Sercem instalacji chłodniczej jest sprężarka. Jest to jeden z najdroższych, jak i również jeden z najbardziej złożonych elementów instalacji chłodniczych. Awaria sprężarki jest obciążeniem zarówno dla instalatora, jak i dla użytkownika.

Rys. 3. Uszkodzona sprężarka ze względu na zbyt niski stan oleju

Również dystrybutor i producent sprężarki odczuwa każdą jej awarię, szczególnie, jak nastąpi ona w okresie gwarancji. Zawsze jest też niewiadomą, co było przyczyną awarii – błąd instalatora, niewłaściwe użytkowanie przez użytkownika, niewłaściwy dobór przez dostawcę czy projektanta czy też wada fabryczna. Nowoczesna technologia, duża dokładność wykonania, zaawansowane programy komputerowe do programowania i symulacji – są to elementy, które sprawiają, że jakość sprężarek jest coraz większa. Nie tylko jednak jakość sprężarek jest rozwijana, ale też ich energooszczędność. Coraz droższa energia, naciski ochrony środowiska czy też koszty ponoszone przez użytkownika – to elementy w znaczny sposób wpływające na obecnych producentów sprężarek. Ważnym elementem przetargowym jest też gwarancja na urządzenie – by zachęcić klienta do własnego produktu producenci wydłużają okres gwarancji, w czasie którego gwarantują bezawaryjną pracę sprężarki. Mimo wszystko jednak awarie sprężarek zdarzają się. Dlaczego? Spróbuję w niniejszym artykule przybliżyć ten problem, ze szczególnym naciskiem na powody, na które mamy bezpośredni wpływ.

Mimo zaawansowanych technologii nie można wykluczyć, że sprężarka zostanie uszkodzona w procesie produkcyjnym. Możliwa jest zarówno wada materiałowa, niedokładność wykonania, jak i wadliwy montaż sprężarki. Zdarzają się też przypadki wadliwego projektu sprężarki lub jej elementów, jak i wprowadzenie rozwiązań nie do końca sprawdzonych i przetestowanych. Nigdy nie możemy wykluczyć, że mimo naszych starań sprężarka będzie pracować bezawaryjnie, bo nie zawsze to my mamy na to wpływ. W przypadku wad produkcyjnych jesteśmy najczęściej bezsilni. Nie możemy ich przewidzieć, nie możemy ich wyeliminować ani zapobiegać im, nie mamy też najczęściej możliwości ich usunięcia. Dlatego też nie będę się tym problemem zajmować, jedynie zwrócę uwagę, jakie zagrożenia wynikają z coraz nowocześniejszej technologii i wysokiej jakości wykonania. Pokażę jednak kilka specyficznych problemów, jakie są popełniane niezależnie od producentów sprężarek oraz sposoby ich wyeliminowania.

Uszkodzenia sprężarek można podzielić na dwie podstawowe grupy: uszkodzenia mechaniczne i uszkodzenia elektryczne. Uszkodzenia mechaniczne to mniej więcej 1/3 wszystkich uszkodzeń sprężarek, uszkodzenia elektryczne to kolejne tyle uszkodzeń. A co z pozostałą 1/3 uszkodzeń? Nazwijmy to uszkodzeniami pozostałymi, przybliżę je na końcu artykułu.

Uszkodzenia mechaniczne
Zacznę omawianie uszkodzeń od uszkodzeń mechanicznych, tym bardziej, że często uszkodzenia mechaniczne powodują również uszkodzenia elektryczne. Najczęstszym uszkodzeniem mechanicznym jest zatarcie sprężarki. Ale to tak naprawdę skutek, a nie przyczyna. A co jest przyczyną zacierania się sprężarek? Przybliżę te przyczyny po kolei.

