Oleje pro chladicí kompresory

Vysoká životnost, očekávaná od chladicích kompresorů, úzce souvisí s vysokými kvalitativními požadavky na oleje pro ně určené. Vzájemný kontakt s jinými látkami, se kterými přichází olej pro chladicí kompresory do styku, hlavně s chladivem za extrémně rozdílných vysokých a nízkých teplot, klade na olej pro chladicí kompresory speciální požadavky.

Úkolem maziva v chladicím kompresoru je mazání pístů, pohonu, pracovních ventilů a případně kluzných těsnicích kroužků. Dalším úkolem je odvod tepla z horkých částí kompresoru a utěsnění kompresorového prostoru a ventilů. Základní požadavky na oleje pro chladicí kompresory jsou uvedeny v DIN 51 503-1. Tato norma stanovuje základní požadavky na oleje pro chladicí kompresory v závislosti na komprimovaném chladivu. Zavedení nových bezchlorových chladiv (FKW R 134a jako náhrada za FCKW R 12) si vyžádalo revizi této normy v listopadu 1988.

Oleje se podle uvedené normy dělí do několika základních skupin:

Chladiva jsou popsána v normě DIN 8960, přesto údaje v ní obsažené mohou být v řadě případů pro určení vhodného oleje pro chladicí kompresor nedostatečné. Specifické informace, jako je vliv chladiva na viskozitu, hustotu a mísitelnost oleje a z toho plynoucí provozní vlastnosti jsou obsaženy v "Pracovních listech pro techniky chladicích zařízení".

Různé parametry jednotlivých typů olejů pro chladicí kompresory jsou nejlépe vysvětlitelné na příkladu. V řadě olejů Reniso (Fuchs) jsou následující typy olejů:

Jde o vysoce rafinované oleje na naftenické bázi. Je to stále nejvýznamnější skupina olejů pro kompresory chladírenských zařízení pracujících jak s amoniakovým chladivem, tak i pro zařízení s chladivy typu FCKW, případně HFCKW. Jako naftenické označujeme takové oleje, které vykazují převážnou část uhlovodíků (více než 38 %) v naftenické vazbě X(N). Oleje pro chladicí kompresory na naftenické bázi mají zpravidla velmi nízký bod tuhnutí.

Typ KM 32 je vhodný pro čpavek (R 717) a pro HFCKW (FCKW) chladiva v hermetických a polohermetických kompresorech, pracujících při teplotách odpařování do cca -50 °C. KS 46 je vhodný pro čpavek (R 717) a HFCKW (FCKW) v polohermetických kompresorech při teplotách odpařování do cca -40 °C. KC 68 je vhodný pro kompresory s čpavkovými chladivy i s R chladivy, pokud je požadován olej viskozity 68 mm².s^-1 při 40 °C. Má dobré nízkoteplotní vlastnosti a vysokou tepelnou stabilitu. Typ KES 100 je přednostně určen pro kompresory s HFCKW (FCKW), zejména při vysokých teplotách odpařování a kondenzace, např. u mobilních klimatizačních zařízení.

Jsou vysoce rafinované oleje na parafinické bázi s velmi dobrou viskozitně-teplotní závislostí. Jako ropné oleje na parafinické bázi označujeme oleje obsahující převážně uhlovodíky s parafinickou vazbou (méně než 35 % v naftenické vazbě). Tyto produkty jsou vzhledem ke své výhodné viskozitně-teplotní závislosti doporučovány přednostně pro turbokompresory. Hranice použití mezi parafinickými a naftenickými oleji není striktně stanovena a jejich vhodnost pro mazání určitých kompresorů nelze odvodit jen dle rozdělení uhlovodíků v aromatické X(A), naftenické X(N), případně parafinické X(P) vazbě.

Tyto oleje jsou doporučeny pro klimatizační zařízení a turbokompresory, s chladivy FCKW, HFCKW dobře rozpustnými v oleji; jsou vhodné i při nízkých teplotách odpařování. Mají dobrou viskozitně-teplotní závislost a vynikající mazací vlastnosti.

Tyto produkty jsou směsí tepelně vysoce stabilních alkylbenzenů a vysoce rafinovaných naftenických ropných olejů. Podíl alkylbenzenů značně zlepšuje tepelné vlastnosti a rozpustnost naftenických složek. Nejvhodnější uplatnění tohoto oleje je zejména v zařízeních provozovaných s chladivem R 22 a ve spojení s přechodovými chladivy (např. 401 A/B, 402 A/B, směsí R 22).

