Brak oleju przyczyną uszkodzenia samochodowej sprężarki chłodniczej

Transkrypt

1 TYCZEWSKI Przemysław 1 Brak oleju przyczyną uszkodzenia samochodowej sprężarki chłodniczej WSTĘP Wymaga się, aby środki transportu przeznaczone do przewozu szybko psujących się artykułów żywnościowych, zapewniały odpowiednią temperaturę w przestrzeni ładunkowej. Potrzebny mikroklimat najczęściej uzyskuje się przy pomocy samochodowych agregatów chłodniczych. Najistotniejszym elementem agregatu jest sprężarka. W układach chłodniczych często stosuje się tłokowe sprężarki hermetyczne (rys. 1.). Zasysany gaz dostaje się do sprężarki przez króciec ssawny umieszczony w dolnej części obudowy. W większości krople oleju zostają oddzielone od zasysanego gazu i spływają do miski olejowej. Po przejściu przez silnik czynnik chłodniczy trafia na elementy ruchowe powodując sprężenie go. W rzeczywistych układach chłodniczych olej jest porywany przez czynnik i krąży w obiegu. Dla zapewnienia prawidłowej pracy sprężarki niezbędne jest właściwe smarowanie części węzłów ruchowych. Rys. 1. Naczepa izotermiczna z samochodowym agregatem chłodniczym, w którym znajduje się sprężarka tłokowa Z przeglądu literatury wynika, iż elementy ślizgowe sprężarek chłodniczych narażone są na różnego rodzaju procesy zużycia w zależności od stosowanych olejów i czynników chłodniczych w sprężarkach [1, 2]. Z zebranych informacji z serwisów samochodowych agregatów chłodniczych można szacować, iż awarie zasygnalizowane za pomocą kodów serwisowych sugerujących o usterce sprężarki stanowią około 10% wszystkich kodów. Rzeczywiste awarie agregatów chłodniczych związane z uszkodzeniem sprężarki wynoszą około 15% awarii zarejestrowanych przez serwisy. Przyczynami mechanicznymi uszkodzeń sprężarek jest brak oleju, niewłaściwe smarowanie, nieodpowiedni olej, nieodpowiednie właściwości oleju, oraz uderzenia cieczowe [3]. Brak oleju może prowadzić do szybkiego uszkodzenia się sprężarki (rys. 2). Również utrata oleju w sprężarce może wiązać się z niemożliwością powrotu oleju z instalacji lub z powrotem oleju w niewystarczającej ilości. Czynnik chłodniczy jest nośnikiem oleju w instalacji. Jego ubytek może wiązać się z brakiem powrotu oleju do kartera sprężarki. Uszkodzenia w wyniku utraty oleju również mogą być spowodowane nieodpowiednim odszranianiem, za małą ilością czynnika lub częstymi uruchomieniami. Zatem postanowiono wykonać badanie wpływu braku oleju na pracę sprężarki chłodniczej. 1 Politechnika Poznańska, Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, ul. Piotrowo 3, Poznań, przemyslaw.tyczewski@put.poznan.pl 6458

2 Rys. 2. Przykładowe uszkodzenia wałów sprężarek chłodniczych przy braku smarowania [4] 1. WARUNKI BADAŃ Do testów wykorzystano stanowisko do badania procesów zużyciowych w sprężarkach chłodniczych [5]. Najistotniejszym elementem stanowiska jest sprężarka chłodnicza znajdująca się w rozbieralnym korpusie. Rozkręcana obudowa zapewnienia semihermetyczną pracę sprężarki oraz umożliwia wymianę sprężarki w celu oceny stopnia zużycia jej elementów ruchowych (rys. 3). Stanowisko zostało tak skonstruowane, aby na bazie rzeczywistego układu chłodniczego można było symulować różne niekorzystne warunki pracy instalacji. Schemat stanowiska pokazano na rysunku 4. Rys. 3. Stanowisko do badania procesów zużyciowych w sprężarkach chłodniczych Z1 Z2 T1 T2 S P1 P2 SKR PA Z EEV F W EVR S sprężarka w rozbieralnej obudowie; SKR skraplacz; PAR parownik; Z zbiornik czynnika chłodniczego; F odwadniacz; W wziernik; EVR zawór elektromagnetyczny; EEV elektroniczny zawór rozprężny; Z1 zawór (praca gorąca); Z2 zawór (praca mokra); T1, T2 czujniki temperatury; P1, P2 czujniki ciśnienia. Rys. 4. Schemat stanowiska badawczego do symulacji niekorzystnych warunków pracy sprężarki chłodniczej Na stanowisku można symulować: pracę sprężarki we wysokiej temperaturze i ciśnieniu, zalewanie sprężarki ciekłym czynnikiem, doprowadzenie gorących gazów do sprężarki, pracę układu z powietrzem i wilgocią, pracę sprężarki w różnych ilościach oleju, pracę z różnymi czynnikami chłodniczymi, pracę z różnymi olejami oraz pracę sprężarki przy braku oleju [6]. Badania wykonano przy użyciu sprężarki tłokowej Embraco Aspera NE9213GK. Sprężarka tłokowa ma kilka węzłów ruchowych. Powierzchnie ślizgowe to: czopy wału korbowego, pokrywa łożyska korbowodu, powierzchnia tłoka oraz powierzchnia cylindra. W przypadku sprężarek tłokowych istotnym parametrem pracy jest temperatura tłoczenia. Temperatura w przewodzie tłocznym sprężarki zależy od trzech wielkości: temperatury skraplania, temperatury parowania oraz przegrzania pary zasysanej do sprężarki. Wielkości te umownie oznaczają 6459

