冷冻机油与制冷压缩润滑油系统

冷冻机油是制冷式压缩装置的专用润滑油。是决定和影响制冷系统的制冷功能和效果的重要组成部分。制冷压缩机在工作过程中，依靠制冷剂的减压蒸发获得低温，冷冻机油则对制冷装置的工作部件进行润滑。

制冷压缩机的种类繁多，从工作原理上可分为压缩式制冷机、吸收式制冷机、蒸汽喷射式制冷机和半导体制冷机等。压缩式制冷机分类方法很多，下面介绍三种主要的分类方法。

活塞式制冷压缩机通常是通过曲柄连杆机构，把原动机的旋转运动变为活塞的往复运动，将制冷剂蒸气从低压提升为高压，并使 它在制冷系统中不断地循环流动。
螺杆式制冷压缩机是通过螺杆的转动，达到改变气缸体积的目的，进而实现制冷剂在体 系的循环过程。
离心式制冷压缩机通常是叶轮旋转改变气缸的体积，将制冷剂蒸气从低压提升为高压， 并使它在制冷系统中不断地循环流动。

按密封程度上分：

开启式：压缩机的曲轴通过轴封装置伸出机体外面与电动机联结，多用于较大制冷量的制冷压缩机。

半封闭式：压缩机的电机外壳和机体铸成一体，密封机壳用螺钉固紧，压缩机和电动机的主轴也被制成一体，不需要轴封装置，多用于中小制冷量的氟利昂压缩机。

全封闭式：压缩机和电动机的主轴也被制成一体，并放置在一个焊死的密封机壳内用于各种冰箱、空调等较小制冷量的压缩制冷机。

在活塞式、离心式和螺杆式三种制冷压缩机中，冷冻机油所处的工作条件以活塞式制冷压缩机最为苛刻，所以活塞式制冷压缩机对冷冻机油要求也最为严格。一般说来，若能满足活塞式制冷压缩机的要求，也能满足离心式和螺杆式制冷压缩机的要求。

制冷压缩机的负荷及转速是选择冷冻机油粘度的主要依据。很多国家冷冻机油的牌号都是根据油品的粘度来划分的。所以制冷压缩机的负荷和转速也是选择冷冻机油牌号的最主要根据。

制冷剂与冷冻机油的互溶性：

各种不同制冷剂对不同种类润滑油的溶解度也不尽相同，在制冷压缩机中对冷冻机油的粘度、凝点（倾点）等影响也不同。同时应用的制冷剂不同，制冷压缩机的工作条件都不同，这些都是选择冷冻机油时要特别考虑的因素。

常用的制冷剂很多，其种类及分类情况如下：

一、按其物质组成可将常用的制冷剂可以分为以下四类：

（1）无机化合物制冷剂，如：氨、二氧化碳、二氧化硫等；

（2）氟利昂制冷剂，如：R-11、R-12 、R-13、R-21、R-22、 R-113、R-134a等；

（3）碳氢化合物制冷剂，如：甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、异丁烷等；

（4）共沸溶液（混合共质）制冷剂，如：R-500、R-501、R-502、R-503、R407c、R410a等。

二、根据氟里昂和油互溶程度可分为四种类型：

（1）高互溶性，如：R-11、R-12、R-21、R-113、R-500 等；

（2）中互溶性，如：R-22、R-114等；

（3）低互溶性，如：R-13、R-14、R-115、R-502等；

（4）与矿型油不互溶，如：R134a、R407c、R410a等（这些制冷剂与聚酯或聚醚等合成型冷冻机油有较好的互溶性）。

制冷系统工作原理示意图：

制冷系统主要包括压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个组成部分。制冷系统工作原理见下图：

制冷系统的润滑要求：

制冷系统部件	冷冻机油应具有的性能
压缩机	与制冷剂共存下化学稳定性良好： 在全封闭制冷压缩机内，冷冻机油要与压缩机同寿命，能够使用10～15年以上长期不换油。 润滑性良好： 适宜的粘度保证油品被制冷剂稀释后，仍保持较好的润滑效果。 抗磨性良好： 防止制冷压缩机磨损。 高温热稳定性良好： 防止在排放阀高温部位产生硬积碳。 抗泡性良好： 防止运行油产生大量泡沫带入制冷系统，引起压缩机润滑不正常、产生气蚀现象。 与密封材料适应性良好： 防止与密封材料相溶。 绝缘性能良好： 在半封闭式和全封闭式制冷压缩机中，电动机浸在冷冻机油中，因此要求冷冻机油不能破坏电动机的绝缘材料。
冷凝器	与制冷剂互溶性良好： 防止油沉积在冷凝器管壁，影响散热。
毛细管	低温流动性良好，无蜡和絮状物析出： 防止蜡及絮状物析出，堵塞毛细管。 与制冷剂互溶性良好： 防止油析出，堵塞毛细管。 水分低： 防止冰塞。
蒸发器	低温流动性良好，无蜡和絮状物析出： 防止蜡及絮状物析出，堵塞蒸发器。 与制冷剂互溶性良好： 防止油析出堵塞蒸发器或沉积在冷凝器管壁，影响热交换。 水分低： 防止冰塞。