Syntetické oleje pro chladicí kompresory na bázi chemicky a termicky vysoce stabilních alkylbenzenů. Alkylbenzeny se již řadu let používají jako nízkotuhnoucí oleje. Společnost Fuchs pro tento účel používá pečlivě vybrané a speciálně ošetřené alkylaromáty. Díky speciálním výrobním postupům neobsahují produkty řady Reniso S/SP špatně rozpustné, voskovité látky a jiné nečistoty, například síru. Mají vynikající rozpustnost s chladivy FCKW a HFCKW a jejich směsmi do teploty odpařování -80 °C. Olej Reniso S 68 se osvědčuje zejména ve vysoce zatížených amoniakových kompresorech při extrémně vysokých výstupních teplotách. Má minimální tvorbu karbonu. Neobsahuje přísady proti opotřebení a je určen speciálně pro čpavek. Olej Reniso SP 150 je určen pro vysoce zatížené šroubové kompresory s chladivy HFCKW (např. R 22). Díky své nepatrné toxicitě se také využívá v tepelných čerpadlech na ohřev užitkové vody.

Jsou syntetické oleje pro chladicí kompresory na bázi speciálních polyolesterů. Maziva na bázi ropných olejů, alkylbenzenů nebo polyalfaolefinů, dosud používaná v chladicích zařízeních totiž nejsou, popřípadě jsou jen nedostatečně, mísitelná s novými chladivy bez obsahu chloru (např. HFCKW/FKW: R 134a, R 404a, R 507). Tyto oleje vykazují vynikající tepelnou a chemickou stabilitu. Na základě Montrealského protokolu a nařízení o zákazu halonů z roku 1991 dochází postupně k zákazu používání chladiv typu FCKW v chladírenských zařízeních (včetně malých). Od ledna 1995 se musí v nových zařízeních používat chladiva bez obsahu FCKW. Náhradou za FCKW R 12 bylo určeno chladivo R 134a (dlouhodobě) a R 22 (krátkodobě). Náhradní chladiva získávají stále větší význam a potřeba syntetických olejů pro chladicí kompresory na bázi esterů se zvyšuje.

Oleje řady Triton SE/SEZ jsou vhodné pro všechny chladicí okruhy, provozované s chladivy R 134a, R 404 A/B, R 507, popřípadě směsmi chladiv FKW a HFKW. Jsou určeny k použití v pístových a šroubových kompresorech chladicích a klimatizačních zařízení všech velikostí.

Esterové oleje mohou být při styku s vodou v kompresorech za provozních podmínek hydrolyzovány. Proto je nezbytné zamezit tomu, aby esterové oleje mohly přijímat vzdušnou vlhkost a vodu. Týká se to jak skladování a manipulace, tak i vlastního provozu chladírenského zařízení. Produkty jsou ve výrobě vysoce vysušeny a plněny do plynotěsných plechových obalů v dusíkové atmosféře se zaručeným maximálním obsahem vody < 50 ppm. Při přechodu z chladiv FCKW (R 12) na chladiva FKW (R 134a) je nezbytná výměna maziva na ropné bázi za produkt na bázi esterového oleje. Při výměně jsou nutná určitá opatření, např.: propláchnutí, použití vysoce účinných filtrů/sušičů, zkouška snášenlivosti materiálů, atd., která by měla být konzultována s výrobci a provozovateli zařízení, jakož i s dodavateli olejů.

Jde o syntetické oleje pro chladicí kompresory na bázi polyglykolu pro klimatizační zařízení motorových vozidel používajících chladivo R 134a. Od doby, kdy bylo chladivo R 134a zavedeno jako náhrada za R 12 se v oblasti klimatizace v kompresorech osobních vozidel používají jako mazací oleje převážně polyalkylenglykoly. Nejsou snášenlivé a mísitelné s mazivy na bázi ropných olejů, alkylbenzolů a esterů, případně pouze podmíněně. Jsou mísitelné s R 134a, jsou také velmi hygroskopické, což musí být při manipulaci s nimi obzvláště zohledněno. Jsou vysoce vysušené a plní se do malých obalů (0,25 l) v dusíkové atmosféře.