3 wartości temperatur nasycenia odpowiadające ciśnieniom panującym w króćcu ssawnym i tłocznym sprężarki chłodniczej. Każdemu zestawowi tych trzech wielkości odpowiada określona temperatura tłoczenia. Za wysoka oraz zbyt niska temperatura tłoczenia może świadczyć o nieprawidłowej pracy urządzenia [7]. Na stanowisku badawczym, za pomocą termopar odczytywana jest temperatura ssania i tłoczenia przy korpusie sprężarki. Ciśnienie ssania i tłoczenia mierzone jest za pomocą przetworników ciśnienia. Sygnały elektryczne zbierane są poprzez miernik HP34970A. Dane uzyskane z miernika za pomocą programu HP BenchLink Data Loger przekazywane są do komputera w formie pliku typu csv. Analiza zmian parametrów pracy układu może świadczyć o powstającym zużyciu elementów sprężarki. 2. WYNIKI BADAŃ Na skonstruowanym stanowisku wykonano test pracy przy braku oleju. Po włączeniu testu w trakcie kliku sekund sprężarka przestała pracować i układ wyłączył się. Po wyjęciu sprężarki z korpusu okazało się, że elementy ruchowe są zatarte (rys. 5). Rys. 5. Powierzchnie po pracy bez oleju Po analizie optycznej ruchowych węzłów tarcia, zauważono, iż największemu zniszczeniu uległ węzeł czop panewka tłoka. Następnie, w celu określenia wpływu niekorzystnych warunków pracy porównano powierzchnie po teście z elementami nowej sprężarki (rys. 6). a) b) Rys. 6. Powierzchnia a) nowa, b) po zatarciu Powierzchnie węzłów tarcia, które uległy największemu zniszczeniu poddano obserwacji za pomocą mikroskopu CARL ZEISS JENA. Powierzchnię panewki obserwowano przy 63 krotnym powiększeniu. Na rysunku 8 przedstawiono porównanie powierzchni nowej z powierzchnią po zatarciu. a) b) Rys. 8. Powierzchnie panewki a) nowej, b) po zatarciu, obserwowane przez mikroskop o 63 krotnym powiększeniu 6460

4 Rejestrowany zapis przebiegu ciśnienia i temperatury wskazuje, iż zatarcie nastąpiło po drugiej sekundzie pracy (rys. 7). Rys. 7. Przebieg ciśnień i temperatury podczas testu W tabeli 1 przedstawiono wybrane, podstawowe parametry chropowatości, takie jak: największą wysokość profilu chropowatości Rz, całkowitą wysokość profilu chropowatości Rt oraz średnią arytmetyczną rzędnych profilu chropowatości Ra. Zamieszczono również wartość Rq (średnia kwadratowa rzędnych profilu chropowatości) będącą parametrem bardziej oddającym charakter nierówności niż parametr Ra. W tabeli znajduje się również parametr Rp (wysokość najwyższego wzniesienia profilu chropowatości). Wszystkie odstępstwa od powierzchni odniesienia mają wpływ na odporność na ścieranie, własności ślizgowe i smarujące oraz na wytrzymałość zmęczeniową. Tab. 1. Parametry chropowatości uzyskane przy użyciu profilometru Parametr Powierzchnia nowa Powierzchnia po zatarciu Rt [ m] Ra [ m] Rq [ m] Rz [ m] Rp [ m] 13,08 1,02 1,31 7,29 2,75 36,99 4,17 5,62 26,74 12,70 Porównując parametry chropowatości powierzchni nowej z powierzchnia po teście uzyskano następujące informacje. Parametry chropowatości Rt i Rz wzrosły 3 krotnie. Parametry Ra i Rq wzrosły 4 krotnie. Natomiast parametru Rp wzrósł prawie 5 krotnie. Małe wartości tego parametru charakteryzują powierzchnię o szerokich wzniesieniach i wąskich wgłębieniach. Duże wartości Rp wskazują na powierzchnię o ostrych wierzchołkach czyli o gorszej odporności na ścieranie. Z uzyskanych informacji wynika, że bardzo krótki czas pracy sprężarki chłodniczej bez oleju prowadzi do uszkodzenia ruchowych węzłów tarcia. Na powierzchniach ślizgowych nie ma oleju, co doprowadza do szczepień adhezyjnych materiałów w węźle ruchowym. Występujące siły międzycząsteczkowe powodują wyrywanie materiału. Stąd wyraźnie można zaobserwować bardzo duże wyrwania i bruzdy na powierzchniach panewki widoczne na rysunkach 6 i 8. WNIOSKI Na stworzonym stanowisku badawczym można symulować niekorzystne warunki pracy, powodujące uszkodzenia sprężarek. Między innymi jest możliwe przeprowadzanie testu bez oleju na rzeczywistych elementach chłodniczych i w obecności rzeczywistego czynnika chłodniczego. Zatem stanowisko daje możliwość lepszego poznania uszkodzeń sprężarek chłodniczych. 6461

