氟制冷系统的润滑油评估

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耀习
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1 氟制冷系统的润滑油评估 Assessment of Lubricants for HFCs and HCFC Refrigeration System 殷正权 Roger Yin 上海明可途新材料科技有限公司管涌华东理工大学材料科学与工程学院

2 冷冻油的基本作用冷冻油简介润滑压缩机及其机械密封部分, 给压缩腔提供密封在螺杆压缩机上, 冷冻油也可以承担部分导热液体的功能, 带走一部分因压缩产生的热量或者冷却封闭 / 半封闭压缩机的电机冷冻油是压缩机设计中一项重要的考量因素

3 冷冻基础油种类 : 矿物油和各种合成油矿物油 MO 合成烷基苯油 AB 聚 α 烯烃 PAO 聚烷基二醇 PAG( 以及双封端聚烷基二醇 ) 聚乙烯醚 PVE 多元醇酯 POE

4 冷冻油性能粘度和粘度指数倾点稳定性冷冻油的氧化变质冷冻油稳定性测试方法总酸值 (TAN)

5 制冷剂 / 冷冻油的可混溶性表征可混溶性, 在一定的浓度下, 制冷剂 / 冷冻油的混合物从单相变成二相的温度来表征通常在高于某温度或低于某温度时, 混合物会从单相变的混浊或者变成二相较低的那个临界温度, 可作为理论上, 该制冷剂 / 冷冻油系统的最低操作温度高温区域的临界温度, 可能存在也可能测定不到

6 制冷剂 / 冷冻油系统的溶解性能及粘度制冷剂对冷冻油的稀释, 显著的降低了油的粘度制冷剂在冷冻油里的溶解性能, 可以通过不同的方式测量优选的测量流程, 是 Spauschua 和 Henderson 于 1990 年,Seeton 于 2006 年创立的方法混合液体的粘度与润滑性能相关, 通常粘度太低润滑性能会降低而导致磨损加剧在目标运行的温度和压力区间, 用计算机自动测量并记录数百次不同压力和温度下的粘度这些数据可以表达在压力 - 粘度 - 温度图上, 即 PVT 图

7 冷冻油种类 / 制冷剂种类冷冻油使用概况 HFC (134a,R404,R507,R410,R23 等 ) HCFC (R22 等 ) 多元醇酯 POE 适用适用聚乙烯醚 PVE( 日系 ) 适用不适用环烷基矿物油 MO 不适用适用烷基苯 AB 不适用适用聚烷基二醇 PAG 适用汽车空调 134a 不适用

8 环烷基矿物油性能评估不同浓度 VG 32 矿物油 (3GS) 密度温度曲线随制冷剂含量增加, 密度增加 ; 随温度上升, 密度下降

9 3GS 矿物油的 PVT 性能图随制冷剂含量增加, 粘度下降

10 不同浓度 VG 68 矿物油 (4GS) 密度温度曲线

11 4GS 矿物油的 PVT 性能图

12 VG 100 矿物油 (5GS) 密度温度曲线

13 5GS 矿物油的 PVT 性能图

14 矿物油的评估比较不同的环烷烃矿物油体系, 随着冷冻油粘度的增大, 其密度也逐渐增大, 倾点逐渐升高也就是说, 润滑性能越好的高粘度冷冻油, 其低温使用性能可能不佳但是, 冷冻油与制冷剂的混溶性能, 对倾点有显著影响如 VG100 的 5GS, 其倾点最低为 -29 o C, 由于 5GS 与 R22 在低于此温度时, 不能完全混溶, 实践中使用 5GS 的制冷系统, 几乎不可能制冷到 -30 o C 及以下当采用不完全混溶的冷冻油时, 较低温度下, 在蒸发器的内壁上会附着油膜甚至固体, 而不能被制冷剂溶解, 极大地降低了换热效率

