產品描述
冷凍機油是制冷式壓縮機的專用潤滑油，是制冷系統中決定和影響制冷裝置功能和效果的至關重要的組成部分。高質量的冷凍機油不僅必須具備與制冷劑共存時的優良的熱化學安定性和相溶性，優良的低溫流動性、潤滑性、抗泡性，而且必須易於生產，原料來源可靠，對環境沒有污染。
冷凍機油的工作路徑
冷凍機油是制冷壓縮機的專用潤滑油，和一般潤滑油一樣，在制冷壓縮機中起潤滑、密封、防鏽和帶走熱量的作用。冷凍機油在壓縮機內分3路循環，分別對軸承、壓縮機主體和控制系統進行潤滑后回到曲軸箱內，與制冷劑相混合。由壓縮機排出的制冷劑-油混合物在油分離器中被分出大部分油，分出的油經冷卻器冷卻，再流回壓縮機。少量分不出的油則與制冷劑一起進入制冷劑管線。
由於冷凍機油是在制冷劑的特殊環境下工作，因此具有下屬特性：
1. 冷凍機油與制冷劑在制冷壓縮系統內直接接觸
2. 有少量冷凍機油被攜入制冷劑管線參與冷凍循環
3. 在全封閉壓縮機中，冷凍機油與電機的線圈及密封件等有機材料密切接觸
4. 冷凍機油處於壓縮機排氣閥的高溫和膨脹閥、蒸發器的低溫這樣極端的溫度條件下
冷凍機油的性能要求
冷凍機油的性能要求見表1。
表1 制冷循環系統對冷凍機油性能的要求
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制冷循環系統
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性能要求
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壓縮機
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1. 與制冷劑共存時具有優良的化學穩定性
2. 有良好的潤滑性
3. 有極好的與制冷劑的相溶性
4. 對絕緣材料和密封材料具有優良的適應性
5. 有良好的抗泡性能
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冷凝器
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有優良的與制冷劑的相溶性
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膨脹閥
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1. 無蠟狀物絮狀分離
2. 不含水
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蒸發器
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1. 有優良的低溫流動性
2. 無蠟狀物絮狀分離
3. 不含水
4. 有優良的與制冷劑的相溶性
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以下分別對這些特性予以說明。
1. 粘度和粘度溫度特性
粘度是指油品的粘稠程度，是冷凍機油的重要特性之一。也是冷凍機油分類的基礎之一。冷凍機油常用的粘度為運動粘度。
適宜的冷凍機油是確保制冷壓縮機處於流體動力潤滑狀態、減少磨損、降低能耗的重要因素。粘度過低，不能形成適宜的油膜厚度，會導致冷凍機系統部件的機械磨損以及拉缸、抱軸等機械故障，同時也會影響系統的密封性。粘度過高，會造成壓縮機的動力消耗過大。因此，不同的制冷設備，使用不同粘度級別的油。一般情況下，冷凍偏向于使用低粘度冷凍機油，空調偏向于使用高粘度冷凍機油。
表2 幾種冷凍機油的粘度和粘溫特性
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石蠟基油
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石蠟基油（深冷脫蠟）
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環烷基油（一般精製）
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環烷基油（深度精製）
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烷基苯（硬性）
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粘度，mm2/s
40℃
100℃
粘度指數
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31.6
5.42
106
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33.4
5.54
102
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29.3
4.27
-10
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32.8
4.96
59
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33.0
4.35
-44
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此外，由於冷凍機油在制冷循環系統中的使用溫度很寬，在某些壓縮機的氣缸內有時可接觸150℃的高溫，而在蒸發系統內則可能接觸-40℃或更低的溫度，所以要求油的粘度隨溫度的變化要小，以保証冷凍機油在各種不同溫度下都具有良好的潤滑性和流動性。表2為幾種冷凍機油的粘度和粘度溫度特性（粘度指數）。
2. 熱化學安定性
冷凍機油與制冷劑共存時的熱化學安定性決定了它的使用壽命。在高溫和金屬的催化下，冷凍機油可與制冷劑（氟里昂、氯甲烷等）發生化學反應，生成腐蝕性的酸、油泥等產物，導致制冷系統堵塞，影響制冷效率，腐蝕金屬，破坏絕緣材料致使電機燒坏。
冷凍機油的化學安定性一般用密封管試驗（Seal Tube Test）和菲利浦試驗（DIN 51593）來評價。
冷凍機油與制冷劑及氨的化學反應性很小，但是系統中的氨易與油中的酸性物質發生反應生成酸的銨鹽、酰胺、油泥等沉澱物。
3. 熱穩定性
冷凍機油在制冷壓縮機內會遇到很高的溫度，特別是在壓縮機閥片的排氣口附近，溫度有時高達160℃。熱穩定性差的油會在此處發生分解產生積炭及其他分解物，從而阻礙閥片的運動並使制冷效果降低。
冷凍機油的熱穩定性與油的類型、裝置的結構等因素有關。一般來說，石蠟基和烷基苯冷凍機油的熱穩定性高，環烷基冷凍機油的熱穩定性較差。表3所示的是冷凍機油的類型和熱穩定性的關係。
表3 全封閉冷凍機油的熱穩定性
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油的類型
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熱穩定性（最高使用溫度℃）
