Reklama
Reklama
 
 
 
Reklama
Niektóre osobliwości obliczeń chłodniczego, parowego obiegu sprężarkowego z czynnikiem zaolejonym
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 11.10.2007

W rzeczywistych obiegach sprężarkowych stosowanych w parowych urządzeniach chłodniczych występują z reguły roztwory (mieszaniny) czynnika chłodniczego i oleju smarnego. Wpływ oleju na warunki eksploatacji tego typu urządzeń jest na ogół niekorzystny, objawia się spadkiem wydajności chłodniczej, wzrostem oporów przepływu i spadkiem efektywności wymiany ciepła w parowniku i skraplaczu. Istnieje potrzeba ujęcia wpływu zawartości oleju już w fazie obliczeniowej obiegu z czynnikiem zaolejonym. Jest to niezwykle ważny problem, ze względu na stosowanie bardzo zróżnicowanych zespołów czynnika chłodniczego (zwykle proekologicznego substytutu freonów) i olejów (w tym syntetycznych). W opracowaniu przedstawiono wybrane aspekty obliczeniowe obiegów sprężarkowych z czynnikiem zaolejonym. 

     Wycofanie chlorowcopochodnych czynników chłodniczych (freonów) wywołało konieczność poszukiwania ich substytutów. Z faktem tym wiąże się wiele problemów dotyczących, między innymi, projektowania i eksploatacji parowych sprężarkowych urządzeń chłodniczych.
     Wymuszony ruch czynnika chłodniczego w instalacji realizowany jest za pomocą sprężarki chłodniczej. Ruchome części sprężarki, przemieszczające się względem siebie, współpracujące ze sobą w ruchu posuwisto-zwrotnym lub obrotowym muszą być smarowane. Czynnik smarny doprowadzany między trące się powierzchnie ma na celu zmniejszenie tarcia, to znaczy zmniejszenie oporów ruchu oraz wynikających z tego strat mocy. Poza tym ma to określone znaczenie w odbiorze wydzielanego strumienia ciepła i ochronie przed korozją.
     Treść niniejszego artykułu poświęcono eksploatacyjnej i obliczeniowej ocenie wpływu zawartości oleju na realizację obiegu chłodniczego.

Wpływ oleju na pracę instalacji chłodniczej sprężarkowej
     Problemy wynikające z konieczności smarowania ruchomych elementów sprężarki chłodniczej były już analizowane w przypadku stosowania czynników chlorowcopochodnych i pozostały one w dalszym ciągu otwartym problemem, w odniesieniu do proekologicznych za mienników freonów [1, 2].
     Idealnym rozwiązaniem byłoby, gdyby olej mógł pozostać w obrębie sprężarki i nie przedostawać się do instalacji. W rzeczywistych układach chłodniczych zawsze jednak pewna ilość oleju opuszcza przestrzeń wewnętrzną sprężarki, miesza się z czynnikiem chłodniczym i krąży w obiegu. We właściwie zaprojektowanej instalacji jest zachowana zasada bilansu olejowego. Oznacza to, że ilość oleju opuszczającego sprężarkę powraca do niej. Taka "rów nowaga olejowa" możliwa jest tylko teoretycznie, bowiem w praktyce występuje zaole jenie instalacji (do sprężarki powraca mniej oleju), które wpływa negatywnie na warunki jej pracy, zmniejsza inten sywność wymiany ciepła, powoduje spadek wydajności chłodniczej i wzrost nakładów energetycznych. Negatywne oddziaływanie tworzącej się w instalacji mieszaniny czynnika chłodniczego i oleju zależy w dużym stopniu od doboru zarówno rodzaju czynnika, jak i oleju.
     W rzeczywistym układzie sprężarkowym nie występuje czysty czynnik chłodniczy, lecz roztwór czynnika chłodniczego (mieszanina) z olejem, o zmiennym stężeniu, zależnym od parametrów termodynamicznych, panujących w danym węźle instalacji. Takie postawienie zagadnienia powoduje rozszerzenie zakresu problematyki zastosowania zamienników fre onów, obejmujące nie tylko właściwy dobór czynnika chłodniczego w instalacji, ale także oleju, pod kątem tworzenia roztworu. W przypadku czynników chlorowcopochodnych pro blem ten obejmował zwykle grupę olejów mineralnych, zaś dla nowych czynników zasięg jest większy (liczba branych pod uwagę olejów syntetycznych jest obecnie znaczna). Wśród wła ściwości oleju branych pod uwagę przy jego doborze do smarowania sprężarki chłodniczej należy wymienić [3, 4]:
● barwę i przezroczystość;
● lepkość i płynność; właściwości bardzo istotne, zwłaszcza w niskich temperaturach, wystę puje ścisła zależność lepkości oleju od temperatury; w szerokim zakresie parame trów termicznych pracy instalacji powinny być ustabilizowane określone wskaźniki lep kościowe oleju;
● niska temperatura krzepnięcia i mętnienia; w temperaturze krzepnięcia olej traci praktycznie zdolność płynięcia i dlatego dobiera się oleje o odpowiednio niskiej temperaturze krzepnięcia - w instalacjach jednostopniowych zakres tej temperatury wynosi od -40 do -60oC [3]; przyczyną mętnienia oleju jest, między innymi wytrącanie się cząsteczek parafiny, co w znacznym stopniu utrudnia przepływ czynnika w instalacji i obniża efek tywność energetyczną wymiany ciepła;
● wysoka temperatura zapłonu i rozkładu oleju;
● odporność na utlenianie oraz stabilność chemiczna i termiczna;
● mała higroskopijność; zawartość wody w oleju przyśpiesza jego starzenie, tworzą się kwasy organiczne, aktywizujące procesy korozyjne; dodatkowo, zawartość wody w oleju stosowanym w sprężarkach hermetycznych przyczynia się do zmniejszenia izolacyjności uzwojenia silników elektrycznych, przyśpieszając występowanie przebić oraz ich uszko dzenia.

