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Ölmanagement im Kältekreislauf

Ölmanagement

1) Öl im Kältekreislauf

a : Was ist die Funktion von Öl im Kältekreislauf ?

Dem Öl in einer Kälteanlage kommt eine Schlüsselfunktion zu weil es verantwortlich ist für:

  • Die Schmierung der beweglichen Teile des Kompressors
  • Reduzierung der Reibungshitze zwischen den beweglichen Teilen
  • Luftdichtheit zwischen den einzelnen Kompressionsstufen eines Rotationskolbenkompressor.

b : Welche Konsequenzen hat Öl im Kältekreislauf?

Das Öl bleibt nicht alles im Kurbelgehäuse des Verdichters sondern ein Teil davon gelangt in den Kältekreislauf:

  • Während des Anlaufens des Kompressors durch die Vermischung mit 
  • Durch die Kolbenringe bei Kolbenkompressoren
  • Durch den direkten Kontakt mit Kältemittel bei Rotationskolbenkompressoren.

Der Ölauswurf eines Kompressors zirkuliert mit dem Kältemittel und hat folgende Effekte:

  • Reduktion des Ölstandes im Kurbelgehäuse was zu einem mechanischen Schaden führen kann
  • Veränderung der Qualität, physikalische und thermodynamische Einschränkungen des Kältemittels
  • Reduzierung der Wärmetauschereffizienz (Verdampfer wie Kondensatoren); Decrease in the efficiency of exchangers (evaporators and condensers); der Verlust kann z.B. bei Kondensatoren mit Lamellenpaketen bis zu 30% betragen
  • Ölansammlungen in “Ölsaäcken” und Bereichen mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit. Dieses Öl kann schlagartig mitgerissen werden was zu Flüssigkeitsschlägen auf Grund Ölstandsüberfüllung führen kann.
  • Die dadurch entstehenden Kompressorschäden sind in der Regel irreversibel.

 

2) Was sind die verschiedenen Möglichkeiten der Ölabscheidung?

Um eine Rückführung des ausgeworfenen Öls in das Kurbelgehäuse zu gewährleisten ist es notwendig:

  • Beachtung der Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren um eine gleichmäßige Ölzirkulation zu. Besonders in Gasform ist die Mischbarkeit des Kältemittels mit Öl gering.

 

  • Anwendung eines Ölabscheiders mit der Funktion einen Großteil des Öles abzuscheiden und zur Rückführung zum Kompressor zur Verfügung zu stellen.

Die 4 Haupttechnologien von Ölabscheidern für Kälteanlagen sind:

  • Koaleszens: Trennung zweier vermischter Substanzen durch Filtration.
  • Zentrifugation: diese Technik gebraucht die Zentrifugalkraft zum separieren von Kältemitteln mit verschiedenen Dichten.
  • Geschwindigkeitsreduzierung: diese Technik ermöglicht den schwersten Molekularteilchen, bedingt durch ihre Trägheit, ihrer Flugbahn zu folgen, während die leichteren Teilchen sich im Ölabscheider verteilen.
  • Richtungsänderung: diese Technik vereint mit der vorherigen verstärkt den Effekt der Tropfenabscheidung (schwere Teilchen) die im Gas (leichte Teilchen) vorhanden sind. Die Tröpfchen behalten ihre anfängliche Richtung während das Gas in richtung Auslass des Ölabscheiders strömt.

Die Hersteller von Ölabscheider nutzen eine oder mehrere Abscheidetechniken zur Erreichung eines hohen Abscheidegrades.

Koaleszens kann mittels metallischen Sieben oder Koaleszenseinsätzen erreicht werden. Diese (Einsätze) müssen regelmäßig ersetzt werden.

 

 

Zentrifugation kann durch Einsatz von Turbulatoren (Verwirbler), spiralförmigen Systemen oder speziellen Einsätzen im Abscheider erreicht werden. (Zyklone).

Das von CARLY Ölabscheidern benutzte und patentierte Abscheideverfahren hat den Vorteil der Vereinigung mehrerer Techniken:

  • Filterung durch Metallbürsten 
  • Zentrifugation durch Einsatz von Turbulatoren
  • Geschwindigkeitsreduktion
  • Richtungsänderung.

Die interne Bauweise der TURBOIL´s ermöglichen verschiedene Abscheidungsweisen und verhindern das Überfluten des Abscheiders. 

 

3) Zusammenfassung

Eine Optimierung des Ölmanagements ist unter Beachtung der nachfolgenden 3 Regeln möglich:

  • Beachtung bei der Auslegung und Dimensionierung der Rohrleitungen damit durch ausreichende Strömungsgeschwindigkeit das Öl zurückgelangen kann
  • Auswahl eines qualitativ hochwertigen Ölabscheiders der auf Grund seiner Bauweise verschiedene Abscheidetechnologien vereint
  • Korrekte Auswahl der Größe des Abscheiders.