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環烷基油
石蠟基油（高芳烴含量）
石蠟基油（低芳烴含量）
石蠟基油 + 烷基苯
烷基苯
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120
130
160
160
160
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積炭的產生還與油品的閃點和揮發性有關。揮發性高、閃點低的油易在高溫閥片處揮發、變粘而生成積炭。一般來說，冷凍機油的閃點應比制冷壓縮機的最高排氣溫度高20-30℃左右。
4. 低溫性能
不同的制冷劑在冷凍機油中有着不同的溶解特性。
表4顯示了各種制冷劑與冷凍機油的互溶性關係。
表4 冷凍機油與制冷劑的互溶性
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完全溶解
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部分溶解
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基本不溶
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溶解度大
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溶解度適中
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溶解度小
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R11
R12
R21
R113
R500
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R13B1
R501
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R22
R114
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R13
R14
R115
R152A
RC314
R502
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氨
CO2
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由於不同制冷劑與油的溶解性不同，在制冷循環系統的低溫區發生的情形不同，因此對冷凍機油低溫性能的要求就會隨着冷凍機所採用的制冷劑的變化而有所不同。現分述如下：
（1）低溫流動性——難溶于油的制冷劑
從制冷循環系統的蒸發器出口到壓縮機的入口，很容易發生因油的低溫流動性差而發生的一系列的問題。特別是對含有難以在冷凍機油中溶解的R502、R503、R13和氨的制冷系統來說，如果油的凝點過高，當其隨制冷劑進入制冷系統后，就會在蒸發器盤管等低溫部位滯留或凝固，嚴重時甚至會堵塞管道使設備不能正常運轉。因此，品質優良的冷凍機油要有較低的凝點和良好的低溫流動性。一般用凝點、傾點和U型管流動性來評價和衡量冷凍機油的低溫流動性。
（2）溶解性——與油部分溶解的制冷劑
與油只能部分相溶的氟里昂制冷劑會隨着系統溫度的降低發生制冷劑與油的分離，由於油的密度較小而浮在制冷劑之上，此時如啟動壓縮機，因底部制冷劑層的粘度過小，將造成滑動部件燒結或機體的異常振動。另外，由於油與制冷劑相分離，還會在蒸發器和冷凝器等低溫區造成回流困難和影響傳熱效率等問題。因此，油與制冷劑一定要有較好的相溶性，油-制冷劑相分離的溫度盡可能地低，以保証制冷壓縮機的正常運轉。
油與制冷劑的相溶性受制冷劑的類型和冷凍機油的組分、結構及粘度的影響。一般來說，烷基苯型合成油與制冷劑的相溶性最好，環烷基油次之，石蠟基冷凍機油的相溶性最差。
（3）絮凝點
表4中的R12、R11等氟里昂制冷劑與冷凍機油是完全溶解的，降低溫度也不會發生劑油相分離的情況。但是油中的石蠟基組分在此類氟里昂中的溶解性差，常在溫度到達冷凍機油的傾點以前從油-制冷劑的均一溶液中絮凝出來，造成毛細管和膨脹閥堵塞，使制冷劑的循環中斷。因此，用於R12一類制冷劑系統中的冷凍機油必須盡可能地不含石蠟組分，以保証油品具有較低的絮凝點。表5為不同類型的冷凍機油的低溫特性。
表5 冷凍機油的類型和它們的低溫特性
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石蠟基油（脫蠟）
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石蠟基油（深冷脫蠟）
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低精製環烷基油
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高精製環烷基油
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烷基苯（硬性）
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相對密度（15℃/4℃）
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0.867
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0.869
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0.918
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0.888
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0.870
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運動密度（40℃），mm2/s
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31.6
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33.4
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29.3
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32.8
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33.0
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傾點，℃
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-15
