Маслоподъемные петли. Анализ VRF-систем. Система маслоотделения Выбор диаметров медных трубопроводов
Сегодня на рынке присутствуют
VRF
-системы оригинальных японских, корейских и китайских брендов. Еще больше
VRF
-систем многочисленных
OEM
производителей. Внешне все они очень похожи и складывается ложное впечатление, что все
VRF
-системы одинаковы. Но «не все йогурты одинаково полезны», как говорилось в популярной рекламе. Мы начинаем серию статей, направленных на изучение технологий получения холода, которые используются в современном классе кондиционеров -
VRF
-системах. Мы уже рассмотрели систему переохлаждения хладагента и ее влияние на характеристики кондиционера, различные компоновки компрессорного узла. В этой статье мы изучим -
систему маслоотделения
.
Для чего необходимо масло в холодильном контуре? Для смазки компрессора. И находиться масло должно именно в компрессоре. В обычной сплит-системе масло свободно циркулирует вместе с фреоном и равномерно распределяется по всему холодильному контуру. У систем VRF холодильный контур слишком большой, поэтому первая проблема, с которой столкнулись производители систем VRF , это уменьшение уровня масла в компрессорах и выход их из строя из за «масляного голодания».
Существуют две технологии, с помощью которых холодильное масло возвращается обратно в компрессор. Во-первых - применяется устройство сепаратор масла (маслоотделитель) в наружном блоке (на рисунке 1). Сепараторы масла устанавливаются на нагнетательной трубе компрессора между компрессором и конденсатором. Масло уносится из компрессора как в виде мелких капель, так и в парообразном состоянии, так как при температурах от 80С до 110С происходит частичное испарение масла. Большая часть масла оседает в сепараторе и возвращается по отдельному маслопроводу в картер компрессора. Это устройство значительно улучшает режим смазки компрессора и в конечном итоге повышает надежность системы. С точки зрения конструкции холодильного контура существуют системы вообще без сепараторов масла, системы с одним сепаратором масла на все компрессора, системы с сепаратором масла на каждом компрессоре. Идеальный вариант равномерного распределения масла это когда каждый компрессор обладает «своим» сепаратором масла (рис. 1).
Рис. 1 . Схема холодильного контура VRF - системы с двумя сепараторами фреонового масла.
Конструкции сепараторов (маслоотделителей).
Масло в маслоотделителях отделяется от газообразного хладагента в результате резкого изменения направления и уменьшения скорости движения пара (до 0,7 - 1 м/с). Направление движения газообразного хладагента изменяется с помощью перегородок или определенным образом установленных патрубков. В этом случае маслоотделитель улавливает только 40-60% масла, унесенного из компрессора. Поэтому лучшие результаты дает центробежный или циклонный маслоотделитель (рис. 2). Газообразный хладагент, поступающий к патрубку 1, попадая на направляющие лопатки 4, приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы капли масла отбрасываются на корпус и образуют медленно стекающую вниз пленку. Газообразный хладагент при выходе из спирали резко меняет свое направление и по патрубку 2 уходит из сепаратора масла. Отделившееся масло отгораживается от струи газа перегородкой 5, чтобы предотвратить вторичный захват масла хладагентом.
Рис. 2. Конструкция центробежного маслоотделителя.
Несмотря на работу сепаратора масла, небольшая часть масла все-таки уносится с фреоном в систему и постепенно там накапливается. Для его возврата применяется специальный режим, который называетсярежим возврата масла . Суть его в следующем:
Наружный блок включается в режиме охлаждения на максимальную производительность. Все клапанаEEV во внутренних блоках полностью открыты. НО вентиляторы внутренних блоков выключены, поэтому фреон в жидкой фазе проходит через теплообменник внутреннего блока не выкипая. Жидкое масло, находящееся во внутреннем блоке, смывается жидким фреоном в газовый трубопровод. И далее возвращается в наружный блок с газообразным фреоном на максимальной скорости.
Тип холодильного масла , используемого в холодильных системах для смазки компрессоров, зависит от типа компрессора, его производительности, но главное используемого фреона. Масла для холодильного цикла классифицируются как минеральные и синтетические. Минеральное масло, главным образом, используется с хладагентами CFC (R 12) и HCFC (R 22) и основано на нафтене или парафине, либо смеси парафина и акрилбензола. Хладагенты HFC (R 410A , R 407C ) не растворяются в минеральном масле, поэтому для них используется синтетическое масло.