15 矿物油的评估如果使用与制冷剂完全混溶的冷冻油, 其最低使用温度可以低于倾点 ; 最低使用温度, 由制冷剂 / 冷冻油混合体系的粘度决定针对 R22 体系, 人们寻找到一种烷基苯基础油, 它与 R22 在宽温区内完全互溶, 极大地拓展了制冷所能达到的温度区间使得 R22 大型螺杆机组的制冷温度, 也能达到 -50 o C 甚至 -50 o C 以下

16 烷基苯合成油支链烷基苯与直链烷基苯直链烷基苯倾点通常很低, 在 -40 o C 以下甚至低到 -50 o C, 但与制冷剂 R22 的混溶性不好, 甚至不如环烷基矿物油 5GS 因此无法用于 R22 螺杆机组, 作为低温冷冻油的基础油

17 一种支链烷基苯 VG100 支链烷基苯 VG100 和 R22 在实验的区域内是均一的单相溶液, 能够完全混溶因而比冷冻油倾点更低的温度下, 也可以使用此烷基苯 100 在整个实验范围的温区内, 是完全互溶的

18 支链烷基苯 LT2400 (VG68) 从图上可以看出, 除了在实验的宽温区与 R22 完全混溶之外,LT2400 的使用温度更是低到 -60 o C 左右这是精心筛选的复合制冷工况的基础油, 加入添加剂之后配置成的冷冻油

支链烷基苯 LT2400 (VG68) 性质方法单位超低温 LT2400 粘度 @40 ASTM D-445 cst 68 粘度 @ 100 ASTM D-445 cst 5.6 粘度指数 ASTM D-2270 - - 比重 @20 ASTM D-4050-0.

19 支链烷基苯 LT2400 (VG68) 性质方法单位超低温 LT2400 ASTM D-445 cst ASTM D-445 cst 5.6 粘度指数 ASTM D ASTM D 闪点 ASTM D 倾点 ASTM D 总酸值 ASTM D-97 mg KOH/ml < 0.01 色度 ASTM D 水含量 Karl Fisher 滴定 ppm < 30 烷基苯主要用在低温超低温工况中随着烷基苯基础油加工水平的提高, 也有烷基苯用于中温工况实践中明可途公司的 LT2400 有大量用于中温冷库的实例

20 与 R22 混溶的多元醇酯 POE 在合成烷基苯油之后,CPI 公司在上世纪 80 年代末开发出与 R22 完全混溶的多元醇酯润滑油, 其温度区间比烷基苯更宽, 耐久能力和使用寿命均优于合成烷基苯油, 但成本也比烷基苯高一倍左右在中温冷库, 温度变化剧烈的物流冷库, 以及 R22 空调螺杆压缩机上, 获得了大量的应用

21 多元醇酯 : 与氢氟烃 HFC 全混溶的冷冻油多元醇酯简介 : 通常由三羟甲基丙烷, 季戊四醇, 双季戊四醇等多元醇及其混合物, 与 C4 到 C11 的单一酸及其混合物所合成的酯在特殊的配方及比例下, 多元醇酯呈现出的性能, 可以满足作为冷冻油基础油的需要其首要性能, 是该多元醇酯与 HFC 的可混溶性, 即在操作温度区间内, 多元醇酯与 HFC 能形成均一相我们主要研究 VG32,46,68,100,120,170 以及 220 等标准粘度型号下的多元醇酯 POE 与各种 HFC 的可混溶性能

22 各种粘度的多元醇酯 POE 与 R134a 的混溶性 VG22 的冷冻油浓度为 30% 时, 在温度 70 o C 至 -50 o C 之间,R134A 与这种多元醇酯是完全混溶的, 这就极大的拓展了制冷系统的制冷范围

23 多元醇酯 POE 与 R134a 的混溶性 VG68,VG100,VG220 随着粘度增加, 该系列的倾点增高, 与 R134a 的可混溶温度区间逐步缩小粘度越低, 可混溶的最低温度就越低

