Het probleem van de olieterugvoer bij koelcompressoren is altijd een veelbesproken onderwerp geweest in koelsystemen. Vandaag bespreek ik het probleem van de olieterugvoer bij schroefcompressoren. Over het algemeen wordt de slechte olieterugvoer bij schroefcompressoren voornamelijk veroorzaakt door het gasmengfenomeen van smeerolie en koelmiddel tijdens bedrijf. Tijdens de werking van het koelsysteem lossen het koelmiddel en de smeerolie van de compressor onderling op, waardoor de smeerolie in de vorm van aerosolen en druppeltjes in de condensor terechtkomt. Als de olieafscheider niet effectief is of het systeem niet goed is ontworpen, leidt dit tot een slechte scheiding en een slechte olieterugvoer.
1. Welke problemen zullen er ontstaan door een slechte olieterugvoer?
De slechte olieterugvoer van de schroefcompressor zorgt ervoor dat er een grote hoeveelheid smeerolie in de verdamperleiding achterblijft. Wanneer de oliefilm een bepaalde omvang bereikt, heeft dit direct invloed op de koeling van het systeem. Dit leidt tot een ophoping van steeds meer smeerolie in het systeem, met als gevolg een vicieuze cirkel die de bedrijfskosten verhoogt en de bedrijfsbetrouwbaarheid vermindert. Over het algemeen wordt minder dan 1% van de koelmiddelgasstroom in het systeem met een olie-luchtmengsel toegestaan.
2. Oplossingen voor een lage olieopbrengst:
Er zijn twee manieren om olie terug te voeren naar de compressor: via de olieafscheider of via de luchtretourleiding.
De olieafscheider is gemonteerd op de uitlaatpijp van de compressor en kan doorgaans 50-95% van de bedrijfsolie afscheiden. De olieretour is effectief en snel, waardoor de hoeveelheid olie die in het leidingsysteem terechtkomt aanzienlijk wordt verminderd en de bedrijfstijd zonder olieretour effectief wordt verlengd.
Bij koelinstallaties met bijzonder lange leidingen, ijsmachines met een hoog waterpeil en vriesdroogapparatuur met zeer lage temperaturen, is het niet ongebruikelijk dat er gedurende tien of zelfs tientallen minuten na het opstarten van de machine geen of slechts zeer weinig olie terugstroomt. Een slecht werkend systeem kan ertoe leiden dat de compressor uitvalt door een te lage oliedruk. De installatie van een hoogrendementsolieafscheider in dit koelsysteem kan de bedrijfstijd van de compressor zonder olieterugstroom aanzienlijk verlengen, waardoor de compressor de crisisfase na het opstarten veilig kan doorstaan. De smeerolie die niet wordt afgescheiden, komt in het systeem terecht en stroomt samen met het koelmiddel door de leidingen, waardoor een oliecirculatie ontstaat.
Nadat de smeerolie de verdamper binnenkomt, scheidt een deel ervan zich enerzijds af van het koelmiddel vanwege de lage temperatuur en lage oplosbaarheid. Anderzijds hecht de afgescheiden smeerolie zich door de lage temperatuur en hoge viscositeit gemakkelijk aan de binnenwand van de buizen, waardoor de doorstroming wordt bemoeilijkt. Hoe lager de verdampingstemperatuur, hoe moeilijker het is om de olie terug te voeren. Dit vereist dat het ontwerp en de constructie van de verdampingsleiding en de retourleiding de olieterugvoer bevorderen. De gangbare praktijk is om een aflopend leidingontwerp te gebruiken en een hoge luchtstroomsnelheid te garanderen. Voor koelsystemen met bijzonder lage temperaturen worden, naast de keuze voor hoogrenderende olieafscheiders, meestal speciale oplosmiddelen toegevoegd om te voorkomen dat smeerolie de capillaire buizen en expansiekleppen verstopt en om de olieterugvoer te bevorderen.
In de praktijk komen problemen met olieretour als gevolg van een onjuist ontwerp van de verdamper en de retourgasleiding regelmatig voor. Bij R22- en R404A-systemen is de olieretour van de overstroomde verdamper zeer lastig, waardoor het ontwerp van de retourgasleiding van het systeem uiterst zorgvuldig moet zijn. Voor dergelijke systemen kan het gebruik van een hoogefficiënte olieafscheider de hoeveelheid olie die in de systeemleiding terechtkomt aanzienlijk verminderen, waardoor de tijd dat er na het opstarten van de machine geen olie meer via de retourgasleiding terugstroomt, effectief wordt verlengd.
Wanneer de compressor hoger is geplaatst dan de verdamper, is een olieretourbocht in de verticale retourleiding noodzakelijk. De olieretourafscheider moet zo compact mogelijk zijn om olieophoping te minimaliseren. De afstand tussen de olieretourbochten moet optimaal zijn. Bij een groot aantal olieretourbochten moet smeerolie worden toegevoegd. Ook bij systemen met variabele belasting moet rekening worden gehouden met de retourleidingen. Bij een lagere belasting neemt de luchtsnelheid af, en een te lage snelheid is niet bevorderlijk voor de olieretour. Om de olieretour bij lage belasting te garanderen, kan een dubbele stijgbuis in de verticale zuigleiding worden gebruikt.
Bovendien is het frequent opstarten van de compressor niet bevorderlijk voor de olieterugvoer. Omdat de continue bedrijfstijd erg kort is, stopt de compressor en is er geen tijd om een stabiele hogesnelheidsluchtstroom in de retourleiding te vormen. Daardoor blijft de smeerolie in de leiding achter. Als er minder retourolie is dan de bedrijfsolie, zal de compressor te weinig olie hebben. Hoe korter de bedrijfstijd, hoe langer de leiding en hoe complexer het systeem, hoe groter het probleem van de olieterugvoer. Daarom is het onder normale omstandigheden raadzaam de compressor niet frequent op te starten.
Een gebrek aan olie leidt tot ernstige smeringsproblemen. De oorzaak van een olietekort ligt niet in de hoeveelheid en de snelheid waarmee de schroefcompressor draait, maar in een slechte olieterugvoer in het systeem. Door een olieafscheider te installeren, kan de olie snel worden teruggevoerd en de levensduur van de compressor zonder olieterugvoer worden verlengd. Bij het ontwerp van de verdamper en de retourleiding moet rekening worden gehouden met de olieterugvoer. Onderhoudsmaatregelen zoals het vermijden van frequent opstarten, regelmatig ontdooien, tijdig bijvullen van koelmiddel en het tijdig vervangen van slijtageonderdelen (zoals lagers) dragen ook bij aan een goede olieterugvoer.
Bij het ontwerpen van een koelsysteem is onderzoek naar het probleem van de olieretour onmisbaar. Alleen door alle aspecten in overweging te nemen, kan een veilig en betrouwbaar koelsysteem worden gegarandeerd.
Geplaatst op: 21 februari 2022