Подогреватель картера . Холодильное масло смешивается с хладагентом и циркулирует с ним на протяжении всего цикла охлаждения. Масло в картере компрессора содержит некоторое количество растворенного хладагента, а жидкий хладагент в конденсаторе содержит небольшое количество растворенного масла. Недостаток использования растворимого масла - это образование пены. Если холодильная машина отключается на длительный период и температура масла в компрессоре ниже, чем во внутреннем контуре, хладагент конденсируется и большая его часть растворяется в масле. Если в этом состоянии происходит пуск компрессора, давление в картере падает и растворенный хладагент испаряется вместе с маслом, образуя масленую пену. Этот процесс называют пенообразование, он приводит к выходу масла из компрессора по нагнетательному патрубку и ухудшению смазки компрессора. Для предотвращения пенообразования на картере компрессора VRF -систем установлен подогреватель, чтобы температура картера компрессора всегда была немного выше температуры окружающей среды (рис. 3).
Рис. 3. Подогреватель картера компрессора
Влияние примесей на работу холодильного контура.
Технологическое масло (машинное масло, масло для сборки). Если в систему, использующую хладагент HFC , попадет технологическое масло (например, машинное), то такое масло будет отделяться, образуя хлопья и вызывая засор капиллярных трубок.
Вода. Если в систему охлаждения, использующую хладагент HFC , попадает вода, то повышается кислотность масла, происходит разрушение полимерных материалов, используемых в двигателе компрессора. Это приводит к разрушению и пробоям изоляции электродвигателя, засорению капиллярных трубок и т.д.
Механический мусор и грязь. Возникающие проблемы: засорение фильтров, капиллярных трубок. Разложение и отделение масла. Разрушение изоляции электродвигателя компрессора.
Воздух. Следствие попадания большого количества воздуха (например, систему заправили без вакуумирования): аномальное давление, повышенная кислотность масла, пробой изоляции компрессора.
Примеси других хладагентов. Если в систему охлаждения попадает большое количество хладагентов различного типа, возникает аномальное рабочее давление и температура. Следствием чего является повреждение системы.
Примеси других холодильных масел. Многие холодильные масла не смешиваются друг с другом и выпадают в осадок в виде хлопьев. Хлопья забивают фильтра и капиллярные трубки, снижая расход фреона в системе, что ведет к перегреву компрессора.
Неоднократно встречается следующая ситуация, связанная с режимом возврата масла в компрессоры наружных блоков. Смонтирована VRF -система кондиционирования воздуха (рис. 4). Дозаправка системы, параметры работы, конфигурация трубопроводов - все в норме. Единственный нюанс - часть внутренних блоков не смонтированы, но коэффициент загрузки наружного блока допустимый - 80%. Тем не менее, регулярно выходят из строя компрессоры по причине заклинивания. В чем причина?
Рис. 4. Схема частичного монтажа внутренних блоков.
А причина оказалась проста: дело в том, что для монтажа недостающих внутренних блоков были подготовлены ответвления. Эти ответвления были тупиковыми «аппендиксами», в которые циркулирующее вместе с фреоном масло попадало, но обратно выйти уже не могло и накапливалось. Поэтому компрессора выходили из строя из-за обычного «масляного голодания». Чтобы этого не произошло, на ответвлениях МАКСИМАЛЬНО БЛИЗКО К РАЗВЕТВИТЕЛЯМ необходимо было поставить запорные вентили. Тогда масло свободно циркулировало бы в системе и возвращалось в режиме сбора масла.
Маслоподъемные петли.
Для VRF -систем японских производителей нет требований установки маслоподъемных петель. Считается, что сепараторы и режим возврата масла эффективно возвращают масло в компрессор. Однако нет правил без исключений - на системах MDV серии V 5 рекомендуется установка маслоподъемных петель, если наружный блок выше внутренних и перепад высот более 20 метров (рис. 5).
Рис. 5. Схема маслоподъемной петли.
Для фреона R 410 A маслоподъемные петли рекомендуется ставить через каждые 10 - 20 метров вертикальных участков.
Для фреонов R 22 и R 407С маслоподъемные петли рекомендуется ставить через 5 метров вертикальных участков.
