コンプレッサーは高速運転を行う複雑な機械です。コンプレッサーのクランクシャフト、ベアリング、コネクティングロッド、ピストンなどの可動部品に十分な潤滑を確保することは、機械の正常な動作を維持するための基本要件です。そのため、コンプレッサーメーカーは指定されたグレードの潤滑油の使用を義務付け、潤滑油の油面と色の定期的な点検を要求しています。しかし、冷凍システムの設計、施工、保守における怠慢により、コンプレッサー内の油不足、油の炭化と劣化、液戻り希釈、冷媒フラッシング、劣悪な潤滑油の使用などがよく見られます。
1. 潤滑不足
摩耗の直接的な原因は、潤滑不足です。オイル不足は間違いなく潤滑不足を引き起こしますが、潤滑不足は必ずしもオイル不足によって引き起こされるわけではありません。
以下の3つの理由も、潤滑不足の原因となる可能性があります。
潤滑剤がベアリング面まで届かない。
潤滑油は軸受面に到達しているものの、粘度が低すぎるため、十分な厚さの油膜を形成できない。
潤滑油はベアリングの表面に到達しているものの、過熱により分解してしまい、潤滑作用を発揮できない。
悪影響：吸油網や給油パイプラインの詰まり、オイルポンプの故障などにより潤滑油の供給が阻害され、オイルポンプから遠い摩擦面に潤滑油が届かなくなります。吸油網やオイルポンプは正常でも、ベアリングの摩耗やクリアランスの過剰などにより油漏れや油圧低下が発生し、オイルポンプから遠い摩擦面に潤滑油が届かなくなり、摩耗や傷が生じます。
様々な理由（コンプレッサーの起動段階など）により、潤滑油のない摩擦面の温度は急速に上昇し、潤滑油は175℃を超えると分解し始めます。「潤滑不足→摩擦面高温→油分解」は典型的な悪循環であり、コネクティングロッドの固着やピストンの詰まりなど、多くの悪循環事故はこの悪循環に関連しています。バルブプレートを交換する際は、ピストンピンの摩耗を確認してください。
2. オイル不足
オイル不足は、コンプレッサーの故障の中でも最も容易に特定できるものの1つです。コンプレッサーのオイルが不足すると、クランクケース内に潤滑油がほとんど、あるいは全くなくなります。
コンプレッサーから排出された潤滑油が戻ってこない：潤滑油が戻ってこないと、コンプレッサーはオイル不足になる。
コンプレッサーからオイルを戻す方法は2つあります。
一つは油水分離器の戻り油です。
もう一つはオイル戻り管です。
オイルセパレータはコンプレッサーの排気配管に設置され、一般的に50～95%のオイルを分離でき、オイルの戻り効果が高く、速度も速いため、システム配管へのオイル流入量を大幅に削減し、オイル戻りのない運転時間を効果的に延長します。特に配管が長い冷蔵冷凍システム、水冷式製氷システム、極低温の凍結乾燥装置では、高効率オイルセパレータを設置することで、オイル戻りのないコンプレッサーの運転時間を大幅に延長できるため、コンプレッサーは起動後のオイル戻り危機段階を安全に通過できます。
分離されなかった潤滑油はシステム内に流入し、配管内で冷媒とともに流れ、オイルサイクルを形成する。
潤滑油が蒸発器に入った後：
一方、低温と低溶解性のため、潤滑油の一部が冷媒から分離される。
一方、温度が低く粘度が高いため、分離した潤滑油はパイプの内壁に付着しやすく、流れにくくなる。
蒸発温度が低いほど、オイルの回収は難しくなります。そのため、蒸発配管と回収配管の設計・施工は、オイルの回収を促進するものでなければなりません。一般的には、下降配管を採用し、空気流速を大きくすることが推奨されます。-85℃や-150℃といった極低温の医療用冷凍ボックスなど、超低温冷凍システムにおいては、高効率オイルセパレーターの選定に加え、潤滑油が毛細管や膨張弁を詰まらせるのを防ぎ、オイルの回収を促進するために、特殊な溶剤が添加されるのが一般的です。
実際の運用において、蒸発器や還気管の設計不良によるオイル戻り問題は珍しくありません。R22およびR404Aシステムでは、液浸式蒸発器のオイル戻りが非常に困難であるため、システムオイル戻り配管の設計には細心の注意が必要です。高効率オイル分離器を使用することで、システム配管へのオイル流入量を大幅に削減でき、起動後の還気管におけるオイル戻りのない時間を効果的に延長できます。
コンプレッサーが蒸発器よりも高い位置にある場合、垂直戻り配管に戻り油トラップが必要です。低負荷時の油戻りを確保するため、垂直吸込管には二重スタンドパイプを採用することができます。
コンプレッサーの頻繁な起動は、オイルの戻りを妨げます。連続運転時間が短いため、コンプレッサーが停止し、戻り空気管内に安定した高速気流が形成される時間がなく、潤滑油が管内に留まることになります。戻り油が供給油よりも少ない場合、コンプレッサーはオイル不足に陥ります。
除霜時には、蒸発器の温度が上昇し、潤滑油の粘度が低下するため、流動しやすくなります。除霜サイクル後、冷媒流量が高くなるため、捕捉されていた潤滑油はコンプレッサーに戻ります。冷媒漏れが多い場合、ガス戻り速度が低下します。速度が低すぎると、潤滑油が戻りガス配管内に滞留し、コンプレッサーに速やかに戻ることができなくなります。
油圧安全保護装置は、オイルがなくなると自動的に停止し、コンプレッサーを損傷から保護します。サイトグラスはありません。
完全密閉型コンプレッサー（ローターコンプレッサーやスクロールコンプレッサーを含む）および油圧安全装置を備えた空冷式コンプレッサーは、オイルが不足しても明らかな症状が現れず、停止もしないため、気づかないうちに摩耗してしまう。
コンプレッサーの騒音、振動、過電流は、オイル不足に関連している可能性があるため、コンプレッサーおよびシステムの運転状態を正確に判断することが非常に重要です。
3．結論
オイル不足の根本原因は、コンプレッサーのオイル消費量や消費速度ではなく、システムのオイル戻り不良です。オイルセパレーターを設置することで、オイルを迅速に戻し、オイル戻りのない状態でのコンプレッサーの運転時間を延長できます。蒸発器と戻り配管は、オイル戻りを考慮して設計する必要があります。頻繁な起動を避ける、霜取りのタイミングを計る、冷媒を適時に補充する、摩耗したピストン部品を適時に交換するなどのメンテナンス対策も、オイル戻りの改善に役立ちます。
液体の戻りや冷媒の移動は潤滑油を希釈するため、油膜の形成には好ましくない。
オイルポンプの故障やオイル回路の詰まりは、オイル供給と油圧に影響を与え、摩擦面へのオイル不足を引き起こします。
摩擦面の高温は潤滑油の分解を促進し、潤滑油の潤滑能力を低下させる。
これら3つの問題による潤滑不足は、コンプレッサーの損傷につながることがよくあります。オイル不足の根本原因はシステムにあります。コンプレッサーや一部の付属品を交換するだけでは、オイル不足の問題を根本的に解決することはできません。
したがって、システム設計と配管工事では、システムのオイル戻り問題を考慮しなければなりません。さもなければ、際限のないトラブルが発生します。例えば、設計および施工時には、蒸発器の空気戻り管にオイル戻り曲がりを設け、排気管には逆止曲がりを設けます。すべての配管は流体の方向に沿って、常に下り坂になるようにし、勾配は0.3～0.5%とします。
投稿日時：2022年12月26日
