W układach chłodniczych czynniki chłodnicze są wykorzystywane jako płyny robocze, a występują one zazwyczaj w dwóch postaciach: ciekłej i gazowej. Dzisiaj omówimy istotną wiedzę na temat ciekłych czynników chłodniczych.
1. Czy czynnik chłodniczy jest cieczą czy gazem?
Czynniki chłodnicze można podzielić na 3 kategorie: czynniki chłodnicze jednoczynnikowe, czynniki chłodnicze mieszane nieazeotropowe i czynniki chłodnicze mieszane azeotropowe.
Skład pojedynczej substancji roboczej, czynnika chłodniczego, nie zmienia się bez względu na to, czy jest on w stanie gazowym czy ciekłym, dlatego stan gazowy można uzupełnić podczas ładowania czynnika chłodniczego.
Mimo że skład azeotropowego czynnika chłodniczego jest różny, a temperatura wrzenia jest taka sama, skład gazu i cieczy jest również taki sam, więc można ładować gaz;
Ze względu na różne temperatury wrzenia nieazeotropowych czynników chłodniczych, ciekłe i gazowe czynniki chłodnicze różnią się składem. Jeśli w tym momencie dodamy gazowe czynniki chłodnicze, ich skład będzie inny. Na przykład, dodany zostanie tylko określony gazowy czynnik chłodniczy, więc można dodać tylko ciecz.
Oznacza to, że czynniki chłodnicze nieazeotropowe muszą być dodawane w postaci ciekłej, a wszystkie czynniki chłodnicze nieazeotropowe zaczynają od R4. Dodawany jest właśnie ten rodzaj cieczy. Popularne czynniki chłodnicze nieazeotropowe to: R40, R401A, R403B, R404A, R406A, R407A, R407B, R407C, R408A, R409A, R410A, R41A.
Jeśli chodzi o inne powszechnie stosowane czynniki chłodnicze, takie jak: R134a, R22, R23, R290, R32, R500, R600a, dodanie gazu lub cieczy do składu czynnika chłodniczego nie powoduje zmiany, więc jest to wygodne.
Podczas dodawania czynnika chłodniczego należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:
(1) Obserwuj bąbelki w szkle kontrolnym;
(2) Zmierz wysokie i niskie ciśnienie;
(3) Zmierz prąd sprężarki;
(4) Zważyć zastrzyk.
Ponadto należy zauważyć i podkreślić, że:
Czynniki chłodnicze nieazeotropowe należy dodawać w stanie ciekłym. Na przykład, skład czynnika chłodniczego R410A jest następujący:
R32 (difluorometan): 50%;
R125 (pentafluoroetan): 50%;
Ponieważ temperatury wrzenia R32 i R125 są różne, gdy butla z czynnikiem chłodniczym R410A pozostaje w bezruchu, temperatury wrzenia R32 i R125 są różne, co nieuchronnie prowadzi do odparowania gazowego czynnika chłodniczego w górnej części butli z czynnikiem chłodniczym, a skład nie wynosi 50% R32 + 50% R125. Ponieważ temperatura wrzenia R32 jest niska, bardzo prawdopodobne jest, że górna część czynnika chłodniczego jest składnikiem R32.
Dlatego też, jeżeli dodany zostanie gazowy czynnik chłodniczy, dodany czynnik chłodniczy to nie R410A, lecz R32.
Po drugie, typowe problemy związane z czynnikami chłodniczymi w stanie ciekłym
1. Migracja ciekłego czynnika chłodniczego
Migracja czynnika chłodniczego odnosi się do gromadzenia się ciekłego czynnika chłodniczego w skrzyni korbowej sprężarki po jej wyłączeniu. Dopóki temperatura wewnątrz sprężarki jest niższa niż temperatura wewnątrz parownika, różnica ciśnień między sprężarką a parownikiem będzie powodować przemieszczanie się czynnika chłodniczego w chłodniejsze miejsce. Zjawisko to występuje najczęściej w mroźne zimy. Jednak w przypadku klimatyzatorów i pomp ciepła, gdy agregat skraplający znajduje się w dużej odległości od sprężarki, migracja może wystąpić nawet przy wysokiej temperaturze.
