螺杆冷冻机组润滑油系统该如何设计选择？

     螺杆压缩机以其结构紧凑、效率高、振动小等优点在工业制冷领域得到广泛应用[1]。螺杆机的压缩腔由雄雌螺杆啮合而成,在高速旋转过程中,齿面之间存在相对滑动,因此需要连续不断地供油润滑,以减小磨损,延长使用寿命。同时,润滑油还起到密封、冷却、清洁、减振、防腐等作用[2]。为保证螺杆机的正常运转,必须配备完善可靠的润滑油系统。                        

 

1 螺杆式制冷压缩机的结构组成      

         

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。

 

2 螺杆机润滑油系统的组成      

         

2.1 系统构成     
螺杆机的润滑油系统通常由油箱、油泵、油冷却器、油过滤器、油管路、压力调节阀等部件组成[3],其示意图如下图所示。

工作时,油泵将油箱中的冷冻机油抽吸出来,经油冷却器冷却、油过滤器过滤后,一路供到螺杆压缩机的轴承、同步齿轮等摩擦副处,对其进行润滑冷却;另一路经节流装置进入压缩腔,对啮合齿面进行喷油润滑。润滑后的油在压差作用下回到油箱中,实现油的循环利用。通过调节回油管上的压力调节阀,可以控制系统的油压和供油量。

2.2 关键部件

(1)油箱
油箱用于储存冷冻机油,一般根据压缩机功率和油耗量确定容积。为方便维护保养,油箱上应设置油位计、加油口、放油口、通气口等[4]。此外,还应采取必要的保温措施,避免低温凝露。

(2)油泵
油泵是润滑系统的动力源,需根据系统所需的油压和流量选择型号。常见的油泵类型有齿轮泵、叶片泵和往复泵等。齿轮泵结构简单,输油平稳,在螺杆机中应用较多。泵的出口端应装设安全阀,防止系统超压[5]。

(3)油冷却器
油在不断循环过程中会吸收大量的热量,升高温度,降低粘度,润滑效果变差。因此有必要对油进行冷却,保证进入压缩机的油温在规定范围内。常用的冷却方式有水冷和风冷两种[6]。小型螺杆机多采用风冷油冷却器,利用机组的冷凝风扇提供冷却风;大型螺杆机则多采用壳管式或板式水冷却器,利用冷却水带走热量。油冷却器应具有足够的换热面积和换热效率。

(4)油过滤器
润滑油在使用过程中不可避免地会混入颗粒杂质、水分、氧化物等,这些污染物会加速油品劣化,影响润滑性能,损坏摩擦副。因此需要在油路上设置过滤装置,及时滤除杂质。油过滤器的精度一般为10-25μ m[7]。此外,还应关注其通流能力和压力损失,避免因堵塞而影响供油。

(5)压力调节阀
压力调节阀安装在回油管路上,通过控制回油压力实现对系统油压的调节。当油泵供油过多时,调节阀开度减小,使多余的油直接回到油箱;当供油不足时,调节阀开度增加,减小回油流量,提高系统压力[8]。压力调节阀的设定值应与压缩机的工况相适应,确保在任何情况下都能提供可靠润滑。

3 润滑油系统部件的功能作用      

         

3.1 油箱     
(1)储油:在机组启动和停机过程中,油箱要储存足够的润滑油,避免压缩机断油。
(2)沉淀:利用油箱底部的沉淀空间,使油中的重杂质、水分等沉淀分离。
(3)散热:油箱表面积大,有利于油品的自然冷却,平衡一部分热量。
(4)脱气:油面上方的空间有利于溶解气体的逸出,减少油中夹气。
(5)回油:接纳从系统各处回流的油,实现油的重复利用[9]。

3.2 油泵     
(1)供油:油泵是整个系统的心脏,其作用是将油箱中的油抽吸出来,源源不断地输送到各润滑点。
(2)升压:通过泵的转动,将机械能转化为压力能,使油压升高到所需水平。
(3)输送:克服管路和部件的阻力,将油品准确输送到预定位置。
(4)油量调节:通过改变泵的转速或排量,可在一定程度上调节系统的供油量[10]。

3.3 油冷却器     
(1)冷却:利用冷却介质(水或风)吸收油品的热量,降低油温。一般要求冷却后的油温低于50℃[11]。
(2)稳定:在环境温度和生热量变化时,自动调节换热功率,使油温维持相对恒定,避免油温波动影响润滑效果。
(3)节能:采用高效紧凑的换热器,在满足冷却要求的同时,尽量减小冷却介质的消耗。

3.4 油过滤器     
(1)过滤:利用滤芯截留油中的固体颗粒和胶状物,净化油品,保证润滑部件的清洁。
(2)保护:阻止有害杂质进入摩擦副,减小磨损,延长零部件的使用寿命。
(3)稳压:滤芯对油流具有一定的阻尼作用,有助于抑制油压脉动。
(4)集污:在滤芯上聚集杂质,便于统一处理,避免污染环境[12]。

3.5 压力调节阀    
(1)调压:通过改变阀口开度,调节回油管的压力,进而控制供油支路的压力。
(2)卸荷:当系统压力超过安全值时,调节阀会自动打开,卸掉多余压力,起到溢流保护作用。
(3)平衡:在压缩机负荷波动时,调节阀能自动调整开度,平衡供回油量,稳定系统压力[13]。

4 螺杆机冷冻油的更换      

         

4.1 更换周期     
螺杆机组的冷冻油需要定期更换,以保证油品质量和润滑性能。具体的更换周期取决于机组的运行工况、油的品质等因素,一般可参考以下原则:
(1)新机组使用500h后应更换首次运转油;
(2)常规工况下,矿物油每5000h更换一次,合成油每8000h更换一次;
(3)当油的酸值、粘度等指标超标时,应立即更换;
(4)机组大修或长期停运后,建议更换新油[14]。

4.2 更换步骤     
(1)停机:停止压缩机的运行,切断电源,确保机组完全停止。
(2)放油:打开油箱底部的放油阀,将旧油全部放尽,注意收集和处置废油。
(3)清洗:用清洗油对油箱、油路进行冲洗,去除残留杂质,再将清洗油放尽。
(4)更换滤芯:拆下油过滤器,更换新的滤芯,注意密封圈的完整性。
(5)加新油:从加油口缓慢注入新油,边加边检查油位,直到达到规定刻度。
(6)抽真空:用真空泵对油箱抽真空,除去溶解气体,一般要求真空度达到-0.1MPa。
(7)试运转:起动机组,运转15min,检查各处是否有渗漏,油压是否正常[15]。

4.3 注意事项     
(1)新油必须使用原厂规定型号和等级,不得混用。
(2)更换时应做好清洁防护,避免灰尘杂物混入。
(3)加油时应缓慢注入,防止油液起泡。
(4)更换后应密切监测油压、油温的变化情况。
(5)废油应交有资质的单位回收处理,不得随意倾倒[16]。

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