制冷系統(tǒng)中潤滑油的存在對壓縮機性能、換熱器中的流動和傳熱以及對毛細管中的節(jié)流過程都有重要的影響。

01

制冷系統(tǒng)對潤滑油的要求

潤滑油是否適用于制冷系統(tǒng)，主要取決于潤滑油的特性能否滿足要求, 評價潤滑油品質(zhì)的主要因素有：

1、粘度

2、與制冷劑的互溶性

3、熱化學穩(wěn)定性

4、吸水性

1）、粘度 

決定了滑動軸承中油膜的承載能力、摩擦功耗及密封能力。粘度大, 則承載力強, 密封性好, 但流動阻力較大。

汽車空調(diào)要求所用潤滑油的粘度較高，而固定式制冷系統(tǒng)，特別是家用電冰箱要求是用較低粘度的潤滑油。其主要原因是高粘度潤滑油可能在毛細管內(nèi)形成蠟堵或油彈現(xiàn)象，影響毛細管的正常工作。

（烏氏粘度計）

2）、與制冷劑的互溶性 

若互溶性好, 在換熱器傳熱管內(nèi)表面不易形成油膜, 對換熱有利, 否則會造成蒸發(fā)溫度降低( 在蒸發(fā)壓力不變的前提下) ,蒸發(fā)器的制冷效果下降。

另外, 互溶性較好時, 在換熱器內(nèi)不會發(fā)生池積現(xiàn)象, 有利于壓縮機回油。

但互溶使油變稀, 降低油的粘度, 導致壓縮機內(nèi)油膜過薄, 影響壓縮機潤滑。

3）、熱化學穩(wěn)定性 

在制冷劑、油、金屬共存的系統(tǒng)中, 高溫會促使?jié)櫥桶l(fā)生化學反應, 導致油的分解、劣化, 生成沉積物和焦炭。潤滑油分解后產(chǎn)生的酸會腐蝕電氣絕緣材料。

4）、吸水性 

若潤滑油具有較強的親水性, 會帶入一定量的水分進入系統(tǒng), 在毛細管中水形成冰晶而堵塞系統(tǒng), 從而形成冰堵現(xiàn)象。因而在采用親水性潤滑油的系統(tǒng)中, **安裝干燥過濾器。

02

潤滑油對壓縮機的影響

1）、制冷劑含油還會影響氣閥工作過程, 改變制冷劑熱力性質(zhì)等, 從而導致壓縮機的制冷量和性能系數(shù)下降。

2）、壓縮機功耗隨含油量的增加而增加, 而排氣溫度正好相反, 隨著含油量的增加而降低。

3）、此外壓縮機排氣管道中的潤滑油內(nèi)會溶解一定量制冷劑, 使壓縮機的實際排氣量減少。

4）、機械損壞：由于在壓縮機進氣口處潤滑油中溶解有一定量制冷劑, 潤滑油的粘度會降低, 導致潤滑效果下降, 容易造成壓縮機機械部件損壞。

5）、液擊：潤滑油由于溶解了制冷劑而導致體積增大, 在壓縮機啟動過程中, 曲軸箱中的壓力下降, 引起溶解于潤滑油中的制冷劑沸騰, 產(chǎn)生大量泡沫, 有可能將大量的油從曲軸箱帶入氣缸, 產(chǎn)生液擊, 損壞設備。

03

潤滑油對冷凝器的影響

當制冷劑中潤滑油含量非常低時( 約為 0. 01% ) , 冷凝器內(nèi)換熱系數(shù)達到一個值, 但與純制冷劑時相比增幅不大, 總體上, 換熱系數(shù)隨著潤滑油含量的增加而降低。

同時由于潤滑油溶于制冷劑, 會導致制冷劑粘度增大, 從而使壓降增大。

總體而言： 潤滑油的存在會削弱冷凝換熱, 使冷凝器傳熱溫差增大, 冷凝壓力升高。

04

潤滑油對毛細管的影響

制冷劑含油影響毛細管流量的原因主要有兩個方面：

1）、因為油的粘度遠高于制冷劑的粘度, 制冷劑中含少量油會增加混合物的粘度及相應的流動阻力, 并使制冷劑提前達到飽和狀態(tài), 使得流量減小。

2）、油的表面張力遠遠高于制冷劑的表面張力, 制冷劑中含油會使混合物的表面張力增大, 阻礙制冷劑蒸發(fā), 從而使汽化欠壓增大, 延緩制冷劑的蒸發(fā), 從而增加毛細管的流量。

毛細管內(nèi)有可能出現(xiàn)潤滑油與制冷劑相分離的現(xiàn)象, 會影響毛細管的工作。由于小型制冷設備( 如家用冰箱空調(diào)等) 的毛細管直徑很小( 約0. 6mm) , 相分離嚴重時會導致蠟堵現(xiàn)象。