Po wyłączeniu układu i niewłączeniu go ponownie w ciągu kilku godzin, nawet jeśli nie ma różnicy ciśnień, może wystąpić zjawisko migracji spowodowane przyciąganiem czynnika chłodniczego ze skrzyni korbowej do czynnika chłodniczego.
Jeżeli nadmiar ciekłego czynnika chłodniczego przedostanie się do skrzyni korbowej sprężarki, to podczas uruchamiania sprężarki nastąpi gwałtowne uderzenie cieczy, co może skutkować różnymi awariami sprężarki, takimi jak pęknięcie płytki zaworowej, uszkodzenie tłoka, awaria i erozja łożysk (czynnik chłodniczy wypłukuje olej z łożysk).
2. Przelanie się ciekłego czynnika chłodniczego
W przypadku awarii zaworu rozprężnego, awarii wentylatora parownika lub jego zablokowania przez filtr powietrza, ciekły czynnik chłodniczy przeleje się przez parownik i przedostaje się do sprężarki przez rurę ssącą w postaci cieczy, a nie pary. Podczas pracy urządzenia, z powodu rozcieńczania oleju chłodniczego przez nadmiar cieczy, ruchome części sprężarki ulegają zużyciu, a ciśnienie oleju spada. Powoduje to zadziałanie zabezpieczenia przed nadmiernym ciśnieniem oleju, co z kolei prowadzi do utraty oleju w skrzyni korbowej. W takim przypadku, po wyłączeniu urządzenia, nastąpi gwałtowne zjawisko migracji czynnika chłodniczego, skutkujące uderzeniem hydraulicznym przy ponownym uruchomieniu.
3. Uderzenie cieczy
W przypadku wystąpienia uderzenia hydraulicznego, słychać metaliczny odgłos dochodzący z wnętrza sprężarki, któremu mogą towarzyszyć gwałtowne wibracje sprężarki. Uderzenie hydrauliczne może spowodować pęknięcie zaworu, uszkodzenie uszczelki głowicy sprężarki, pęknięcie korbowodu, pęknięcie wału korbowego i uszkodzenie innych typów sprężarek. Uderzenie hydrauliczne występuje, gdy ciekły czynnik chłodniczy przedostaje się do skrzyni korbowej i ponownie uruchamia. W niektórych urządzeniach, ze względu na konstrukcję rurociągów lub rozmieszczenie podzespołów, ciekły czynnik chłodniczy gromadzi się w rurze ssawnej lub parowniku podczas wyłączania urządzenia i przedostaje się do sprężarki w postaci czystej cieczy, ze szczególnie dużą prędkością, po jej włączeniu. Prędkość i bezwładność uderzenia hydraulicznego są wystarczające, aby obejść wszelkie wbudowane zabezpieczenia sprężarki przed uderzeniem hydraulicznym.
4. Działanie hydraulicznego urządzenia sterującego bezpieczeństwem
W agregatach niskotemperaturowych, po okresie odszraniania, często dochodzi do zadziałania zabezpieczenia ciśnienia oleju z powodu przelania się ciekłego czynnika chłodniczego. Wiele systemów jest zaprojektowanych tak, aby czynnik chłodniczy skraplał się w parowniku i przewodzie ssawnym podczas odszraniania, a następnie przedostał się do skrzyni korbowej sprężarki podczas rozruchu, powodując spadek ciśnienia oleju i uruchomienie zabezpieczenia ciśnienia oleju.
Czasami jedno lub dwa zadziałania zabezpieczenia ciśnienia oleju nie będą miały poważnego wpływu na sprężarkę, ale wielokrotne ich powtarzanie bez odpowiedniego smarowania doprowadzi do jej awarii. Operator często traktuje zabezpieczenie ciśnienia oleju jako drobną usterkę, ale jest to ostrzeżenie, że sprężarka pracuje bez smarowania dłużej niż dwie minuty i należy w porę podjąć działania naprawcze.
