Маслоотделитель в холодильной установке: принцип работы и применение

Маслоотделитель — компонент холодильной установки, устанавливаемый на нагнетательной линии между компрессором и конденсатором. Его задача — отделить масло, унесённое парами хладагента из компрессора, и вернуть его обратно в картер. Без маслоотделителя масло постепенно накапливается в теплообменниках и трубопроводах контура, снижая теплопередачу и оголяя подшипники компрессора.

В компрессоре масло и хладагент постоянно контактируют. Часть масла уносится в виде мелких капель и масляного тумана парами хладагента при нагнетании. Количество унесённого масла зависит от типа компрессора, хладагента, скорости пара и температуры нагнетания: у поршневых компрессоров — 5–20 г/кг нагнетаемого хладагента, у винтовых — 20–50 г/кг и более из-за принудительного впрыска масла в рабочую полость.

Масло, попавшее в контур, частично растворяется в жидком хладагенте и циркулирует по системе. В испарителе масло не испаряется вместе с хладагентом — оно концентрируется на стенках теплообменника в виде тонкой плёнки, которая является барьером для теплопередачи. Слой масла толщиной 0,1 мм снижает коэффициент теплопередачи испарителя на 10–15%.

Механизм уноса масла определяется конструкцией компрессора. В поршневом компрессоре масло из картера попадает на стенки цилиндра для смазки поршня и частично уносится потоком нагнетаемого газа при открытии нагнетательного клапана. В спиральном компрессоре масло подаётся под давлением к орбитирующей спирали; при нагнетании высокоскоростной поток паров захватывает масляный туман через зазоры в корпусе.

В винтовом компрессоре масло впрыскивается непосредственно в рабочую полость в значительных количествах — для уплотнения зазора между роторами и отвода тепла сжатия. Поэтому все винтовые компрессоры оснащаются маслоотделителем без исключения — иначе за несколько часов работы контур полностью заполнится маслом, а картер опустеет.

Все типы маслоотделителей используют один или несколько физических механизмов разделения масла и паров хладагента:

• Гравитационное осаждение — снижение скорости потока в расширенном корпусе маслоотделителя приводит к тому, что тяжёлые капли масла теряют скорость и падают вниз под действием силы тяжести. Минимальный диаметр отделяемых капель ограничен — мелкий туман при этом не отделяется.
• Инерция — поток пара резко меняет направление движения; тяжёлые капли масла в силу инерции не успевают изменить траекторию и ударяются о перегородки или стенки корпуса, где сливаются в крупные капли и стекают вниз.
• Центробежная сила — поток вводится тангенциально, закручивается, масло под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам. Эффективен для капель среднего и крупного размера.
• Коалесценция — пар хладагента проходит через пористый фильтрующий элемент (металлокерамика, стекловолокно, металлическая сетка). Мелкие капли масляного тумана задерживаются на волокнах, сливаются в крупные и стекают вниз. Наиболее эффективный метод — улавливает капли размером от 1–3 мкм.

Инерционный маслоотделительПростейшая конструкция: вертикальный или горизонтальный цилиндрический корпус с изменением направления и скорости потока. Газ поступает сверху или сбоку, проходит через серию перфорированных перегородок или сеток, резко замедляется — масло оседает вниз. Эффективность — 60–80% по улавливанию масла в зависимости от скорости потока и размера капель.

Применяется в малых и средних фреоновых системах, где унос масла невелик. Преимущества: простота конструкции, низкое гидравлическое сопротивление, не требует обслуживания фильтрующего элемента.
Центробежный маслоотделительПар хладагента вводится в корпус тангенциально через входной патрубок — создаётся вращательное движение. Масляные капли под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам корпуса, собираются в плёнку и стекают вниз в накопительную зону. Очищенный пар выходит через центральную трубку.

Эффективность — 80–90%. Применяется в средних и крупных фреоновых системах. Не требует сменного фильтрующего элемента. Эффективность снижается при низких скоростях потока (неполная нагрузка системы).
Коалесцентный маслоотделительНаиболее эффективный тип: поток хладагента проходит через коалесцентный фильтрующий картридж из стекловолокна или металлокерамики. Мельчайшие капли масляного тумана (1–5 мкм) задерживаются на волокнах, укрупняются и стекают вниз. Эффективность улавливания — 95–99%. Остаточное содержание масла в потоке хладагента — менее 5 ppm по массе.

Применяется в винтовых компрессорах (встроен в корпус компрессора или установлен на нагнетании), в системах с длинными трассами и сложной разводкой, в низкотемпературных системах, где масло плохо растворяется в хладагенте. Картридж подлежит периодической замене — срок службы 20 000–40 000 рабочих часов.

