Компрессор является одной из главных частей систем охлаждения, длительная эксплуатация которого в значительной степени зависит от эффективности смазки его трущихся поверхностей. В настоящее время трущиеся детали компрессоров холодопроизводительностью менее 10 кВт смазыва- ются простым разбрызгиванием масла, а в компрессорах холодопроизводительностью более или равной 10 кВт предусматривается принудительная смазка с помощью насосов, как правило, шестеренчатого типа, устанавливаемых в картере. В некоторых случаях для очень больших компрессоров масляный насос устанавливают снаружи, а система смазки иногда бывает смешанной, т.е. капельной (разбрызгиванием) и принудительной (насосной).
Дополнительные функции масла в холодильном компрессоре:
o охлаждение;
o унос абразивных частиц;
o герметизация уплотнений;
o сглаживание пульсаций и снижение уровня шума.
Таким образом, наличие масла в холодильной системе положительно влияет на работу компрессора. В тоже время присутствие масла снижает интенсивность теплообмена в испарителе и конденсаторе. Поэтому важным является обеспечение наиболее рациональной циркуляции масла, обеспечивающего надежную работу всех технических устройств, входящих в холодильную систему. Определяющая роль в существенном снижении процентного содержания масла в контуре отводится маслоотделителям.
Особенности систем смазки поршневых компрессоров
Смазывать необходимо все трущиеся детали: подшипники коленчатого вала, шатунные шейки, поршневые пальцы, цилиндры, сальниковые уплотнения. Простой вариант смазки – разбрызгивание масла, налитого до определенного уровня в картер, при вращении коленчатого вала. Более надежной является принудительная смазка с помощью масляного насоса. При этом, нагнетаемое масло через каналы, просверленные в коленчатом валу подается к шатунным шейкам. Иногда в крупных поршневых компрессорах путь масла продлевается по сверлениям в шатунах к поршневым пальцам.
Смазочное масло, заливаемое в картер, частично уносится хладагентом, из-за чего при длительной работе компрессора может возникнуть опасность сухого трения в трущихся парах. Чтобы избежать этого, в холодильной машине после компрессора устанавливают маслоотделитель, из которого масло периодически возвращается обратно в картер.
4.2.1. Маслоотделители холодильных машин
При уносе масла из компрессора необходима частая дозаправка масла в картер либо следует предусматривать специальные устройства для возврата масла в компрессор.
Влияние масла на работу холодильной машины зависит от вида холодильного агента. В жидком аммиаке минеральные масла растворимы в очень небольшом количестве. При этом аммиак не смешивается с маслом, а так как плотность масла выше плотности аммиака, то масло накапливается в нижних точках различных узлов и агрегатов, откуда оно может быть возвращено в компрессор с помощью сливных кранов. Текучесть масла с падением температуры снижается, следовательно, для установок на аммиаке, работающих при низких температурах, должно быть предусмотрено использование масел, остающихся текучими в этих условиях. Если же обеспечить это невозможно, слив масла должен производится после выключения установки и подъеме температуры до такой величины, при которой масло вновь станет текучим. Установлено, что только незначительная доля масла поступает в аммиачный конденсатор с нагнетаемым паром. Поэтому на трубках конденсатора масло практически не оседает. В то же время, в аммиачном испарителе масло скапливается и, оседая на трубках, ухудшает теплопередачу.
Отделение масла от паров аммиака
Для лучшего отделения капель масла их заставляют соприкасаться с твердой поверхностью, от которой масло уже не может оторваться истекаетнадно аппарата. С целью увеличения поверхности холодильный агент можно пропускать через слой колец Рашига или другую насадку.
 |
Хорошие результаты достигаются также в маслоотделителях типа «Циклон» (рис.4.6,а), в которых пару сообщается интенсивное вращательное движение и масло отбрасывается к стенкам аппарата.
Для аммиачных установок весьма эффективным оказался аммиачный маслоотделитель с двойной промывкой жидким аммиаком конструкции Яковлева (рис.4.6,б). Этот маслоотделитель отделяет 98 - 99% масла. При этом наивысшие скорости движения пара в кольцевых сечениях 1, 2 и 3 составляют соответственно 3,85; 1,23 и 0,86 м/с. Уровень жидкого аммиака в маслоотделителе поддерживаетсяпоплавковым клапаном. Наличие жидкого аммиака над маслом затрудняет автоматизацию выпуска масла из маслоотделителя. Масло из маслоотделителя выпускают вручную.
Другие возможные конструктивные схемы аммиачных маслоотделителей приведены на рис.4.7. На этом рисунке в схеме "в" предусматривается охлаждение паров хладагента водяным змеевиком с последующим отделением капель масла в насадке. В схеме "г" установлен наиболее распространенный вариант конструкции маслоотделителяс промывкой паров в жидкомаммиаке и отбиванием капель с помощью наклонных отбойников.