3. Rozwiązania problemu ciekłych czynników chłodniczych
Dobrze zaprojektowana, wydajna sprężarka do chłodnictwa, klimatyzacji i pomp ciepła to w zasadzie pompa parowa, która może przepompować tylko określoną ilość ciekłego czynnika chłodniczego i oleju chłodniczego. Aby zaprojektować sprężarkę, która może przepompować więcej ciekłych czynników chłodniczych i oleju chłodniczego, należy wziąć pod uwagę kombinację rozmiarów, masy, wydajności chłodniczej, sprawności, hałasu i kosztów. Oprócz czynników konstrukcyjnych, ilość ciekłego czynnika chłodniczego, jaką sprężarka może przepompować, jest stała, a jej wydajność zależy od następujących czynników: objętości skrzyni korbowej, ilości oleju chłodniczego, rodzaju układu i elementów sterujących oraz normalnych warunków pracy.
Wzrost ilości czynnika chłodniczego zwiększa potencjalne zagrożenie dla sprężarki. Przyczyny uszkodzeń można zazwyczaj przypisać następującym czynnikom:
(1) Nadmierna ilość czynnika chłodniczego.
(2) Parownik jest oszroniony.
(3) Filtr parownika jest brudny i zablokowany.
(4) Awaria wentylatora parownika lub silnika wentylatora.
(5) Nieprawidłowy wybór kapilary.
(6) Nieprawidłowy dobór lub regulacja zaworu rozprężnego.
(7) Migracja czynnika chłodniczego.
1. Migracja ciekłego czynnika chłodniczego
Migracja czynnika chłodniczego odnosi się do gromadzenia się ciekłego czynnika chłodniczego w skrzyni korbowej sprężarki po jej wyłączeniu. Dopóki temperatura wewnątrz sprężarki jest niższa niż temperatura wewnątrz parownika, różnica ciśnień między sprężarką a parownikiem będzie powodować przemieszczanie się czynnika chłodniczego w chłodniejsze miejsce. Zjawisko to występuje najczęściej w mroźne zimy. Jednak w przypadku klimatyzatorów i pomp ciepła, gdy agregat skraplający znajduje się w dużej odległości od sprężarki, migracja może wystąpić nawet przy wysokiej temperaturze.
Po wyłączeniu układu i niewłączeniu go ponownie w ciągu kilku godzin, nawet jeśli nie ma różnicy ciśnień, może wystąpić zjawisko migracji spowodowane przyciąganiem czynnika chłodniczego ze skrzyni korbowej do czynnika chłodniczego.
Jeżeli nadmiar ciekłego czynnika chłodniczego przedostanie się do skrzyni korbowej sprężarki, to podczas uruchamiania sprężarki nastąpi gwałtowne uderzenie cieczy, co może skutkować różnymi awariami sprężarki, takimi jak pęknięcie płytki zaworowej, uszkodzenie tłoka, awaria i erozja łożysk (czynnik chłodniczy wypłukuje olej z łożysk).
2. Przelanie się ciekłego czynnika chłodniczego
W przypadku awarii zaworu rozprężnego, awarii wentylatora parownika lub jego zablokowania przez filtr powietrza, ciekły czynnik chłodniczy przeleje się przez parownik i przedostaje się do sprężarki przez rurę ssącą w postaci cieczy, a nie pary. Podczas pracy urządzenia, z powodu rozcieńczania oleju chłodniczego przez nadmiar cieczy, ruchome części sprężarki ulegają zużyciu, a ciśnienie oleju spada. Powoduje to zadziałanie zabezpieczenia przed nadmiernym ciśnieniem oleju, co z kolei prowadzi do utraty oleju w skrzyni korbowej. W takim przypadku, po wyłączeniu urządzenia, nastąpi gwałtowne zjawisko migracji czynnika chłodniczego, skutkujące uderzeniem hydraulicznym przy ponownym uruchomieniu.
