制冷系统中油分离器结构及工作原理

制冷系统中油分离器结构及工作原理
一、油分离器与集油器
(一)油分离器的作用
在蒸汽压缩式制冷系统中，经压缩后的氨蒸汽(或氟利昂蒸汽)，是处于高压高温的过热状态。

由于它排出时的流速快、温度高。

汽缸壁上的部份润滑油，由于受高温的作用难免成油蒸汽及油滴微粒与制冷剂蒸汽一同排出。

且排汽温度越高、流速越快，则排出的润滑油越多。

对于氨制冷系统来说，由于氨与油不相互溶，所以当润滑油随制冷剂一起进入冷凝器和蒸发器时会在传热壁面上凝成一层油膜，使热阻增大，从而会使冷凝器和蒸发器的传热效果降低，降低制冷效果。

据有关资料介绍在蒸发表面上附有0.1mm油膜时，将使蒸发温度降低2.5℃，多耗电11～12％。

所以必须在压缩机与冷凝器之间设置油分离器，以便将混合在制冷剂蒸汽中的润滑油分离出来。

总结起来，油分离器的主要作用有：
1．确保润滑油返回到压缩机储油槽中，防止压缩机由于润滑油的缺乏而引起故障，延长压缩机适用寿命。

2．流动速度减小和流动方向变化的互相作用引起润滑油的聚集，这样在高温下分离出来的润滑油被集中收集，并自动返回到曲轴箱中，提高效率。

3．防止压缩机产生液击。

4．更好的发挥冷凝器和蒸发器的效率。

5．减小系统高压端的震动和噪音。

6．同时这些特点还可以会使得系统的电费用降低。

(二)油分离器的工作原理
大家都知道，汽流所能带动的液体微粒的尺寸是与汽流的速度有关。

若把汽流垂直向上运动产生的升力与微粒的重量相平衡时的汽流速度称为平衡速度，并用符号ω表示。

则显然当汽流速度等于平衡速度时，则微粒在汽流中保持不动；如果汽流速度大于平衡速度时则将微粒带走；而当汽流速度小于平衡速度，微粒就会跌落下来，从而使油滴微粒制冷剂汽流中分离出来。

油分离器的基本工作原理主要就是利用润滑油和制冷剂蒸气的密度不同；以及通道截面突然扩大，气流速度骤降(油分离器的筒径比高压排气管的管径大3～15倍，使进入油分离器后蒸气的流速从原先的10～25m/s下降至0.8～1m/s)；同时改变流向，使密度较大的润滑油分离出来沉积在油分离器的底部。

或利用离心力将油滴甩出去，或采用氨液洗涤，或用水进行冷却降低汽体温度，使油蒸汽凝结成油滴，或设置过滤层等措施来增强油的分离效果。

(三)油分离器的形式和结构目前常见的油分离器有以下几种：洗涤式、离心式、过滤式、及填料式等四种结构型式，下面分述它们的结构及工作原理。

1、洗涤式油分离器
洗涤式油分离器适用于氨系统，它的主体是钢板卷焊而成的圆筒，两端焊有钢板压制的筒盖和筒底。

进汽管由筒盖中心处伸入至筒下部的氨液之内。

进气管的下端焊有底板，管端
四周开有出气孔，以免高压蒸气直接冲击筒底，使已沉淀的润滑油搅动浮起。

筒内进气管的中部(位于液面之上)管壁上还开有平衡孔，其作用是当压缩机停车时平衡排气管路、油分离器、冷凝器三者之间的压力，特别是在压缩机发生事故时，可以防止因冷凝器的高压将油分离器中的氨液压回压缩机，造成更大事故。

在进气管的外侧上部还装有多孔伞形挡板，作分离液滴之用。

筒体下部侧面设有放油管接头，与集油器相连。

伞形挡板之上的筒体侧面设有出气管接头，并使出汽管伸入筒内有一定的长度，且引出口是朝上开的，其目的是使氨汽在排出分离器以前再折流一次，有助于提高分离效果，如图1所示。

图1
洗涤式油分离器在工作时主要是利用混合气体在氨液中被洗涤和冷却来分离油，同时还利用降低气流速度与改变气流运动方向，油滴自然沉降的分离作用。

其中洗涤和冷却作用对洗涤式油分离器的分油效率影响最大，因此筒体内必须保持一定高度的氨液。

洗涤式油分离器中的氨液一般是由冷凝器供给，为了保证油分离器内有足够高度的氨液，它的进液管应比冷凝器出液口位置低240～250mm，另外它一般装在机房外，紧靠冷凝器的地方，这样可以多台压缩机共同用一个油分离器。

2、填料式油分离器
填料式油分离器的结构如图2所示。

在钢板卷焊而成的筒体内装设填料层，填料层上下用二块多孔钢板固定。

填料可以是陶瓷杯，金属切屑或金属丝网，以金属丝网效果最佳。

当带油的制冷剂蒸气进入筒体内降低流速后，先通过填料吸附油雾，沿伞形板扩展方向顺筒壁而下，然后改变流向从中心管返回顶腔排出。

分离出的油沉积在它的底部，再经过浮球阀或手动阀排回压缩机曲轴箱。

图2
由上述可见，这种油分离器的分油是依靠降低流速、填料吸附及改变气流方向来实现的，其中以填料层的吸附作用为主。

与洗涤式油分离器相比，填料式油分离器的分油效率较高，可达95％(洗涤式为80～85％)，安装位置较紧凑且对安装位置及安装高度没有严格的要求，可以多台压缩机共同用一台油分离器，故填料式油分离器现已广泛用于氨制冷系统中。