Jedną z podstawowych przyczyn zatarcia się sprężarek jest zbyt mała ilość oleju, lub nawet jego całkowity brak. Każda sprężarka wymaga smarowania, a do smarowania jest używany olej chłodniczy o odpowiedniej lepkości. Sprężarki tłokowe, zarówno hermetyczne, jak i półhermetyczne, są fabrycznie napełnione olejem. Podobnie rzecz ma się z innymi sprężarkami hermetycznymi, np. spiralnymi czy rotacyjnymi, które również posiadają miskę olejową i są napełnione olejem. W przypadku sprężarek śrubowych, olej jest do nich dostarczany z zewnętrznych odolejaczy i zbiorników oleju, a same sprężarki nie posiadają własnego zasobnika oleju. Wyjątkiem są sprężarki śrubowe kompaktowe, które posiadają zintegrowany odolejacz, jeżeli jednak przyjrzymy się dokładnie ich budowie, to zauważymy, że odolejacz jest „doklejony” do sprężarki i nie jest to element stanowiący jedną całość ze sprężarką, jak to jest w przypadku miski olejowej w sprężarkach tłokowych.

Wróćmy więc do samego oleju w sprężarkach tłokowych. Skoro sprężarka jest dostarczana z olejem, a instalacja chłodnicza jest instalacją hermetyczną, to jak to się dzieje, że może zabraknąć oleju? Czy producenci sprężarek oszczędzają i nie wlewają odpowiedniej ilości oleju do sprężarek? Bo jeżeli wlewają, to czemu go później nie ma?

Przyczyn braku oleju w sprężarkach jest kilka i postaram się je omówić jak najdokładniej. Najważniejszą sprawą jest to, że olej krąży w całej instalacji, a nie tylko w sprężarce. Nawet zastosowanie odolejaczy nie eliminuje z instalacji oleju, a jedynie powoduje, ze większość oleju wydostającego się ze sprężarki wraz z czynnikiem wraca prawie natychmiast do sprężarki, a tylko niewielka część oleju przechodzi przez cała instalację, zanim ponownie wróci do sprężarki. Producenci sprężarek dostarczają sprężarki napełnione maksymalną ilością oleju, jaka może być w danej sprężarce. Przy krótkich i prawidłowo wykonanych instalacjach różnica między minimalną a maksymalną ilością oleju w sprężarce stanowi najczęściej wystarczającą rezerwę oleju, by poziom w sprężarce był prawidłowy. Niewielka ilość oleju, która wraz z czynnikiem wydostanie się ze sprężarki, do tej sprężarki wróci i uzupełni stan oleju. Jednak przy bardziej rozbudowanych instalacjach ilość oleju w sprężarce może okazać się zbyt mała, by być wystarczająca. W przypadku niewielkich braków, możemy olej uzupełnić po przepracowaniu kilku czy też kilku nastu godzin pracy. Ale nie możemy przesadzić. Czemu? Bo olej może wrócić do sprężarki w nadmiernej ilości i spowodować jej uszkodzenie (o czym też będę pisać nieco dalej).

Jeżeli instalacja jest rozległa, musimy zapewnić odpowiedni obieg oleju. Najprostszym rozwiązaniem jest zastosowanie odolejacza za sprężarką. Spowoduje to, że większość oleju będzie krążyła w obiegu krótkim sprężarka – odolejacz – sprężarka, a co za tym idzie, zmniejszy to ilość oleju w pozostałej części instalacji. Musimy jednak pamiętać o trzech ważnych zasadach, by wszystko działało bez zarzutu:
1. Odolejacz w trakcie montażu należy wstępnie zalać olejem.
2. Za odolejaczem montujemy bezwzględnie zawór zwrotny, by wyeliminować całkowicie ryzyko zalania odolejacza ciekłym czynnikiem ze skraplacza.
3. Odolejacz nie likwiduje oleju z instalacji, a jedynie zmienia obieg sporej części oleju.

