У холодильних машинах застосовують мінеральні, напівсинтетичні і синтетичні масла. Вони використовуються для змащення і відводу теплоти тертя від рухомих деталей компресора, для видалення продуктів зносу, для ущільнення зазорів в гвинтових і спіральних компресорах.
Мінеральниемасла нафтового походження, застосовуються для роботи з CFC- і HСFC-холодоагентами і в залежності від фракційного складу підрозділяються на нафтенові, парафінові і нафтенопарафіновие. Масла на основі нафтенов залишають асфальтосодержащій залишок, який еластичний і швидко віддаляється, містять менше воску, при високих температурах розкладаючись, утворюють легкий вугілля. Нафтенові масла характеризуються найбільш низькими для мінеральних масел температурами застигання. Вони краще, ніж на основі парафінів. У парафінових маслах висока температура призводить до розкладання масла з утворенням вуглецевого залишку, який є щільним і клейким, викликаючи трудноудалимой забруднення ділянок.
Напівсинтетичні масла складаються з сумішей алкілбензольні і мінеральних масел.
Синтетичні масла - це алкілбензольні (AB), поліолефірние (РОЕ), поліалкілглікольние (PAG) і ін. Масла.
Алкілбензольні масла (AB) використовуються в холодильній промисловості більше 25 років з холодоагентами груп ГХФУ (HCFC, наприклад, R22) і ДФУ (HFC) і мають високу термічну стабільність
Поліолефірние компресорні масла POE є сімейством синтетичних мастильних продуктів, які виробляються шляхом збагачення спирту органічною кислотою, в результаті чого утворюється одна молекула
Процес виробництва включає в себе реакцію суміші органічних кислот з одним або декількома спиртами до отримання необхідного поліефірного високомолекулярного спирту. Реакція відбувається при підвищеній температурі. Існує велика різноманітність типів і сортів поліефірів. Поліолефірние масла (РОЕ) рекомендуються, зокрема, для стаціонарних установок з холодоагентами ДФУ R134a, R404A, R407C, R410A і ін. Масла POE мають полярну молекулярну структуру, яка притягує полярні молекули води, в результаті чого вони мають високу гігроскопічність.
Поліалкілглікольние масла (PAG) широко використовуються в аміачних холодильних установках і установках з CO2.
Експлуатаційні характеристики синтетичних масел краще, ніж мінеральних, зокрема, краще змащувальні якості, вище термічна стабільність і стабільність властивостей суміші масла з холодоагентами, нижче температура застигання. Синтетичне масло не дає нерозчинного осаду в процесі експлуатації холодильного обладнання, що забезпечує чистоту внутрішніх поверхонь Основні недоліки їх в порівнянні з мінеральними маслами - відносно висока вартість, значна гігроскопічність і можлива несумісність по відношенню до окремих видів ущільнювачів.
Залежно від типу і характеристик холодоагенту вибирається відповідна марка масла, від правильного вибору якого в першу чергу залежить довгострокова і надійна робота компресора. Воно повинно бути досить в'язким при будь-якій температурі, щоб змащувати рухомі частини компресорів та ущільнювати зазори в гвинтових і спіральних компресорах, що не підгорати при її високих значеннях.
При взаємодії холодильних масел з холодоагентами завжди утворюється маслохладонового розчин, який в дійсності і є робочою речовиною в холодильній установці, а також мастилом компресора. Термодинамічні характеристики утворилася суміші відрізняються в гіршу сторону від властивостей холодоагенту, що заправляється в холодильну систему, що необхідно враховувати при експлуатації. Дуже важливо, щоб утворилася маслохладонового суміш істотно не погіршувала енергетичні характеристики циклу холодильних машин. Маслохладонового суміш, що циркулює в системі замість чистого холодоагенту, повинна володіти стабільністю і забезпечувати надійний повернення масла в компресор. Масло має легко відділятися від холодоагенту і не містити вологу.
Основна частина масла знаходиться в картері компресора, менша, в залежності від умов експлуатації - може «залягати» у випарник, інша в складі маслохладоновой суміші циркулює по всій системі. Воно повинно бути рідким при низьких температурах, щоб не накопичуватися в испарителях і зберігати стабільні характеристики у всьому діапазоні робочих температур при взаємодії з усіма елементами холодильної установки.
Вибір холодильного масла повинен спиратися на його показники, серед яких найважливішими для експлуатації є:
В'язкість -характеризує здатність рідин створювати опір між рухомими по відношенню один до одного шарами текучих (непостійна) тел. Від в'язкості в значній мірі залежить змазує здатність речовини. Існує кілька одиниць вимірювання в'язкості. Відповідно до класифікації міжнародного стандарту ISO 3448 (International Organization for Standardization) як характеристики в'язкості прийнято середнє значення кінематичної в'язкості при 40 # 8304; C в мм 2 / с (сСт). Допустиме відхилення в'язкості від номінальної 10%. Найбільш широко використовуються масла в діапазоні в'язкості від 30 до 220 мм 2 / с.
