3.2 润滑油在线视频

同学们好

前面 我们介绍了“制冷工质”中的

“制冷剂”部分

下面 我们进入“润滑油”部分的学习

在这里 我们需要学习四个内容

第一 润滑油的使用目的

第二 润滑油的种类

第三 润滑油的应用要求

第四 润滑油与制冷剂的相容性问题

首先 我们来看看润滑油的使用目的

用于制冷热泵设备中的润滑油

又称为 冷冻油

在制冷设备中 主要具有四方面的作用

第一 润滑

压缩机中具有转动部件

其运转离不开润滑油

润滑油在压缩机各摩擦面上形成油膜

以减少摩擦

第二 散热

润滑油带走啮合面上产生的摩擦热

使摩擦面上的温度保持在合理范围内

缺油时

温度过高

出现抱轴 烧轴承 烧电机等现象

第三 密封

在摩擦面的间隙充满了润滑油

可以对压缩机摩擦面间隙起到密封作用

减少制冷剂的回流

提高压缩机的容积效率

第四 清洗

任何摩擦面接触时都会产生磨屑

而且 润滑油在高温时也可能出现碳化

这些磨屑和积碳 均需流动的冷冻油将之带走

以保证润滑 密封的可靠性

此外

润滑油在压缩机中 还常常作为动力油使用

它用来驱动一些控制机构

实现压缩机的能量调节等功能

对于压缩机而言

特别是 容积式压缩机

润滑油是不可缺少的

我们希望润滑油 只留在压缩机内

而不要进入制冷系统的换热器和管道中

然而

在实际制冷系统中

虽然 采用了多种油分离措施

但仍然有少量的润滑油 进入到制冷系统中

因此

我们在系统设计与控制中

必须需采取措施

使进入系统的润滑油

能源源不断地返回压缩机

以确保压缩机的安全运行

第二 冷冻油的种类

用于制冷系统的冷冻油主要有两类

即 天然矿物油和人工合成油

第一类是

天然矿物油 我们简称 矿物油

矿物油 是从石油中提取的润滑油

它只能与极性较弱或非极性制冷剂相互溶解

氨 R12 R22等制冷剂 就采用该类润滑油

在国标GB/T 16630中

将矿物油分为L-DRA/A级和B级

和L-DRB/A级和B级 共四个等级

其中

L-DRA为一等品

L-DRB为优等品

这里的优等品的指标 高于一等品

第二

人工合成油 简称 合成油

为保护臭氧层

制冷剂进入了替代的轨道

其冷冻油 也相应发生了变化

对于R134a R410A R407C R32等

空调用替代制冷剂 则需采用这类合成油

合成油主要有 PAG POE两类

POE 是指多元醇酯类合成油

而PAG 则是聚醚类合成油

它由环氧乙烷和环氧丙烷聚合而成

第三 冷冻油的应用需求

压缩机一般都需要使用冷冻油

但使用场合和制冷剂不同

对冷冻油的要求也不相同

对冷冻油 我们需要关注三方面的指标

第一类指标 是基本要求（指标）

要求润滑油 具有良好的化学稳定性

抗氧化性和电气绝缘性能

要求其水分和机械杂质含量要少

第二 黏度要求

润滑油的黏度应适宜

黏度过大

会使机械摩擦功率 摩擦产热和启动力矩增大

黏度过小

不能形成所需的油膜

无法达到应有的润滑和冷却效果

第三 对从低到高的三个温度的要求

最低的温度是凝固点

凝固点 是指润滑油停止流动时的温度

当然 我们希望凝固点越低越好

至少应适应制冷设备的工作范围要求

第二是 浊点

浊点 是指冷冻油中开始析出石蜡

使润滑油变浑浊时的温度

浊点应低于制冷剂的蒸发温度

否则 将导致节流阀堵塞

并影响换热器的传热性能

第三 闪点

闪点 是指润滑油蒸气与火焰接触时

发生打火的最低温度

闪点必须比压缩机排气温度高15℃以上

以免引起润滑油碳化 结焦

所以

在压缩机实际运行中

我们需要采取措施

防止压缩机的排气温度过高

避免润滑油碳化

最后

我们来重点分析在实际应用中

必须考虑的冷冻油与制冷剂的相容性问题

制冷剂可分为 无限溶解润滑油

和有限溶解润滑油 两种类型

但是 有限溶解和无限溶解是有条件的

随着润滑油的种类不同 温度的降低

无限溶解可能转化为有限溶解

首先

我们来看看无限溶解润滑油型制冷剂

它是指 液态制冷剂与润滑油

可以按任意比例混合

而不出现分层的现象的这类制冷剂

即

它是与润滑油处于互相溶解的制冷剂

一般而言

很多制冷剂在温度较高的时候是

无限溶解型制冷剂

但当其温度降低后

则转化为有限溶解型制冷剂

如

常用的氟利昂制冷剂 就是这种类型

第二种是

有限溶解润滑油型制冷剂

它是指液态制冷剂中

不能溶解 或仅能溶解少量润滑油的制冷剂

采用这种制冷剂的制冷系统

其罐体 管道等空间内

将出现制冷剂和润滑油的分层现象

对于这些制冷剂 则需采取设置油分离器

回油管等回油措施

通过人工 或自动控制方法将之回油

这个回油 就是使进入系统中的润滑油

能连续不断地 顺利返回压缩机的操作或者过程

由于 润滑油和制冷剂的密度不同

当出现润滑油和制冷剂分层时