润滑油对制冷系统的影响：

1. 润滑油对压缩机的影响

含油量超过4% 时，气阀处流动阻力增加，实际吸气压力降低，使实际吸气比容增加。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。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。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。

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。同时，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。

压缩机排气管道中的润滑油中溶解有较多的制冷剂(约32.5%~ 40%)，如果使用油分离器，会使油中溶解的制冷剂不能进入循环，导致制冷剂质量流量减小，制冷量降低，故不宜使用油分离器。

而相对于制冷剂与润滑油不能互溶的制冷系统，会有大量的润滑油进入循环。

2. 润滑油对冷凝器的影响

由实验结果可知, 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。

3. 润滑油对毛细管的影响

任何情况下，含油制冷剂在毛细管中测得的质量流量都比纯制冷剂时要小，而且液相长度要短。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。

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)，相分离严时会导致“蜡堵”现象。

4. 润滑油对蒸发器的影响

润滑油对制冷系统的影响可以发现，蒸发器受润滑油的影响最大。研究发现R134a 含油浓度在(2.2~ 4.3)%时，蒸发器制冷剂侧换热系数提高30% 左右，同时沿程压降也增20%。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。

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；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。

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。

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的增加。

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。

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。

5. 润滑油对管路的影响

润滑油在系统中流动时会黏附在壁面上形成油膜。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。但是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。

成分是润滑油，其粘度随温度的升高而降低。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。

润滑油系统对螺杆式制冷压缩机的影响：

螺杆式制冷压缩机组的结构组成：

螺杆式制冷压缩机是利用一对相互啮合的阴阳转子在机体内作回转运动，周期性地改变转子每对齿槽间的容积来完成吸气、压缩、排气过程，可以在10 % ~100%范围内实现制冷量的无级调节。如下图该机组包括:螺杆式制冷压缩机、联轴器、电动机、气路系统、油路系统和控制系统。

润滑油系统简介：

润滑油系统包括:油分离器、油冷却器、油粗过滤器、油泵、恒压阀、油精过滤器及阀门等。

油分离器作用：分离出压缩机排气中所夹带的润滑油，使进人冷凝器的高压气体制冷剂纯净，减轻润滑油膜对传热的不良影响，降低润滑油的消耗。同时建立必需的油液位差，为油冷却器正常工作提供保证。

该机组采用的是卧式油分离器如图2，压缩机所排出的高压气体经排气管转向，进人油分空间后进行减速、反向，分离出大部分润滑油，这是第1 次分离；制冷剂气体经过筒体流向油分离器滤芯时，润滑油微粒与筒壁吸附及重力沉降，完成第2次分离；制冷剂气体然后进人油分离器滤芯，经吸附、凝聚除去其余的油，这是第3次分离。分离出润滑油的洁净制冷剂最后排出油分离器进入冷凝器。

油冷却器作用：经油分禽器分禽出的润滑油，处于较高温度状态，不能红接喷人压缩机中，需经油冷却器冷却达到压缩机所需的粘度和温度后才可循环使用。该机组采用的是卧式管壳式换热器如图3，壳程为油，管程为水，管束固定于两端管板上，油冷却器筒体内有折流板，可以改善油和冷却水的热交换。油冷却器冷却水进水温度应小于32℃，机组油温控制为40 ~65℃。

油粗过滤器作用：清除润滑油中尺寸较大的杂质颗粒，使进入油精过滤器的润滑油相对清洁，减轻油精过滤器的负担，以保证油泵及压缩机润滑良好，工作正常，避免磨损。该机组采用外壳为无缝钢管，过滤芯为不锈钢丝网制成的圆桶形结构，端盏可拆卸，用于更换、沾冼过滤芯。

油精过滤器作用：进一步清除润滑油中小尺寸的杂质颗粒，最后确保进人压缩机的润滑油非常清洁，以保证压缩机轴承、转子、轴封等摩擦点润滑良好，工作正常，减低磨损。该机组油精过滤器的过滤芯为纸制，不能清洗，只能更换。

更换冷冻机油：

制冷系统冷冻机油管理非常重要，本课件介绍两种机型的常规换油方法。

活塞压缩机更换冷冻油：

1. 按操作把制冷剂回收到水冷凝器;