Jeżeli instalacja jest rozległa, zastosowanie samego odolejacza nie rozwiąże problemów z odpowiednim poziomem oleju w sprężarce. Przy rozległych instalacjach najczęściej też stosujemy kilka sprężarek zamiast jednej. W tym przypadku pojawia się nam jeszcze jeden problem – migracja oleju między sprężarkami. Jeżeli w danym momencie pracuje jedna sprężarka i z niej olej wraz z czynnikiem jest tłoczony w instalację, a zaraz włączy się inna sprężarka, może dojść do sytuacji, że olej wróci do tej właśnie drugiej sprężarki. Ostatecznie może dojść do sytuacji, gdzie w jednej sprężarce będzie nadmiar oleju, a w innej brak. W efekcie jedna i druga sprężarka może ulec uszkodzeniu. By wyeliminować takie sytuacje, należy wykonać dodatkową linię olejową. W zależności od wielkości instalacji oraz ilości sprężarek wykonujemy uproszczoną linię olejową lub też pełną linię olejową. Uproszczona linia olejowa to przede wszystkim wyrównanie poziomu oleju we wszystkich sprężarkach, natomiast pełna linia olejowa to już indywidualna kontrola poziomu w każdej ze sprężarek oraz dodatkowy zbiornik oleju, który pozwala na stałe uzupełnianie oleju w sprężarkach. Jeżeli w instalacji w danym momencie jest spora ilość oleju, brak oleju jest uzupełniany przez zapas ze zbiornika oleju, a w przypadku, gdy większa ilość oleju wraca z instalacji, zbiornik pozwala na zmagazynowanie nadmiaru oleju. W przypadku uproszczonych linii olejowych odolejacz nie jest konieczny, lecz jedynie zalecany, natomiast w przypadku pełnych linii olejowych odolejacz (lub zespół odolejaczy) jest wymagany. Sam dobór komponentów linii olejowej jak i jej wykonanie, to już temat na inny artykuł. W razie pytań w tej kwestii służę oczywiście również pomocą. (...)

Wspominałem, że sprężarki są najczęściej dostarczane z ilością oleju wystarczającą na małe instalacje. Jest jednak jeden wyjątek. Są to sprężarki z bardzo małą miską olejową i ich stan oleju najczęściej nie wystarcza na pokrycie zapotrzebowania na olej w instalacji. Tego typu sprężarki to miedzy innymi sprężarki rotacyjne. Ich mała średnica oraz specyficzna budowa (ssanie jest podłączone bezpośrednio do części roboczej sprężarki, a czynnik tłoczony jest do obudowy sprężarki) powoduje, że w większości wypadków sprężarki rotacyjne wymagają każdorazowo dolania oleju do instalacji. Ilość oleju zależy od samej sprężarki i wielkości instalacji, a szczegółów powinien udzielić sprzedawca sprężarki.

Wielokrotnie spotkałem się z pytaniem, jak brak oleju może spowodować zniszczenie sprężarki, która ma pompę oleju i presostat różnicowy. Przecież w przypadku braku oleju nastąpi natychmiastowe wyłączenie sprężarki przez ten właśnie presostat. Owszem, nastąpi wyłączenie, ale tylko pod warunkiem, ze sprężarka w tym momencie jest już od dłuższego czasu w ruchu. I najczęściej zabezpieczy on przed jej zniszczeniem, ponieważ olej jest jeszcze w postaci cienkiej warstwy na częściach smarowanych. Ale po takim zatrzymaniu co najczęściej się robi? Reset presostatu i powtórny start sprężarki. A presostat przez pierwsze 30÷120 sekund jest nieaktywny. To już zwykle wystarcza, by zatrzeć sprężarkę. A jeżeli nawet to sprężarka przeżyje, to na pewno dojdzie do znacznego zużycia jej elementów. To powoduje, że jej ostateczne zatarcie jest już tylko kwestą czasu. Czy w takim razie można zabezpieczyć sprężarkę przed zbyt niskim stanem oleju? Tak, można zastosować elektroniczne czujniki poziomu oleju, często zintegrowane również z regulatorem poziomu oleju.

Dzięki temu mamy kontrolę poziomu oleju, a w razie zbyt niskiego poziomu, jego automatyczne uzupełnienie. Jeżeli natomiast poziom oleju spadnie poniżej progu alarmowego i uzupełnianie nic nie daje, sprężarka zostanie wyłączona. Tego typu regulatory często również wyłączają sprężarkę przy zbyt wysokim poziomie oleju, dzięki czemu mamy pełną kontrolę poziomu oleju w sprężarce. W przypadku układów z większą ilością sprężarek, każda sprężarka jest wyposażona we własny regulator. W przypadku układów z dwoma lub ewentualnie trzema sprężarkami i wyrównaniem poziomu oleju między nimi, regulator może być podłączony do jednej ze sprężarek lub bezpośrednio do linii wyrównania oleju. Jeżeli układ taki nie posiada zbiornika oleju, regulator spełnia głównie rolę kontroli poziomu, bez funkcji jego regulowania, ale jeżeli mamy zamontowany odolejacz i zbiornik oleju, regulator również uzupełnia poziom oleju równocześnie we wszystkich sprężarkach.