24 多元醇酯 POE 与 R404a 的混溶性该多元醇酯与 R404a 的可混溶性, 随着粘度的增加, 最低可混溶温度没有明显变化, 都在 -60 o C 及以下因此, 在 R404a 低温超低温的大型冷库中, 该多元醇酯将得到广泛应用

25 多元醇酯 POE 与 R410 的混溶性该系列多元醇酯 POE 与 R410 的显著特点是没有发现临界的高温点在红色点的临界温度以上, 测试所达到的 80 o C 以下, 完全混溶, 没有找到上临界点

26 多元醇酯 POE 与 R507 的混溶性该系列多元醇酯与 R507A 的可混溶温度更低, 临界温度在 -70 o C 甚至 -80 o C 以下, 可用于大型超低温冷库

27 多元醇酯与 R23 的混溶性实践中, 为了得到 -100 o C 或以下的低温, 经常会采用制冷剂 HFCR23 R23 与 VG32 的可混溶温度在 -100 o C 以下

28 一种国产多元醇酯与 R32 的混溶性该类型的 POE, 可在 -5 o C 度以下与 R32 完全混溶 ; 在 -35 o C 以下部分互溶类似于矿物油中的 4GS 和 5GS 作为 R22 空调的冷冻油, 该类型的多元醇酯, 添加合适的添加剂后, 可作为 R32 家用空调的冷冻油

29 下一步工作多元醇酯在 R290 R600 以及 R1234yf 和 R744 等新型制冷剂上的性能初探, 我们正在寻找一种能适用于更多新型制冷剂的冷冻油

30 结论作为含氟制冷系统的冷冻油的基础油, 除粘度和粘度指数倾点总酸值稳定性润滑性能等性能指标 ; 最重要最特殊的性能, 是冷冻油与制冷剂的可混溶性可混溶性不但决定了制冷系统能达到的下限温度和温度区间, 也决定了系统的换热效率在设计选择冷冻油满足压缩机及制冷工程的需要时, 可混溶性是优先考虑的目标通过合理的设计, 某种多元醇酯可适用于已知的多种 HFC 如 134A, 404A, 407C,410A, 507,R23 等而 R22 类的 HCFC, 适用的冷冻油主要为环烷基矿物油和烷基苯合成油

31 谢谢, 敬请指导!

32 润滑性能及添加剂润滑性能 : 冷冻油的选择, 必须考虑基础油和添加剂在润滑性上的优点和缺点在实验室尽可能模拟压缩机运行中的真实情况筛选基础油的磨损实验方法, 包括了四球摩擦磨损试验和法列克司环块磨擦实验此后, 可进行台架实验, 在压缩机测试台上运行添加剂 : 冷冻油有时需要各种不同的添加剂, 有时不添加任何添加剂也可能加入极少量的延长产品保存时间的保护剂添加剂必须和制冷剂以及制冷系统相匹配, 包括抗磨剂, 防腐蚀剂等

33 美国石油协会 API 的基础油分类基础油分类饱和重量比 % 硫含量 % 粘度指数 I <90 或 0.03 (80,120) II =90 且 <=0.03 (80,120) III >=90 <=0.03 >=120 IV V 所有 PAO 除以上四项的基础油

34 一种支链烷基苯 VG100

声明本公司全体董事监事高级管理人员承诺股票发行方案不存在虚假记载误导性陈述或重大遗漏, 并对其真实性准确性和完整性承担个别和连带的法律责任根据证券法的规定

声明本公司全体董事监事高级管理人员承诺股票发行方案不存在虚假记载误导性陈述或重大遗漏, 并对其真实性准确性和完整性承担个别和连带的法律责任根据证券法的规定大医科技股份有限公司股票发行方案 ( 修订 ) ( 住所 : 北京市海淀区苏州街 18 号院长远天地大厦 4 号楼 1707 室 ) 主办券商国都证券股份有限公司 ( 住所 : 北京市东城区东直门南大街 3 号国华投资大厦 9 10 层 ) 二〇一六年八月 I