Масла з середньою і високою в'язкістю по ISO 46, 68, 100, 150, 220 застосовуються для роторних (відцентрових, гвинтових або спіральних) компресорів, коли мастило, крім основного призначення, перешкоджає витоку холодоагенту через зазори. Вони слабо розчиняються в холодоагенті, завдяки чому знижується «вимивання» масла і поліпшується змазування компресора. Масла з в'язкістю по ISO 68 також використовуються для наднизьких температур (-50 ° С і нижче). До негативних властивостей високої в'язкості відноситься погіршення розчинності в хладагентах, що ускладнює циркуляцію масла в системі і повернення в компресор.
Масла з низькою і середньою в'язкістю по ISO 22, 32, 46 і 68 застосовуються для поршневих компресорів в залежності від їх технічного стану, які добре поєднуються з холодоагентом і забезпечують стабільний його повернення в картер компресора. Однак з підвищенням температури в'язкість масла зменшується, відбувається значний віднесення масла в систему, його руйнування, з'являється нагар і відкладення коксу на сідлах клапанів компресора, колір масла стає більш темний.
Індекс в'язкості VI (Viscosity Index). - відносна величина, що характеризує залежність в'язкості масла від температури.
VI = (L- # 957;) х100 / (L- H), де
L - кінематична в'язкість стандартного масла з VI = 0 при температурі 37,8 ° С (100 # 8304; F);
# 957; - кінематична в'язкість досліджуваного масла при температурі 37,8 ° С;
Н - кінематична в'язкість стандартного масла з VI = 100 при температурі 37,8 ° С.
Чим вище індекс в'язкості, тим менше в'язкість масла залежить від температури і тим воно краще. Синтетичні масла мають більш високим індексом в'язкості в порівнянні з мінеральними і більш високою температурою спалаху (більше 240 ° С).
Температура спалаху масла (flashpoint). Це мінімальне значення температури масла, при якій спалахують виділяються масляні пари при піднесенні відкритого вогню. Цей параметр показує присутність в маслі легкокипящих фракцій, тому повелічіне температури спалаху масла можна судити про його випаровування під час експлуатації і схильності до викиду з компресора.
Піноутворюваність - утворення піни в картері холодильного компресора - вельми важлива експлуатаційна характеристика масла. В одному випадку вона проявляється після тривалої зупинки холодильної установки, коли масло в картері компресора насичується холодоагентом. При черговому пуску тиск в картері компресора різко падає, і холодоагент інтенсивно випаровується з суміші (закипання суміші). Друга причина пов'язана з поверненням в картер компресора рідкої маслохладоновой суміші і також інтенсивним її вскипании. І, нарешті, піна може утворюватися під дією обертаються деталей механізмів. Піна руйнує масляну плівку між деталями компресора, прискорює окислення масла, призводить до викидів масла з картера компресора і може привести до зриву подачі масляного насоса з усіма витікаючими наслідками. Вспенивание може статися і в дросельному пристрої. Піноутворюваність залежить від хімічного складу масла, в'язкості, поверхневого натягу, наявності присадок, умов експлуатації, ступеня його змішування з холодоагентом і ін. Миючі, в'язкі, протизносні, антикорозійні присадки підсилюють піноутворюваність масел. Схильність до піноутворення значно збільшується при наявності в маслі води. Піноутворюваність масел зменшують шляхом введення до їх складу протипінних присадок (в основному силіконових рідин).
За стандартом ASTM D 892 піноутворюваність визначається двома показниками - схильністю до піноутворення (foaming tendency) і стабільністю піни (foam stability). На процес піноутворення впливають свойствасмешенія, і розчинення маслохладоновой суміші. Під змішанням розуміється освіту однорідної середовища з масла і рідкого холодоагенту. Розчинність - це насичення масла пароподібним холодоагентом. Змішання залежить від природи холодоагенту, типу масла, його температури і в'язкості, а розчинність, крім перерахованих факторів, ще й від тиску (закон Генрі). Знання ступеня змішування масла з холодоагентом дозволяє оцінити, добре чи погано масло буде повертатися в компресор, наскільки стабільна і надійна буде його мастило. Для кожних груп хладагентов існують свої, найбільш оптимальні масла. Так, поліолефірние масла добре узгоджуються з синтетичними багатокомпонентними холодоагентами. Синтетичні масла класу PAG застосовні в аміачних системах і в системах з діоксидом вуглецю, а також для вуглеводневих холодильних машин. Вони стабільні по в'язкості, забезпечують хорошу текучість в області негативних температур і надійний повернення масла в компресор.
Критична температура маслохладоновой суміші CST (Critical Solution Temperature) і діаграма розчинності маслохладоновой суміші як раз і оцінюють можливості змішування масла і холодоагенту (рис. 7.5.).
Мал. 7.5. Діаграма розчинності маслохладоновой суміші.
