R134a制冷剂及润滑油等材料对压缩机质量的影响曾强1 R134a 制冷剂和压缩机1.1 R134a 制冷剂R134a制冷剂是近年来兴起的中长期替代制冷剂。

它采用R134a(1，1，1，2-四氟代乙烷)做制冷剂,取代了传统的CFC类制冷剂。

其结构式如下:它对大气层中的臭氧破坏力(ODP)低,温室效应(GWP)也较低。

而且有低毒、不易燃等特点。

对于欧美、日本等对安全性要求较高的国家比较适用。

表1列出一些制冷剂的性能比较。

表1产品在大气层中的寿命ODP GWPCFC-1160 1.0 1.0CFC-12120 1.0 3.0CFC-113900.9 1.3CFC-1142000.8 3.8CFC-1154000.47.5CFC-12320.020.02CFC-12470.020.1HCFC-141B120.110.15HCFC-142B190.060.36HCFC-22150.050.341.2 R134a 压缩机采用R134a制冷剂的压缩机由于其制冷剂的特性,要求R134a的纯度高,以免性能发生变化。

同时,由于R134a的分子呈现一定的化学极性,与许多化学物质不相容,因此需要对压缩机内部的各种化学物质进行控制。

而R134a压缩机所能采用的压缩机油为酯类油,此种油极易吸水,不但会使压缩机油分解加速,而且会使大量水分进入压缩机,发生"冰塞"现象,压缩机不能制冷。

因此,要严格限制压缩机内部的含水量。

R134a的分子直径约为4.2埃,比水分子(3埃)大而比R12(4.4埃)小。

所以,R134a制冷剂比R12制冷剂有更强的渗透趋势和亲水性。

有鉴于此,在密封(焊接)过程中,必须加以注意,以免造成泄漏。

2 R134a 压缩机的要求众所周知,密封式压缩机在运行过程中,压缩机油是与制冷剂直接接触的,这就意味着在制冷过程中不可避免地有少量压缩机油与制冷剂一起参与制冷循环。

这一部分油要随制冷剂一起经历排气阀的高温和蒸发器的低温两种极端的条件。

如果有任何不相容物质溶解在压缩机油里参与循环,就会在毛细管与蒸发器的接口的低温条件下析出,不再与R134a和压缩机油相容,从而堵塞毛细管。

目前已知的不相容物质大致有如下几种:①矿物油;②石蜡及长链脂烷烃;③聚硅氧烷;④酰胺类化合物;⑤磷酸酯类化合物。

还须控制的其它物质有:①氯化物;②强酸、强碱;③水分。

3 控制重点3.1 压缩机油制冷压缩机的冷冻机油对轴承、压缩机主体和控制系统进行润滑后回到压缩机。

由压缩机排出的制冷剂-油混合物在油分离器中分离出大部分油,分出的油再回流压缩机。

少量分不出的油与制冷剂一起进入制冷剂管线。

活塞式、螺杆式压缩机在运转过程中排气温度可达90～140℃,于是会有部分润滑油气化成5～50μm的微粒进入系统。

另一方面,当压缩机排气速度达到24～30 m3/h,也容易把部分润滑油带入系统,其后果是使冷凝温度升高,相应地冷凝压力也升高,这是由于冷凝器内部产生油膜使热阻增大、传热系数减小的结果。

当冷凝器热负荷一定时,随着传热系数减小,冷凝温度升高。

蒸发器内部产生油膜会使蒸发温度降低,相应地蒸发压力也降低。

在蒸发器表面有0.1mm油膜时,将使蒸发温度降低2.5℃,耗电增加11～12%。

由于冷冻机油是在制冷剂的特殊环境下工作,因此具有如下特性:①冷冻机油与制冷剂在制冷压缩系统中直接接触;②有少量冷冻机油被携入制冷管线内参与冷冻循环;③在全封闭压缩机中,冷冻机油与电机的线圈及密封件等有机材料密切接触;④冷冻机油随制冷剂一起经历排气阀的高温和蒸发器的低温两种极端的温度条件。

因此,制冷循环中对冷冻机油的性能有如表2要求。

表2由于新型制冷剂R134a不能与传统的冷冻机油相容,同时对于传统的各种添加剂的适应性也有限。

针对这种情况,开发了合成酯类油作为R134a压缩机的冷冻机油,它能够与R134a完全互容,并且可以满足以上对冷冻机油的各项要求。

自70年代以来,美国就开始采用长链脂肪酸双酯作为润滑剂。

近年来,又相继开发出了多种的聚氟酯、多元醇酯等新型合成酯类油。

通过对价格、性能的综合比较,现在一般都使用季戊四醇酯做R134a压缩机的冷冻机油。

结构式如下:季戊四醇酯,n=4,R部分为商业秘密这种季戊四醇酯油分子里有长链正构或异构烷烃作为粘度调节部分,因为酯基的化学键能较小,所以容易分解成高级脂肪酸和多元醇。