     Pojęcia idealnego czynnika chłodniczego oraz idealnego oleju smarnego mają tylko wy miar teoretyczny. W praktyce do smarowania sprężarek chłodniczych stosowane są:
1. oleje mineralne,
2. oleje syntetyczne,
3. mieszaniny olejów mineralnych i syntetycznych.
(...)

Ujęcie wpływu oleju w roztworze z czynnikiem na realizację obiegu chłodniczego

     Wykonując obliczenia obiegu chłodniczego sprężarkowego należy mieć na uwadze fakt, że jego realizacja w rzeczywistej instalacji chłodniczej będzie się znacznie różnić od wyników obliczeń. Mając do dyspozycji dane wyjściowe obejmujące wartość wydajności chłodniczej oraz poziomy temperatury czynnika identyfikuje się obieg chłodniczy, który będzie przed miotem analizy. Zakłada się rodzaj czynnika chłodniczego i przyjmuje typ teoretycznego obiegu porównawczego. Korzystając z bazy danych właściwości termodynamicznych czyn nika chłodniczego zestawionych w postaci tablic, wykresu w układzie współrzędnych lgp-h lub za pomocą opracowanego programu komputerowego oblicza się wielkości przyjętego obiegu według podanych zasad [12]. Obliczenia są prowadzone przy założeniu, że czynnik chłodniczy jest czy-sty, niezaolejony. Występuje tu pewna analogia z obliczeniami silnika spalinowego, pracującego według prawobieżnego obiegu porównawczego Diesla zakładając, że czynnikiem obiegowym jest gaz doskonały. Oczywiście w warunkach rzeczywistych wy stępuje w takim obiegu nie gaz doskonały, lecz rzeczywista mieszanina spalinowa.
     Byłoby bardzo proste, gdyby projektant urządzenia chłodniczego dysponował wykresem podającym parametry termodynamiczne dla konkretnej mieszaniny czynnika chłodniczego i oleju. Niestety dostępny jest aktualnie wykres h-ζ (entalpia właściwa - stężenie czynnika chłodniczego w roztworze) dla roztworu freonu R12 - olej mineralny opracowany przez G. Bambacha [10] - rys. 2.
     Na wykresie pokazanym na rys. 2 symbolem ζ oznaczono stężenie czynnika chłodniczego R12 w roztworze według zależności (1). Przedstawiono na wykresie przebieg izoterm oraz izobar dla roztworu w stanie ciekłym, zaś w prawym górnym rogu - dla pary czystego czyn nika R12.
     Dotychczas nie są znane publikacje podające wykresy typu h-ζ dla innych roztworów, np. R134a - olej syntetyczny (należy nadmienić, że czynnik R134a rozpuszcza się w oleju syntetycznym w sposób ograniczony - podobnie jak R22), co w znacznym stopniu utrudnia prowadzenie analizy porównawczej.


Analiza wpływu czynnika zaolejonego na obieg chłodniczy sprężarkowy
(...)

Podsumowanie
     Konieczność smarowania elementów ruchomych sprężarki chłodniczej powoduje, że olej smarny przedostaje się poza obręb sprężarki, do instalacji powodując zaolejenie czynnika chłodniczego. W rzeczywistych chłodniczych instalacjach sprężarkowych występuje roztwór czynnika i oleju, o zmiennym stężeniu zależnym od parametrów termicznych, pa nujących w danym węźle instalacji.
     Przy zwiększonym udziale masowym oleju w roztworze z czynnikiem chłodniczym (zwykle powyżej 5%) następuje niekorzystne jego oddziaływanie w instalacji sprężarkowej, objawiające się spadkiem wydajności chłodniczej, zwiększeniem oporów przepływu oraz istotnym zmniejszeniem efektywności wymiany ciepła w parowniku i skraplaczu.
     Wycofanie czynników chłodniczych chlorowcopochodnych (freonów) i zastępowanie ich proekologicznymi substytutami spowodowało, że liczba prac naukowych poświęconych temu problemowi gwałtownie wzrosła, jednak występuje znaczna luka informacyjna w zakresie właściwości termodynamicznych czynników zaolejonych. Tego typu informacje są bardzo potrzebne przy projektowaniu obiegów stosowanych w rzeczywistych instala cjach chłodniczych.
     W opracowaniu przedstawiono wybrane aspekty obliczeniowe obiegów chłodniczych sprężarkowych z czynnikami zaolejonymi. Istnieje potrzeba rozwijania metod obliczeń tego typu obiegów. 

 

wydanie 9/2007 

 

CZYTAJ CAŁOŚĆ, ZAMÓW PRENUMERATĘ:

TRADYCYJNĄ                         E-WYDANIE

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.