Analiza układów chłodniczych pod kątem awarii smarowania olejem sprężarek cz. 3.

Awaria sprężarki instalacji eksploatowanej

W tym punkcie zajmę się instalacjami, które już są eksploatowane. Po długim czasie pracy, kiedy instalacje są modyfikowane oraz wymienione były komponenty układu chłodniczego (np. zawory rozprężne, filtry, wymienniki) oraz gdy zaistnieje potrzeba retrofitu (wymiany wycofanego czynnika chłodniczego na zamienniki krótko- lub długofalowe) zdarza się często, że dochodzi do awarii sprężarki chłodniczej (mechanicznej i/lub elektrycznej). Czy to jest instalacja o małej wydajności chłodniczej czy też o dużej, może ta awaria wystąpić w dłuższym lub krótszym czasie. Często nie jesteśmy w stanie skontrolować tego procesu z uwagi na to, że agregat skraplający (zespół sprężarkowy) jest położony dalej lub jest w maszynowni. Nagle stwierdzamy, że układ nie pracuje. Po wstępnej ocenie (przez własny personel techniczny czy firmę serwisową z zewnątrz), stwierdzamy że nie są to uszkodzenia zaworu rozprężnego, zapchanego filtra, nieszczelności układu (braku czynnika) lecz uszkodzenie sprężarki. Sprężarkę badamy na początku (nie demontując z instalacji) wizualnie oraz mierząc jej parametry elektryczne.

Pomiary oporności sprężarek

I tak dla sprężarek jednofazowych 230V/1F/50Hz mierzymy (wystarczy multimiernik uniwersalny) oporności uzwojenia rozruchowego i uzwojenia pracy (dla danych modeli oporności są podawane przez producentów w kartach katalogowych); dla sprężarek trójfazowych 380-420/3F/50Hz już musimy wykonać trochę więcej pomiarów (w tym przypadku wskazane jest użycie induktora). Pomiary wykonujemy, badając oporności na uzwojeniach fazowych i międzyfazowych. Jeżeli wartości oporności między fazami znacznie odbiegają od podanych przez producenta w karcie katalogowej oraz oporność któreś fazy wynosi „0” Ώ, oznacza to zwarcie do masy uzwojenia silnika, czyli krótko mówiąc, mamy elektrycznie uszkodzoną sprężarkę zwaną potocznie „spaleniem silnika”.

Co należy zrobić po stwierdzeniu uszkodzenia sprężarki?

Po stwierdzeniu uszkodzenia sprężarki musimy przystąpić do jej demontażu z układu. Jeżeli jest to sprężarka hermetyczna (tłokowa, rotacyjna, spiralna), to niestety musimy ją wymienić na nową. Jeżeli jest to sprężarka półhermetyczna (tłokowa, śrubowa), możemy pokusić się o przezwojenie silnika. Z uwagi na to, że uzwojenia silników sprężarek półhermetycznych są najczęściej wykonywane w procesach zautomatyzowanych, nie zawsze możemy przewinąć uzwojenie(nia) tak, jak silnik sprężarki został zaprojektowany przez konstruktora do produkcji.

Megaomomierz induktorowy

Induktor to inaczej prądnica magnetoelektryczna prądu zmiennego małej mocy.

Induktory pomiarowe podają napięcie:

• 500 V,
• 1000 V,
• 2000 V.
  

W urządzeniach pomiarowych induktory służą do pomiaru rezystancji izolacji urządzeń elektrycznych i rezystancji uziemienia. W przyrządach służących do pomiaru rezystancji izolacji induktory sprzężone są z megaomomierzami.

Jak znaleźć powód uszkodzenia sprężarki?

Z uwagi na to, że nic nie dzieje się bez przyczyny „ex nihilo” i zgodnie z zasadą przyczynowo-skutkową powinniśmy określić, dlaczego zaistniało uszkodzenie sprężarki. Przy sprężarkach hermetycznych niestety musimy wykonać badanie niszczące, czyli rozciąć sprężarkę w połowie wysokości i zobaczyć, czy jest olej, a jeśli jest, to w jakim stanie oraz w jakim stanie jest wał wykorbiony, korbowody oraz tłoki. W przypadku sprężarek półhermetycznych mamy możliwość demontażu sprężarki na części i wówczas stwierdzenie co i jak. 

Zakwaszenie oleju

Po określeniu barwy oleju jako brunatnej lub czarnej możemy stwierdzić, że doszło do zakwaszenia oleju w wyniku reakcji chemicznej. W takiej sytuacji musimy wymienić sprężarkę hermetyczną lub naprawić sprężarkę półhermetyczną i wykonać następujące czynności: neutralizacja pozostałego kwasu w instalacji, przepłukanie instalacji środkami np. Flush XL, wymiana filtra oraz ponowne wykonanie czynności montażowych z drugiej części tego artykułu. Kategorycznie nie należy używać do przedmuchiwania instalacji sprężonego powietrza (tylko gazy suche jak azot, CO₂). Układ uruchamiamy na krótki czas pracy (1 - 2 dni) i kontrolujemy stan oleju (barwę i poziom), następnie demontujemy filtr odwadniacz i zakładamy nowy.