05

潤滑油對蒸發(fā)器的影響

一、對傳熱、換熱系數(shù)等的影響

少量潤滑油：

制冷劑中溶有少量潤滑油可以增加制冷劑的表面張力, 從而改變其對管壁的表面浸潤性。此外還會在管內(nèi)產(chǎn)生泡沫, 增加管內(nèi)液體與管壁的浸潤面積, 同時將液膜拉薄, 沿管壁分布更均勻, 強化傳熱效果, 從而提高蒸發(fā)換熱系數(shù)

含油較多：

1）、含油較多時, 蒸發(fā)器中的蒸氣基本是純制冷劑氣體, 油的成分極少, 隨著蒸發(fā)的進行, 液相中的含油量逐步增加, 會在換熱器內(nèi)表面形成油膜, 降低換熱系數(shù)，使蒸發(fā)曲線下降, 傳熱溫差增大。

2）、同時蒸發(fā)器出口處潤滑油中溶有部分未蒸發(fā)的制冷劑, 這部分潛熱無法被充分利用, 從而導致制冷量減小。

3）、蒸發(fā)器中潤滑油的存在將影響制冷劑沸騰時氣泡的形成, 減小氣泡的生成速度和頻率, 削弱成核過程中的熱傳遞, 從而降低換熱效果。

二、對壓降的影響

1）、在蒸發(fā)器末端, 隨著制冷劑的蒸發(fā), 以及溫度升高造成的制冷劑在潤滑油中溶解度的降低，混合物中制冷劑含量越來越低, 混合物粘度逐漸增大, 從而直接造成蒸發(fā)器末端換熱系數(shù)的減小和壓降增加。

2）、當含油量達到 5% 時, 與無潤滑油時相比, 壓降增大了一倍。

壓降的增大, 一方面降低了壓縮機吸氣壓力, 導致壓縮機壓縮效率降低；

另一方面, 這又有利于潤滑油中溶解的制冷劑被釋出, 從而提高蒸發(fā)器的換熱效果。

三、分層現(xiàn)象

制冷劑在系統(tǒng)各部件內(nèi)的溶解量不同, 造成制冷劑在油中的遷移現(xiàn)象。

制冷劑/ 油混合物隨溫度的降低將出現(xiàn)分層現(xiàn)象，潤滑油容易積存在毛細管及蒸發(fā)器上, 從而影響其換熱效果, 使制冷劑性能下降。

有可能出現(xiàn)相分離的地方就是蒸發(fā)器, 因為在蒸發(fā)器中制冷劑蒸發(fā), 從而在蒸發(fā)器管路內(nèi)表面上會形成液態(tài)的油膜。

油膜的粘度主要是由液相中潤滑油的濃度決定的。當油膜的粘度很大時, 制冷劑蒸氣的流速不足以將這些潤滑油帶出蒸發(fā)器, 從而積留在蒸發(fā)器中。

06

潤滑油對管路的影響

滑油在系統(tǒng)中流動時會黏附在壁面上形成油膜

1）、對于不能互溶的潤滑油和制冷劑, 這個問題可以通過在壓縮機排氣口處設一個油分離器來解決。

2）、對于更常用的可互溶潤滑油則不行, 潤滑油與制冷劑一起進入循環(huán), 直到它通過進氣口再次回到壓縮機。這樣就需要考慮潤滑油在管路等部件中的流動, 尤其要考慮垂直管路, 這是因為要使?jié)櫥涂朔亓罢扯扔绊懴蛏狭鲃邮呛芾щy的。這樣制冷劑蒸氣就**有較高的流速, 但這又會造成壓降的增大。

3）、在蒸發(fā)器及回氣管的低溫區(qū)內(nèi), 溫度升高時, 混合液粘度由于油中制冷劑含量降低而升高；在高溫區(qū), 制冷劑溶入量很少, 混合液的主要成分是潤滑油, 其粘度隨溫度的升高而降低。

這樣就存在一個粘度, 在設計管道時, 應以粘度和管道的傾斜角度為主要依據(jù), 確定管徑及管內(nèi)氣體的流速。

07

結(jié)論

1）、 對于氟利昂制冷系統(tǒng)：

當系統(tǒng)含油量小時，壓縮機質(zhì)量流量增加, 蒸發(fā)和冷凝換熱性能增強；

當含油量較大時, 壓縮機功耗增加, 實際排氣量減少, 排氣溫度降低；蒸發(fā)冷凝換熱系數(shù)降低, 沿程摩擦壓降增大; 毛細管中液體段長度和質(zhì)量流量減小, 引起系統(tǒng)制冷量的減小。

2）、冷凍油進入制冷系統(tǒng)，造成換熱器中潤滑油油池積、毛細管中蠟堵、冰堵、壓縮機中缺油和潤滑效果下降等現(xiàn)象。

因此需要合理設計系統(tǒng)和各部件, 控制系統(tǒng)的含油量, 使循環(huán)中的制冷劑能夠順利返回壓縮機, 避免壓縮機缺油。