Das Problem des Ölrücklaufs bei Kältekompressoren ist seit jeher ein viel diskutiertes Thema in der Kältetechnik. Heute geht es um den Ölrücklauf bei Schraubenkompressoren. Generell ist der unzureichende Ölrücklauf bei Schraubenkompressoren hauptsächlich auf die Vermischung von Schmieröl und Kältemittel während des Betriebs zurückzuführen. Im Betrieb der Kälteanlage vermischen sich Kältemittel und Schmieröl, wodurch das Schmieröl in Form von Aerosolen und Tröpfchen in den Kondensator gelangt. Ist der Ölabscheider nicht effektiv oder die Systemauslegung mangelhaft, führt dies zu einer unzureichenden Ölabscheidung und somit zu einem geringen Ölrücklauf.
1. Welche Probleme entstehen durch unzureichende Ölrückführung?
Der unzureichende Ölrücklauf des Schraubenkompressors führt dazu, dass sich große Mengen Schmieröl in der Verdampferleitung ansammeln. Sobald ein bestimmter Ölfilm entsteht, wird die Kühlung des Systems beeinträchtigt. Dies führt zu einer immer stärkeren Ansammlung von Schmieröl im System, wodurch ein Teufelskreis entsteht, der die Betriebskosten erhöht und die Betriebssicherheit verringert. Im Allgemeinen dürfen weniger als 1 % des Kältemittelgasstroms mit einem Öl-Luft-Gemisch im System zirkulieren.
2. Lösungen für geringe Ölerträge:
Es gibt zwei Möglichkeiten, das Öl zum Kompressor zurückzuführen: Entweder führt man das Öl zum Ölabscheider zurück oder man führt es über die Luftrückführungsleitung zurück.
Der Ölabscheider ist am Abgasrohr des Kompressors installiert und scheidet üblicherweise 50–95 % des Betriebsöls ab. Die Ölrückführung ist effektiv und schnell, wodurch die Menge an Öl, die in die Systemleitungen gelangt, deutlich reduziert und somit die Betriebsdauer ohne Ölrückführung effektiv verlängert wird.
Bei Kälteanlagen in Kühlhäusern mit besonders langen Rohrleitungen, gefluteten Eismaschinen und Gefriertrocknungsanlagen mit sehr niedrigen Temperaturen ist es nicht ungewöhnlich, dass nach dem Anfahren der Maschine zehn oder sogar mehrere zehn Minuten lang kein oder nur sehr wenig Öl zurückfließt. Ein defektes System führt in diesem Fall zum Abschalten des Kompressors aufgrund des niedrigen Öldrucks. Der Einbau eines hocheffizienten Ölabscheiders in diese Kälteanlage kann die Betriebszeit des Kompressors ohne Ölrücklauf erheblich verlängern, sodass der Kompressor die kritische Phase des fehlenden Ölrücklaufs nach dem Anfahren sicher übersteht. Das nicht abgeschiedene Schmieröl gelangt in das System und zirkuliert zusammen mit dem Kältemittel in den Leitungen, wodurch ein Ölkreislauf entsteht.
Nachdem das Schmieröl in den Verdampfer gelangt ist, trennt sich ein Teil davon aufgrund der niedrigen Temperatur und der geringen Löslichkeit vom Kältemittel. Gleichzeitig ist die Temperatur niedrig und die Viskosität hoch, wodurch das abgetrennte Schmieröl leicht an den Rohrinnenwänden anhaftet und nur schwer abfließt. Je niedriger die Verdampfungstemperatur, desto schwieriger ist die Rückführung des Öls. Daher müssen die Verdampfungs- und Rücklaufleitungen so konstruiert sein, dass die Ölrückführung optimal funktioniert. Üblicherweise wird hierfür eine absteigende Rohrleitungsführung verwendet und eine hohe Luftgeschwindigkeit sichergestellt. Bei Kälteanlagen mit besonders niedrigen Temperaturen werden neben hocheffizienten Ölabscheidern in der Regel spezielle Lösungsmittel zugesetzt, um ein Verstopfen der Kapillarrohre und Expansionsventile durch Schmieröl zu verhindern und die Ölrückführung zu verbessern.
In der Praxis treten häufig Ölrücklaufprobleme auf, die durch eine fehlerhafte Auslegung des Verdampfers und der Rücklaufleitung verursacht werden. Bei R22- und R404A-Systemen ist der Ölrücklauf des überfluteten Verdampfers besonders schwierig, weshalb die Auslegung der Ölrücklaufleitung äußerst sorgfältig erfolgen muss. Der Einsatz hocheffizienter Ölabscheider kann die in die Systemleitung gelangende Ölmenge deutlich reduzieren und die Zeit, in der nach dem Anfahren der Maschine kein Öl mehr in die Rücklaufleitung gelangt, effektiv verlängern.
Wenn der Kompressor höher als der Verdampfer angeordnet ist, ist ein Ölrücklaufbogen im vertikalen Rücklaufrohr erforderlich. Der Ölrücklaufkondensator sollte möglichst kompakt sein, um Ölablagerungen zu minimieren. Der Abstand zwischen den Ölrücklaufbögen muss angemessen sein. Bei einer großen Anzahl von Ölrücklaufbögen ist die Zugabe von Schmieröl ratsam. Besondere Vorsicht ist bei den Rücklaufleitungen von Systemen mit variabler Last geboten. Bei sinkender Last verringert sich die Rücklaufgeschwindigkeit der Luft, was die Ölrückführung beeinträchtigt. Um die Ölrückführung auch bei geringer Last zu gewährleisten, kann das vertikale Saugrohr mit einem Doppelsteigrohr versehen werden.
Darüber hinaus ist häufiges Anlaufen des Kompressors nicht förderlich für den Ölrücklauf. Da die kontinuierliche Betriebszeit sehr kurz ist, stoppt der Kompressor, und es bleibt keine Zeit, einen stabilen Hochgeschwindigkeitsluftstrom in der Rücklaufleitung aufzubauen. Dadurch verbleibt das Schmieröl in der Leitung. Ist die Rücklaufmenge geringer als die Betriebsmenge, kommt es zu Ölmangel im Kompressor. Je kürzer die Laufzeit, je länger die Leitung und je komplexer das System, desto ausgeprägter ist das Problem des Ölrücklaufs. Daher sollte der Kompressor unter normalen Umständen nicht zu oft angelaufen werden.
Ölmangel führt zu gravierenden Schmierproblemen. Die Ursache liegt nicht in der Leistung oder Drehzahl des Schraubenkompressors, sondern im unzureichenden Ölrücklauf des Systems. Ein Ölabscheider kann das Öl schnell zurückführen und die Betriebsdauer des Kompressors ohne Ölrücklauf verlängern. Die Auslegung von Verdampfer und Rücklaufleitung muss den Ölrücklauf berücksichtigen. Wartungsmaßnahmen wie das Vermeiden häufiger Anläufe, regelmäßiges Abtauen, rechtzeitiges Nachfüllen von Kältemittel und der rechtzeitige Austausch von Verschleißteilen (z. B. Lagern) tragen ebenfalls zum Ölrücklauf bei.
Bei der Konstruktion einer Kälteanlage ist die Untersuchung des Ölrückführungsproblems unerlässlich. Nur unter Berücksichtigung aller Aspekte kann eine sichere und zuverlässige Kälteanlage gewährleistet werden.
Veröffentlichungsdatum: 21. Februar 2022