但填料式油分离器对气流的阻力较大，要求筒内制冷剂蒸气的流速不大于0.5m/s。

此外填料式油分离器的金属丝网一般采用不锈钢丝网，价格较贵。

3、离心式油分离器
离心式油分离器的油分离效果较好，适用于大型制冷系统，其结构
如图3所示。

压缩机的排气经油分离器进气管沿切线方向进入筒内，随
即沿螺旋导向叶片高速旋转并自上而下流动。

借离心力的作用将排气中
密度较大的油滴抛在筒壁上分离出来，沿壁流下，沉积在筒底部。

蒸气
经筒体中心的出气管内多孔板引出。

筒侧装有浮球阀，当油面上升到上
限位时，润滑油通过浮球阀打开阀芯，自动向压缩机曲轴箱或集油器排
油。

有的在油分离器外部还设有冷却水套，使混合汽体在其中又受到冷
却水的冷却并通过降低流速和改变流向的作用，进一步得到分离。

4、过滤式油分离器
过滤式油分离器用于氟利昂制冷系统，常称为氟利昂油分离器，其结构如图7—4所示。

当压缩机排出的高压制冷剂气体进入分离器后，由于过流截面较大，气体流速突然降低并改变方向，加上进气时几层金属丝网的过滤作用，即将混入气体制冷剂中的润滑油分离出来，并下滴落聚集在容器底部。

当聚集的润滑油量达一定高度后，则通过自动回油阀，回到
压缩机曲轴箱。

在正常运行时，由于浮球阀的断续工作，使得回油管时冷时热，回油时管子热，不回油时管子就冷。

如果回油管一直冷或一直热，这说明浮球阀已经失灵，必须进行检修，检修时可使用手动回油阀进行回油。

这种油分离器结构简单，制造方便，应用普遍，但分油效果不及填料式。

(四)油分离器的计算
油分离器的计算就是确定其筒体直径的大小。

油分离器筒体直径的大小，是根据压缩机的排气量和油分离器的流量相同这一连续方程及油分离器中气流速度必须降为υ≤0.8～1m/s的工作条件推导出来。

具体的计算公式如下：
d= 0.0188×(λ*V/u)0.5
式中：D——油分离器筒体直径，[m]。

V——压缩机的理论排汽量，[m3／h]。

λ——压缩机的输气系数，无因次。

υ——油分离器内蒸气的流速，[m/s)。

对于填料式油分离器取υ＝0.3～0.5m/s，其它形式油分离器取υ≤0.8m/s。

例：某冷库分三个系统，设双级和单级机排汽合用一台油分离器，已知—15℃系统输气系数λ＝0.66，Vh＝285m3/s，—28℃系统输气系数λ＝0.77，低压级Vh＝142.5m3/s，—33℃系统输气系数λ＝0.72，低压级Vh＝285m3/s，若采用洗涤式油分离器，试求所需的油分离器直径。

解：则应选用直径D≥363mm的油分离器一台。

(五)集油器
所谓集油器就是将系统中的油集中起来的容器(也称放油器)。

在氨制冷系统中，如果从油分离器、高压贮液器、冷凝器等压力较高的容器中直接放油，对操作人员是很不安全的。

另外，在这些容器中氨液也较多，为了保证操作人员的安全并减少氨液的损失，应将系统中各有关容器的油先排至集油器，再在低压下将油从集油器排出。

对于氟利昂系统，油分离器分离出来的润滑油一般都通过它下部的手动或浮球自动放油阀直接送回压缩机曲轴箱，其它设备中的润滑油靠流速带回压缩机。

因此氟利昂制冷系统一般不单独设置集油器。

1、集油器结构集油器的构造如图7—5所示。

它是用钢板焊制的立式圆柱形容器，其顶部设有回汽管接头，用作回收氨汽的出口和降低筒内的压力。

筒体上侧部设有进油管接头，它与其它容器的放油管相连接，各容器中的油由此进入集油器。

筒体的下侧设有放油管，以便在氨回收后将油从筒内放出。

此外，为了便于操作管理，在壳体上还装有压力表和玻璃液面指示器，通常集油器的进油量不易超过其容积的70％。

在放油前，为了加速油中氨液的
蒸发，更好地回收制冷剂，常采取在集油器顶部用水淋浇加热的措施。

放油时只允许各设备逐一进行，避免压力不同的设备互相串通。

2、集油器的选择当压缩机总制冷量小于或等于233KW时，采用筒径为159mm的JY—150集油器一台，总制冷量在233～1163KW时，采用筒径为325mm的JY—300集油器1—2台，总制冷量在1163KW以上时，采用筒径为325mm的JY—300集油器二台。