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制冷系统中润滑油的存在对压缩机性能(néng)、换热器中的流动和传热以及对毛细管中的节流过程都有(yǒu)重要的影响。
01
制冷系统对润滑油的要求
1、粘度
2、与制冷剂的互溶性
3、热化學(xué)稳定性
4、吸水性
1、粘度
决定了滑动轴承中油膜的承载能(néng)力、摩擦功耗及密封能(néng)力。粘度大, 则承载力强, 密封性好, 但流动阻力较大。
汽車(chē)空调要求所用(yòng)润滑油的粘度较高，而固定式制冷系统，特别是家用(yòng)電(diàn)冰箱要求是用(yòng)较低粘度的润滑油。其主要原因是高粘度润滑油可(kě)能(néng)在毛细管内形成蜡堵或油弹现象，影响毛细管的正常工作。
（乌氏粘度计）
若互溶性好, 在换热器传热管内表面不易形成油膜, 对换热有(yǒu)利, 否则会造成蒸发温度降低( 在蒸发压力不变的前提下) ,蒸发器的制冷效果下降。
另外, 互溶性较好时, 在换热器内不会发生池积现象, 有(yǒu)利于压缩机回油。
但互溶使油变稀, 降低油的粘度, 导致压缩机内油膜过薄, 影响压缩机润滑。
3、热化學(xué)稳定性
在制冷剂、油、金属共存的系统中, 高温会促使润滑油发生化學(xué)反应, 导致油的分(fēn)解、劣化, 生成沉积物(wù)和焦炭。润滑油分(fēn)解后产生的酸会腐蚀電(diàn)气绝缘材料。
4、吸水性
若润滑油具有(yǒu)较强的亲水性, 会带入一定量的水分(fēn)进入系统, 在毛细管中水形成冰晶而堵塞系统, 从而形成冰堵现象。因而在采用(yòng)亲水性润滑油的系统中, 必须安装干燥过滤器。
02
润滑油对压缩机的影响
2）压缩机功耗随含油量的增加而增加, 而排气温度正好相反, 随着含油量的增加而降低。
3）此外压缩机排气管道中的润滑油内会溶解一定量制冷剂, 使压缩机的实际排气量减少。
5）液击：润滑油由于溶解了制冷剂而导致體(tǐ)积增大, 在压缩机启动过程中, 曲轴箱中的压力下降, 引起溶解于润滑油中的制冷剂沸腾, 产生大量泡沫, 有(yǒu)可(kě)能(néng)将大量的油从曲轴箱带入气缸, 产生液击, 损坏设备。
03
润滑油对冷凝器的影响
当制冷剂中润滑油含量非常低时( 约為(wèi) 0. 01% ) , 冷凝器内换热系数达到一个最大值, 但与纯制冷剂时相比增幅不大, 总體(tǐ)上, 换热系数随着润滑油含量的增加而降低。
同时由于润滑油溶于制冷剂, 会导致制冷剂粘度增大, 从而使压降增大。
总體(tǐ)而言：润滑油的存在会削弱冷凝换热, 使冷凝器传热温差增大, 冷凝压力升高。
04
润滑油对毛细管的影响
1）因為(wèi)油的粘度遠(yuǎn)高于制冷剂的粘度, 制冷剂中含少量油会增加混合物(wù)的粘度及相应的流动阻力, 并使制冷剂提前达到饱和状态, 使得流量减小(xiǎo)。
2）油的表面张力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于制冷剂的表面张力, 制冷剂中含油会使混合物(wù)的表面张力增大, 阻碍制冷剂蒸发, 从而使汽化欠压增大, 延缓制冷剂的蒸发, 从而增加毛细管的流量。
毛细管内有(yǒu)可(kě)能(néng)出现润滑油与制冷剂相分(fēn)离的现象, 会影响毛细管的工作。由于小(xiǎo)型制冷设备( 如家用(yòng)冰箱空调等) 的毛细管直径很(hěn)小(xiǎo)( 约0. 6mm) , 相分(fēn)离严重时会导致蜡堵现象。
05
润滑油对蒸发器的影响
少量润滑油：
