mieszanina ozeotropowa R22/R115 (Freon 502, R 502)
  • mieszanina ozeotropowa R 13/R 23 (Freon 503, R 503)

Freony jedno- i difluoropochodne są na ogół dobrze rozpuszczalne w olejach mineralnych i niektórych olejach syntetycznych. Pochodne tri- i tetrofluorometanu lub etanu są nierozpuszczalne w olejach mineralnych i bardzo słabo rozpuszczalne w olejach syntetycznych.
Stwierdzenie niszczącego oddziaływania freonów zawierających chlor na ochronną warstwę ozonową znajdująca się w górnych partiach atmosfery, spowodowało konieczność stopniowego wycofywania tych związków z produkcji i zostosowania Zgodnie z przyjętymi przez niektóre kraje ustaleniami, od roku 1996 zaprzestano produkcji i stosowania freonów: R11, R12, R113, R114 i R115. W związku z tym producenci zintensyfikowały prace nad wdrożeniem ekologicznie bezpiecznych zamienników (np. zamiennik powszechnie stosowanego w domowym sprzęcie chłodniczym Freonu 12 - alternatywny czynnik R 134a (CH
2FCF3) jest produkowany przez kilko światowych producentów).
Rozpuszczalność freonów w oleju powoduje zmniejszenie lepkości oleju, w trakcie pracy obiegu chłodniczego. Ponadto niektóre z freonów zmniejszają napięcie powierzchniowe oleju, co może doprowadzić do przerwania filmu olejowego i uszkodzenia współpracujących części trących.

  • chlorowane węglowodory (chlorek etylenu, chlorek metylu, chlorek metylenu).

Są to czynniki stosowane powszechnie w domowych zamrażarkach. Na skutek wilgoci ulegają hydrolizie i mogą powodować korozję. Dlatego też zamrażarki tego typu wyposaża się w odwadniacze. Chlorowcopochodne mieszają się z olejami, powodując zmniejszenie ich lepkości, jednakże działają w tym względzie znacznie mniej drastycznie niż freony.

 

2. Klasyfikacja olejów do sprężarek chłodniczych.

Podstawowe zastosowanie

Szczegółowe zastosowanie

Temp. pracy i rodzaj czynnika chłodzącego

Typ produktu

Kod literowy ISO-L

Zastosowanie typowe

Uwagi

Sprężarki chłodnicze

Obrotowe i tłokowe sprężarki wyporowe w układzie zamkniętym, półzamkniętym lub otwartym

Powyżej -40°C (parownik) amoniak lub chlorowcoweglowodory

Wysokorafinowane oleje mineralne (naftenowe, parafinowe lub białe) i węglowodory syntetyczne

DRA

Chłodzenie

klimatyzacja

 

Sprężarki chłodnicze

Obrotowe i tłokowe sprężarki wyporowe w układzie zamkniętym, półzamkniętym lub otwartym

Zazwyczaj poniżej -40°C (parownik) amoniak lub chlorowcoweglowodory

Syntetyczne oleje węglowodorowe umożliwiające kontrolę mieszalności mieszaniny węglowodorów z czynnikami chłodzącymi;

Węglowodory syntetyczne muszą być wzajemnie mieszalne

DRB

chłodzenie

W instalacjach z suchymi parownikami mieszalność nie jest ważna, niektórych przypadkach można używać wysokorafinowanych olejów mineralnych

 

 

Poniżej 0°C (parownik lub skraplacz) i/lub przy wysokich temperaturach lub ciśnieniach na wylocie chlorowcowęglowodory

Wysokorafinowane oleje mineralne

Syntetyczne oleje węglowodorowe o dobrej odporności termicznej i chemicznej

DRC

Pompy cieplne chłodzenie

klimatyzacja

Syntetyczne oleje węglowodorowe umożliwiające kontrolę mieszalności mieszanin: węglowodory z czynnikiem chłodzącym lub węglowodory z olejem mineralnym

 

 

Do wszelkich temperatur (parowniki) węglowodory

Syntetyczne środki smarowe nie mieszające się z czynnikami chłodzącymi, olejami mineralnymi czy węglowodorami syntetycznymi

DRD

Przypadki gdy środki smarowe nie mogą się mieszać i powinny szybko się rozdzielić

Sprężarki tego rodzaju są zazwyczaj otwa

W przypadku zapytań dotyczących doboru oleju dla chłodnictwa prosimy o kontakt z Działem Technicznym Tel.+48 81 820 07 88 lub e-mail: biuro@gorner.pl