3. Uderzenie cieczy
W przypadku wystąpienia uderzenia hydraulicznego, słychać metaliczny odgłos dochodzący z wnętrza sprężarki, któremu mogą towarzyszyć gwałtowne wibracje sprężarki. Uderzenie hydrauliczne może spowodować pęknięcie zaworu, uszkodzenie uszczelki głowicy sprężarki, pęknięcie korbowodu, pęknięcie wału korbowego i uszkodzenie innych typów sprężarek. Uderzenie hydrauliczne występuje, gdy ciekły czynnik chłodniczy przedostaje się do skrzyni korbowej i ponownie uruchamia. W niektórych urządzeniach, ze względu na konstrukcję rurociągów lub rozmieszczenie podzespołów, ciekły czynnik chłodniczy gromadzi się w rurze ssawnej lub parowniku podczas wyłączania urządzenia i przedostaje się do sprężarki w postaci czystej cieczy, ze szczególnie dużą prędkością, po jej włączeniu. Prędkość i bezwładność uderzenia hydraulicznego są wystarczające, aby obejść wszelkie wbudowane zabezpieczenia sprężarki przed uderzeniem hydraulicznym.
4. Działanie hydraulicznego urządzenia sterującego bezpieczeństwem
W agregatach niskotemperaturowych, po okresie odszraniania, często dochodzi do zadziałania zabezpieczenia ciśnienia oleju z powodu przelania się ciekłego czynnika chłodniczego. Wiele systemów jest zaprojektowanych tak, aby czynnik chłodniczy skraplał się w parowniku i przewodzie ssawnym podczas odszraniania, a następnie przedostał się do skrzyni korbowej sprężarki podczas rozruchu, powodując spadek ciśnienia oleju i uruchomienie zabezpieczenia ciśnienia oleju.
Czasami jedno lub dwa zadziałania zabezpieczenia ciśnienia oleju nie będą miały poważnego wpływu na sprężarkę, ale wielokrotne ich powtarzanie bez odpowiedniego smarowania doprowadzi do jej awarii. Operator często traktuje zabezpieczenie ciśnienia oleju jako drobną usterkę, ale jest to ostrzeżenie, że sprężarka pracuje bez smarowania dłużej niż dwie minuty i należy w porę podjąć działania naprawcze.
3. Rozwiązania problemu ciekłych czynników chłodniczych
Dobrze zaprojektowana, wydajna sprężarka do chłodnictwa, klimatyzacji i pomp ciepła to w zasadzie pompa parowa, która może przepompować tylko określoną ilość ciekłego czynnika chłodniczego i oleju chłodniczego. Aby zaprojektować sprężarkę, która może przepompować więcej ciekłych czynników chłodniczych i oleju chłodniczego, należy wziąć pod uwagę kombinację rozmiarów, masy, wydajności chłodniczej, sprawności, hałasu i kosztów. Oprócz czynników konstrukcyjnych, ilość ciekłego czynnika chłodniczego, jaką sprężarka może przepompować, jest stała, a jej wydajność zależy od następujących czynników: objętości skrzyni korbowej, ilości oleju chłodniczego, rodzaju układu i elementów sterujących oraz normalnych warunków pracy.
Wzrost ilości czynnika chłodniczego zwiększa potencjalne zagrożenie dla sprężarki. Przyczyny uszkodzeń można zazwyczaj przypisać następującym czynnikom:
(1) Nadmierna ilość czynnika chłodniczego.
(2) Parownik jest oszroniony.
(3) Filtr parownika jest brudny i zablokowany.
(4) Awaria wentylatora parownika lub silnika wentylatora.
(5) Nieprawidłowy wybór kapilary.
(6) Nieprawidłowy dobór lub regulacja zaworu rozprężnego.
(7) Migracja czynnika chłodniczego.
Czas publikacji: 31 maja 2022 r.