Физический смысл маслоподъемной петли сводится к накоплению масла перед вертикальным подъемом. Масло скапливается в нижней части трубы и постепенно перекрывает отверстие для пропуска фреона. Газообразный фреон увеличивает свою скорость в свободном сечении трубопровода, захватывая при этом жидкое масло. При полном перекрытии сечения трубы маслом фреон выталкивает масло как пробку до следующей маслоподъемной петли.
|
Масло |
ХФ (отеч.) |
Mobil |
TOTAL PLANETELF |
SUNISO |
Bitzer |
|
|
R12 |
Минеральное |
ХФ 12-16 |
Suniso 3GS, 4GS |
|||
|
R22 |
Минеральное, Синтетическое |
ХФ 12-24 |
Mobil Gargoyle Arctic Oil 155, 300, Mobil Gargoyle Arctic SHC 400, Mobil Gargoyle Arctic SHC 200, Mobil EAL Arctic 32,46,68,100 |
LUNARIA SK |
Suniso 3GS, 4GS |
Biltzer B 5.2, Biltzer B100 |
|
R23 |
Cинтетическое |
Mobil EAL Arctic 32, 46,68,100 |
PLANETELF ACD 68M |
Suniso SL 32, 46,68,100 |
Biltzer BSE 32 |
|
|
R134a |
Cинтетическое |
Mobil Arctic Assembly Oil 32, |
PLANETELF ACD 32, 46,68,100, PLANETELF PAG |
Suniso SL 32, 46,68,100 |
Biltzer BSE 32 |
|
|
R404a |
Cинтетическое |
Mobil EAL Arctic 32,46, 68,100 |
PLANETELF ACD 32,46, 68,100 |
Suniso SL 32, 46,68,100 |
Biltzer BSE 32 |
|
|
R406a |
Cинтетическое |
ХФ 12-16 |
Mobil Gargoyle Arctic Oil 155,300 |
Suniso 3GS, 4GS |
||
|
R407c |
Cинтетическое |
Mobil EAL Arctic 32,46, 68,100 |
PLANETELF |
Suniso SL 32, 46,68,100 |
Biltzer BSE 32 |
|
|
R410a |
Cинтетическое |
Mobil EAL Arctic 32,46, 68,100 |
PLANETELF |
Suniso SL 32, 46,68,100 |
Biltzer BSE 32 |
|
|
R507 |
Cинтетическое |
Mobil EAL Arctic 22CC, 32, 46,68,100 |
PLANETELF ACD 32,46, 68,100 |
Suniso SL 32, 46,68,100 |
Biltzer BSE 32 |
|
|
R600a |
Минеральное |
ХФ 12-16 |
Mobil Gargoyle Arctic Oil 155, 300 |
Suniso 3GS, 4GS |
Вывод.
Сепараторы масла являются важнейшим и обязательным элементом качественной VRF -системы кондиционирования. Только благодаря возврату фреонового масла обратно в компрессор достигается надежная и безаварийная работа VRF -системы. Наиболее оптимальный вариант конструкции, когда каждый компрессор снабжен ОТДЕЛЬНЫМ сепаратором, т.к. только в этом случае достигается равномерное распределение фреонового масла в много-компрессорных системах.
Брух Сергей Викторович, ООО "Компания МЭЛ"
Потери давления хладагента в трубках холодильного контура снижают эффективность работы холодильной машины, уменьшая ее холодо- и теплопроизводительность. Поэтому нужно стремиться к уменьшению потерь давления в трубках.
Поскольку температура кипения и конденсации зависит от давления (практически линейно), потери давления часто оценивают потерями температуры конденсации или кипения в °С.
- Пример: для хладагента R-22 при температуре испарения +5°С давление равно 584 кПа. При потере давления, равной 18 кПа, температура кипения снизится на 1°С.
Потери в линии всасывания
При потере давления на линии всасывания компрессор работает при меньшем входном давлении, чем давление испарения в испарителе холодильной машины. Из-за этого снижается расход хладагента, проходящего через компрессор, и уменьшается холодопроизводительность кондиционера. Потери давления в линии всасывания наиболее критичны для работы холодильной машины. При потерях, эквивалентных 1°С, производительность снижается на целых 4.5%!
