При работе поршневого или маслозаполненного винтового компрессора некоторая часть масла, подающегося для смазки и охлаждения трущихся пар, захватывается и уносится из компрессора парами холодильного агента. Масло уносится в виде паров и мельчайших капель, которые попадают в конденсатор, а из него в испарительную систему. При температуре 80°С около 3% уносимого из компрессора масла составляют масляные пары, при 100°С - 8%, при 120°С - 16%, при 140°С - 35%.
В зависимости от взаимной растворимости масла и хладагента масло по-разному влияет на работу холодильной установки. В аммиачной холодильной машине масло оседает в нижней части аппаратов, так как плотность аммиака (650 кг/м3) меньше плотности масла (900 кг/м3).
Чтобы избежать затопления маслом теплопередающих трубок аппаратов и вывода их из работы, масло периодически выпускают из нижней части аппарата. Маслянная пленка на теплопередающей поверхности снижает коэффициент теплопередачи аппаратов, поэтому разность температур между теплопередающими средами в испарителях и конденсаторах возрастает.
Снижение температуры кипения в испарителе и повышение температуры конденсации в конденсаторе уменьшает холодильную мощность установки и увеличивает потребляемую мощность на получение холода.
Рис.35. Вспомогательные аппараты в условной схеме холодильной машины: 1-отделитель жидкости; 2-регенеративный теплообменник; 3-фильтр; 4-маслоотделитель; 5-промежуточный сосуд; 6-ресивер линейный; 7- воздухоотделитель; 8-ресивер дренажный; 9-маслосборник; 10-осушитель
В фреоновых установках с высокой взаимной растворимостью масла и фреона (R22) увеличение концентрации масла в маслохладоновой смеси в испарителях повышает температуру кипения раствора и увеличивает его вязкость, что снижает эффективность теплообмена. Для сохранения заданной температуры кипения в испарителе необходимо поддерживать более низкое давление, чем при кипении чистого фреона.
В фреоновых установках с ограниченной растворимостью масла и фреона R12 в испарителях затопленного типа масло собирается в верхней части, так как плотность чистого R22 (1200-1300 кг/м3) выше, чем плотность масла. Верхние трубки аппарата при наличии масла работают в неблагоприятных условиях. Унос масла также приводит к снижению уровня его в картере (маслоотделителе) компрессора, что отрицательно сказывается на условиях работы системы смазки и может вызвать срыв подачи масляного насоса.
Аппарат для улавливания масла, уносимого из компрессора, называют маслоотделителем. Маслоотделитель устанавливают на нагнетательной стороне компрессора перед конденсатором. В двухступенчатых компрессорах маслоотделители устанавливают после ступени низкого давления (СНД) и ступени высокого давления (СВД). В современных высокооборотных компрессорах (поршневых типа П110 и П220, винтовых типа 5ВХ) маслоотделитель входит в состав компрессорного агрегата, кроме этого, устанавливают дополнительный маслоотделитель на магистральном нагнетательном трубопроводе перед конденсатором. Маслоотделителями укомплектованы все аммиачные и фреоновые (R22) холодильные машины.
Кроме того что маслоотделитель служит для улавливания масла, он является буферной емкостью, сглаживающей пульсацию потока паров хладагента в нагнетательном трубопроводе непосредственно за поршневым компрессором.
В установках с неограниченной взаимной растворимостью масла и фреона (R 12) предусматривается циркуляция масла в системе для непрерывного возврата масла из испарителя в картер компрессора аналогично. Аналогично в установках, работающих на фреонах R22 в плюсовом и среднетемпературном режимах, маслоотделители не устанавливают.
По принципу действия маслоотделители делятся на три типа: промывные (барбатажные ), инерционные и с водяным охлаждением.
