探讨：制冷压缩机润滑油的应用与选型

     本文在简述压缩机两种润滑方式和润滑油基本作用的基础上,重点分析了制冷系统对润滑油粘度、闪点、流动性、相容性等性能指标的要求,并针对往复式和回转式压缩机的润滑特点,给出了矿物油、合成油、半合成油等不同基础油的选用建议,以期为压缩机的设计选型和运维管理提供参考。

 

一、为什么润滑油很重要？      

         

压缩机是制冷系统的核心部件,其可靠性和效率直接决定了整个系统的性能。润滑油则是保证压缩机正常运行的基础,对减小摩擦、控制磨损、密封气缸、冷却等方面起着至关重要的作用[1]。 目前,矿物油和合成油是制冷压缩机最常用的两大类润滑油,选择合适的油品是压缩机设计和使用中必须考虑的重要因素。

（1）一方面,油品规格需要与压缩机型式、工况条件相匹配;

（2）另一方面,润滑油自身也需具备优异的综合性能,在低温下保持良好的流动性和润滑性,在高温下具有优异的氧化安定性和清洁分散性,并且与制冷剂、系统材料相容[2]。

 

二、压缩机的润滑方式      

         

根据润滑油供给方式的不同,制冷压缩机可分为飞溅润滑和压力润滑两种[3]:

(一)飞溅润滑    
小型半封闭压缩机通常采用飞溅润滑。曲轴高速旋转时,连杆大头浸没在油池中,将油飞溅到气缸和轴承等摩擦副表面,形成油膜。飞溅润滑结构简单,成本低,但润滑效果欠佳,随着转速提高,飞溅量受限,容易导致局部润滑不良。

(二)压力润滑    
大中型压缩机多采用压力润滑。利用机械泵或电动泵将润滑油压送至各润滑点,再通过回油孔流回油池,实现油的强制循环。该方式润滑充分,油膜完整,油温分布均匀,能适应频繁启停等苛刻工况,但系统复杂,成本较高。压力润滑又可分为部分压力润滑和全压力润滑,前者仅对轴承等主要摩擦副实施压力润滑,后者则将润滑油通过刮油环送至气缸和活塞,实现全面润滑。

三、润滑油在制冷系统中的作用      

         

润滑油在压缩机乃至整个制冷系统中发挥着多方面的作用[4-5]:

(1)减小摩擦。润滑油形成油膜,避免金属直接接触,从而降低摩擦因数,减小功耗。
(2)控制磨损。润滑油可冲刷磨损杂质,减缓磨粒的切削和犁削作用。添加剂还可通过吸附作用降低表面剥离。
(3)密封气缸。润滑油填充间隙,阻止高压气体泄漏,提高压缩效率。
(4)冷却散热。润滑油吸收摩擦副热量,通过对流和循环带走热量,平衡温升。
(5)防锈防蚀。润滑油膜阻隔水分和酸性物质,抑制化学腐蚀。部分添加剂还具有缓蚀功能。
(6)清洁表面。润滑油冲洗沉积物,分散氧化产物,避免结焦,保持表面清洁。

根据基础油类型,制冷压缩机润滑油可分为矿物油、合成油、半合成油三类[6]:

(1)矿物油以石蜡基或环烷基原油为原料,通过蒸馏、精制等工艺制得。价格低廉,来源广泛,但低温流动性和高温稳定性一般。
(2)合成油以聚α烯烃(PAO)、酯类等合成物为基础油,综合性能优异,但成本较高。
(3)半合成油是矿物油与合成油按一定比例调和而成,兼具两者的特点,性价比较高。

 

四、制冷系统对润滑油性能的要求      

         

(一)粘度    
粘度是润滑油的最重要性能指标。低温时粘度要足够低,以减小流动阻力,改善启动性能;高温时粘度要足够高,以保证充分的油膜强度,降低磨损。同时,油膜厚度还影响着润滑油的密封性能[7]。因此,润滑油的粘度须与压缩机的工况温度和转速相适应。
粘度指数是表征润滑油粘温特性的参数。粘度指数高,说明油品粘度随温度变化小,低温流动性和高温润滑性兼顾。一般要求润滑油的粘度指数大于90[8]。

(二)闪点    
闪点是润滑油的着火点,反映其挥发性和可燃性。闪点越高,油品越安全。制冷压缩机的排气温度较高,尤其在制冷剂泄漏时,气缸温度可达150~200℃,对润滑油的闪点提出了更高要求[9]。一般要求比排气温度高50℃以上。合成油的闪点明显高于矿物油。

(三)流动点    
流动点表示润滑油能够流动的最低温度。流动点要低于压缩机壳体的最低温度,否则润滑油将凝固,失去润滑作用。R22系统中矿物油的流动点须低于-30℃,而采用R134a、R407C等替代工质时,流动点须低于-50℃[10]。

(四)相容性    
润滑油要与制冷剂、金属材料、非金属材料相容,既不与之发生化学反应,也不改变其物理性能。因为制冷剂在系统中部分溶于润滑油,两者混合后不应发生异常现象,如结蜡、析蜡、凝胶、絮凝等。同时还要考虑温度和压力对相容性的影响。
近年来,随着环保型制冷剂的推广应用,对润滑油的相容性提出了更高要求。如采用R134a替代R12时,需选用酯类、醚类、烷基苯类合成油;采用R407C、R410A等混配工质时,宜选用聚酯POE油[11]。

(五)化学稳定性    
润滑油在高温高压下会发生氧化,生成酸、胶质、积碳等有害物,加速油品劣化。化学稳定性差的油易结焦,堵塞过滤器和油道,引发润滑失效。润滑油的抗氧化性可通过模拟加速实验评价,测定全酸值、运动粘度等性能参数[12]。一般采用酚类、胺类等抗氧剂提高油品的氧化安定性。
润滑油还应具备良好的水解稳定性。一旦进水,极性基团如酯基易发生水解反应,导致酸值升高,腐蚀性增强。聚酯POE油极易吸水,使用时应注意防潮[13]。

(六)其他性能要求    
除上述性能外,优质润滑油还应具备以下特性:
(1)低倾点,可在低温下长期使用而不析蜡。
(2)低蒸发性,在高真空下挥发损失小。
(3)良好的消泡性,可迅速消泡,维持润滑性能。
(4)适宜的起泡性,在有液击危险时可起到缓冲作用。
(5)良好的极压抗磨性,在高负荷下保持油膜完整。
(6)良好的防锈性,可有效防止设备锈蚀。
(7)低毒无害,对人体和环境影响小。

    

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