Холодильные масла - виды, свойства, отрасли применения

В настоящее время в компрессорных системах охлаждения применяются различные виды масел, отличающиеся по составу и по способу изготовления.

1. Минеральные масла:

• нафтеновые;
• парафиновые.

2. Синтетические масла:

• алкилбензольные (А);
• полиалкилгликольные (ПАГ);
• полиолэфирные (ПОЕ);
• полиальфаолефиновые (ПАО) и др.

3. Полусинтетические масла:

• смеси алкилбензольного и минерального масла (А/М).

Наиболее используемые типы масел:
Минеральные – являются смешиваемыми (полностью растворимыми) с R12, применяются с хладагентами групп ХФУ, ГХФУ – R13, R22, R500, R502 и т.д.

Алкилбензольные масла (А) используются в холодильной промышленности более 25 лет, термически стабильны, хорошо смешиваются с хладагентами групп ХФУ, ГХФУ.

Полиолэфирные масла (ПОЕ) рекомендуются для установок с хладагентами группы ГФУ – R134, R407C, R410A, R404A

Полиалкилгликольные масла (ПАГ) широко используются в мобильных установках, таких, как автомобильные кондиционеры с хладагентом R134A.


Преимущества синтетических масел по сравнению с минеральными:

• лучше смазывающие качества;
• выше термическая стабильность и стойкость в смеси с хладагентами;
• ниже температура застывания;
• меньше агрессивность по отношению к конструкционным материалам.

Недостатки:

• относительно высокая стоимость;
• значительная гигроскопическая и избирательная агрессивность по отношению к отдельным материалам.

Полиолэфиры - химические вещества, полученные из спирта и органических кислот. Необходимо не путать полиолэфиры с полиэфирами. Последние получены полимеризацией из иных соединений и используются в основном в производстве волокон.

Вязкость Согласно градации международного стандарта ISO3448, масла характеризуются кинематической вязкостью ν при 40 °С, имея размерность сСт (мм2/с) – сантистокс. Вязкость характеризует жёсткость связи молекул между собой, то есть степень сопротивления данного вещества. От вязкости, в значительной мере, зависит смазывающая способность рассматриваемого вещества.