В промывных маслоотделителях пар, поступающий из компрессора, проходит (барбатирует) через слой жидкого хладагента, охлаждается в результате испарения части жидкости и освобождается от масла, содержащегося в нем. Маслоотделители этого типа устанавливались в аммиачных стационарных холодильных установках крупной холодопроизводительности. В настоящее время промышленностью не выпускаются.
Наиболее широкое распространение для аммиачных и фреоновых холодильных установок получили инерционные маслоотделители механического разделения.
Отделяется масло в маслоотделителях в результате резкого изменения направления и уменьшения скорости движения пара (до 0,5 - 0,7 м/с).
Направление движения пара изменяют, устанавливая в аппаратах перегородки (рис.36,а) или определенным образом располагая патрубки (рис.36,б). В этом случае маслоотделители улавливают только 40 - 60 % масла, уносимого из компрессора. Остальная часть масла попадает в систему холодильной установки. В таких аппаратах отделяются только крупные капли масла: пары масла и его мелкие капли такой маслоотделитель не улавливает.
Более эффективно работают маслоотделители циклонного типа (рис.36 ,в). Пар хладагента поступает в аппарат тангенциально по патрубку 1, попадает на направляющие лопатки, двигаясь по спирали, он получает вращательное движение. Под действием центробежной силы капли масла отбрасываются на корпус и образуют медленно стекающую вниз пленку. Пар при выходе со спирали резко меняет направление и по патрубку 2 выходит из маслоотделителя. Отделившееся масло защищается от струи пара перегородкой 5, чтобы уровень его оставался в спокойном состоянии. Однако в таких аппаратах невозможно отделение парообразного масла. Степень отделения масла (эффективность) до 80 %.
Рис.36. Маслоотделители механического типа: а, б - пустотелые; в - циклонный.
,, v )
Последовательное использование нескольких методов отделения масла позволяет повысить эффективность маслоотделителя. Такие конструкции применяются при работе с винтовыми маслозаполненными компрессорами.
Пар хладагента совместно с маслом попадает в аппарат, ударяется об отбойный слой сетчатой насадки 1, резко меняет направление движения и поступает в циклонный маслоотделитель 3, встроенный в корпус 2. После этого проходит очистку в фильтрах 4. Отделенное масло сливается в нижнюю часть аппарата, (рис. 37).
Эффективность маслоотделителя - 99,9%, при этом температура паров хладагента, выходящих из компрессора, не должна превышать 105 °С.
Маслоотделители с водяным охлаждением применяют в аммиачных и низкотемпературных фреоновых установках. Внутри аппарата, (рис.38), расположен змеевик 4, по которому циркулирует вода.
К съемной крышке приварен металлический стакан 2, в котором между сетчатыми донышками находятся металлические или керамические кольца 3. Пары хладагента через патрубок 5 поступают в стальной сварной корпус маслоотделителя.
Рис.37. Маслоотделитель винтового компрессора: 1- сетчатая насадка; 2- корпус; 3- циклонный маслоотделитель; 4- фильтры; 5- трубопровод слива грязного масла
Отделение масла происходит следующим образом. Часть унесенного из компрессора масла в виде мелких капель отделяется за счет резкого изменения скорости с одновременным изменением направления движения. Пары масла конденсируются и отделяются при прохождении между трубками змеевика, при этом частицы масла оседают на дно маслоотделителя. При повторном резком изменении направления движения потока пара, содержащего частицы масла, происходит отделение капель масла при ходе в стакан с насадкой, а затем и окончательное отделение масла при прохождении паров через слой колец. Очищенные пары хладагента направляются в конденсатор через патрубок 1.
В маслоотделителях с водяным охлаждением практически отделяется около 85 - 90 % уносимого из компрессора масла, которое накапливается в маслоотделителе и периодически перепускается в маслосборник или картер компрессора.
В маслоотделитель чтобы не вызвать конденсацию паров хладагента подают воду, прошедшую через конденсатор или охлаждающую рубашку цилиндров компрессоров.
Рис.38. Маслоотделитель с водяным охлаждением