5.2. Для чего в схему сху включены маслоотделители (отобразить один из них)?
Влияние масла на работу холодильной установки. Особенностью применения масла в холодильных машинах является то, что оно вместе с холодильным агентом уносится в систему установки и попадает в условия как высоких, так и низких температур; масло постоянно находится в контакте с холодильным агентом. Поэтому к маслам, применяемым для смазки холодильных машин, предъявляют специфические требования.
Масло не должно химически взаимодействовать с холодильным агентом и не должно содержать кислот, щелочей, воды и механических примесей. Вполне определенной должна быть вязкость масла. Для фреоновых компрессоров необходимо более вязкое масло, так как фреон растворяется в масле и разжижает его. Масло должно иметь достаточно низкую температуру застывания и высокую температуру вспышки. Для смазки холодильных компрессоров разрешается применять только определенные марки масел: для аммиачных машин - масло ХА-30 (холодильное аммиачное); для фреоновых - ХФ-12-18 для фреона-12 и ХФ-22-24 для фреона-22. Компрессоры, работающие на фреоне-12, фреоне-22, фреоне-142 при температуре кипения не ниже -40° С, должны смазываться маслом ХФ-12-18. При более низких температурах (до -80° С) следует использовать масло синтетическое марки ХФ-22с-16.
Успешно используют масло ХА-30 для смазки фреоновых винтовых компрессоров как отечественного производства, так и компрессоров зарубежных стран.
Ранее для смазки аммиачных компрессоров применяли масла фригус и веретенное 2, вязкость которых в 2 раза меньше вязкости масла ХА-30. Применение масел ХА-23, ХА-30, ХА-34 снижает износ трущихся частей примерно в 1,5 раза.
Масло уносится с холодильным агентом из компрессора в нагнетательный трубопровод и разносится по всей системе. Количество уносимого масла зависит от типа компрессора, его производительности, марки масла и других факторов. В среднем можно принять, что количество уносимого масла составляет 20 - 30 г/ч на каждые 100 м3/ч рабочего объема компрессора (объема описываемого поршнями компрессора). Масло увлекается парами холодильного агента в виде мелких частиц, а также в парообразном состоянии. По данным ВНИХИ, испаряемость масла (фригус) возрастает при повышении температуры: при 80 °С испаряется примерно 3% всего масла, уносимого из компрессора при 100 °С - 8%, при 120 °С - 16%, при 140 °С - 35%.
Поскольку работа большинства маслоотделителей основана на механическом разделении масла и холодильного агента, для улавливания парообразного масла необходимо вначале сконденсировать пары и в виде капелек отделить от паров холодильного агента. Для уменьшения уноса капель масла скорость паров холодильного агента в маслоотделителе должна быть как можно меньше, обычно 0,6 - 0,8 м/с.
Влияние масла на работу теплообменных аппаратов холодильной установки зависит от взаимной растворимости рабочих тел и смазочных масел. Растворимость жидких рабочих тел в маслах повышается с возрастанием температуры. Взаимное расположение слоев в смеси обусловливается соотношением плотностей масла и холодильного агента. Так, жидкий аммиак мало растворяется в минеральных маслах, плотность аммиака (650 кг/м3) меньше плотности масла (900 кг/м3). Поэтому в аппаратах аммиачных установок масло с небольшим содержанием аммиака оседает в нижней части аппарата. В противоположность этому, например, во фреоновом испарителе (фреон-22) при температуре -20° С, что соответствует условиям ограниченной растворимости, слой масло - фреон будет располагаться над слоем фреон - масло, так как плотность чистого фреона при этой температуре равна 1350кг/м3.
Состояние масла в системе холодильной установки зависит от взаимной растворимости. Аммиак в масле и масло в аммиаке растворяются в небольших количествах. Фреон-12 до температуры -42° С неограниченно растворяется в масле, также масло неограниченно растворяется во фреоне. Фреон-22 при температуре выше 20° С имеет неограниченную взаимную растворимость в масле. В испарителе фреоновой установки (фреон-22) происходит расслоение масла и фреона. Однако в масле, плавающем на поверхности жидкого фреона, содержится некоторое количество растворенного фреона - это фаза «масло». В жидком фреоне-22 растворяется определенное количество масла - это фаза «фреон».
В зависимости от взаимной растворимости масла и холодильного агента определяется влияние масла на работу холодильной установки.
В аммиачной холодильной машине масло оседает в виде пленки на поверхности аппаратов, в результате чего создается дополнительное тепловое сопротивление и уменьшается коэффициент теплопередачи. Например, замасливание поверхности испарителя приводит к необходимости работы холодильной машины на более низкую температуру испарения как следствие дополнительного теплового сопротивления масла. Увеличивается температурный напор в аппаратах, что влечет за собой снижение холодопроизводительности и увеличение удельного расхода энергии на производство холода. Поэтому совершенно необходимо в аммиачной холодильной машине улавливать масло после компрессоров, чтобы препятствовать попаданию его в теплообменные аппараты.
В установках, работающих на фреоне-12, попадание масла в аппараты не влечет за собой образования масляной пленки на теплопередающей поверхности, так как фреон-12 растворяется в масле и образуется однородный раствор. Но в испарителях затопленного типа масло скапливается и увеличивается концентрация его в растворе. В результате повышается температура кипения и увеличивается вязкость раствора (по сравнению с температурой кипения и вязкостью чистого фреона), что ухудшает теплообмен.
Масло является высококипящей жидкостью, поэтому повышает температуру кипения холодильного агента при заданном давлении. Например, при давлении фреона 0,25 МПа температура кипения чистого фреона составляет -7 °С, если же концентрация масла будет 50%, то при том же давлении температура кипения раствора будет равна -3 °С, а для достижения рабочей температуры кипения -7 °С необходимо при наличии масла понижать давление в испарителе примерно на 0,035 МПа.
Скопление масла в испарителе оказывается нежелательным еще и потому, что на соответствующую величину уменьшается количество смазочного масла в картере компрессора. Поэтому в установках, применяющих холодильные агенты с неограниченной растворимостью масла, необязательно улавливать масло перед теплообменным аппаратом, но возникает задача непрерывного возврата масла из испарителя в картер компрессора, т. е. необходимо организовать циркуляцию масла в системе.
Существенное значение для работы холодильных установок имеет растворимость (абсорбция) газообразного холодильного агента в масле. Так, аммиак в газообразном состоянии в сравнительно небольшом количестве растворяется в маслах.
Таким образом, для уменьшения содержания аммиака в масле перед выпуском его из системы холодильной установки необходимо понизить давление и подогреть масло.
Гораздо выше растворимость в масле газообразных фреонов. При растворении холодильного агента в смазочном масле существенно снижается температура застывания масла, уменьшается его вязкость. Например, при температуре 0°С в результате растворения 10% фреона-12 вязкость масла уменьшается примерно на 25 %, при растворении 20% - в 2 раза.