В США вязкость масла измеряется при 37,8 ºС (100 °F) другим методом, и результаты выражаются в универсальных секундах Сейболта (SUS или SSU). Для наиболее часто встречающихся значений вязкости приблизительные преобразования выглядят следующим образом: - 150 SUS 32 мм2/с - 300 SUS 68 мм2/с - 450 SUS 100 мм2/с При слишком высокой вязкости возрастают потери на трение, при слишком низкой – возможен разрыв масляной пленки между сопрягаемыми деталями, что приводит к повышенному их износу. С повышением температуры вязкость масла уменьшается, в верхней части цилиндра и поршня износ происходит более интенсивно. Вязкость синтетических масел менее чувствительна к изменению температуры, чем минеральных масел. Повышение вязкости масел приводит к ухудшению растворимости в них хладагентов, ухудшая тем самым циркуляцию хладагентов в холодильных системах. Индекс вязкостиИндекс вязкости (ИВ) является относительной величиной, характеризующей зависимость ν= f(t) и определяемой по формуле: ИВ = (L– ν)*100/(L– H), где L – вязкость стандартного масла с ИВ=0 при температуре 37,8 ºС; ν – кинематическая вязкость исследуемого масла при температуре 37,8 ºС; Н – вязкость стандартного масла с ИВ=100 при температуре 37,8 ºС. Для обеспечения достаточной вязкости при высоких рабочих температурах в компрессоре целесообразно применение масла с высоким индексом вязкости. Плотность Плотность минеральных масел зависит от их фрикционного состава и возрастает с увеличением содержания ароматических углеводородов. С повышением температуры плотность масел снижается. Температуры застывания и текучести Температура застывания определяет начало застывания, то есть перехода масла из жидкого состояния в твёрдое. При выборе масла необходимо следить, чтобы температура застывания и температура текучести масла была ниже температуры кипения хладагента. У минеральных масел начало застывания зависит всегда от избыточного количества свободного парафина, который кристаллизуется первым. Синтетические масла кристаллизуются обычно при более высоких температурах. Не рекомендуется смешивать между собой полиолэфирные масла без предварительных тестов, потому, что некоторые полиолэфиры в смеси демонстрируют аномалии кристаллизации. Эти негативные явления были выявлены в процессе тестов. Поэтому, перед смешиванием полиолэфирных масел следует сделать соответствующий запрос на фирму поставщика масел о возможном последствии. Температура помутнения Температура, при которой начинается кристаллизация парафинов, называется температурой выпадения парафинов, или температурой помутнения. В международной практике и в России используется также термин «выпадение хлопьев». Температура выпадения хлопьев должна быть ниже температуры кипения в испарителе. В целях ее понижения масла подвергают депарафинизации. Кислотность Кислотность определяется кислотным числом – количеством миллиграммов КОН на 1 г масла (в иностранной литературе используется термин «число нейтрализации»). Кислотное число высококачественных холодильных масел не превышает 0,03…0,05 КОН на 1 г масла. Характер среды (кислый или щелочной) синтетических жидкостей иногда характеризуют концентрацией ионов водорода рН. Нейтральная среда характеризуется рН=6,5…7. Высокое значение кислотного числа указывает на перегрев или окисление масла. Содержание воды и гигроскопичность маслаГигроскопичность характеризуется относительной величиной предельной растворимости воды (концентрацией) при определенной температуре. Она выражается в мг/кг или ppm. Растворимость воды увеличивается с повышением температуры и зависит от типа масла. В синтетических маслах она значительно выше, чем в минеральных и углеводородных. Поверхностное натяжение Поверхностное натяжение масел влияет на их противозадирные качества, прочность пленки и вспениваемость в смеси с хладагентом. С повышением температуры поверхностное натяжение масел снижается; с увеличением поверхностного натяжения вязкость минеральных масел повышается. Вид и цвет Цвет масла определяется в марках NPA по шкале Осфальда или в марках ЦНТ по ГОСТ 20284-74. При работе холодильной машины масла постепенно темнеют вследствие окисления. Черный цвет масла, как правило, свидетельствует о перегорании обмотки электродвигателя. Обычно предельно допустимый цвет минеральных и углеводородных масел, предназначенных для использования в холодильных машинах, работающих на R12, R22, R502, - 4…4,5 марки. Вспениваемость Вспениваемость холодильных масел зависит от растворимости хладагента в масле. Образование пены в масляных ваннах холодильных компрессоров происходит вследствие вскипания смеси из-за быстрого падения давления в картере. С уменьшением вязкости масла и повышением его температуры пенообразование снижается. Химическая стабильность К химической стабильности масел предъявляют жесткие требования. Особое внимание уделяют сухости системы, поскольку влага даже в незначительных количествах быстро выводит химическое качество среды за пределы допустимого. Одной из причин химической нестабильности масла является присутствие в холодильном контуре остатков кислорода из-за низкого уровня вакуумирования системы перед заправкой хладагентом. Экспериментально доказано, что вероятность сгорания обмоток электродвигателя возрастает с повышением кислотности масла. Смешиваемость и растворимость Под смешиваемостью понимают образование однородной среды из масла и хладагента, а под растворимостью – насыщение масла хладагентом в паровой фазе. Если смешиваемость зависит от природы хладагента, типа масла, его вязкости, температуры, то растворимость зависит, кроме перечисленных факторов, еще и от давления. Растворимость хладагентов в масле и частичная смешиваемость с хладагентами определяется так называемой кривой растворимости. Эта кривая составляется из статистических данных, которые не всегда соответствуют состоянию холодильной системы после её работы. У классических холодильных масел на углеводородной базе, как минеральных так и синтетических, в смесях с фреонами данные этой кривой и после работы оборудования соответствовали действительному состоянию смеси в системе. Поэтому кривая растворимости была важна при выборе подходящего масла. Новый высокополярный хладагент ведёт себя различно в смесях с нерастворяемыми маслами и, поэтому, для смесей этих хладагентов с маслами важность кривых растворимости снизилось. При движении смеси масла и холодильного агента по холодильной системе возникает дисперсия и, например, температура застывания смеси по сравнению с температурой застывания чистого масла снижается. Поэтому, практически, при ретрофите, добавка (20-30)% углеводородных масел к полиолэфирным маслам не создаёт проблем в работе холодильных систем. С помощью специальных присадок, влияющих на склонность углеводородных масел к дисперсии, удалось на их базе получить масла для высокополярных холодильных агентов. На практике возникает необходимость работы на смесях масел. Смешиваемые масла должны быть совместимы друг с другом и не нарушать работу компрессора и холодильной машины из-за появления осадков, отложений и агрессивных веществ. Обычно смешивание минеральных масел не приводит к отрицательным последствиям. Однако при недостаточной термической и химической стабильности одного из масел работа на смеси не рекомендуется. Так, масло ХФ 22-24, которое само по себе не рекомендуется применять при температурах нагнетания выше 100°С, недопустимо смешивать с высококачественными минеральными и синтетическими маслами. Некоторые синтетические масла также образуют нестабильные смеси с минеральными и другими синтетическими маслами. Несовместимыми являются, например, масла ХФ 22с-16 и ХФ 22-24, ПФГОС 4 и ХС 40.

Условные обозначения: MO - минеральное масло АВ - синтетическое масло (алкилбензольное) МО/АВ - смесь алкилбензольного и минерального (МО + АВ) Н - кондиционирование М - средние температуры L - низкие температуры (L) - низкие температуры, за исключением полугерметичных компрессоров, работающих с высокой температурой конденсации