Отечественные промывные (барботажные) маслоотделители обозначают ОММ, а инерционные – М или МО.
Отделение масла от паров фреона
Для холодильных установок, работающих не на аммиаке, а на других холодильных агентах, например, на фреонах, в которых масло хорошо растворяется и смешивается появляется вероятность распределения масла по всему контуру.
В системах с фреоном-22 применяют как минеральные масла ХФ12-18, ХФ22-24, ограниченно растворимые во фреоне-22, так и синтетическое ХФ22с-16, полностью в нем растворимое. При полном растворении масла оно не оседает на теплопередающей поверхности и не забивает трубки даже при температуре более низкой, чем температура застывания чистого масла. Однако содержание масла в растворе заметно ухудшает теплоотдачу. Кроме того, с увеличением концентрации масла повышается температура кипения. Для увеличения эффективности использования поверхности испарителя следует уменьшать поступление масла в испаритель, применяя маслоотделители, либо применить испарители с рециркуляцией холодильного агента. Выбор метода должен быть экономически обоснован.
При положительных температурах и небольших концентрациях все минеральные масла растворяются во фреоне-22. Поэтому отделить масло в конденсаторе или ресивере невозможно, и все масло, угоняемое компрессором, попадает в испаритель. При низких температурах раствор фреона с минеральным маслом разделяется на две фазы, и фаза с высокой концентрацией масла всплывает на поверхность. При –30…–50°С эта фаза застывает.
В испарителях с кипением внутри труб масло, застывая, забивает проходные сечения. Поэтому для низкотемпературных испарителей такого типа минеральные масла неприменимы. При температурах кипения ниже (-)40°С предпочтительнее синтетическое масло ХФ22с-16.
Для работы на фреоне-13 применяют масло ФМ5,6-АП, которое при концентрации 9% и ниже полностью растворимо во фреоне. В испарителях с кипением внутри труб, которые чаще применяют на фреоне-13, концентрация масла в конце испарителя возрастает, и оно выделяется из раствора. Благодаря низкой температуре застывания (-110°С) масло не забивает трубки, а только ухудшает теплопередачу.
Чтобы избежать попадания жидкого фреона в картер компрессора масло с фреоном (рис.4.6, в) предварительно подогревают в специальном ректификаторе 3 при низком давлении, который обычно располагают в верхней части маслоотделителя. Масло, осевшее на кольцах Рашига 2, стекает по конической сетке и стенкам маслоотделителя вниз и, пройдя поплавковый клапан 1, подается в ректификатор 3. Продвигаясь по спиральному каналу, масло соприкасаетсяс дном ректификатора, которое снизу подогревается горячими парами холодильного агента. За счет отвода пара во всасывающую линию этого же компрессора в ректификаторе поддерживается низкое давление, и фреон выкипает. Оставшееся масло стекает в картер вследствие разности уровней.
При интенсивной конденсации ректификатор может не обеспечить испарение всего жидкого фреона. Поэтому в маслоотделителиследует подавать охлаждающуюводу, предварительно подогретую в конденсаторе, а затем в рубашке компрессора.
В других конструктивных схемах фреоновых маслоотделителей используют предварительное охлаждение водой, нагнетаемых компрессором горячих паров хладагента, с последующим их пропусканием через слой керамических колец, задерживающих масло. Масло, осажденное на керамических кольцах, затем стекает вниз и периодически по мере накопления перепускается в картер компрессора.
4.2.2. Способы возврата масла в компрессор
Как уже указывалось, масло, попавшее в аммиачный испаритель, при низких температурах застывает в нем, оседая на теплопередающей поверхности и в нижней части аппарата (так как масло тяжелее аммиака). Поэтому для удаления масла из аммиачного испарителя необходимо испаритель выключить из работы и отогреть.
Во фреоновых испарителях масло растворено в жидком холодильном агенте либо плавает на его поверхности. Обычно масло из фреонового испарителя можно удалить и возвратить в компрессор вместе с фреоном, не выключая испаритель из работы.
Проще всего возвратить масло из прямоточных испарителей, расположенных выше компрессора. Для этого горизонтальные участки трубопроводов делают с уклоном по ходу пара, и масло стекает в компрессор самотеком.
 |
При необходимости в подъеме всасываемогопара вместе с маслом делают петлю в начале вертикального участка трубопровода для создания гидравлического затвора (рис.4.8, а). Скапливающееся в петле масло периодически перекрывает проход пару, а затем давлением пара выбрасывается вверх. В трубопроводах большого диаметра такие петли неэффективны и создают опасность гидравлического удара. Чтобы обеспечить подъем масла вместе с паром, выбирают повышенные скорости движения пара. При кипении жидкости в большом объеме и свободном удалении пара (что имеет место в кожухотрубном испарителе) масло не может вместе с паром подняться из раствора и накапливается в нем. Поэтому для возврата масла из кожухотрубного испарителя необходимо отбирать из него часть жидкого холодильного агента.