Przyczyny uszkodzeń elektrycznych sprężarek

Tak jak już pisałem w pierwszym punkcie tej publikacji nic nie dzieje się bez przyczyny. Przyczyn awarii elektrycznych silników sprężarek chłodniczych jest wiele:

• brak powrotu oleju do karteru sprężarki, który to brak powoduje pracę z większymi oporami tarcia na wale, co skutkuje wydzielaniem się wyższego ciepła na uzwojeniu sprężarki i wobec powyższego spaleniem lakieru izolującego uzwojenie,
• zmęczenie materiału po długich latach eksploatacji,
• wilgoć oraz powietrze zawarte w instalacji,
• zmiana parametrów temperaturowych układu poprzez retrofit czynnika wycofanego na nowy zamiennik (np. R22 na R417A) poprzez zmianę temperatury przegrzania i automatycznie zwiększenie temperatury tłoczenia powyżej granicznej temperatury tłoczenia.
  

Wszystkie te powyższe czynniki mogą wystąpić jednocześnie. Należy pamiętać, że dla większości sztucznych czynników chłodniczych maksymalna temperatura tłoczenia wynosi 160 - 170°C z uwagi na to, że powyżej tej temperatury nastąpi trwały rozkład chemiczny czynnika i wydzielenie trujących gazów jak fosgen.

Kontrola kwasowości oraz neutralizacja [8]

Odkwaszacz Acid-Away firmy Rectorseal, a ściślej dwa preparaty: Acid-Away – do olejów mineralnych i alkilobenzenowych, oraz Acid-Away for Poe – do olejów poliestrowych są to środki chemicznie neutralizujące zakwaszenie oleju, przeznaczone do stosowania w układach, w których doszło do spalenia uzwojenia silnika sprężarki lub w celach profilaktycznych. Pozwalają w łatwy i bezpieczny sposób, a do tego w 100% skutecznie pozbyć się kwasu z instalacji. Mogą być używane we wszystkich instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych, wykorzystujących wszelkiego typu i rozmiaru sprężarki hermetyczne lub półhermetyczne.

Sposób użycia odkwaszaczy

Sposób użycia preparatów został pomyślany tak, aby „wpasować się” w standardową procedurę postępowania przy przeglądach serwisowych czy naprawach instalacji, bez potrzeby odbywania specjalistycznych szkoleń czy konieczności posiadania dodatkowych przyrządów. Preparat sprzedawany jest w 1-porcjowych buteleczkach, nie ma więc problemu z odmierzeniem dawki właściwej dla konkretnej instalacji. Ilość potrzebnych dawek (butelek) zależy od ilości oleju w karterze sprężarki oraz szacunkowego stopnia zakwaszenia układu (niskie–średnie–wysokie). Z pierwszym parametrem nie powinno być problemu, wystarczy odwołać się do danych technicznych sprężarki. Dla ustalenia poziomu zakwaszenia najłatwiej posłużyć się natomiast testerem kwasowości oleju (np. Acid-Detector lub Acid-Detector for Poe). Alternatywnie, można zbadać kwasowość paskami lakmusowymi z podanymi kolorami kwasowości do porównania (zasadowa, neutralna i kwasowa).

Jakiej dawki należy używać?

Do określenia dawki Acid-Away nie potrzeba znać dokładnej wartości zakwaszenia). Można wreszcie arbitralnie przyjąć poziom zakwaszenie jako silny, „na wszelki wypadek” przyjmując najgorszy wariant. Acid-Away może być wpompowany ręcznie do przewodu cieczowego systemu razem z olejem – co zapewnia jego szybsze działanie, lub też wlany do karteru sprężarki przed napełnieniem i uruchomieniem układu. Preparat szybko rozprowadza się w instalacji, całkowicie neutralizując najmniejsze nawet ilości kwasu oraz zapobiega zakwaszeniu instalacji. Dla upewnienia się czy kwas został wyeliminowany całkowicie, zaleca się przy kolejnym przeglądzie serwisowym ponowne sprawdzenie kwasowości oleju. Jeśli resztki kwasu wciąż są obecne, należy ponownie zaaplikować Acid-Away. Trzeba przy tym podkreślić, że praktycznie nie istnieje niebezpieczeństwo przedawkowania preparatu. Acid-Away w żaden sposób nie działa szkodliwie nawet przy 40-krotnym przekroczeniu zalecanej dawki. Jeśli do układu dodano go więcej niż faktycznie potrzeba, będzie po prostu działał silniej i dłużej. Trzeba jedynie uważać, aby łączna ilość preparatu dodanego do układu nie przekroczyła 10% objętości oleju.

