Виды, свойства и области применения холодильных масел

Содержание

• Классификация масел
• Основные свойства
  • Вязкость
  • Плотность
  • Температура застывания и текучести
  • Температура помутнения
  • Кислотность
  • Содержание воды и гигроскопичность
  • Поверхностное натяжение
  • Цвет и вид масла
  • Вспениваемость
  • Химическая стабильность
  • Смешиваемость и растворимость
• Работа на смесях масел

На сегодняшний день в компрессорных системах охлаждения используются различные типы масел, которые различаются как по составу, так и по методу производства.

Классификация масел

1. Минеральные:
   • Нафтеновые.
   • Парафиновые.
2. Синтетические:
   • Алкилбензольные (А).
   • Полиалкилгликольные (ПАГ).
   • Полиолэфирные (ПОЕ).
   • Полиальфаолефиновые (ПАО) и другие.
3. Полусинтетические:
   • Смеси алкилбензольного и минерального масла (А/М).

Наиболее распространенные виды масел

Минеральные полностью растворяются в R12 и могут быть использованы с хладагентами групп ХФУ и ГХФУ, такими как R13, R22, R500, R502 и другие.

Алкилбензольные масла (А) применяются в холодильной отрасли уже более 25 лет, характеризуются термической стабильностью и хорошей совместимостью с хладагентами групп ХФУ и ГХФУ.

Полиолэфирные (ПОЕ) рекомендуется использовать в установках с хладагентами группы ГФУ, такими как R134, R407C, R410A, R404A.

Полиалкилгликольные (ПАГ) активно применяются в мобильных установках, таких как автомобильные кондиционеры, работающие на хладагенте R134A.

Преимущества синтетических масел перед минеральными:

• лучшие смазочные характеристики;
• повышенная термическая стабильность и совместимость с хладагентами;
• меньшая температура замерзания;
• низкая агрессивность к материалам конструкции.

Недостатки:

• относительно высокая стоимость;
• гигроскопичность и избирательная агрессивность к некоторым материалам.

Полиолэфиры — это химические соединения, полученные в результате реакции спиртов с органическими кислотами. Важно не путать полиолэфиры с полиэфирами, которые получают полимеризацией других соединений и в основном используют для производства волокон.

Основные свойства

Вязкость

По классификации международного стандарта ISO3448, масла описываются кинематической вязкостью ν при 40 °С, измеряемой в сантистоксах (сСт или мм²/с). Вязкость отражает степень сцепления молекул вещества, то есть его сопротивление движению. Она напрямую влияет на смазочные свойства, определяя эффективность в процессе смазывания.

В Соединённых Штатах вязкость масла измеряется при температуре 37,8 ºС (100 °F) с использованием другого метода, и результаты выражаются в универсальных секундах Сейболта (SUS или SSU). Для часто встречающихся значений вязкости можно использовать следующие приближённые преобразования:

• 150 SUS ≈ 32 мм²/с
• 300 SUS ≈ 68 мм²/с
• 450 SUS ≈ 100 мм²/с

При слишком высокой вязкости увеличиваются потери на трение, а при низкой возможен разрыв масляной пленки между сопрягаемыми частями, что приводит к ускоренному износу. Вязкость уменьшается с повышением температуры, а износ в верхней части цилиндра и поршня становится более интенсивным. Синтетические масла менее чувствительны к изменениям температуры, чем минеральные.

Рост вязкости ухудшает растворимость хладагентов, что снижает эффективность их циркуляции в холодильных системах.

Индекс вязкости (ИВ) — это относительная величина, которая отражает зависимость вязкости от температуры (ν = f(t)) и рассчитывается по следующей формуле:

ИВ = (L – ν) * 100 / (L – H),

где

L — вязкость стандартного масла с ИВ=0 при 37,8 ºС;

ν — кинематическая вязкость исследуемого масла при 37,8 ºС;

H — вязкость стандартного масла с ИВ=100 при 37,8 ºС.

Для обеспечения оптимальной вязкости при высоких рабочих температурах в компрессорах рекомендуется использовать масла с высоким индексом вязкости.

Плотность

Зависит от состава и увеличивается с ростом содержания ароматических углеводородов. При повышении же температуры плотность уменьшается.