Проще всего забирать жидкость (в виде пены илибрызг) вместе с паром, поддерживая в испарителе соответственно высокий уровень жидкости.
В теплообменнике, через который проходит пар (рис.4.8, б), жидкость доиспаряется, и масло выделяется почти в чистом виде. При прохождении через вертикальный теплообменник масло не может вернуться обратно в испаритель из-за высокой скорости пара. По такой схеме из испарителя может удаляться и нерастворимое масло.
Схема возврата масла с паром имеет следующие недостатки:
· требуется точное регулирование степени заполнения испарителя, так как при перегреве пара на выходе из испарителя более 2°С возврат масла нарушается, а при перегреве менее 1°С возможен влажный ход;
· система работоспособна только при достаточно высоких скоростях движения пара в трубопроводе. При уменьшении холодопроизводительности компрессора скорость пара может оказаться недостаточной для возврата масла.
Значительно более надежна схема возврата масла с горизонтальным теплообменником конструкции Шапошникова и Галежи [3] (рис. 4.8, в). После перегрева пара в теплообменнике отделившееся в нем масло направляют по отдельной трубке в картер компрессора, расположенного ниже теплообменника. При такой схеме устойчивость возврата масла не зависит от скорости пара во всасывающем трубопроводе, однако для подъема масла с паром из испарителя в теплообменник необходимо точно регулировать подачу жидкого холодильного агента в испаритель.
Чтобы надежность возврата масла не зависела от уровня жидкости в испарителе можно часть жидкого хладагента непосредственно перепускать из испарителя во всасывающий трубопровод перед теплообменником. Преодолеть разность давлений для транспортирования жидкого масла можно при помощи петли (рис.4.8, г) эжектора (рис.4.8, д) или насоса, применяемого в установках с рециркуляцией жидкости в испарителе (рис.4.8, е). В любой из этих схем масло после теплообменника можно направлять к компрессору вместе с паром, как показано рис. 4.8, г,д (при подъеме пара его скоростьдолжна быт ь не ниже определенной величины), либо по отдельной трубке (рис. 4.8, е).
Дополнительные трудности с возвратом масла возникают в том случае, если несколько компрессоров работают на одну испарительную систему. Для равномерного распределения возвращаемого масла картеры компрессоров необходимо при этом объединять как сообщающиеся сосуды, т.е. и в нижних и в верхних частях. Верхняя уравнительная трубка должна обеспечить достаточно быстрое выравнивание давлений в картерах в случае попадания в один из компрессоров жидкого фреона.
Размещение маслоотделителя в схемах и другие возможные способы возврата масла в компрессор
Размещение маслоотделителя в схемах холодильной системы зависит от степени взаимной растворимости хладагента с маслами.
Так для аммиачных систем, в которых хладагент не смешивается с маслами, эффективность маслоотделителя повышается при его размещении как можно дальше от компрессора. Наоборот, для лучшего отделения масла во фреоновых системах маслоотделитель должен быть размещен сразу после компрессора.
Применяются схемы возврата масла в компрессор как с отдельными, так и с общим маслоотделителем. В первом случае каждый компрессор имеет собственный маслоотделитель, из которого масло возвращается в компрессор. Однако, если в составе установки имеется несколько компрессоров, работающих параллельно с общим коллектором как всасывания, так и нагнетания, необходимо предусматривать:
Ø единый сепаратор масла для группы компрессоров, или в некоторых случаях сепаратор масла для каждого компрессора в отдельности;
Ø буферную масляную емкость для всех или группы компрессоров;
Ø регулятор уровня масла для каждого компрессора;
Ø масляный фильтр для каждого компрессора;
Ø обратныйклапан в каждом компрессоре.
Количество маслоотделителей и масляных буферных емкостей зависит от типа установки. Так, например, одного маслоотделителя и одной буферной емкости иногда вполне достаточно для установок большой и средней мощности, в которых не предполагается снижение нагрузки. Однако для установок, предусматривающих возможность работы на пониженной мощности, маслоотделитель и буферная емкость будут переразмерены и перестанут нормально выполнять свои функции.
Вопросы к подразделу 4.2
1). Когда применяют смазку разбрызгиванием?
2). Когда применяют принудительную смазку?
3). Перечислить основные функции масла в холодильном компрессоре.
4). Назначение маслоотделителя в холодильной машине.
5). Каким образом осуществляется отделение масла в аммиачных холодильных установках?
6). Каким образом осуществляется отделение масла во фреоновых холодильных установках?
7). Перечислить возможные способы возврата масла в картер компрессора.
8). Место размещения маслоотделителя в аммиачных и фреоновых холодильных установках.
9). Перечислить возможные технические устройства возврата масла в холодильных установках с несколькими компрессорами, работающими параллельно с общим коллектором нагнетания и всасывания.