Теплонасос

СМАЗКА

Состояние масла в тепловом насосе уже рассматривалось в связи с компрессорами и теплообменниками. Но здесь оно будет описано более подробно. Назначение масла состоит в смазке под­шипников компрессора. Одновременно оно выполняет еще две функции: образует уплотнение в вытеснительных компрессорах и слегка охлаждает пар.

Смазка подшипников происходит точно так же, как в автомо­бильном двигателе, путем образования в подшипниках гидродина­мической смазочной пленки. Для гидродинамической смазки необ­ходимы подача масла определенной вязкости в подшипник и отде­ление вала от подшипника масляной пленкой, которая поддержи­вается за счет вращения. Подача масла в подшипник происходит под давлением масляного насоса.

Подшипник выходит из строя, если масло оказывается слиш­ком разбавленным хладоагентом и поэтому потеряло вязкость или если в результате коррозии, снижения давления на всасывании или блокировки перестал работать масляный насос. При нормаль­ных условиях следует подбирать масло с достаточной вязкостью, допускающей значительное (до 20%) разбавление, поскольку ис­ключить контакт между Хладоагентом и маслом невозможно. Щ
рис. 4.1 показано, как вязкость масла падает с ростом температу­ры. Рост давления или снижение температуры приводит к возрас­танию количества хладоагента, растворенного в масле (рис. 4.2). В компрессоре хладоагент всегда перегрет; если давление и темпе­ратура достигнут линии насыщения, то хладоагент начнет конден­сироваться.

Рисунок 4.3 представляет собой комбинацию рис. 4.1 и 4.2. При любом заданном давлении, фиксированном условиями рабо­ты системы, максимальная вязкость может быть достигнута Путем

Регулирования температуры компрессора, что может потребовать охлаждения или нагрева. В компрессорах часто используют элек­трический нагревательный элемент, особенно при их остановке. Для охлаждения компрессора применяют подачу хладоагента.

Смешение хладоагента с маслом не всегда происходит при давлении всасывания. В некоторых винтовых компрессорах они смешиваются на выходе. Повышение давления увеличивает склон­ность хладоагента к конденсации, а повышение температуры дает обратный эффект, и оба влияния взаимно уничтожаются. Посколь­ку в растворе может быть довольно большой объем хладоагента, изменение давления в системе, особенно при реверсе цикла для дефростации (см. § 4.5), может вызвать быстрое вскипание хладо­агента и вспенивание масла. Для предотвращения вспенивания в масло обычно добавляют антивспенивающие добавки. Масло всег­да присутствует при сжатии хладоагента, но его количество в раз­ных компрессорах сильно различается. Минимальное содержа­ние —в центробежных и других сухих компрессорах, редко при­меняемых для тепловых насосов; оно составляет. несколько частиц
на миллион, которые попали в результате утечек Через уплотнение вала. Их влияние пренебрежимо мало. Максимальное содержа­ние— у маслонаполненных винтовых или ротационных компрес­соров. Масло должно быть подано в компрессор, отделено после компрессора и охлаждено. Помимо охлаждения маслом хладоаген­та для предотвращения чрезмерного повышения температуры ос­новная задача масла состоит в образовании уплотнения вокруг движущихся частей, поэтому маслонаполненные винтовые компрес­соры дают значительно большие давления, чем сухие. Винтовой компрессор имеет сложную форму, он особенно чувствителен к потерям через малые зазоры. Масляный вин­товой компрессор не, нуждается в масляном уплотнении, что позво­ляет улучшить размещение подшип­ников и сделать более компактной конструкцию. Ротационный комп­рессор менее чувствителен к проб­леме смазки.

Поршневые компрессоры по кон­центрации масла находятся в про­межуточном положении, между центробежными и винтовыми. Мас­ло попадает через коленчатый вал на стенки цилиндра и снижает их износ поршневыми кольцами. Часть масла попадает в камеру сжатия и выбрасывается вместе с хладо­агентом. Масло не является существенным участником процесса сжатия, его концентрация определяется компромиссом между чрезмерным потреблением масла и высоким износом цилиндра.

Масло попадает в нагретый газ в камере сжатия в виде тума­на. Его количество (сильно) зависит от рабочих условий, но в поршневых компрессорах оно присутствует всегда. Если масла по­падает слишком много, то На выходе из компрессора устанавлива­ется сепаратор. Масло подвергается серьезной опасности разло­жения. Выхлопной клапан — это наиболее горячая часть теплового насоса, выпускающая перегретый пар с большой скоростью. Ме­таллическая поверхность клапана играет роль катализатора в раз­ложении масла, что приводит к образованию черного осадка на металле, ускоряющего разложение. Через некоторое время насту­пает разрушение, поэтому масло проверяется на стойкость к раз­ложению не только при необходимой температуре, но также и в контакте с хладоагентом и образцами металлов, использованных в конструкции.

Высокая температура в конденсаторе способствует тому, что все масло растворяется в хладоагенте и проходит к испарителю. При низкой температуре масло и хладоагент могут разделиться, особенно в испарителе с хладоагентом снаружи трубок. Это про­исходит не при всех режимах работы тепловых насосов. Типичные условия смешения или разделения масла и хладоагента показаны на рис. 4.4.

Испаритель с хладоагентом внутри трубок рассчитывается так, чтобы скорость хладоагента была достаточной для сохранения со­стояния масла в виде тумана, непрерыв­но возвращаемого в компрессор. На вса­сывании компрессора обычно устанавли­вают различные фильтры или сепарато­ры масла, чтобы при снижении скорости большие капли масла попадали в отстой­ник, а не засасывались через клапаны снова в цилиндр.

Если в испарителе хладоагент нахо­дится снаружи трубок (рис. 4.5), то пре­дусматривается возврат масла через дре­нажную систему. В этом случае предпо­лагается, что масло само сепарируется и периодически сливает­ся, а в очень крупных системах возврат масла в систему осуществ­ляется насосом.

Надежность теплового насоса в высокой степени зависит от правильного подбора и использования масла. Поведение масла следует принимать во внимание в любом элементе установки.