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-30
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-37.5
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-37.5
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-42.5
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絮凝點，℃
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> -30
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-50
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-60
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-40
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< -75
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臨界溶解溫度（20%油），℃
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30
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> 30
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-12
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18
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< -60
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能適應各種制冷劑的、性能優良的冷凍機油必須兼備上述3種特性，即既要有優良的低溫流動性，又要有較低的絮凝點以及與各種制冷劑有較好的相溶性。
5. 潤滑性
相對來講，制冷壓縮機對冷凍機油潤滑性能的要求是比較緩和的，這是由於制冷劑特別是氟里昂制冷劑在邊界潤滑條件下起到了極壓添加劑的作用。但是今年來隨着壓縮機的小型化、輕量化、高速和旋轉化，對冷凍機油油品的潤滑性能提出了越來越高的要求。Falex極壓負荷從1335-1880N（300-400 lb）提高到3115N（700 lb），幾乎增加了1倍。只有加入潤滑添加劑才能使冷凍機油的潤滑性能有明顯的改進及滿足上述苛刻的要求。
另外，由於冷凍機油在制冷劑環境中使用，因此不僅要注意油本身的潤滑性，還要考慮油與制冷劑相溶后因粘度降低所帶來的潤滑問題。
6. 水分
冷凍機油對水分的要求十分嚴格，尤其是用氟里昂做制冷劑的全封閉和半封閉制冷壓縮機油，其含水量一般不得超過35×10-6。含水量超過100×10-6就要做報廢處理。制冷循環系統中即使只有少量水分存在，也會在節流裝置中產生冰塞現象和導致冷凍機油過早的產生絮凝物（表6）。
表6 含水量對SR-32A合成冷凍機油絮凝點的影響
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含水量，10-6
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180
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88
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71
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18
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絮凝點，℃
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-50
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-52
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-55
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-64
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在高溫時，水分還會降低油的穩定性，在金屬的催化下促使氟里昂分解。另一方面，油中的水還會降低冷凍機油的絕緣性能（表7）。
表7 含水量對RS-32A合成冷凍機油絕緣強度的影響
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含水量，10-6
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100
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61
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20
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絕緣強度，kV
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10
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26.6
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51.4
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合格的冷凍機油必須有盡可能少的含水量。一般採用卡爾費休（微庫侖儀）法測定冷凍機油的微量水分。
氨制冷系統對水分的要求也很嚴格。溶有水分的氨能使油發生乳化，並在油箱內產生大量泡沫。這不僅降低油的潤滑性，而且使潤滑系統不能正常供油，導致壓縮系統磨損和發生故障。
另外，水溶解于氨后，生成化學活性較強的氫氧化銨，這種碱性化合物不僅腐蝕金屬部件，而且促使油品變質。
廣州機械科學研究院檢測所（簡稱廣研檢測），擁有機械工業油品檢測評定中心和廣州機械科學研究院設備潤滑與磨損狀態監測中心兩個專業檢測機構，是國內最早從事油品檢驗評定、設備潤滑磨損狀態監測及故障診斷技術研究機構之一。
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