Migratie van vloeibaar koelmiddel
Koelmiddelmigratie verwijst naar de ophoping van vloeibaar koelmiddel in het carter van de compressor wanneer de compressor is uitgeschakeld. Zolang de temperatuur in de compressor lager is dan de temperatuur in de verdamper, zal het drukverschil tussen de compressor en de verdamper het koelmiddel naar een koudere plek drijven. Dit verschijnsel treedt het meest waarschijnlijk op tijdens de koude wintermaanden. Bij airconditioning- en warmtepompsystemen kan het migratieverschijnsel echter ook optreden wanneer de condensorunit ver van de compressor verwijderd is, zelfs bij hoge temperaturen.
Als het systeem wordt uitgeschakeld en niet binnen enkele uren weer wordt ingeschakeld, kan er, zelfs zonder drukverschil, een migratieverschijnsel optreden als gevolg van de aantrekkingskracht van het koelmiddel op de gekoelde olie in het carter.
Als er te veel vloeibaar koelmiddel in het carter van de compressor terechtkomt, treedt er bij het opstarten van de compressor een ernstige vloeistofschok op. Dit kan leiden tot diverse compressorstoringen, zoals het scheuren van de klepschijf, beschadiging van de zuiger, lagerfalen en lagererosie (het koelmiddel spoelt de gekoelde olie van het lager weg).
Overloop van vloeibaar koelmiddel
Wanneer het expansieventiel niet werkt, of de verdamperventilator uitvalt of verstopt raakt door het luchtfilter, zal het vloeibare koelmiddel in de verdamper overlopen en via de zuigleiding als vloeistof in plaats van stoom de compressor binnenkomen. Tijdens bedrijf verdunt de overlopende vloeistof de gekoelde olie, wat leidt tot slijtage van de bewegende onderdelen van de compressor. De oliedrukdaling activeert bovendien de oliedrukbeveiliging, waardoor er olie uit het carter lekt. In dit geval zal, als de machine wordt uitgeschakeld, het koelmiddel snel weer wegstromen, wat bij het opnieuw opstarten een vloeistofschok tot gevolg heeft.
Vloeibare hamer
Wanneer er een vloeistofinslag optreedt, is het metaalachtige percussiegeluid van de compressor hoorbaar en kan de compressor hevig trillen. Hydraulische percussie kan leiden tot klepbreuk, beschadiging van de compressorpakking, breuk van de drijfstang, asbreuk en andere soorten compressorschade. Wanneer vloeibaar koelmiddel in het carter terechtkomt, treedt er een vloeistofinslag op bij het inschakelen van de compressor. In sommige installaties kan, door de structuur van de leidingen of de plaatsing van de componenten, vloeibaar koelmiddel zich tijdens stilstand ophopen in de zuigleiding of verdamper en bij het inschakelen van de compressor in vloeibare vorm met een bijzonder hoge snelheid de compressor binnenstromen. De snelheid en inertie van de hydraulische slag zijn voldoende om de ingebouwde beveiliging tegen hydraulische inslag van de compressor te vernietigen.
werking van de veiligheidsregeling voor de oliedruk
In een cryogene unit veroorzaakt de overloop van vloeibaar koelmiddel na de ontdooiperiode vaak dat de oliedrukbeveiliging in werking treedt. Veel systemen zijn zo ontworpen dat het koelmiddel tijdens het ontdooien condenseert in de verdamper en de zuigleiding, waarna het bij het opstarten in het carter van de compressor stroomt. Dit zorgt voor een daling van de oliedruk, waardoor de oliedrukbeveiliging in werking treedt.
Een enkele of twee keer dat de veiligheidsklep voor de oliedruk in werking treedt, heeft dit geen ernstige gevolgen voor de compressor. Herhaaldelijk ingrijpen zonder goede smering leidt echter wel tot compressoruitval. De operator beschouwt de veiligheidsklep voor de oliedruk vaak als een klein defect, maar het is een waarschuwing dat de compressor langer dan twee minuten zonder smering heeft gedraaid en dat er tijdig corrigerende maatregelen moeten worden genomen.
Aanbevolen remedies
Hoe meer koelmiddel er in een koelsysteem wordt gedaan, hoe groter de kans op storingen. Pas wanneer de compressor en andere belangrijke onderdelen van het systeem met elkaar worden verbonden voor systeemtesten, kan de maximale en veilige koelmiddelhoeveelheid worden bepaald. Compressorfabrikanten kunnen de maximale hoeveelheid vloeibaar koelmiddel bepalen die kan worden bijgevuld zonder de werkende onderdelen van de compressor te beschadigen, maar ze kunnen in de meest extreme gevallen niet bepalen hoeveel van de totale koelmiddelhoeveelheid in het koelsysteem zich daadwerkelijk in de compressor bevindt. De maximale hoeveelheid vloeibaar koelmiddel die een compressor kan verdragen, hangt af van het ontwerp, het volume en de hoeveelheid koelmiddelolie die is bijgevuld. Wanneer er vloeistoflekkage, overloop of kloppen optreedt, moeten de nodige herstelmaatregelen worden genomen. Het type herstelmaatregel hangt af van het systeemontwerp en het type storing.
Verminder de hoeveelheid koelmiddel die wordt bijgevuld.