就要通过二者密度差异来判断

润滑油富集的位置

是沉底 还是悬浮在制冷剂的液面上

如果是沉积在罐体的底部

就较为方便地 较为容易地实现回油

例如

氨 就是这种制冷剂

因其密度比润滑油小

因此

润滑油在高温和低温液态制冷剂中

都将沉积在罐体的底部

我们可以通过设置回油管

利用重力或压差等方法 将润滑油送回压缩机

反之

如果润滑油的密度小于制冷剂的密度

此时

润滑油将漂浮在制冷剂的液面上面

并随着制冷剂液面的变动而波动

这种类型的制冷剂

则必须采取液位控制和油引射器相结合

等技术措施 才能实现顺利回油

回油 是制冷系统研发与控制中

极为重要的问题

直接关系到 制冷热泵产品及其压缩机的可靠性

我们必须高度重视

上面谈到的都是 液态制冷剂和润滑油的关系

自然我们会问

如果是气态制冷剂 又会怎样呢

润滑油 在制冷系统工作的温度范围内

都是液体状态

故在气态制冷剂中

润滑油也是以液滴的形式存在

故 润滑油将悬浮在制冷剂气体中一起流动

如果 气体的流速太低

润滑油将因为重力而沉降

为了让润滑油与制冷剂（气体）一起流动

那么 就必须要使气体制冷剂具有一定的流速

能够携带润滑油一起流动的制冷剂（气体）流速

我们称为 “最小带有速度”

因此

在气体管道设计时

我们必须兼顾 减少流动阻力和顺利带油

两个方面 来合理选择管径

下面

我们通过

制冷剂和润滑油组成的混合溶液的相图

来进一步说明 润滑油和制冷剂的相互关系

混合溶液相图的横坐标

是润滑油在制冷剂中的浓度

纵坐标是溶液的温度

图中 给出了R22 R114和R12的溶油曲线

对于含油浓度为ξ的混合溶液而言

当溶液温度为tA时

三种制冷剂 都是无限溶解型制冷剂

但随着温度的降低

则可能逐渐转化为 有限溶解型制冷剂

例如

当溶液温度降低到tB时

R114和R12 仍然是无限溶解型制冷剂

但R22 就已经转化为有限溶解型制冷剂

出现了制冷剂和润滑油的分层

其状态分别为B’和B''点

其中

B’是含油率较低的制冷剂

B''点是含油率较高的制冷剂

可以看出

这两点 都不是纯的制冷剂和纯的润滑油

我们将含油率低的这层制冷剂 叫做“贫油层”

而含油率高的制冷剂 叫做“富油层”

当溶液温度继续降低时

例如 当溶液温度降低到tC时

三种制冷剂均转化为有限溶解型制冷剂

R22与润滑油基本上实现了完全分离

底层的贫油层中的含油率进一步减少

上部富油层中的润滑油浓度 进一步提高

对于R12制冷剂而言

由于其特殊的溶油特性

使其富油层的浓度很高

几乎是100%的润滑油

但贫油层中的制冷剂 仍然含有一定的润滑油

制冷剂与润滑油的这种相容性

对系统设计和运行控制 都极为重要

请同学们 在学习和今后的工作中高度重视

下面以R22为例

说明制冷剂的溶油特性在系统控制中的重要性

当制冷剂中含有一定浓度的润滑油时

就构成了二元溶液

这里给出了 R22和润滑油饱和溶液的

压力－浓度图

图中

横坐标 是润滑油在制冷剂中的浓度

纵坐标 是溶液的压力

在这上面 有一组温度从低到高的等温线

每条等温线都存在有

随含油率的升高而饱和压力逐渐降低的趋势

这些等温线与纵坐标的交点就是

制冷剂（即润滑油浓度为0的溶液）的饱和压力

从图中 可以看出

当压力一定时

随着含油率的增大

其混合溶液的饱和温度 将有所升高

这说明

在制冷系统中

如果蒸发器中的润滑油 不能及时排出

将导致制冷系统的蒸发温度升高

含油率越高

其蒸发温度也越高

必将导致 制冷剂与被冷却介质的传热温差减小

使得蒸发器的制冷量减小

这点对满液式蒸发器则非常重要

第二 当温度一定时

随着压力的降低

制冷剂中的含油率将增大

也就是说

润滑油中的制冷剂含量必将减小

多余的制冷剂 将从润滑油中逸出

在温度很低的冬季 启动空气源热泵时

由于压缩机在启动瞬间

其壳体内的润滑油和制冷剂的温度基本不变

随着吸气压力的降低

润滑油中的制冷剂 将蒸发逸出

导致润滑油出现泡沫

使得润滑油的润滑性能严重下降

这就是压缩机在低温环境下启动时

容易出现润滑油“起泡”的原因

基于上述原因

我们 在制冷系统设计时

不仅要仔细设计制冷剂循环 即制冷循环

还要细心组织 润滑油循环

前者 是为了提高系统能效比

后者 则是保障系统的安全性

目前

我国在人工合成冷冻油的研发方面

与先进国家相比还存在一定差距

特别是 润滑油在宽温度范围内的黏度特性

和高温下的化学稳定性 还存在一定的不足

望有志从事相关研究工作的同学们

在该方向努力

研发出 具有我国自主知识产权的润滑油

当然

最好的方法是

如果压缩机不需要润滑油 也能安全运行

那将极大地简化系统结构

减少设备耗材

并降低制冷系统的设计难度

正因为如此

发展无油压缩机技术 是今后的重要发展方向