Температура застывания и текучести

Температура застывания обозначает момент, когда масло переходит из жидкого состояния в твёрдое. При выборе важно, чтобы температура застывания и текучести была ниже температуры кипения хладагента. У минеральных масел начало застывания зависит от избытка свободного парафина, который первым кристаллизуется. Синтетические начинают кристаллизоваться при более высоких температурах. Не рекомендуется смешивать полиолэфирные масла без предварительных испытаний, так как некоторые из них могут показывать аномалии в кристаллизации при смешивании. Эти явления были зафиксированы в процессе тестирования, поэтому перед смешиванием следует проконсультироваться с поставщиком масла о возможных последствиях.

Температура помутнения

Температура, при которой начинается кристаллизация парафинов, называется температурой выпадения парафинов или температурой помутнения. В мировой практике и в России также используется термин «выпадение хлопьев». Температура выпадения хлопьев должна быть ниже температуры кипения в испарителе. Для её понижения масла подвергаются депарафинизации.

Кислотность

Определяется кислотным числом, которое указывает количество миллиграммов КОН, необходимое для нейтрализации 1 г масла (в зарубежной литературе это число называется «число нейтрализации»). Для высококачественных холодильных масел кислотное число не превышает 0,03–0,05 КОН на 1 г. В некоторых случаях кислотность синтетических жидкостей может также характеризоваться с помощью рН, что отражает кислотность или щелочность среды. Нейтральная среда имеет рН в пределах 6,5–7. Высокое кислотное число может указывать на перегрев или окисление масла.

Содержание воды и гигроскопичность

Определяется способностью масла растворять воду, выражаемой в мг/кг или ppm при определённой температуре. С повышением температуры растворимость воды увеличивается и зависит от типа масла. В синтетических составах этот показатель значительно выше, чем в минеральных и углеводородных.

Поверхностное натяжение

Оказывает влияние на способность предотвращать задиры, прочность масляной пленки и склонность к вспениванию при смешивании с хладагентом. С увеличением температуры поверхностное натяжение снижается, что, в свою очередь, повышает вязкость минеральных масел.

Цвет и вид масла

Цвет измеряется с использованием шкалы NPA по Осфальду или ЦНТ по ГОСТ 20284-74. В процессе эксплуатации холодильных машин масло со временем темнеет из-за окисления. Черный цвет часто указывает на перегрев или перегорание обмоток электродвигателя. Для минеральных и углеводородных масел, используемых в холодильных системах с хладагентами R12, R22, R502, допустимый оттенок составляет 4–4,5 марки.

Вспениваемость

Зависит от растворимости хладагента в масле. Образование пены в холодильных компрессорах происходит при быстром падении давления в картере, что вызывает кипение смеси. Пенообразование уменьшается с понижением вязкости масла и повышением его температуры.

Химическая стабильность

Масла должны соответствовать строгим требованиям по химической стабильности. Влажность в системе может существенно снизить их качество. Окисление масла или его перегрев повышает кислотность, что в свою очередь увеличивает риск сгорания обмоток электродвигателя. Одной из причин химической нестабильности является присутствие кислорода в контуре из-за недостаточной вакуумной обработки перед заправкой хладагентом.

Смешиваемость и растворимость

Смешиваемость масел с хладагентами зависит от их типа, вязкости, температуры и природы хладагента, а растворимость — от давления. Растворимость хладагентов в масле и частичная смешиваемость с ними определяются кривой растворимости, которая может изменяться в зависимости от работы системы. Для классических углеводородных масел, как синтетических, так и минеральных, данные кривой растворимости оставались актуальными даже после эксплуатации оборудования. Однако для новых высокополярных хладагентов эти данные менее значимы.

При ретрофите добавление 20–30 % углеводородных масел в полиолэфирные не вызывает проблем в работе холодильных систем. Применение специальных присадок в углеводородные масла позволило создавать продукт для работы с высокополярными хладагентами.

Работа на смесях масел

При необходимости работы на смесях масел важно, чтобы они были совместимы и не вызывали проблем в работе компрессора, таких как образование осадков или агрессивных веществ. Смешивание минеральных составов не имеет негативных последствий, однако при недостаточной термической и химической стабильности одного из них смешивание не рекомендуется. Например, масло ХФ 22-24, не подходящее для температур нагнетания выше 100 °C, не следует смешивать с высококачественными минеральными и синтетическими. Некоторые синтетические масла могут образовывать нестабильные смеси с минеральными составами, как, например, ХФ 22с-16 и ХФ 22-24, ПФГОС 4 и ХС 40.