Охлаждение масла винтовых компрессоров

Пояснения к вопросу в канале Академии Криофрост от 10.09.2025. Вопрос заключался в выборе способа охлаждения масла до минимальной температуры.

В винтовых холодильных компрессорах масло выполняет несколько важных функций:
1) Обеспечивает герметичность винтовой пары;

2) Поглощает часть теплоты сжатия.

Причем отвод теплоты происходит по всей длине винтов, что позволяет сжимать газ, затрачивая меньшее количество работы. При постоянстве остальных параметров цикла это приводит к увеличению холодильного коэффициента.

Дополнительно существенно снижается температура нагнетания.

У винтовых аммиачных машин массовый расход масла может десятикратно превышать расход хладагента. В такой системе охлаждения масла становится важной задачей для обеспечения эффективных режимов работы холодильной установки.

Способов понизить температуру масла перед подачей его в компрессор существует большое количество. Принципиально их можно разделить на 2 типа - с отводом теплоты в окружающую среду при помощи промежуточного теплоносителя и с отводом теплоты за счет расхода хладагента.

1) Охлаждение масла при помощи внешнего источника

Наиболее простым способом является установка теплообменного аппарата в линию подачи масла от маслоотделителя к компрессору.

Отвод теплоты может осуществляться напрямую в воздух окружающей среды при помощи трубчато-пластинчатого или микроканального аппарата:

Рисунок 1. Воздушное охлаждение масла.

Причем этот теплообменник может быть встроен секцией в основной конденсатор:

Рисунок 2. Воздушное охлаждение масла секцией конденсатора.

Альтернативно, теплота масла может быть передана жидкому теплоносителю: проточной воде, гликолю оборотной линии (возможно даже охлаждаемому внешней холодильной машиной), воде подаваемой из градирни и тд.

Рисунок 3. Жидкостное охлаждение масла.

Внешнее охлаждение требует минимальной модернизации системы, позволяет снижать температуру масла ниже +50°С, но требует установки масляного насоса и дополнительного теплообменного оборудования.

2) Охлаждение масла хладагентом.

Здесь также существует 2 принципиальных подхода: охлаждение впрыском и использование контура термосифона.

2.1) Охлаждение масла впрыском

Подавать жидкий хладагент из ресивера непосредственно в винты в начале процесса сжатия. Хладагент высокого давления при впрыске расширяется, частично закипает и поглощает теплоту масле непосредственно в машине.

Рисунок 4. Впрыск хладагента на всасывании.

Также существует менее распространенная схема с впрыском хладагента после нагнетания, но перед маслоотделителем. В таком случае и перегрев газа на нагнетании и теплота масла поглощаются за счет подачи хладагента отдельным насосом. Снижение температуры газа перед сепаратором облегчает отделение масла, а оставшийся хладагент подается в конденсатор.

Рисунок 5. Впрыск хладагента на нагнетании.

2.2) Охлаждение масла при помощи термосифона

На представленной схеме охлаждение масла осуществляется в отдельном теплообменном аппарате, но без необходимости установки аммиачного насоса в систему. Масло прокачивается через теплообменный аппарат, охлаждается и подается в машину. Теплообменный аппарат при этом установлен существенно ниже ресивера хладагента. Из ресивера в нижнюю часть теплообменника подводится трубка, заполненная хладагентом. Давление на входе в ТОА равняется давлению в ресивере плюс высота гидростатического столба от уровня жидкости в ресивере до самой нижней части патрубка. В ТОА часть хладагента вскипает, охлаждая масло. Газообразный хладагент занимает существенное место в трубке и будучи подпертым столбом жидкости, выдавливается в ресивер. Образующиеся пары отводятся из ресивера на вход в конденсатор и вместе с потоком нагнетания.

Рисунок 6. Термосифон с расположением ресивера выше масляного ТОА

При невозможности размещения основного ресивера на существенной высоте от ТОА маслоохладителя применяется отдельный вспомогательный ресивер для организации гравитационной циркуляции, аналогично предыдущему примеру.

Рисунок 7. Термосифон с расположением ресивера ниже масляного ТОА

Вывод: в описанной задаче минимальную температуру масла (в независимости от реальной целесообразности такого эффекта) позволяет достичь вода из скважины с температурой порядка +5°С.