CO2压缩机的若干关键技术问题

xiakecool

1 机械强度
) x; H: P3 w. n6 ^- S) r由于CO2跨临界循环在较高压力下运行，最高可达10MPa，最低也有3MPa左右，因此对压缩机零部件尤其是曲轴箱的耐压性能要求较高，即在大压差下变形要小。在加工制造压缩机时应该进行材料强度和刚度的分析，如有必要需重新设计。对螺杆压缩机来说，其轴和阴阳转子必须考虑耐压，由此其阴阳转子的齿数对有可能需要改变。
% H3 Z' z2 Z# P" M2 润滑油问题
$ D/ l% r# X) w+ ~( L5 g' O% GCO2跨临界循环系统选择润滑油面临许多困难：超临界状态的CO2容易溶解于润滑油中，稀释后的润滑油粘度会大大降低；压缩机承受压力负荷较高，润滑油膜可能会被流动的超临界状态的CO2破坏；润滑油膜可能会被溶解在润滑油中的CO2汽化所破坏；超临界状态的CO2可能会与润滑油发生化学反应及腐蚀。
. q2 G( ]; J1 `2.1 润滑油与CO2的混合性
超临界情况下CO2对于各种类型的碳氢化合物来说都是有效的溶剂，不管选择什么样的润滑油，都会由于CO2的溶解能力而产生润滑油携带。为了不妨碍传热，要保证润滑油能流回压缩机中去，这就使得低温流动性和混合性变得很重要。
CO2黏度很小。润滑油中溶解CO2后其溶液黏度与纯润滑油相比将显著降低，因此选择润滑油应根据稀释后的黏度而不是名义黏度。
$ X4 `7 v% b% v4 w& S如图16所示，为各种润滑油与CO2混合性限度。可见，POE润滑油表现出良好的混合性，而当CO2浓度很高时，PAG、烷基苯、PAO和矿物油就与CO2不能混合。
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) G8 e- c) T  _! W1 `# o2.2 润滑油的稳定性
润滑油老化会导致腐蚀、过滤器堵塞和系统效率下降。PAO和AB在CO2环境中是稳定的，润滑油既不老化也不与催化剂发生反应。PAG中为提高润滑能力加入的添加剂磷酸盐抗磨剂会老化，和PAG反应生成烷基磷酸盐并腐蚀铝，且老化产物有可能和铜与钢发生反应。POE会发生严重老化，POE老化产生的酸性物可能与金属反应，由于酸性物可促进酯的水解，而CO2溶解在酯润滑油的水分中而生成碳酸，可加速POE的老化。因此CO2压缩机中不适合采用POE。
5 C2 z* i9 s% q3 P  d. z2.3 润滑油对密封性能的影响
通过用在软管套头或封层上的弹性材料的泄漏量（泄漏），以及在系统显著释压之后，在合成橡胶表面上会出现起泡和破裂现象（爆发性减压），在制冷剂损失方面对CO2循环的运行有着极大的影响。对橡胶来说，与其他气体如N2，O2甚至H2相比，由于CO2有很强的溶解性，所以它的泄漏量要大的多；而CO2在同样的橡胶中的扩散率很低，这导致了爆发性减压后材料的破坏。
' Y, D7 {8 P0 Z( r, C) x由于充满CO2的箱体在高压下的快速排气可能会由于压缩机、阀门或弹性软管中爆发性减压阻抗不足而导致橡胶破坏，在部件应用中的主要标准是爆发性减压效应。即使和NBR或其他橡胶相比，FKM在80℃下的渗透率并没有太明显的不同，如图17所示，最重要的优势是它广泛的适用范围和几乎可以忽略的爆发性减压效应。

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临近40℃的临界点时，渗透系数比预料的要高许多，而这种效应可以用出现在流体临界点附近的密度波动来解释，而这个密度波动加强了热传导和热扩散。氟化橡胶中的CO2的渗透过程比其他橡胶中扩散的作用大。
0 T5 u) y* f- K1 D因此，必须加强研究降低溶解率（S）和提高扩散率（D）。因为渗透过程是由D 和S 的乘积来决定的，所以只要溶解性能缩小同样的倍数，CO2在材料中扩散系数的增加就不会影响到渗透系数，但是爆发性减压效应发生的可能性就会大大增加。
2.4 润滑油的选择
* `4 L1 U- ?  S& z2 c, p6 T; mHsnhengLi和ThomasERajewski对CO2制冷系统中润滑油情况进行了实验研究。ChrisSeeton和JorgFahl也进行了CO2与油的混合物润滑的机械磨损实验。相关试验分析结果表明：聚乙二醇类润滑油（PAG）以其良好的粘温特性、长期稳定性和润滑性成为CO2系统的首选，酯类润滑油（POE）由于长期稳定性略差而稍逊一筹，聚烯烃类润滑油（PAO）也是一种可行的选择。总的来说，对于CO2跨临界循环系统润滑油的选择目前尚无定论。
3 摩擦泄漏问题
; |3 g$ P7 j" {2 l8 [" ]CO2工作压力高，会导致接触面间的摩擦增大，这种机械损失会消耗输入轴功，导致压缩机效率降低，同时摩擦生热被工质吸收，排气过热。CO2工作压差大，高低压差约有6MPa。通过对影响CO2压缩机工作过程各因素的分析，泄漏被确认为是影响压缩机性能的最主要的因素。在相同间隙量的情况下，大压差比小压差的泄漏要严重，因此应该合理控制摩擦副的间隙，使泄漏损失和摩擦损失之和最小。这样，一方面不至于使间隙过大，导致内部泄漏严重；另一方面也不会使间隙过小，导致摩擦损失太大。在开式压缩机中，轴封泄漏是目前阻碍其实用化的主要原因。
4 d; t" m2 S# M. p& E8 u5 d4 其他
9 `) X/ D: ~9 s* g高压下CO2对压缩机中的密封材料（如橡胶）有渗透性。当系统显著释压后，在合成橡胶表面会出现起泡和破裂现象（爆发性减压），使泄漏增加，因此需要考虑密封材料的选择。此外，压缩机系统的动态特性以及运转时振动噪声问题，也是CO2压缩机研究所面临的重要技术课题。
原文：.ecoair点cn/technicaldoc_view.asp?id=38

kehai1992

谢谢贡献，看看

nemli220

很好 又学习了

hjhcompressor

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