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Sollte dieser Artikel Ihr Interesse gefunden haben sind wir für Kommentare, Anregungen, Fragen sowie Ihre Erfahrungen dankbar. Diese können Sie an: info@carly-sa.com senden.

Ölmanagement - Fortsetzung

4) Ölrückführung

Der Ölabscheider gewährleistet die Trennung / Abscheidung des im Kältemittel befindlichen Öles.
Das Öl, das im Abscheider separiert wird, wird durch eines der nachfolgenden Ölrückführungssysteme zum Kurbelgehäuse des Kompressors zurückgeführt. 
 
a : Mono-Verdichter System
b : Multi-Verdichter System
c : Hochdrucksystem

a : Mono Verdichter System

In einem thermodynamischen System mit einem Kompressor wird die Ölabscheidung meistens vernachlässigt.
Aber oftmals, besonders bei großen Entfernungen zwischen Kühlraum und Verdichter, ist die Ölabscheidung notwendig.
Der Ölabscheider sollte in der Druckleitung montiert und das Öl direkt in das Kurbelgehäuse zurückgeführt werden.

Diese Art dieser Installation ist sehr einfach.
Die große Produktpalette der CARLY TURBOIL erlaubt eine optimale Auswahl im Verhältnis zur Leistung (< oder = 80kW).

b : Multi-Verdichter Systeme

In einem Kreislauf mit mehreren parallelen Verdichtern muß das Ölmanagement System in Abhängigkeit zur Anwendung ausgelegt werden.
Z.B.: eine Verbundanlage für einen Supermarkt wird nicht wie die für ein Kühlhaus arbeiten.
Es ist sehr wichtig alle Betriebsparameter der Kälteanlage zu kennen um eine möglichst genaue Auslegung des Ölabscheiders zu kalkulieren.

Einige Grundsätze des Ölmanagementes sind nachfolgend beschrieben.

b-1 : Ölrückführung Saugleitung

Ein gemeinsamer Ölabscheider für alle Verdichter ist in der Drucksammelleitung des Verbundes montiert.
Die Ölrückführung wird in den Saugleitungskollektor geführt.

Das Öl im Saugsammelkollektor wird vom Kompressor angesaugt.
Die Druckunterschiede der Saugleitungen zwishcen den Kompressoren und dem Kollektor sind nicht exakt gleich.
Darum kann die Menge des angesaugten Öls unterschiedlich zu der ausgestoßenen Menge sein und zu unterschiedlichen Ölständen in den Kurbelgehäusen führen.
Einige Ölstände sind abnormal hoch oder niedrig und können zu Schäden, schlimmstenfalls zur kompletten Zerstörung des Verdichters führen.
Es ist möglich mittels einer Ausgleichsleitung zwischen den Kurbelgehäusen den Ölstand annähernd auf gleichem Niveau zu halten.
Diese Leitung muß groß genug ausgelegt sein um:

  • Ein Aussaugen des Öls zwischen den Verdichtern zu verhindern
  • Einen gleichmäßigen Ölstand zischen den Kurbelgehäusen zu gewährleisten
  • Einen gleichmäßigen Druck zischen den Kurbelgehäusen zu gewährleisten.
    (Bitte beachten Sie die Hinweise der Verdichterhersteller)

b-2 : Ölrückführung zum Kurbelgehäuse

Um Unterschiede im Ölniveau zu vermeiden kann die Ölrückführung durch die Ausgleichsleitung direkt zu den Kompressoren gemacht werden.

 b-3: Zentrale Ölrückführung

Dies ist der meistgenutzte Anwendungsfall bei Verbundanlagen für:

  • Systeme mit einer Vielzahl von Kühl- oder Gefrierräumen
  • Große Distanzen zwischen Verdampfer und Kondensator.

Bei der Inbetriebnahme einer Anlage kann es notwendig vorhandene Ölsäcke und Ölausgleichsleitungen vorzubefüllen.
Eine ausreichende Ölmenge ist äußerst wichtig.
Die separierte Ölmenge fließt in einen Ölsammler.
Der Ölsammler ermöglicht einen ausreichenden Nachschub an Öl zu den Ölspiegelregulatoren zum Erhalt eines gleichmäßigen Ölniveaus in den Kurbelgehäusen. 