Niski stan oleju w sprężarkach może wynikać również z zaniedbania serwisu w przypadku wycieku czynnika. Po wycieku czynnika zawsze jest uzupełniany sam czynnik chłodniczy. Ale już nie zawsze pamiętamy, że wraz z czynnikiem wycieka również olej i jego też należy uzupełnić. I to nie zależnie, czy mamy do czynienia z intensywnym wyciekiem, czy też niewielkim ubytkiem czynnika. Zawsze należy również sprawdzić stan oleju i go ewentualnie uzupełnić. Jeżeli tego nie zrobimy, ilość oleju w sprężarkach może okazać się niewystarczająca do zapewnienia prawidłowego smarowania sprężarki. Zapominamy o tym, że olej może uciec wraz z czynnikiem, a przecież gdy szukamy miejsca wycieku szukamy właśnie miejsc zaoliwionych. Pamiętajmy o tym, że stan oleju sprawdzamy nie tylko zaraz po usunięciu usterki, ale też po kilku lub nawet kilkunastu godzinach pracy instalacji, gdy ilość oleju w sprężarkach ustabilizuje się.

Sprężarki śrubowe z centralnym odolejaczem są dużo lepiej zabezpieczone przed ubytkiem oleju. W samej sprężarce nie ma miski ani innego zbiornika do oleju, a cały olej jest w odolejaczu. W przypadku sprężarek śrubowych linia olejowa jest już obowiązkowa – bez niej się już nie obejdzie. W odolejaczu zawsze znajduje się pływakowy czujnik poziomu oleju, a na linii olejowej zasilania każdej ze sprężarek znajduje się najczęściej czujnik przepływu, kontrolujący przepływ oleju dla każdej sprężarki niezależnie. Czasem zamiast czujnika przelewu jest kontrolowane ciśnienie oleju tuż przed sprężarką, ale to rozwiązanie w komercyjnych sprężarkach jest rzadziej spotykane. Takie rozwiązanie gwarantuje nam, że do każdej ze sprężarek jest dostarczany olej. Istnieje jednak ryzyko, że zamiast oleju jest dostarczany ciekły czynnik, ale o tym zaraz powiem więcej.

Opisane wcześniej przyczyny braku oleju w sprężarce mają wolny przebieg. Olej ze sprężarki nie znika natychmiast, lecz jest to czasochłonny proces, czasem trwający nawet kilka miesięcy. Spotkałem się już z instalacjami, gdzie serwisanci dolewali olej raz na kilka miesięcy bez wnikania w tego przyczynę. Po kilku takich uzupełnieniach olej nagle wracał do sprężarek, powodując ich zniszczenie, o czym zaraz Państwu powiem. W instalacji chłodniczej olej ze sprężarki może zniknąć w ciągu kilku sekund. Dotyczy to typowych sprężarek tłokowych oraz innych sprężarek z typową miską olejową, nie dotyczy to jednak sprężarek śrubowych ze zintegrowanym odolejaczem. Co jest przyczyną szybkiego ubytku oleju ze sprężarki? – Ciekły czynnik. (...)

Rys. 5. Sprężarka dwuśrubowa po utracie fi lmu olejowego i „smarowana” ciekłym czynnikiem