De beste manier om de compressor te beschermen tegen storingen veroorzaakt door vloeibare koelmiddelen is door de hoeveelheid koelmiddel te beperken tot het toelaatbare bereik van de compressor. Als dit niet mogelijk is, moet de hoeveelheid vulling zoveel mogelijk worden verminderd. Bij een voldoende debiet moeten de condensor, verdamper en verbindingsleidingen zo klein mogelijk worden uitgevoerd en moet het vloeistofreservoir zo klein mogelijk worden gekozen. Het minimaliseren van de hoeveelheid vulling vereist een correcte bediening om luchtbellen te detecteren die ontstaan door de kleine diameter van de vloeistofleiding en de lage persdruk, wat kan leiden tot ernstige overvulling.
Evacuatiecyclus
De meest effectieve en betrouwbare methode om vloeibaar koelmiddel te regelen is de evacuatiecyclus. Vooral bij een grote hoeveelheid koelmiddel in het systeem kan, door de magneetklep in de vloeistofleiding te sluiten, het koelmiddel naar de condensor en het vloeistofreservoir worden gepompt. De compressor blijft dan draaien onder controle van de lagedrukbeveiliging, waardoor het koelmiddel van de compressor wordt afgesloten wanneer deze niet draait. Dit voorkomt dat koelmiddel naar het carter van de compressor lekt. Het wordt aanbevolen om tijdens de uitschakelfase een continue evacuatiecyclus te gebruiken om lekkage via de magneetklep te voorkomen. Bij een enkele evacuatiecyclus, ofwel de niet-recirculerende regelmodus, kan er bij langdurige uitschakeling te veel koelmiddellekkage optreden, wat de compressor kan beschadigen. Hoewel een continue evacuatiecyclus de beste manier is om lekkage te voorkomen, biedt deze geen bescherming tegen de nadelige gevolgen van overloop van koelmiddel.
Carterverwarming
In sommige systemen, bedrijfsomstandigheden, kosten of klantvoorkeuren die evacuatiecycli onmogelijk maken, kunnen carterverwarmers de migratie vertragen.
De functie van de carterverwarming is om de temperatuur van de gekoelde olie in het carter boven de temperatuur van het laagste punt van het systeem te houden. Het verwarmingsvermogen van de carterverwarming moet echter beperkt worden om oververhitting en bevriezing van koolstof in de olie te voorkomen. Wanneer de omgevingstemperatuur rond de -18°C ligt,° C, ofwel wanneer de zuigbuis blootligt, zal de werking van de carterverwarming gedeeltelijk teniet worden gedaan en kan het migratieverschijnsel zich nog steeds voordoen.
Carterverwarmers worden over het algemeen continu verwarmd tijdens gebruik, omdat het, zodra het koelmiddel in het carter condenseert in de gekoelde olie, tot wel enkele uren kan duren voordat het weer terug in de zuigleiding terechtkomt. Wanneer de situatie niet bijzonder ernstig is, is de carterverwarmer zeer effectief in het voorkomen van migratie, maar de carterverwarmer kan de compressor niet beschermen tegen schade veroorzaakt door terugstroming van de vloeistof.
Gas-vloeistofscheider met zuigbuis
Bij systemen die gevoelig zijn voor vloeistofoverloop, moet een gas-vloeistofscheider op de zuigleiding worden geïnstalleerd om het gelekte vloeibare koelmiddel tijdelijk op te slaan en het vervolgens met een door de compressor aan te kunnen voeren.
Overloop van koelmiddel treedt het meest waarschijnlijk op wanneer de warmtepomp overschakelt van koel- naar verwarmingsmodus. In het algemeen is de gas-vloeistofscheider in de zuigbuis een noodzakelijk onderdeel van alle warmtepompen.
Systemen die heet gas gebruiken voor het ontdooien, zijn ook gevoelig voor vloeistofoverloop aan het begin en einde van het ontdooiproces. Apparaten met een lage oververhitting, zoals vloeistofvriezers en compressoren in vitrines met lage temperaturen, kunnen af en toe overloop veroorzaken als gevolg van onjuiste regeling van het koelmiddel. Ook bij voertuigen is er, na een lange uitschakelfase, een risico op ernstige overloop bij het opnieuw opstarten.
Bij een tweetrapscompressor wordt de aangezogen lucht rechtstreeks naar de onderste cilinder teruggevoerd en gaat deze niet door de motorkamer. Een gas-vloeistofscheider moet worden gebruikt om de compressorklep te beschermen tegen schade door de uitblaasvloeistof.
Omdat de totale vulhoeveelheid van verschillende koelsystemen verschilt en de methoden voor koelmiddelregeling ook verschillen, hangt de noodzaak en de benodigde grootte van een gas-vloeistofscheider grotendeels af van de specifieke eisen van het systeem. Als de hoeveelheid terugvloeiende vloeistof niet nauwkeurig kan worden gemeten, is een voorzichtige ontwerpbenadering om de capaciteit van de gas-vloeistofscheider te bepalen bij 50% van de totale vulhoeveelheid van het systeem.
Olieafscheider
De olieafscheider kan de door het systeemontwerp veroorzaakte fout in de olieretour niet verhelpen, noch de fout in de regeling van het vloeibare koelmiddel. Wanneer de systeemregeling echter niet op een andere manier kan worden verholpen, helpt de olieafscheider de hoeveelheid circulerende olie in het systeem te verminderen. Dit kan het systeem helpen een kritieke periode te overbruggen totdat de systeemregeling weer normaal functioneert. Bijvoorbeeld, in een ultralage temperatuurunit of een volvloeistofverdamper kan de retourolie worden beïnvloed door ontdooiing. In dat geval kan de olieafscheider helpen de hoeveelheid gekoelde olie in de compressor tijdens het ontdooien van het systeem op peil te houden.
Geplaatst op: 7 september 2023