Syntetický olej pro chladicí kompresory na bázi syntetických uhlovodíků (alkylbenzol + přísady) je částečně rozpustný s chladivem R 134a a není hygroskopický. Je určen pro mobilní chladicí agregáty s dlouhými, rozvětvenými rozvody (klimatizace autobusů), kde může v důsledku difuze par a jiných faktorů docházet ke zvýšení podílu vody v oleji a tím i v chladicím okruhu. Byl vyvinut jako náhrada polyolesterů pro tuto aplikaci - estery mohou být vlivem obsahu vody v těchto provozních podmínkách postupně hydrolyticky štěpeny a vzniklé kyselé reakční produkty mohou způsobovat potíže v kompresoru. Navíc jeho "částečnou rozpustností" ve využívaném rozsahu teplot je zajištěn i zpětný odvod oleje u rozvětvených rozvodů.

Syntetické oleje na bázi polyglykolů pro chladicí kompresory jsou rozpustné a částečně rozpustné ve čpavku. Pro čpavková chladicí zařízení byly dosud používány zejména naftenické ropné oleje, polosyntetické nebo syntetické oleje na bázi alkylenglykolů, případně PAO. Reniso PG 68 vykazuje velmi dobrou rozpustnost se čpavkem. Speciálně vybrané syntetické složky mají jak vynikající viskozitně-teplotní závislost, tak i vysokou tepelnou stabilitu. Oleje PG 68 a GL 68 byly testovány na malých strojích s teplotou ventilů až 180 °C po dobu více než 2000 hodin a obstály.

Tyto polyglykoly jsou hygroskopické, obsah vody je nutno udržet pod 300 ppm (sušení). Nesmí se smísit s ropným olejem. Při nedodržení této podmínky hrozí nebezpečí koroze a tvorby gelu v kompresoru (reakce mezi ropným olejem, vodou, polyglykolem a kovem). Oleje Reniso PG 68/GL 68 jsou určeny pro pístové a šroubové kompresory. Je nutno dbát na rozpustnost čpavku v oleji. Je vhodný i pro přírodní chladiva, např. propan, propen.

Syntetické oleje pro chladicí kompresory s přírodním chladivem CO₂

V současnosti se vyvíjejí nové produkty pro použití s přírodním chladivem CO₂. Vyznačují se vysokou tepelnou stabilitou a dobrými mazacími vlastnostmi v atmosféře CO₂. Použití najdou především v klimatizačních zařízeních autobusů s chladivem CO₂.

Tyto oleje se vyznačují především velmi dobrou chemickou a tepelnou stabilitou, vynikající viskozitně-teplotní závislostí, dobrými mazacími vlastnostmi, nízkými ztrátami odpařováním a dobrou tekutostí za studena. Svými vlastnostmi jsou předurčeny pro použití se čpavkem.

V mrazicích zařízeních, při teplotách odpařování do -120 °C se v minulosti používaly syntetické kapaliny na bázi polyesterů kyseliny křemičité. Uplatnění nacházely také produkty na bázi nízkoviskózního silikonového oleje (polydimetylsiloxany, PDMS). Dnes již většinou nejsou na trhu k dispozici. Nahradily je nízkoviskózní esterové oleje. Při volbě náhrad je nezbytné dodržovat pokyny výrobců zařízení.

Při výběru viskozity olejů pro chladicí kompresory platí v zásadě běžná pravidla jako pro všeobecné strojírenství, tedy že pro rychloběžné stroje může být zvolena viskozita všeobecně nižší než pro pomaluběžící stroje. Vyšší tlak na ložiska naopak vyžaduje olej vyšší viskozity než nízký tlak. Při ověření potřebné provozní viskozity je nutné zohlednit vliv chladiva na olej.

V minulosti byla mnohá chladírenská zařízení plněna chladivy s obsahem chloru jako bezpečným chladivem. Sloučeniny chlóru jsou vynikající vysokotlaké přísady s velmi dobrou ochranou proti opotřebení. Proto byly oleje pro chladicí kompresory provozované s náplní FCKW a se značným množstvím rozpuštěných plynů považovány za "oleje s přísadami proti opotřebení". Při použití chladiv bez obsahu chloru ovšem musí tento úkol převzít oleje pro chladicí stroje.

Ing. Pavel Brož

Zkratky používaných chladicích náplní:

FCKW (Fluor-Chlor-Kohlen-Wasserstoff) - fluorchlorovaný uhlovodík (angl. CFC)

HFCKW (Halb-Fluor-Chlor-Kohlen-Wasserstoff) - částečně fluorchlorovaný uhlovodík (angl. HCFC)

FKW (Fluor-Kohlen-Wasserstoff) - fluorovaný uhlovodík (angl. FC)