Jak to się dzieje, że dochodzi jednak do sytuacji, w której w sprężarce jest za dużo oleju? Jak tego uniknąć i jakie błędy powodują, że takie zagrożenie istnieje? Najważniejszą rzeczą jest umiejętne uzupełnianie oleju, jego dolewanie i prawidłowa wymiana oleju. Po uruchomieniu instalacji najczęściej istnieje konieczność uzupełnienia oleju w sprężarkach. Dokonujemy tego po pierwszych godzinach ich pracy. Należy jednak kontrolować ilość dolewanego oleju i jeżeli sytuacja się powtarza, należy przyjrzeć się dokładnie instalacji. Ciągłe dolewanie oleju jest dla nas sygnałem, że gdzieś na instalacji olej zaczyna nam zalegać. W pewnym momencie zalegający olej przekroczy wartość krytyczną i w bardzo dużej ilości zostanie zassany przez sprężarkę. A wtedy w sprężarce będzie nadwyżka oleju. Moment przekroczenia wartości krytycznej oleju jest bardzo trudny do przewidzenia, olej w takiej pułapce może zalegać nie tylko wiele dni czy tygodni, ale nawet miesięcy czy lat, zwiększając i zmniejszając swoją ilość, nie dochodząc jednak do wartości krytycznej, która spowoduje porwanie oleju w całej jego zalegającej objętości. Jeżeli więc zauważymy, że musimy często uzupełniać olej bez śladów jego ubytku, należy (zamiast bezmyślnie dolewać olej), dokładnie prześledzić instalację i sprawdzić, czy gdzieś nie powstały pułapki olejowe, lub czy gdzieś nie powstał korek olejowy. Stosując zasady omówione wcześniej, przy niedoborach oleju w sprężarkach, unikamy nie tylko zbyt małej ilości oleju w sprężarkach, ale też jego niekontrolowanego nagłego wzrostu poziomu w tychże sprężarkach. Należy też dokładnie sprawdzić dobór parowników i skraplaczy wraz z ich podłączeniem. Bardzo często olej może zalegać właśnie w źle dobranych lub podłączonych wymiennikach. Zbyt duże wymienniki i niska prędkość przepływu czynnika w nich powoduje, że olej oddziela się od czynnika i zaczyna zalegać w wymiennikach. Zaleganie oleju w parownikach może również powstać przez nieprawidłową pracę zaworów rozprężnych, szczególnie impulsowych lub silnikowych. Nieodpowiednie wyregulowanie pracy tych zaworów, zły układ sterowania czy też niewłaściwe parametry pracy sterowników mogą powodować, że w trakcie postoju układów w parownikach zbiera się ciekły czynnik oraz olej. Niewielkie ilości oleju i ciekłego czynnika nie muszą być niebezpieczne dla sprężarki, ale ich znaczna ilość może być już groźna. Niewielkie ilości ciekłego czynnika będą usuwane przy każdym ponownym uruchomieniu sprężarki, co nie pozwoli na powstanie sporej ilości zalegającego ciekłego czynnika. W przypadku oleju sprawa wygląda jednak inaczej. Przy pracy na ograniczonej wydajności zaworu rozprężnego, olej nie będzie usuwany przy każdym ponownym załączeniu sprężarki, a jego ilość w parowniku będzie się zwiększać. Dopiero załączenie np. pełnej wydajności parownika spowoduje jego usunięcie z parownika, i to w sporym nadmiarze. A taka ilość oleju jednorazowo zassana przez sprężarkę może spowodować jej zniszczenie.

Kontrolę dolewania oleju nie tylko przeprowadzamy w trakcie uzupełniania oleju, ale też w czasie jego wymiany. Zawsze powinniśmy dolać dokładnie tyle samo oleju, co spuściliśmy z instalacji. Większą ilość oleju możemy dolać tylko w przypadku, gdy wiemy, że zmniejszona ilość oleju wynikała z jakiegoś niekontrolowanego ubytku oleju, np. przez wyciek czynnika. W każdym innym przypadku musimy bardzo dokładnie skontrolować instalację, by wykluczyć sytuację zarówno braku oleju w sprężarkach, jak i jego nadwyżkę.

Na ilość oleju w sprężarce należy również zwrócić uwagę przy wymianie sprężarki. Może się zdarzyć, że sprężarka wypluła cały olej do instalacji, co spowodowało jej zatarcie. Po wymianie sprężarki na nową, w instalacji pojawi się zarówno olej z nowej sprężarki, jak i również olej ze starej sprężarki, wypluty tuż przed jej awarią. I tym sposobem mamy nadmiar oleju, który za chwilę może spowodować ponowne uszkodzenie sprężarki, tym razem jednak nie ze względu na brak oleju, ale ze względu na jego nadwyżkę.

Koniec. cz. 1.

Bartosz NOWACKI