润滑油对制冷系统的影响

  制冷系统中润滑油的存在对压缩机性能、换热器中的流动和传热以及对毛细管中的节流过程都有重要的影响。

一、制冷系统对润滑油的要求

  润滑油是否适用于制冷系统，主要取决于润滑油的特性能否满足要求, 评价润滑油品质的主要因素有：

  1、粘度 

  2、与制冷剂的互溶性 

  3、热化学稳定性 

  4、吸水性 

  （一）粘度 

  决定了滑动轴承中油膜的承载能力、摩擦功耗及密封能力。粘度大, 则承载力强, 密封性好, 但流动阻力较大。
  汽车空调要求所用润滑油的粘度较高，而固定式制冷系统，特别是家用电冰箱要求是用较低粘度的润滑油。其主要原因是高粘度润滑油可能在毛细管内形成蜡堵或油弹现象，影响毛细管的正常工作。 

  （二）与制冷剂的互溶性 

  若互溶性好, 在换热器传热管内表面不易形成油膜, 对换热有利, 否则会造成蒸发温度降低( 在蒸发压力不变的前提下) ,蒸发器的制冷效果下降。
  另外, 互溶性较好时, 在换热器内不会发生池积现象, 有利于压缩机回油。
  但互溶使油变稀, 降低油的粘度, 导致压缩机内油膜过薄, 影响压缩机润滑。

  （三）热化学稳定性 

  在制冷剂、油、金属共存的系统中, 高温会促使润滑油发生化学反应, 导致油的分解、劣化, 生成沉积物和焦炭。润滑油分解后产生的酸会腐蚀电气绝缘材料。

  （四）吸水性 

  若润滑油具有较强的亲水性, 会带入一定量的水分进入系统, 在毛细管中水形成冰晶而堵塞系统, 从而形成冰堵现象。因而在采用亲水性润滑油的系统中, 必须安装干燥过滤器。

二、润滑油对毛细管的影响

  制冷剂含油影响毛细管流量的原因主要有两个方面：

  1、因为油的粘度远高于制冷剂的粘度, 制冷剂中含少量油会增加混合物的粘度及相应的流动阻力, 并使制冷剂提前达到饱和状态, 使得流量减小。
  2、油的表面张力远远高于制冷剂的表面张力, 制冷剂中含油会使混合物的表面张力增大, 阻碍制冷剂蒸发, 从而使汽化欠压增大, 延缓制冷剂的蒸发, 从而增加毛细管的流量。
  毛细管内有可能出现润滑油与制冷剂相分离的现象, 会影响毛细管的工作。由于小型制冷设备( 如家用冰箱空调等) 的毛细管直径很小( 约0. 6mm) , 相分离严重时会导致蜡堵现象。

三、润滑油对压缩机的影响

  1、此外压缩机排气管道中的润滑油内会溶解一定量制冷剂, 使压缩机的实际排气量减少。
  2、制冷剂含油还会影响气阀工作过程, 改变制冷剂热力性质等, 从而导致压缩机的制冷量和性能系数下降。
  3、液击：润滑油由于溶解了制冷剂而导致体积增大, 在压缩机启动过程中, 曲轴箱中的压力下降, 引起溶解于润滑油中的制冷剂沸腾, 产生大量泡沫, 有可能将大量的油从曲轴箱带入气缸, 产生液击, 损坏设备。
  4、压缩机功耗随含油量的增加而增加, 而排气温度正好相反, 随着含油量的增加而降低。
  5、机械损坏：由于在压缩机进气口处润滑油中溶解有一定量制冷剂, 润滑油的粘度会降低, 导致润滑效果下降, 容易造成压缩机机械部件损坏。