Потери в линии нагнетания
При потере давления на линии нагнетания компрессору приходится работать с более высоким давлением, чем давление конденсации. При этом производительность компрессора тоже снижается. При потерях в линии нагнетания, эквивалентных 1°С, производительность снижается на 1.5%.
Потери в жидкостной линии
Потери давления в жидкостной линии слабо влияют на холодопроизводительность кондиционера. Зато они вызывают опасность закипания хладагента. Это происходит по следующим причинам:
- из-за уменьшения давления в трубке может оказаться, что температура хладагента будет выше, чем температура конденсации при этом давлении.
- хладагент нагревается из-за трения о стенки труб, поскольку механическая энергия его движения переходит в тепловую.
В результате кипение хладагента может начаться не в испарителе, а в трубках перед регулятором. Регулятор не может устойчиво работать на смеси жидкого и парообразного хладагента, поскольку расход хладагента через него сильно уменьшится. Кроме того, холодопроизводительность снизится, поскольку охлаждаться будет не только воздух в помещении, но и пространство вокруг трубопровода.
Допустимы следующие потери давления в трубках:
- в линии нагнетания и всасывания - до 1°С
- в жидкостной линии - 0.5 - 1°С
Масло в фреоновой цепи
Масло в фреоновой системе необходимо для смазки компрессора. Оно постоянно уходит из компрессора - циркулирует во фреоновом контуре вместе с фреоном. Если по какой-либо причине масло не вернется в компрессор, КМ будет смазываться недостаточно. Масло растворяется в жидком фреоне, но не растворяется в парообразном. По трубопроводам движется:
- после компрессора — перегретый пар фреона + масляный туман;
- после испарителя — перегретый пар фреона + масляная пленка на стенках и масло в капельном виде;
- после конденсатора — жидкий фреон с растворенным в нём маслом.
Поэтому на паровых линиях может возникнуть проблема задержки масла. Решить её может соблюдение достаточной скорости движения пара в трубопроводах, необходимого уклона труб, установка маслоподъемных петель.
Испаритель ниже.
а) Маслосъёмные петли должны находиться на интервале каждые 6 метров на восходящих трубопроводах для облегчения возврата масла в компрессор;
б) Сделать собирающий приямок на всасывающей линии после ТРВ;
Испаритель выше.
а) На выходе из испарителя установить гидрозатвор выше испарителя для предотвращения дренажа жидкости в компрессор во время стоянки машины.
б) Сделать собирающий приямок на всасывающей линии после испарителя для сбора жидкого хладагента, который может накопиться в течение стоянки. Когда компрессор снова включится, хладагент будет быстро испаряться: желательно сделать приямок вдалеке от чувствительного элемента ТРВ, чтобы избежать воздействия этого явления на работу ТРВ.
в) На горизонтальных участках нагнетательного трубопровода уклон в 1% по ходу движения фреона для облегчения движения масла в правильном направлении.
Конденсатор ниже.
Никакие специальные меры предосторожности в этой ситуации принимать не надо.
Если конденсатор ниже чем КИБ, то высота подъема не должна превышать 5 метров. Однако если КИБ и система в целом не лучшего качества, то жидкий фреон может испытывать затруднения в подъеме и при меньших перепадах высот.
а) Желательно установить запорный вентиль на входном патрубке конденсатора для исключения перетекания жидкого фреона в компрессор после отключения холодильной машины. Такое может произойти, если конденсатор расположен в окружающей среде с температурой выше, чем температура компрессора.
б) На горизонтальных участках нагнетательного трубопровода уклон в 1% по ходу движения фреона для облегчения движения масла в правильном направлении
Конденсатор выше.
а) Для исключения перетока жидкого хладона из КД в КМ при остановке холодильной машины установить вентиль перед КД.
б) Маслоподъёмные петли должны находиться на интервале каждые 6 метров на восходящих трубопроводах, для облегчения возврата масла в компрессор;
в) На горизонтальных участках нагнетательного трубопровода уклон в 1% для облегчения движения масла в правильном направлении.
Работа маслоподъёмной петли.
Когда уровень масла достигнет верхней стенки трубки, масло протолкнется дальше в сторону компрессора.
Расчёт фреонопроводов.