Ein Überdruck im Ölsammler gegenüber den Kurbelgehäusen sorgt für den Ölzufluß zu den Ölspiegelregulatoren.
Ein Differenzdruckventil sorgt für einen anhaltend gleichmäßigen Überdruck im Ölsammler, sowie dem Abführen von Überdruck in Richtung Saugsammelleitung.

b-4 : Ein Ölabscheider pro Verdichter

Der Ölabscheider wir normalerweise für die Gesamtleistung des Verbundes ausgelegt.
Wenn ein Verbund mehr wie 3 Verdichter hat, und nur 1 Verdichter arbeitet, kann die unterschiedliche Gasgeschwindigkeit die Effizienz des Ölabscheiders beeinträchtigen.
Dann ist es notwendig 1 Abscheider pro Verdichter zu verwenden.
Diese Installationsart ermöglicht einerseits eine unbegrenzte Anzahl von parallel montierten Verdichtern und andererseits die Möglichkeit alle auch vorher beschriebenen Arten von Installationen.
Die Verbindung Verdichter / Ölabscheider ist viel einfacher und die Effizienz optimal.
Die Ölrückführung der einzelnen Ölabscheider erfolgt entweder direkt zum zugeörigen Verdichter oder zum Ölsammler.

 

c : Hochdrucksystem

Diese Technologie verwendet Ölabscheider ohne Schwimmersystem.
Das abgeschiedene Öl wird im unteren Teil des Abscheiders gesammelt und bildet hier die Ölreserve.
Das Öl wir mittels elektronischer Ölspiegelregulatoren zum Kurbelgehäuse des Verdichters zurückgeführt.
Üblicherweise ist das Öl unter Hochdruck gesammelt und kann weder direkt noch mittels mechanischer Ölspiegelregulatoren zurückgeführt werden.
Mechanische Ölspiegelregulatoren können nicht in einem Hochdrucksystem verwandt werden, da Ihre Funktionsweise auf einem Gleichgewicht der einwirkenden Drücke auf das Schwimmersystem basiert.

Je nach Anlage kann es notwendig sein einen zusätzlichen Ölsammler zu verwenden.
Der Sammler ermöglicht die Bevorratung der benötigten Ölmenge zur Füllung evtl. vorhandener Ölsäcke und Ausgleichsleitungen.

 

Anmerkung

Egal welche Technologie genutzt wird, die Effizienz eines Ölabscheiders wird nie 100% erreichen.
Die Verwendung eines Ölabscheiders in einem Verbund entbindet den Techniker oder Installateur nicht von der Beachtung der allgemeinen technischen Vorschriften. (z.B.: Ölsäcke).
Bei der Auslegung eines Ölseparators bzw. der Komponenten für einen Ölkreislauf sind alle Parameter und evtl. Betriebszustände zu berücksichtigen.

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Wenn Sie an diesem Artikel interessiert sind, und Fragen oder Anregungen haben, können Sie uns gerne unter info@carly-sa.com kontaktieren.

Das Ölmanagement - Fortsetzung

5) Komponenten des Ölkreislaufes

a : Ölabscheider TURBOIL

Der Ölabscheider ist in die Druckleitung vom Kompressor. Er stellt die Trennung vom im Kältemittel befindlichen Öl sicher.
Das Öl, gewonnen durch den Abscheider, wird im unteren Teil, der auch das Schwimmersystem mit Nadelventil beihalten, gelagert.
Sobald das Ölneveau hoch genug ist um die Schwimmerkugel anzuheben, wird dadurch das Nadelventil geöffnet und das Öl kann zum Kurbelgehäuse des Kompressors zurückgelangen.
Die Ölrückführung erfolgt durch den Druckunterschied zwischen dem Ölabscheider (Hochdruck – Druckseite) und dem Krubelgehäuse (Niederdruck – Saugseite). 

Verschiedene Typen von Ölabscheidern können angeboten werden: 

  • TURBOIL « hermetisch geschlossen », für Single Kompressor oder kleine Systeme.

  • TURBOIL-F « geflanscht», für alle Installationsarten, sie sind auch für Verbundanlagen mit mehreren Kompressoren geeignet.
    Der austauschbare Teil ist das Schwimmersystem (Schwimmerkugel, Nadelventil), das durch Verschmutzung und Vibrationen am anfälligste Teil. Falls notwendig muß dieses gereinigt oder ersetzt werden.