四、润滑油对蒸发器的影响

  （一）对传热、换热系数等的影响

  1、少量润滑油：
  制冷剂中溶有少量润滑油可以增加制冷剂的表面张力, 从而改变其对管壁的表面浸润性。此外还会在管内产生泡沫, 增加管内液体与管壁的浸润面积, 同时将液膜拉薄, 沿管壁分布更均匀, 强化传热效果, 从而提高蒸发换热系数。
  2、含油较多：
  1）、同时蒸发器出口处润滑油中溶有部分未蒸发的制冷剂, 这部分潜热无法被充分利用, 从而导致制冷量减小。
  2）、含油较多时, 蒸发器中的蒸气基本是纯制冷剂气体, 油的成分极少, 随着蒸发的进行, 液相中的含油量逐步增加, 会在换热器内表面形成油膜, 降低换热系数，使蒸发曲线下降, 传热温差增大。
  3）、蒸发器中润滑油的存在将影响制冷剂沸腾时气泡的形成, 减小气泡的生成速度和频率, 削弱成核过程中的热传递, 从而降低换热效果。

  （二）对压降的影响

  1、在蒸发器末端, 随着制冷剂的蒸发, 以及温度升高造成的制冷剂在润滑油中溶解度的降低，混合物中制冷剂含量越来越低, 混合物粘度逐渐增大, 从而直接造成蒸发器末端换热系数的减小和压降增加。
  2、当含油量达到 5% 时, 与无润滑油时相比, 压降增大了一倍。压降的增大, 一方面降低了压缩机吸气压力, 导致压缩机压缩效率降低；另一方面, 这又有利于润滑油中溶解的制冷剂被释出, 从而提高蒸发器的换热效果。

  （三）分层现象

  制冷剂在系统各部件内的溶解量不同, 造成制冷剂在油中的迁移现象。
  制冷剂/ 油混合物随温度的降低将出现分层现象，润滑油容易积存在毛细管及蒸发器上, 从而影响其换热效果, 使制冷剂性能下降。
  最有可能出现相分离的地方就是蒸发器, 因为在蒸发器中制冷剂蒸发, 从而在蒸发器管路内表面上会形成液态的油膜。
  油膜的粘度主要是由液相中润滑油的浓度决定的。当油膜的粘度很大时, 制冷剂蒸气的流速不足以将这些润滑油带出蒸发器, 从而积留在蒸发器中。

五、润滑油对冷凝器的影响

  当制冷剂中润滑油含量非常低时( 约为 0. 01% ) , 冷凝器内换热系数达到一个最大值, 但与纯制冷剂时相比增幅不大, 总体上, 换热系数随着润滑油含量的增加而降低。
  同时由于润滑油溶于制冷剂, 会导致制冷剂粘度增大, 从而使压降增大。
  总体而言： 润滑油的存在会削弱冷凝换热, 使冷凝器传热温差增大, 冷凝压力升高。

六、润滑油对管路的影响

      滑油在系统中流动时会黏附在壁面上形成油膜

  1、对于不能互溶的润滑油和制冷剂, 这个问题可以通过在压缩机排气口处设一个油分离器来解决。
  2、对于更常用的可互溶润滑油则不行, 润滑油与制冷剂一起进入循环, 直到它通过进气口再次回到压缩机。这样就需要考虑润滑油在管路等部件中的流动, 尤其要考虑垂直管路, 这是因为要使润滑油克服重力及粘度影响向上流动是很困难的。这样制冷剂蒸气就必须有较高的流速, 但这又会造成压降的增大。
  3、在蒸发器及回气管的低温区内, 温度升高时, 混合液粘度由于油中制冷剂含量降低而升高；在高温区, 制冷剂溶入量很少, 混合液的主要成分是润滑油, 其粘度随温度的升高而降低。
  4、这样就存在一个最大粘度, 在设计管道时, 应以最大粘度和管道的倾斜角度为主要依据, 确定管径及管内气体的流速。

七、结论

  1、对于氟利昂制冷系统：
  当系统含油量小时，压缩机质量流量增加, 蒸发和冷凝换热性能增强；
  当含油量较大时, 压缩机功耗增加, 实际排气量减少, 排气温度降低；蒸发冷凝换热系数降低, 沿程摩擦压降增大; 毛细管中液体段长度和质量流量减小, 引起系统制冷量的减小。
  2、冷冻油进入制冷系统，造成换热器中润滑油油池积、毛细管中蜡堵、冰堵、压缩机中缺油和润滑效果下降等现象。
  因此需要合理设计系统和各部件, 控制系统的含油量, 使循环中的制冷剂能够顺利返回压缩机, 避免压缩机缺油。