Масло растворяется в жидком фреоне, поэтому можно поддерживать скорость в жидкостных трубопроводах небольшой — 0,15-0,5м/с, что обеспечит малое гидравлическое сопротивление движению. Увеличение сопротивления приводит к потере холодопроизводительности.
Масло не растворяется в парообразном фреоне, поэтому требуется поддерживать скорость в паровых трубопроводах значительной, чтобы масло переносилось паром. При движении часть масла покрывает стенки трубопровода — эта плёнка также перемещается паром высокой скорости. Скорость на стороне нагнетания компрессора 10-18м/с. Скорость на стороне всасывания компрессора 8-15м/с.
На горизонтальных участках очень длинных трубопроводов допускается уменьшать скорость до 6м/с.
Пример:
Исходные данные:
Хладагент R410a.
Требуемая холодопроизводительность 50кВт=50кДж/с
Температура кипения 5°С, температура конденсации 40°С
Перегрев 10°С, переохлаждение 0°С
Решение для всасывающего трубопровода:
1. Удельная холодопроизводительность испарителя равна q и=Н1-Н4=440-270=170кДж/кг
Насыщенная жидкость | Насыщенный пар |
||||||||
Температура,°С | Давление насыщения, 10 5 Па | Плотность, кг/м³ | Удельная энтальпия, кДж/кг | Удельная энтропия, кДж/(кг*К) | Давление насыщения, 10 5 Па | Плотность, кг/м³ | Удельная энтальпия, кДж/кг | Удельная энтропия, кДж/(кг*К) | Удельная теплота парообразования, кДж/кг |
2. Массовый расход фреона
m =50кВт/ 170кДж/кг= 0,289кг/с
3. Удельный объем парообразного фреона на стороне всасывания
v вс = 1/33,67кг/м³= 0,0297м³/кг
4.Объемный расход парообразного фреона на стороне всасывания
Q = v вс * m
Q =0,0297м³/кг х 0,289кг/с =0,00858м³/с
5.Внутренний диаметр трубопровода
Из стандартных медных фреоновых трубопроводов выбираем трубу с наружным диаметром 41,27мм (1 5/8"), или 34,92мм (1 3/8").
Наружный диаметр трубопроводов часто выбирается в соответствии с таблицами, приводимыми в «Инструкции по монтажу». При составлении таких таблиц учтены необходимые для переноса масла скорости движения пара.
Расчёт объёма заправки фреона
Упрощённо расчет массы заправки хладагента производится по формуле, учитывающей объём жидкостных магистралей. Этой простой формулой паровые магистрали не учитываются, поскольку объём, занимаемый паром, очень мал:
Мзапр = P х.а. * (0,4 х V исп + К g * V рес + V ж.м.), кг,
P х.а. - плотность насыщенной жидкости (фреон) РR410a = 1,15 кг/дм³ (при температуре 5°С);
V исп - внутренний объём воздухоохладителя (воздухоохладителей), дм³;
V рес - внутренний объём ресивера холодильного агрегата, дм³;
V ж.м.- внутренний объём жидкостных магистралей, дм³;
К g — коэффициент, учитывающий схему монтажа конденсатора:
К
g=0,3 для компрессорно-конденсаторных агрегатов без гидравлического регулятора давления конденсации;
К
g=0,4 при использовании гидравлического регулятора давления конденсации (монтаж агрегата на улице или исполнение с выносным конденсатором).
Акаев Константин Евгеньевич
Кандидат технических наук СПб Университет пищевых и низкотемпературных технологий
Интернет магазин «Поток холода» предлагает купить маслоподъемные петли с гарантией качества от авторитетного производителя и оперативной курьерской доставкой
Маслоподъемные петли практически всегда необходимы при установке и монтаже:
- бытовых и полупромышленных кондиционеров;
- оконных, настенных, напольно-потолочных, канальных, кассетных cплит-систем.
Оригинальные маслоподъемные петли мы продаем напрямую от производителя без посреднической наценки.
В нашем интернет магазине есть возможность купить все сразу: не только различные маслоподъемные петли, но и другие комплектующие. У нас большой выбор петель различной маркировки.
Если участок холодильной установки - нестандартный, представитель компании порекомендует установить дополнительную петлю либо, наоборот, сократить число маслоподъемных петель для эффективного гидравлического сопротивления. В нашей компании работают профессионалы.