2. 关闭活塞压缩机曲轴箱加热器电源开关，准备好盛放废冷冻油的容器和清洁布及和原压缩机相同型号的冷冻油；(注意：冷冻油加注错误可能导致压缩机或制冷系统故障！)

3. 首先将压缩机高压板阀逆时针拧到底，拆除压缩机高压板阀上的堵头。压缩机高压板阀顺时针拧3/4圈，排出压缩机内压力直至压力为0Mpa，无气体排出；（注意：进行此步操作时戴上护目镜预防油脂溅入眼睛！）

4. 逆时针方向拧下放油堵头（图片放油堵头位置），取出预紧弹簧和油过滤网，放出冷冻机油；（注意：放油堵头上有铝制密封圈不可缺少！）

压缩机放油堵头

5. 拆下曲轴箱边油位视镜，并清洁；详见图5曲轴箱边油位视镜。

曲轴箱边油位视镜

6. 使用洁净的0.3Mpa压力的洁净氮气接气枪，由油视镜处插入压缩机曲轴箱内，吹出残余冷冻机油；

7. 清洁油过滤网、放油堵头脏污，并用氮气吹扫干净；

8. 依次安装好油过滤网、预紧弹簧、放油堵头、油位视镜；

9. 压缩机检漏；

10. 拆除压缩机油分离器至压缩机的回油管，用一根加油管把回油角阀和油桶相连。（注意：加注油量与放出油量相同，聚酯油开封后建议在24小时内使用结束）

11. 用一根抽空管把压缩机高压板阀排出口与真空泵抽空角阀相连，启动真空泵组，利用压差把油加到机组内。

12. 参照制冷系统抽空，对压缩机抽真空。

13. 依次打开水冷进液阀、水冷出液阀等相关阀门。

14. 打开压缩机曲轴箱加热器电源，待油温升至常温以上，打开压缩机电源，开机测试。

螺杆压缩机更换冷冻油

1. 按操作把制冷剂回收到水冷凝器；

2. 准备好盛放废冷冻油的容器和清洁布及和原压缩机相同型号的冷冻油；（注意：冷冻油加注错误可能导致压缩机或制冷系统故障！）

3. 打开油分离器下端的排油角阀，把废油排出，直至无冷冻机油排出为止，关闭阀门；

4. 打开油冷却器底部放油角阀，把废油排出，直至无冷冻机油排出为止，关闭阀门；（注意：进行此步操作时戴上护目镜预防油脂溅入眼睛！）

5. 从压缩机吸入端盖顶部放空顶针阀，排出压缩机内压力直至压力为0Mpa，无气体排出；

压缩机吸入端盖顶部放空顶针阀

6. 松开油过滤器顶端放空顶针阀，排放油过滤器内残余压力，松开油过滤器4颗内六角螺栓，取出旧滤芯更换新滤芯；

油过滤器顶端放空顶针阀

7. 压缩机检漏；

8. 用一根加油管把油分离器底部放油角阀和油桶相连；（注意：加注油量与放出油量相同，聚酯油开封后建议在24小时内使用结束！）

9. 用一根抽空管把压缩机吸入端盖顶部放空顶针阀与真空泵抽空角阀相连，启动真空泵组，利用压差把油加到机组内；

10. 参照制冷系统抽空，对压缩机抽真空；

11. 依次打开水冷进液阀、水冷出液阀等相关阀门。

压缩机油压差异常报警：

何为油堵？如何防止制冷系统发生油堵？

制冷循环系统在工作过程中，经常发生因冷冻机油堵塞热力膨胀阀而造成的吸气压力降低，阀体上所结的霜层减退或融化的现象称为油堵。

造成油堵的主要原因是冷冻机油选用不当，使用了倾点太高、含蜡量太多或含有降凝剂及增粘剂的冷冻机油。有些情况下分油器分油效果不好，压缩机中冷冻机油充油太多也会造成油堵。

为了排除油堵，通常应严格选用规定品种和数量的冷冻机油，及时发现和处理分油器及制冷压缩机在运转过程中出现的问题。在每次处理之后，应尽力将热力膨胀阀和管道中的润滑油清洗干净，然后再重新启动制冷系统。

为什么全封闭制冷压缩机对冷冻机油的绝缘强度有较高的要求？

与开启式制冷压缩机不同，全封闭和半封闭制冷压缩机的机体和电机置于同一个机壳内。这种压缩机结构紧凑、密封性好，但由于冷冻机油不可避免地要与电机的绕组和接线柱相接触，因此要求冷冻机油要有优良的绝缘性能，以阻止冷冻机油在工作电场下被击穿，一般要求其绝缘强度大于25kv。