Накопленное в нижней части маслоотделителя масло возвращается в картер компрессора одним из трёх способов.

• Капиллярная трубка — тонкая трубка (0,6–1,0 мм) соединяет нижнюю зону маслоотделителя с линией всасывания. Разность давлений между нагнетанием (высокая сторона) и всасыванием (низкая сторона) продавливает масло через капилляр непрерывно небольшими порциями. Простейший и наиболее распространённый метод для малых систем. Недостаток: вместе с маслом через капиллярную трубку проходит небольшой поток хладагента, снижая эффективность системы.
• Поплавковый клапан — открывается при накоплении масла выше заданного уровня, пропускает масло в линию всасывания или непосредственно в картер. Более точное дозирование по сравнению с капилляром; применяется в средних и крупных системах. Клапаны Castel 1060, Danfoss OFM.
• Электронный соленоидный клапан с реле уровня — датчик уровня масла (поплавковый или ёмкостной) управляет открыванием клапана. Наиболее точный метод; применяется в крупных промышленных установках и многокомпрессорных централях.

Линия возврата масла обязательно теплоизолируется — масло при температуре нагнетания (+70...+100 °C) содержит растворённый хладагент. При прохождении через холодный участок трубы хладагент конденсируется и вспенивает масло при пуске компрессора. Нагреватель масла на линии возврата предотвращает этот процесс.

Маслоотделитель устанавливается на нагнетательном трубопроводе между компрессором и конденсатором — это единственно правильная позиция. На нагнетании пар находится под высоким давлением и имеет высокую температуру — масло в этой точке ещё не сконденсировалось и легче отделяется.

Минимальное расстояние от компрессора до маслоотделителя: не менее 0,5–1,0 м прямого участка трубы, чтобы скорость потока стабилизировалась перед входом в корпус. Для центробежных маслоотделителей — обязательно горизонтальный подводящий патрубок. Линия возврата масла (от выхода маслоотделителя до всасывания компрессора) прокладывается с уклоном в сторону компрессора и теплоизолируется.

Фреоновые системы (R134a, R404A, R507A, R410A): масло хорошо растворяется в жидком хладагенте при умеренных температурах. Маслоотделитель необходим для компрессоров с высоким уносом масла — прежде всего винтовых и ротационных. Для поршневых компрессоров малой и средней мощности маслоотделитель рекомендован, но не всегда обязателен. Возврат масла — через капиллярную трубку или поплавковый клапан в линию всасывания.

Аммиачные системы (R717): аммиак и масло практически не растворяются друг в друге при рабочих температурах — масло тяжелее аммиака и оседает в нижних точках системы. Маслоотделитель в аммиачных системах обязателен без исключений. Конструкция отличается: корпус сварной из стали, уплотнения совместимы с аммиаком, для слива масла предусмотрен отдельный маслосборник, слив масла выполняется вручную через запорный вентиль при плановом обслуживании — автоматический возврат масла применяется только в крупных установках.

В торговых холодильных централях с 3–8 параллельными компрессорами применяется общий маслоотделитель на общем нагнетательном коллекторе. Масло из общего маслоотделителя поступает в маслосборник, откуда через коллектор распределяется по картерам всех компрессоров.

Система выравнивания уровня масла между параллельными компрессорами — обязательный элемент централи. Выравнивание осуществляется через соединительную трубку между картерами (линия выравнивания масла) или через общий маслосборник с индивидуальными линиями подачи к каждому компрессору. Без выравнивания масло скапливается в одном компрессоре при цикличной работе централи, оголяя подшипники остальных.

• Castel (Италия) — широкая линейка маслоотделителей серий 9900 и 9920: инерционные и центробежные, для систем холодопроизводительностью от 1,5 до 300 кВт. Поставляются без фильтрующего элемента (инерционные) и с коалесцентным картриджем.
• Carly (Франция) — серии SH, SHF: инерционные маслоотделители с фильтрующей сеткой для фреоновых систем. Широко применяются в европейских агрегатах.
• Danfoss (Дания) — маслоотделители серии OFM для средних и крупных систем; поплавковые клапаны возврата масла серии OFV.
• Frigoblock (Германия) — коалесцентные маслоотделители высокой эффективности для винтовых компрессоров.

Встроенные маслоотделители Bitzer, Refcomp — в винтовых компрессорах этих производителей коалесцентный маслоотделитель конструктивно интегрирован в корпус компрессора; замена картриджа выполняется при плановом ТО через 20 000 часов.

Выбор маслоотделителя определяется: типом и маркой хладагента (совместимость уплотнений), производительностью компрессора (диаметр патрубков, допустимый расход пара), типом компрессора (для винтовых — только коалесцентный), схемой возврата масла (капилляр, поплавок или соленоид).