制冷剂中溶有(yǒu)少量润滑油可(kě)以增加制冷剂的表面张力, 从而改变其对管壁的表面浸润性。此外还会在管内产生泡沫, 增加管内液體(tǐ)与管壁的浸润面积, 同时将液膜拉薄, 沿管壁分(fēn)布更均匀, 强化传热效果, 从而提高蒸发换热系数
含油较多(duō)：
1）含油较多(duō)时, 蒸发器中的蒸气基本是纯制冷剂气體(tǐ), 油的成分(fēn)极少, 随着蒸发的进行, 液相中的含油量逐步增加, 会在换热器内表面形成油膜, 降低换热系数，使蒸发曲線(xiàn)下降, 传热温差增大。
2）同时蒸发器出口处润滑油中溶有(yǒu)部分(fēn)未蒸发的制冷剂, 这部分(fēn)潜热无法被充分(fēn)利用(yòng), 从而导致制冷量减小(xiǎo)。
3）蒸发器中润滑油的存在将影响制冷剂沸腾时气泡的形成, 减小(xiǎo)气泡的生成速度和频率, 削弱成核过程中的热传递, 从而降低换热效果。
二、对压降的影响
1）在蒸发器末端, 随着制冷剂的蒸发, 以及温度升高造成的制冷剂在润滑油中溶解度的降低，混合物(wù)中制冷剂含量越来越低, 混合物(wù)粘度逐渐增大, 从而直接造成蒸发器末端换热系数的减小(xiǎo)和压降增加。
2）当含油量达到 5% 时, 与无润滑油时相比, 压降增大了一倍。
压降的增大, 一方面降低了压缩机吸气压力, 导致压缩机压缩效率降低；
另一方面, 这又(yòu)有(yǒu)利于润滑油中溶解的制冷剂被释出, 从而提高蒸发器的换热效果。
三、分(fēn)层现象
制冷剂在系统各部件内的溶解量不同, 造成制冷剂在油中的迁移现象。
制冷剂/ 油混合物(wù)随温度的降低将出现分(fēn)层现象，润滑油容易积存在毛细管及蒸发器上, 从而影响其换热效果, 使制冷剂性能(néng)下降。
最有(yǒu)可(kě)能(néng)出现相分(fēn)离的地方就是蒸发器, 因為(wèi)在蒸发器中制冷剂蒸发, 从而在蒸发器管路内表面上会形成液态的油膜。
油膜的粘度主要是由液相中润滑油的浓度决定的。当油膜的粘度很(hěn)大时, 制冷剂蒸气的流速不足以将这些润滑油带出蒸发器, 从而积留在蒸发器中。
06
润滑油对管路的影响
1）对于不能(néng)互溶的润滑油和制冷剂, 这个问题可(kě)以通过在压缩机排气口处设一个油分(fēn)离器来解决。
2）对于更常用(yòng)的可(kě)互溶润滑油则不行, 润滑油与制冷剂一起进入循环, 直到它通过进气口再次回到压缩机。这样就需要考虑润滑油在管路等部件中的流动, 尤其要考虑垂直管路, 这是因為(wèi)要使润滑油克服重力及粘度影响向上流动是很(hěn)困难的。这样制冷剂蒸气就必须有(yǒu)较高的流速, 但这又(yòu)会造成压降的增大。
3）在蒸发器及回气管的低温區(qū)内, 温度升高时, 混合液粘度由于油中制冷剂含量降低而升高；在高温區(qū), 制冷剂溶入量很(hěn)少, 混合液的主要成分(fēn)是润滑油, 其粘度随温度的升高而降低。
这样就存在一个最大粘度, 在设计管道时, 应以最大粘度和管道的倾斜角度為(wèi)主要依据, 确定管径及管内气體(tǐ)的流速。
07
结论
当系统含油量小(xiǎo)时，压缩机质量流量增加, 蒸发和冷凝换热性能(néng)增强；
当含油量较大时, 压缩机功耗增加, 实际排气量减少, 排气温度降低；蒸发冷凝换热系数降低, 沿程摩擦压降增大; 毛细管中液體(tǐ)段長(cháng)度和质量流量减小(xiǎo), 引起系统制冷量的减小(xiǎo)。
2）冷冻油进入制冷系统，造成换热器中润滑油油池积、毛细管中蜡堵、冰堵、压缩机中缺油和润滑效果下降等现象。
因此需要合理(lǐ)设计系统和各部件, 控制系统的含油量, 使循环中的制冷剂能(néng)够顺利返回压缩机, 避免压缩机缺油