5 Wykonany test pracy sprężarki bez oleju potwierdza, że te urządzenie nie może obyć się bez smarowania. Przeprowadzony test pokazał w jak szybkim tempie następuje zniszczenie węzłów tarcia i doprowadzenie do bardzo szybkiego uszkodzenia i wyłączenia sprężarki. Porównanie powierzchni ślizgowych po teście z nowymi powierzchniami wyraźnie wskazuje na bardzo duże uszkodzenia węzłów ruchowych. Streszczenie Samochodowy agregat chłodniczy jest odpowiedzialny za utrzymanie odpowiednich warunków mikroklimatu we wnętrzu zabudowy chłodniczej. Najważniejszym elementem w układzie chłodniczym jest sprężarka, w której elementy ruchowe powinny być odpowiednio smarowane. W pracy przedstawiono wyniki z badań symulujących brak oleju w sprężarce tłokowej. Test przeprowadzono na stanowisku do badania procesów zużyciowych w sprężarkach chłodniczych. Uzyskane powierzchnie po teście badawczym poddano porównaniu z powierzchniami nowymi przy użyciu mikroskopu i profilometru. Powierzchnie po zatarciu charakteryzują się głębokimi wyrwaniami, bruzdami. Parametry chropowatości powierzchni po zatarciu były 3, 4 krotnie większe niż dla powierzchni nowych. Rezultatem badań było potwierdzenie, że tłokowa sprężarka chłodnicza nie może pracować bez oleju. Brak oleju przyczynił się do bardzo szybkiego zatarcia się elementów ślizgowych w sprężarce. No oil cause damage to the car refrigeration compressor Abstract Car chiller is responsible for maintaining appropriate microclimate inside the building cooling. The most important element in a refrigeration system is the compressor, wherein the motor may be inadequately lubricated. The paper presents the results of tests simulating the lack of oil in the compressor piston. The test was performed on a bench study of wear processes in refrigeration compressors. The resulting surfaces were subjected to the test after the test compared to the new surfaces using a microscope and a profilometer. Surfaces after seizing characterized by deep cut away, furrows. Surface roughness after erasing were three, four times higher than for the new surface. The result of the study was to confirm that the piston refrigeration compressor cannot operate without oil. No oil has contributed to the very rapid blurring of the sliding elements in the compressor. BIBLIOGRAFIA 1. Górny K., Tyczewski P., Zwierzycki W., Specification of lubricating oil operation in refrigeration compressors. Tribologia, 3/2010, s Tyczewski P., Przykłady uszkodzeń sprężarek chłodniczych. Logistyka 03/ Tyczewski P., Analiza przyczyn uszkodzeń sprężarek chłodniczych. Logistyka, 3/2011, s Materiały Danfoss, Part 5 Lack of Lubrication, Tyczewski P., Koncepcja stanowiska do badania uszkodzeń sprężarek chłodniczych. Logistyka, 3/2011, s Tyczewski P., Porównanie powierzchni węzłów tarcia sprężarek chłodniczych pracujących w różnych warunkach eksploatacyjnych. Logistyka 03/ Kalinowski K., Amoniakalne urządzenia chłodnicze. Instalacje Zastosowania Bezpieczeństwo tom 2. IPPU MASTA, Pruszcz Gdański,