这就使得油的吸水性加强。

一旦分子中有醇羟基暴露出来(由于合成不彻底或后期分解),由于羟基与水分子中的羟基有很强的亲和力,油分子就会体现出很强的吸水性,导致油品变质。

控制水份成为了合成酯类油最大的问题。

其反应过程为:此水解过程生成羧酸和多元醇,令压缩机油的醇羟基暴露,且使油的酸值、色度升高。

在有碱性物质存在时会加剧反应。

季戊四醇酯的外图谱3.2 漆包线润滑剂传统的漆包线润滑剂是石蜡,这在R134a压缩机里是不允许使用的。

为此,专门开发了一种合成固体,这种酯是甲基硬脂酸酯类,能与R134a相容。

众所周知,漆包线润滑剂是压缩机内部有机物质的最大来源(除压缩机油以外),所以应该严格控制其纯度。

3.3 有机材料压缩机里有许多有机材料直接与制冷剂和压缩机油接触。

例如吸气消音器、座簧座等是用工程塑料聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)制作的。

在其加工成型过程中,经常加入硅油、石蜡、酰胺等脱膜剂。

还有一些密封件如吸气、排气阀垫是用耐油橡胶添加木质纤维和陶土等制成的,在其加工过程中也要使用一些脱膜剂和柔韧剂,这些添加剂里有些是对R134a压缩机有害的。

一般采用溶剂萃取法将它们提取出来再用红外光谱加以鉴定。

3.4 加工用辅料压缩机零部件的生产过程中会接触到各种切削液、磨削液、防锈油等加工用辅料。

在这些辅料中,往往添加许多对其有性质改变作用的添加剂。

这些添加剂按其功能可以分为三类:第一类是保护润滑表面的添加剂,有油性剂、抗磨极压剂、清净分散剂和防腐缓蚀剂等。

第二类是改善润滑剂性能的添加剂,有粘度指数改性剂、降凝剂、乳化剂和破乳剂、粘附剂以及密封件膨胀剂等。

大家知道,润滑剂之所以能够有润滑性能完全是由于润滑油的分子在被润滑表面平行排列起到减摩作用的结果,而上述提到的大多数添加剂都是靠吸附作用帮助润滑的。

这种吸附作用可以分为两种,一种是物理吸附,一种是化学吸附。

物理吸附依靠范德华力将添加剂分子与被润滑表面结合起来,这种结合力是微弱的而且是可逆的。

化学吸附是金属表面与添加剂分子发生化学反应的一种吸附,这种吸附是不可逆的而且结合力较大,在被润滑表面形成单分子层,同时与吸附分子结合的金属离子并未脱离金属晶格。

润滑剂中常用的减摩剂通常就是物理吸附作用,当摩擦更加剧烈,温度更高时物理吸附摸发生解脱,此时极压添加剂通过化学反应与金属表面形成新的更牢固的保护膜。

不论是哪一种吸附,添加剂分子中必然含有极性基团和非极性基团,极性基团用来与金属等被润滑表面吸附,非极性基团则用来与基础油分子相结合。

其中的非极性基团一般是长链烷基,这就意味着有与制冷剂R134a不相容的危险。

实际上,许多传统减摩剂就是石蜡或氯化石蜡,极压添加剂用磷系极压剂。

这对生产R134a压缩机是十分不利的。

即使是采用其它添加剂也应该严格控制其分子的极性和大小,并要避免采用氯系和磷系极压添加剂。

非但如此,润滑油(包括压缩机油)常常采用硅油作为消泡剂,硅油还在密封接线座上被用作防锈和绝缘剂,所以应该尽量避免使用硅油,改为其他代用品。

在工件生产、加工、运输过程中不可避免地要使用防锈油,这些防锈剂除了少数无机防锈剂,大多数是使用有机基础油来配置的,其中具关键作用的防锈添加剂都是有非极性长链烷基的,因此要尽量避免用传统的防锈油而尽量使用以合成油为基础的防锈剂,并使用小分子添加剂。

为了减少切削液的消耗,工厂实际是将原液用去离子水稀释到一定比例后再使用的。

如果去离子水脱氯不好,就会给工序中带入氯元素,对压缩机油和各个部件产生不良影响。

3.5 人为因素我们日常使用的日化用品中有许多含有与R134a制冷剂不相容的物质。

比如洗发水中常常加入硅油,用来防静电和柔顺头发。

润肤露、护肤霜等化妆品中通常都有凡士林(精练过的微晶蜡),用它来油润皮肤。

所以,日常所用的化妆品、护肤品等都不应被允许带入生产车间,防止污染。

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