Testy przeprowadzone nad Acid-Away

Przed wprowadzeniem na rynek, Acid-Away został wszechstronnie przetestowany dla zapewnienia tego, że działa prawidłowo, jak i tego, że nie posiada niekorzystnego wpływu na jakiekolwiek wewnętrzne, elektryczne i mechaniczne komponenty, na czynnik chłodniczy i olej a także nie obniża wydajności układu. Testy prowadzono zarówno w laboratorium Rectorseal jak również w niezależnych renomowanych laboratoriach. Ponadto, obok testów laboratoryjnych, przez dwa lata prowadzono testy terenowe, w różnorodnych warunkach i systemach, w sprężarkach wielu producentów, różnego typu i wielkości – od hermetycznych sprężarek 1,75 kW do półhermetycznych sprężarek odśrodkowych 1,0 MW. Większość układów miała za sobą co najmniej kilkakrotne przypadki spalenia uzwojenia silnika sprężarki, a poziom zanieczyszczenia kwasem wahał się od lekkiego do bardzo silnego. Testy prowadzono w zgodności z normami amerykańskimi ANSI, ASHRAE oraz ASTM. Wszystkie zakończyły się pełnym sukcesem. Po naprawie i zaaplikowaniu Acid-Away wszystkie obiegi chłodnicze pracowały prawidłowo, w żadnym przypadku nie doszło do kolejnej awarii elektrycznej silnika sprężarki, nawet jeśli wcześniej zdarzało się to kilkakrotnie. A testy przeprowadzone po kilku latach od zastosowania Acid-Away wykazały utrzymywanie się zerowego stopnia zakwaszenia oleju.

Stan sprężarek po używaniu preparatu Acid-Away

Wybrane sprężarki w testowanych układach, po dwuletniej pracy, zostały zdemontowane i poddane rygorystycznym badaniom przez ich producentów. Wnioski z tych badań były jednoznaczne – sprężarki były w doskonałym stanie i nie stwierdzono jakiegokolwiek niekorzystnego wpływu na ich wewnętrzne elementy, włącznie z olejem, obudową, wszelkimi elementami elektrycznymi i mechanicznymi. 

Wszechstronne testy potwierdziły zarówno pełną skuteczność Acid-Away, jak i bezpieczeństwo jego użycia, zarówno dla materiałów używanych w konstrukcji sprężarek jak i dla pozostałych elementów instalacji – filtrów, zaworów, kapilar i innych. 

Wartości stopnia czystości czynnika chłodniczego oraz oleju

Maksymalna zawartość wody dla czynników fluorowcopochodnych wynosi: 25 mg H₂O/kg czynnika natomiast maksymalna zawartość wody w oleju: 30 mg H₂O/kg oleju i maksymalna zawartość kwasu: LN< 0,06 mg KOH, gdzie LN – liczba neutralizacji. Określa ona wskaźnik kwasowości oleju. 

Acid-Away a ekologia

Na zakończenie warto wspomnieć, że stosowanie Acid-Away pozwala także chronić urządzenia do odzysku, napełniania i recyklingu czynników chłodniczych, które w trakcie użytkowania również narażone są na szkodliwe działanie zanieczyszczonych kwasem, czynników i olejów chłodniczych.

Wnioski

W trzech częściach tej publikacji starałem się opisać zagadnienie uszkodzenia silnika elektrycznego oraz wyeliminowanie zakwaszenia oleju w sposób wyczerpujący. Jestem świadom, że na łamach tych artykułów nie jestem w stanie opisać i wyjaśnić przyczyn wszystkich awarii elektryczno-mechanicznych sprężarek chłodniczych. Dlatego też podsumowując to zagadnienie, jeszcze raz przypominam o dbałości i prawidłowych procedurach przy montażu (wymianie sprężarki chłodniczej czy też innych komponentów) oraz o zachowaniu czystości układu chłodniczego, które to jest warunkiem długiej i bezawaryjnej pracy instalacji.

Przeczytaj część pierwszą

Przeczytaj część drugą

Autor: Sławomir NOWAK – Specjalista ds. Chłodnictwa WIGMORS

LITERATURA:

[1] L. CANTEK, M. BIAŁAS: Sprężarki chłodnicze. Wydawnictwo PG. Gdańsk, 2003.

[2] COOLPACK Technical University of Denmark 2000 r.

[3] Z. BONCA, D. BUTRYMOWICZ, W. TARGAŃSKI, T. HAJDUK: Nowe czynniki chłodnicze i nośniki ciepła. IPPU MASTA. Gdańsk.

[4] Poradnik Chłodnictwa. Praca zbiorowa. WNT. Warszawa, 1968 r.

[5] Sprężarki tłokowe Maneurop MTZ. Dobór i zastosowanie. DANFOSS. 2006 r.

[6] H. J. ULRICH: Poradnik Chłodnictwa. T. 2. IPPU MASTA. Gdańsk, 1999 r.

[7] Sprężarki spiralne Performer w zastosowaniach wielosprężarkowych. Dobór i zastosowanie. DANFOSS. 2005 r.

[8] Materiały własne WIGMORS.