Усередині кривої розчинності цієї діаграми (зона D) стан маслохладоновой суміші нестійкий, вона прагне до поділу на шари «багаті» (зона С) і «бідні» (зона В) маслом. Поза зоною несмесімості (зона D) маслохладонового суміш гомогенна і її поведінка відповідає системам з необмеженою розчинністю.
У разі, коли масло не змішується з холодоагентом, а знаходиться в стані дисперсії, температура застигання масла визначає початок фазового переходу масла з рідкого стану в твердий і є найважливішою величиною при виборі такого типу масла. Необхідно, щоб вона була нижче температури кипіння холодоагенту. Якщо температура в системі досить низька, діспергіроване в холодоагенті масло застигає і втрачає рухливість, не тече. Це може викликати порушення роботи ТРВ, циркуляції масла в системі, мастила компресора і знизити інтенсивність теплообміну в теплообмінних апаратах. У мінеральних масел початок застигання завжди залежить від надмірної кількості вільного парафіну, який кристалізується першим і осідає на холодних поверхнях, в дроселях. Температура застигання синтетичних масел нижче -50 ° С.
Рекомендації: при поділі суміші на дві рідкі фази віднесення масла до низькотемпературного ділянці системи може бути зменшений установкою масловіддільника. Використання електричних підігрівачів картера компресора сприяє підвищенню тиску парів суміші до тиску холодильного агента в інших частинах системи, також зменшуючи винесення холодоагенту в систему. Крім того, електричний обігрівач може підвищити температуру суміші і запобігти її поділ на рідинні фази.
Оцінка порога застосування масла проводиться за допомогою температурихлопьеобразованія, яка вказує нижня межа, при якому утворюються пластівці, що забивають дросельні пристрої і всю систему. Температура хлопьеобразования - растворяемость воску, що міститься в мінеральних типах маслах. Щоб уникнути цього явища слід застосовувати масла з низькою температурою хлопьеобразования. На відміну від мінеральних масел в поліольефірних маслах (ПВЕ) не міститься воску.
Мастила можуть бути несумісними. Мінеральні масла не змішуються з синтетичними. Несумісними можуть бути і синтетичні масла між собою навіть в межах однієї марки, але різних фірм-виробників через різних видів доданих присадок. Присадки складають до 20% від кількості базового масла і при змішуванні можуть утворювати желеподібну склади з втратою змащувальних властивостей.
Хімічна стабільність. До хімічної стабільності масел проти окислення пред'являють жорсткі требованія.Особое увагу приділяють сухості системи, оскільки волога навіть в незначних кількостях може швидко змінити хімічне якість масла в гіршу сторону.Еще однією з причин виникнення хімічної нестабільності масла є присутність в холодильному контурі залишків кисню. Він може з'явитися через недостатнє вакуумування системи перед заправкою холодоагентом. В результаті окислення масло змінює колір від блідо-жовтого до коричневого або навіть чорного. Експериментально доведено, що ймовірність згоряння обмоток електродвигуна зростає з підвищенням кислотності олії.
Кислотним числом TAN (Total Acid Number) називають кількість лугу в міліграмах (як правило, гідроксиду калію КОН), необхідне для нейтралізації кислот, що містяться в одному грамі масла.Ето число залежить від загальної кількості кислотних продуктів, що містяться в олії. Воно змінюється в залежності від типу масла, терміну та умов його експлуатації. Для високоякісних холодильних масел кислотне число не перевищує 0,03 ... 0,05 КОН на 1 г масла. У загальному випадку високе значення кислотного числа вказує на перегрів або окислення масла. Присутність кислот в олії може також служити ознакою розкладання холодоагенту. З'явилися кислоти в олії насамперед небезпечні впливом на обмотку електродвигунів герметичних і напівгерметичних компресорів з виведенням їх з ладу. При високому кислотному числі може виникати «обміднення» деяких металевих поверхонь, наприклад, в підшипниках, які в результаті швидко виходять з ладу.
Крім розглянутих показників при виборі масла враховується його не токсичні, які не агресивність по відношенню до конструкційних, ущільнювача і електроізоляційних матеріалів. Важливу роль при виборі холодильного масла грає також його вартість.
Універсальних холодильних масел, що задовольняють всім перерахованим вимогам, на практиці не існує. Перевага віддається холодильному маслу, яке добре поєднується з конкретним холодоагентом при інших рівних умовах.
Серед синтетичних холодильних масел для хлорнесодержащіх хладагентов R134a, R404A, R507, R407C, R410A і ін. Широкого поширення набули холодильні масла фірми TOTALFINAELF марки "PLANETELF ACD", масла "EMKARATE" фірми UNIQEMA. масла серії BITZER BSE, холодильні масла Suniso SL, Mobil EAL Arctic. Практика показує їх хорошу сумісність з ущільнювальними матеріалами, використовуваними в холодильній промисловості. Як правило, виробники компресорів вказують типи масел, які слід застосовувати при їх експлуатації. Нижче наводяться фізико-хімічні властивості масел BITZER.
Таблиця 7.5. Фізико-хімічні властивості холодильних масел BITZER серії: BSE 32, BSE 55, BSE 170