Сегодня на рынке присутствуют VRF-системы оригинальных японских, корейских и китайских брендов. Ещё 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 продолжаем серию статей, направленных на изучение технологий получения холода, которые используются в современном классе кондиционеров — VRF-системах.
Ранее в журнале СОК№6/2017 мы уже рассмотрели систему переохлаждения хладагента и её 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, в наружном блоке применяется сепаратор масла (маслоотделитель), как это показано на рис. 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 80 до 110 °C происходит частичное испарение масла. Бóльшая 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 надёжность системы.
С точки зрения конструкции холодильного контура существуют системы вообще без сепараторов масла, системы с одним сепаратором масла на все компрессоры, системы с сепаратором масла на каждом компрессоре. Идеальный вариант равномерного распределения масла — это когда каждый компрессор обладает «своим» сепаратором масла (рис. 1).
Масло в маслоотделителях отделяется от газообразного хладагента в результате резкого изменения направления и уменьшения скорости движения пара (до 0,7– 1,0 м/с). Направление движения газообразного хладагента изменяется с помощью перегородок или определённым образом установленных патрубков. В этом случае маслоотделитель улавливает только 40–60 % масла, унесённого из компрессора. Поэтому лучшие результаты даёт центробежный или циклонный маслоотделитель (рис. 2). Газообразный хладагент, поступающий к патрубку 1, попадая на направляющие лопатки 3, приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы капли масла отбрасываются на корпус и образуют медленно стекающую вниз плёнку. Газообразный хладагент при выходе из спирали резко меняет своё направление и по патрубку 2 уходит из сепаратора масла. Отделившееся масло отгораживается от струи газа перегородкой 4, чтобы предотвратить вторичный захват масла хладагентом.
Несмотря на работу сепаратора, небольшая часть масла всё-таки уносится с фреоном в систему и постепенно там накапливается. Для его возврата применяется специальный режим возврата масла. Суть его в следующем. Наружный блок включается в режиме охлаждения на максимальную производительность. Все клапана EEV 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
Тип холодильного масла, используемого в холодильных системах для смазки компрессоров, зависит от типа компрессора, его производительности, но главное — от используемого фреона. Масла для холодильного цикла классифицируются как минеральные и синтетические.
Минеральное масло главным образом используется с хладагентами CFC (R12) и HCFC (R22) и основано на нафтене или парафине, либо смеси парафина и акрилбензола. Хладагенты HFC (R410a, R407c) 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 растворённого хладагента, а жидкий хладагент в конденсаторе содержит небольшое количество растворённого масла. Недостаток использования последнего — это образование пены. Если холодильная машина отключается на длительный период и температура масла в компрессоре ниже, чем во внутреннем контуре, хладагент конденсируется и бóльшая его часть растворяется в масле. Если в этом состоянии происходит пуск компрессора, давление в картере падает и растворённый хладагент испаряется вместе с маслом, образуя масляную 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).
Влияние примесей на работу холодильного контура
1. Технологическое масло (машинное, масло для сборки). Если в систему, использующую хладагент HFC, попадёт технологическое масло (например, машинное), то такое масло будет отделяться, образуя хлопья и вызывая засор капиллярных трубок.
2. 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.
3. Механический мусор и грязь. Возникающие проблемы: засорение фильтров, капиллярных трубок. Разложение и отделение масла. Разрушение изоляции электродвигателя компрессора.
4. Воздух. Следствие попадания большого количества воздуха (например, систему заправили без вакуумирования): аномальное давление, повышенная кислотность масла, пробой изоляции компрессора.
5. Примеси других хладагентов. Если в систему охлаждения попадает большое количество хладагентов различного типа, возникает аномальное рабочее давление и температура. Следствием этого является повреждение системы.
6. Примеси других холодильных масел. Многие холодильные масла не смешиваются друг с другом и выпадают в осадок в виде хлопьев. Хлопья забивают фильтры и капиллярные трубки, снижая расход фреона в системе, что ведёт 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 — всё в норме. Единственный нюанс — часть внутренних блоков не смонтирована, но коэффициент загрузки наружного блока допустимый — 80 %. Тем не менее, регулярно выходят из строя компрессоры по причине заклинивания. В чём причина?
А причина 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 там накапливалось. Поэтому компрессоры 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.
Маслоподъёмные петли
Для VRF-систем японских производителей нет требований установки маслоподъёмных петель. Считается, что сепараторы и режим возврата масла эффективно возвращают масло в компрессор. Однако нет правил без исключений — на системах MDV серии V5 рекомендуется установка маслоподъёмных петель, если наружный блок выше внутренних и перепад высот более 20 м (рис. 5).
Для фреона R410A маслоподъёмные петли рекомендуется ставить через каждые 10–20 м вертикальных участков. Для фреонов R22 и R407С маслоподъёмные петли рекомендуется ставить через 5 м вертикальных участков.
Физический смысл маслоподъёмной петли сводится к накоплению масла перед вертикальным подъёмом. 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 скопившееся жидкое масло.
При полном перекрытии сечения трубы маслом фреон выталкивает это масло как пробку до следующей маслоподъёмной петли.
Вывод
Сепараторы масла являются важнейшим и обязательным элементом качественной VRF-системы кондиционирования. Только благодаря возврату фреонового масла обратно в компрессор достигается надёжная и безаварийная работа VRF-системы. Наиболее оптимальный вариант конструкции — когда каждый компрессор снабжён отдельным сепаратором, так как только в этом случае достигается равномерное распределение фреонового масла в многокомпрессорных системах.