  • TURBOIL-R « Ölabscheider-sammler », die Funktion des Ölsammlers ist integriert. Weiterhin benötigen sie das Schwimmersystem nicht
    Die Ölrückführung erfolgt unter Hochdruck:
    • Direkt zum elektronischen Ölspiegelregulator
    • Mittels eines Druckreglers bei Benutzung mechanischer Regulatoren.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

b : Ölsammler HCYR

Eine komplexe Kälteanlage benötigt Komponenten zum Ausgleich von Kapazitäten. (Strömungsgeschwindigkeit Kaskade)
Ölsacke sind im Kreislauf notwendig um im Kältemittel befindliches Öl aufzufangen. 
Der Ölsammler stellt die Versorgung des Kompressors mit Öl sicher, insbesondere während der Startphase und / oder während Betrieb mit niedriger Leistung.
Das Sammlervolumen wird an Hand der Anzahl der parallelen Verdichter sowie deren Volumenstrom ausgewählt. 

c : Mechanischer Ölspiegelregulator LEVOIL

Der Ölspiegelregulator ist Anstelle des Ölschauglases am Verdichter montiert und ermöglicht es:

  • Feststellen des Ölniveaus im Verdichterkurbelgehäuse
  • Aufrechterhaltung des Ölniveaus unter Berücksichtigung der Vorschriften des Herstellers.

Der Ölspiegelregulator hat ein Schwimmersystem welches gewährleistet das bei Unterschreitung des minimalen Ölstandes im Kurbelgehäuse Öl bis zum normalen Niveau (gewöhnlich halbes Schauglas) nachströmt.
Die Kostanthaltung des Ölniveaus im Kurbelgehäuse wird durch eine gleichmäßige Druckdifferenz zwischen Öleinlaß Regulator und Kurbelgehäuse gewährleistet.
Die Druckdifferenz muß mit den eigenschaften des Regulators kompatibel sein, z.B. zwischen 1 und 4,5bar für die LEVOIL Baureihe.
Sollte die Befestigunsmöglichkeit des Kompressorschauglases nicht mit denen des LEVOIL übereinstimmen, müssen Montageadapter (HCYN 1A, Katalog Seite 51,6) benutzt warden.
Es gibt 3 Arten LEVOIL:

  • LEVOIL 22 und LEVOIL 23, Universelle Regulatoren
  • LEVOIL 23 BO und 23 SC, spezifizierte Regulatoren
  • LEVOIL 33 RE, Regelbare Regulatoren.

 

d : Differenzdruckventile HCYCT / HCYCTR

Das Differenzdruckventil gewährleistet einen Überdruck im Ölsammler, um eine gleichmäßige Versorgung der Regulatoren mit Öl sicher zu stellen.
Es ist am Ölsammler montiert und üblicherweise mit der Saugleitung verbunden.
Die Ventileinstellung verringert den Druck zwischen Ölsammler und Saugleitungsverteiler auf den niedrigst nötigen Druck. Ebenso gewährleistet wird eine konstante Druckdifferenz zwischen Ölvorlage Regulator und Verdichterkurbelgehäuse.
Die Einstellung kann fest bei unserer Produktion erfolgen (HCYCT 1 = 0.35bar, HCYCT 3 = 1.4bar und HCYCT 4 = 3.5bar) oder manuell eingestellt werden (HCYCTR : 0.35 bar P 3.5 bar)

e : Ölfilter HCYF / HYDROIL 163 / HCYBF

Der Ölfilter filtert Fremdstoffe / Unreinheiten aus dem Öl, bevor dieses zum Verdichter zurückgeführt wird.
Der Ölfilter wird überlicherweise zwischen Ölabscheider und Verdichter oder Ölsammler und Regulator montiert..
Der Einbau eines Ölfilters ist bei Verwendung eines Ölspiegelregulators zu empfehlen.
Der Ölfilter enthält ein Edelstahlsieb (HCYF), einen synthetischen Faserfilter in Verbindung mit einem Trockenmittel (HYDROIL 163) oder einen austauschbaren Einsatz (HCYBF).
HYDROIL 163 wird bei gleichzeitigem Einsatz von HFC Kältemitteln und Esterölen empfohlen, da diese sehr hygroskopisch wirken.
Das zusätzliche Trockenmittel (Molekularsieb) bindet evtl. Feuchtigkeit im Öl bevor dies in das Kurbelgehäuse zurückkommt und verhindert dadurch die Bildung von Säuren.

f : Ölschauglas HCYVP

Das Ölschauglas ermöglicht eine visuelle Kontrolle auf Vorhandensein und Zustand des Öles.
Es kann montiert werden:

  • Am Ölabgang des Abscheiders. In diesem Fall besteht auch die Möglichkeit der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Abscheiders.
  • Am Ölspiegelregulator Eingang. In diesem Fall wird das Vorhandensein des Öles geprüft.

g : Absperrventil HCYVI

Absperrventile machen ein Isolieren der Ölspiegelregulatoren möglich. Dadurch werden Wartungsarbeiten möglich ohne das gesamte Öl aus dem Kreislauf zu entfernen.

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