冷冻机油简介

  冷冻机油是制冷式压缩机的专用润滑油,是制冷系统中决定和影响制冷装置功能和效果的至关重要的组成部分。高质量的冷冻机油不仅必须具备与制冷剂共存时的优良的热化学安定性和相溶性,优良的低温流动性、润滑性、抗泡性,而且必须易于生产,原料来源可靠,对环境没有污染。

  冷冻机油的工作路径

  冷冻机油是制冷压缩机的专用润滑油,和一般润滑油一样,在制冷压缩机中起润滑、密封、防锈和带走热量的作用。冷冻机油在压缩机内分3路循环,分别对轴承、压缩机主体和控制系统进行润滑后回到曲轴箱内,与制冷剂相混合。由压缩机排出的制冷剂-油混合物在油分离器中被分出大部分油,分出的油经冷却器冷却,再流回压缩机。少量分不出的油则与制冷剂一起进入制冷剂管线。

  由于冷冻机油是在制冷剂的特殊环境下工作,因此具有下属特性:

  1. 冷冻机油与制冷剂在制冷压缩系统内直接接触

  2. 有少量冷冻机油被携入制冷剂管线参与冷冻循环

  3. 在全封闭压缩机中,冷冻机油与电机的线圈及密封件等有机材料密切接触

  4. 冷冻机油处于压缩机排气阀的高温和膨胀阀、蒸发器的低温这样极端的温度条件下

  冷冻机油的性能要求

制冷循环系统

性能要求

压缩机


1. 与制冷剂共存时具有优良的化学稳定性

2. 有良好的润滑性

3. 有极好的与制冷剂的相溶性

4. 对绝缘材料和密封材料具有优良的适应性

5. 有良好的抗泡性能

冷凝器

有优良的与制冷剂的相溶性

膨胀阀

1. 无蜡状物絮状分离

2. 不含水

蒸发器

1. 有优良的低温流动性

2. 无蜡状物絮状分离

3. 不含水

4. 有优良的与制冷剂的相溶性

  以下分别对这些特性予以说明。

  1. 粘度和粘度温度特性

  粘度是指油品的粘稠程度,是冷冻机油的重要特性之一。也是冷冻机油分类的基础之一。冷冻机油常用的粘度为运动粘度。

  适宜的冷冻机油是确保制冷压缩机处于流体动力润滑状态、减少磨损、降低能耗的重要因素。粘度过低,不能形成适宜的油膜厚度,会导致冷冻机系统部件的机械磨损以及拉缸、抱轴等机械故障,同时也会影响系统的密封性。粘度过高,会造成压缩机的动力消耗过大。因此,不同的制冷设备,使用不同粘度级别的油。一般情况下,冷冻偏向于使用低粘度冷冻机油,空调偏向于使用高粘度冷冻机油。


石蜡基油

石蜡基油(深冷脱蜡)

环烷基油(一般精制)

环烷基油(深度精制)

烷基苯(硬性)

粘度,mm2/s

40℃

100℃

粘度指数


31.6

5.42

106


33.4

5.54

102


29.3

4.27

-10


32.8

4.96

59


33.0

4.35

-44

  此外,由于冷冻机油在制冷循环系统中的使用温度很宽,在某些压缩机的气缸内有时可接触150℃的高温,而在蒸发系统内则可能接触-40℃或更低的温度,所以要求油的粘度随温度的变化要小,以保证冷冻机油在各种不同温度下都具有良好的润滑性和流动性。表2为几种冷冻机油的粘度和粘度温度特性(粘度指数)。

  2. 热化学安定性

  冷冻机油与制冷剂共存时的热化学安定性决定了它的使用寿命。在高温和金属的催化下,冷冻机油可与制冷剂(氟里昂、氯甲烷等)发生化学反应,生成腐蚀性的酸、油泥等产物,导致制冷系统堵塞,影响制冷效率,腐蚀金属,破坏绝缘材料致使电机烧坏。

  冷冻机油的化学安定性一般用密封管试验(Seal Tube Test)和菲利浦试验(DIN 51593)来评价。

  冷冻机油与制冷剂及氨的化学反应性很小,但是系统中的氨易与油中的酸性物质发生反应生成酸的铵盐、酰胺、油泥等沉淀物。

  3. 热稳定性

  冷冻机油在制冷压缩机内会遇到很高的温度,特别是在压缩机阀片的排气口附近,温度有时高达160℃。热稳定性差的油会在此处发生分解产生积炭及其他分解物,从而阻碍阀片的运动并使制冷效果降低。

  冷冻机油的热稳定性与油的类型、装置的结构等因素有关。一般来说,石蜡基和烷基苯冷冻机油的热稳定性高,环烷基冷冻机油的热稳定性较差。表3所示的是冷冻机油的类型和热稳定性的关系。