Маслоподъемная петля - цена и качество от «Поток холода»
Назначение маслоподъемной петли - обеспечение дополнительного гидравлического сопротивления на основании расчета длины участка холодильного контура фреонной установки.
Маслоподъемные петли нужны, когда речь идет о монтаже холодильных установок с вертикальными участками длиной от 3 метров. Если монтируется вертикальное оборудование - понадобится использование петли каждые 3,5 метра, а в верхней точке - обратной петли.
В нашем интрент магазине вас ждет разумная цена на маслоподъемные петли и другие комплектующие, а также расходники (хладоны и др). Звоните по телефону указанному на сайте и наши менеджеры помогут сделать вам правильный выбор.
При монтаже холодильного контура фреоновых установок следует использовать только специальные медные трубы , предназначенные для холодильных установок (т.е. трубы «холодильного» качества). Такие трубы за рубежом маркируются буквами «R» или «L» .
Трубы прокладывают по трассе, указанной в проекте или монтажной схеме. Трубы должны быть в основном расположены горизонтально или вертикально. Исключение составляют:
- горизонтальные участки всасывающего трубопровода, которые выполняют с уклоном не менее 12 мм на 1 м в сторону компрессора для облегчения возврата в него масла;
- горизонтальные участки нагнетательного трубопровода, которые выполняют с уклоном не менее 12 мм на 1 м в сторону конденсатора.
Если высота восходящего участка более 7,5 метров, то должна устанавливаться вторая маслолодъемная петля . В общем случае маслоподъемные петли следует монтировать через каждые 7,5 метров восходящего участка всасывающего (нагнетательного) (см. рис 3.15). Вместе с тем желательно, чтобы длины восходящих участков, особенно жидкостных, были как можно меньше во избежание значительных потерь давления в них.
Длина восходящих участков трубопроводов более 30 метров не рекомендуется .
При изготовлении маслоподъемной петли следует иметь в виду, что ее размеры должны быть как можно меньше. Лучше всего в качестве маслоподъемной петли использовать один U-образный или два уголковых фитинга (см. рис. 3.16). При изготовлении маслоподъемной петли путем изгиба трубы а также при необходимости уменьшения диаметра восходящего участка трубопровода следует соблюдать требование, чтобы длина L была не более 8 диаметров соединяемых трубопроводов (рис. 3.17).
Для установок с несколькими воздухоохладителями (испарителями) , расположенными на разных уровнях по отношению к компрессору рекомендуемые варианты монтажа трубопроводов с маслоподъемными петлями приведены на рис. 3.18. Вариант (а) на рис. 3.18 можно использовать только в случае наличия отделителя жидкости и размещения компрессора ниже , в остальных случаях необходимо использовать вариант (б).
В тех случаях, когда в процессе работы установки предусматривается возможность отключения одного или нескольких воздухоохладителей , расположенных ниже компрессора, и это может привести к падению расхода в общем восходящем трубопроводе всасывания более, чем на 40%, необходимо общий восходящий трубопровод выполнять в виде 2-х труб (см. рис. 3.19). При этом диаметр меньшей трубы (А) выбирают таким образом, чтобы при минимальном расходе скорость потока в нем была не менее 8 м/с и не более 15 м/с, а диаметр большей трубы (В) определяют из условия сохранения скорости потока в диапазоне от 8 м/с до 15 м/с в обеих трубах при максимальном расходе.
При разности уровней более 7,5 метров сдвоенные трубопроводы необходимо устанавливать на каждом участке высотой не более 7,5 м, строго соблюдая требования рис. 3.19. Для получения надежных паяных соединений рекомендуется использовать стандартные фитинги различной конфигурации (см. рис. 3.20).
При монтаже холодильного контура трубопроводы рекомендуется прокладывать с использованием специальных опор (подвесок) с хомутами. При совместной прокладке всасывающих и жидкостных магистралей вначале монтируют всасывающие трубопроводы и параллельно с ними жидкостные. Опоры и подвески необходимо устанавливать с шагом от 1,3 до 1,5 метров. Наличие опор (подвесок) должно также предотвращать отсыревание стен, вдоль которых прокладывают не теплоизолированные всасывающие магистрали . Различные конструктивные варианты опор (подвесок) и рекомендации по месту их крепления показаны на рис. 3.21, 3.22.