油的类型

热稳定性(最高使用温度℃)

环烷基油

石蜡基油(高芳烃含量)

石蜡基油(低芳烃含量)

石蜡基油 + 烷基苯

烷基苯

120

130

160

160

160

  积炭的产生还与油品的闪点和挥发性有关。挥发性高、闪点低的油易在高温阀片处挥发、变粘而生成积炭。一般来说,冷冻机油的闪点应比制冷压缩机的最高排气温度高20-30℃左右。

  4. 低温性能

  不同的制冷剂在冷冻机油中有着不同的溶解特性。

  表4显示了各种制冷剂与冷冻机油的互溶性关系。

完全溶解

部分溶解

基本不溶

溶解度大

溶解度适中

溶解度小

R11

R12


R21

R113

R500

R13B1

R501





R22

R114





R13

R14

R115

R152A

RC314

R502

CO2





  由于不同制冷剂与油的溶解性不同,在制冷循环系统的低温区发生的情形不同,因此对冷冻机油低温性能的要求就会随着冷冻机所采用的制冷剂的变化而有所不同。现分述如下:

  (1)低温流动性——难溶于油的制冷剂

  从制冷循环系统的蒸发器出口到压缩机的入口,很容易发生因油的低温流动性差而发生的一系列的问题。特别是对含有难以在冷冻机油中溶解的R502、R503、R13和氨的制冷系统来说,如果油的凝点过高,当其随制冷剂进入制冷系统后,就会在蒸发器盘管等低温部位滞留或凝固,严重时甚至会堵塞管道使设备不能正常运转。因此,品质优良的冷冻机油要有较低的凝点和良好的低温流动性。一般用凝点、倾点和U型管流动性来评价和衡量冷冻机油的低温流动性。

  (2)溶解性——与油部分溶解的制冷剂

  与油只能部分相溶的氟里昂制冷剂会随着系统温度的降低发生制冷剂与油的分离,由于油的密度较小而浮在制冷剂之上,此时如启动压缩机,因底部制冷剂层的粘度过小,将造成滑动部件烧结或机体的异常振动。另外,由于油与制冷剂相分离,还会在蒸发器和冷凝器等低温区造成回流困难和影响传热效率等问题。因此,油与制冷剂一定要有较好的相溶性,油-制冷剂相分离的温度尽可能地低,以保证制冷压缩机的正常运转。

  油与制冷剂的相溶性受制冷剂的类型和冷冻机油的组分、结构及粘度的影响。一般来说,烷基苯型合成油与制冷剂的相溶性最好,环烷基油次之,石蜡基冷冻机油的相溶性最差。

  (3)絮凝点

  表4中的R12、R11等氟里昂制冷剂与冷冻机油是完全溶解的,降低温度也不会发生剂油相分离的情况。但是油中的石蜡基组分在此类氟里昂中的溶解性差,常在温度到达冷冻机油的倾点以前从油-制冷剂的均一溶液中絮凝出来,造成毛细管和膨胀阀堵塞,使制冷剂的循环中断。因此,用于R12一类制冷剂系统中的冷冻机油必须尽可能地不含石蜡组分,以保证油品具有较低的絮凝点。表5为不同类型的冷冻机油的低温特性。


石蜡基油(脱蜡)

石蜡基油(深冷脱蜡)

低精制环烷基油

高精制环烷基油

烷基苯(硬性)

相对密度(15℃/4℃)

0.867

0.869

0.918

0.888

0.870

运动密度(40℃),mm2/s

31.6

33.4

29.3

32.8

33.0

倾点,℃

-15

-30

-37.5

-37.5

-42.5

絮凝点,℃

> -30

-50

-60

-40

< -75

临界溶解温度(20%油),℃

30

> 30

-12

18

< -60

  能适应各种制冷剂的、性能优良的冷冻机油必须兼备上述3种特性,即既要有优良的低温流动性,又要有较低的絮凝点以及与各种制冷剂有较好的相溶性。

  5. 润滑性

  相对来讲,制冷压缩机对冷冻机油润滑性能的要求是比较缓和的,这是由于制冷剂特别是氟里昂制冷剂在边界润滑条件下起到了极压添加剂的作用。但是今年来随着压缩机的小型化、轻量化、高速和旋转化,对冷冻机油油品的润滑性能提出了越来越高的要求。Falex极压负荷从1335-1880N(300-400 lb)提高到3115N(700 lb),几乎增加了1倍。只有加入润滑添加剂才能使冷冻机油的润滑性能有明显的改进及满足上述苛刻的要求。


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