Optimiertes Ölmanagement für Verdichter

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1 S e i t e 1-5 Optimiertes Ölmanagement für Verdichter Grundvoraussetzung für die Ölversorgung von Kälteverdichtern ist die einwandfrei funktionierende Ölrückführung des Kältemaschinenöles aus der Anlage. Dabei ist während bzw. nach der Inbetriebnahme besonders von Verbundkälteanlagen auf die optimale Anlagenölmenge zu achten. Die Erstfüllmenge der Anlagen ist häufig nicht ausreichend! Die Ölmenge eines Verbundes ist die Summe aus der Ölfüllung aller Verdichter + Ölfüllung des Ölabscheiders und des Sammlers + im Kreislauf befindliches Öl (Rohrleitungssystem, Ölhebebögen, Verdampfer, Kondensator etc.). In Verbundanlagen können verschieden Ölreguliersysteme für die Ölversorgung der Verdichter zum Einsatz kommen. Generell unterscheidet man passive und aktive Systeme. Passive Ölstandregulierung Passive Systeme basieren auf dem Druckausgleich der saugseitigen Verdichtergehäuse. Konstruktiv kann eine gemeinsame Öl-Gasausgleichsleitung oder ein getrennt ausgeführter Öl-und Gasausgleich verwendet werden. Bei der jeweiligen Ausführung sind die Regeln der Technik zu beachten und in Bezug auf die spätere funktionssicherheit der Anlage unter Betriebsbedingungen zu prüfen. (Bild 1) Beispiel Passiver Ölausgleich Aktive Ölstandregulierung Mechanische Systeme: Die aktive Regelung kann mit mechanischen (Bild 2) oder elektronischen (Bild 3) Ölspiegelregulatoren ausgeführt werden.

2 S e i t e 2-5 (Bild 2) Mechanischer Ölspiegelregulator (ESK-Schultze) (Bild3) Elektronischer Ölspiegelregulator (DEKA Controls) Das aktive System beinhaltet einen Ölabscheider, einen Ölsammler und einen Ölspiegelregulator für jeden Verdichter im Verbund (zusätzlich ein Öldifferenzdruckventil bei Niederdrucksystemen). Die mechanischen Ölspiegelregulatoren haben ein Schwimmersystem mit Nadelventil eingebaut. Beim Erreichen eines zu niedrigen Ölstands im Verdichter wird das Nadelventil geöffnet und Öl gelangt in den Verdichter. Dadurch steigt der Ölstand im Verdichter und das Ventil wird beim Erreichen des normalen Ölstands wieder geschlossen. Diese Systeme regeln im Normallfall den Ölstand auf die Mitte des Kompressorschauglases. Es gibt jedoch auch Regler die in einem bestimmten Bereich auf einen anderen Ölstand einstellbar sind. Diese Systeme bieten jedoch bei zu niedrigem Ölstand keine Alarmausgabe bzw. Verdichterabschaltung. Auch können solche Systeme nur bei Niederdrucksystemen eingesetzt werden und müssen daher zusätzlich ein Differenzdruckventil verwenden. Tendenziell geht die Entwicklung in Richtung Hochdruckanwendung in Verbindung mit elektronischen Reglern. Hierbei kommt es zu einer Reduzierung von Bauteilen, der separate Ölsammler und das Differenzdruckventil entfallen. Dadurch wird der Aufbau einfacher und kostengünstiger. Elektronische Systeme: Elektronische System bieten die nach neuestem Stand der Technik geforderten Sicherheitsfunktionen an und können sowohl bei Niederdrucksystemen (Bild 4) als auch bei Hochdrucksystemen (Bild 5) verwendet werden. Die elektronischen Systeme können generell in optische und mit Schwimmern ausgerüstete Systeme unterteilt werden. Die Unterschiede dieser beiden liegen in der Art der Messung des aktuellen Ölstands. Bei optische Systemen wird der Ölstand punktuell (z.b. alle 10 oder 30 Sek.) gemessen während bei Schwimmersystemen der Ölstand permanent gemessen wird (z.b. 2 mal/pro Sek.) was hier zu einer genaueren Regelung führt. Der Regler kennt zu jeder Zeit den aktuellen Ölstand. Außerdem bietet das Schwimmersystem wesentlich mehr Möglichkeiten bezüglich der Programmierung. Hierbei können folgende Einstellungen angepasst werden:

3 S e i t e Zu regelnde Ölstandshöhe wählbar 2. Regelung des Alarmniedrigstand wählbar 3. Zeitverzögerung wählbar 4. Regelung des Alarmhochstand wählbar Diese Flexibilität favorisiert die mit Schwimmern ausgerüsteten Regler, da anwendungstechnische Abstimmungen möglich sind. Ein weiterer Vorteil des Schwimmersystems besteht darin, dass sie weder durch Lichteinfall noch durch verschmutztes Öl in der Regelung gestört werden können. Auch eventuell aufschäumendes Öl beeinflusst Schwimmersysteme nicht. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Systeme den Alarmzustand auf der Basis des effektiven Ölstands generieren, während die optischen Systeme in diesem Fall nur zeitgesteuert funktionieren können. (Bild 4) Niederdrucksystem (Bild 5) Hochdrucksystem DS-485 TA-30SS DS-485 TA-30SS SIB SIB TA-7SS TOR TA-7SS = 1,5 bar ORV D 052 Ausführung des Verbundes als Satellitensystem Die elektronische Ölstandregelung wie bisher beschrieben funktioniert bei traditionellen Verbundsystemen völlig problemlos. Anders kann es sich bei Satellitensystemen gestalten. Hier werden verschiedene Verdampfungstemperaturen (z.b. Normalkühlung, Tiefkühlung und Klimabereich) auf Satellitensysteme aufgeteilt, die saugseitig zwar getrennt aber druckseitig gemeinsam auf eine Kondensationseinheit arbeiten. In der Regel gibt es hier zwei bekannte Konfigurationen: 1. Jeder Satellit besitz einen Ölabscheider sowie ein Ölreservoir (Bild6) 2. Jeder Satellit besitzt einen Ölabscheider, als Reservoir wird ein einzelner gemeinsam von den Satelliten genutzt (Bild 7). Auf den ersten Blick scheint die unter 1. aufgeführte Ölregelung optimal ausgeführt zu sein, jeder Kreis hat sein eigenes Ölsystem. Wie eingangs beschrieben stellt sich in einem verzweigten Rohrleitungssystem (wie hier) mit unterschiedlichsten Betriebsbedingungen der Ölwurf in die Anlage problematisch dar. Des Weiteren ist die Ölverteilung und damit die gezielte Ölrückführung in das

4 S e i t e 4-5 jeweils unabhängig arbeitende ( eigene ) Ölversorgungssystem der parallel geschalteten Verdichter problematisch. Bedingt durch Lastschwankungen innerhalb der Systeme kommt es zu einer unkontrollierten Ölverlagerung. Dadurch werden die ursprünglichen Ölvorräte der einzelnen Satellitensysteme unkontrolliert verteilt und es kann zu Ölmangel an einzelnen Satelliten kommen. Wird die letzte Verdichterstufe eines Verbundes leistungsgeregelt ausgeführt (durch Frequenzumrichter, Zylinderabschaltung etc.) um eine bessere Regelung zu gewährleisten, führt dies zusätzlich zu einer problematischen Ölverteilung im Kreislauf. (Bild 6) Satellitensystem mit separaten Ölkreisläufen Satellit -35 C Satellit -10 C Satellit Klima Um dieses zu vermeiden kann die unten abgebildete Konfiguration angewendet werden. Bei dieser wird, unabhängig von den jeweiligen Lasten der Satelliten, das umlaufende Öl in einem einzigen Sammler gespeichert. Von diesem Sammler werden dann alle Satelliten nach Bedarf mit Öl beliefert. (Bild 7) Satellitensystem mit gemeinsamem Ölsammelbehälter Satellit -33 C Satellit - 11 C Satellit - 7 C Satellit Klima ORV-035 Ölrücklauf

5 S e i t e 5-5 Das Differenzdruckventil Das Differenzdruckventil wird nur bei Niederdrucksystemen verwendet. Es sorgt dafür, dass der Ölvordruck einen bestimmten höheren Wert oberhalb des Saugdrucks hat, um eine Einspritzung über den Regler zu ermöglichen. Dieses Ventil bzw. die Anwendung dessen muss sorgfältig gewählt werden. Es sind folgende Parameter zu berücksichtigen um die Zuverlässigkeit der Ölversorgung zu gewährleisten: 1. Die Ölwurfrate der Verdichter 2. Das Alter bzw. Laufzeit der Verdichter (höhere Wurfrate mit steigender Laufzeit) 3. Die Verdampfungstemperatur (höhere Wurfrate bei niedrigen Verdampfungstemperaturen) 4. Durchflussleistung des Ölstandreglers 5. Druckabfälle in Leitungen Marktübliche Ventile gibt es mit Differenzdrücken von 1,5, 3 bar und 5 bar. Ölrückführung über die Saugleitung Bild 8 zeigt wie die Saugleitung bei Verbundbetrieb ausgeführt werden sollte (es gibt auch andere technische Lösungen) um das über die Saugleitung zurückkommende Öl auf die Verdichter zu verteilen. Hier haben die einzelnen Verdichter ein Schnüffelrohr integriert, das in der Dimensionierung der Kälteleistung des jeweiligen Verdichters angepasst ist. In der Regel wird diese Art bis max. 3 Verdichter pro Verbund angewendet. Hier ist zu berücksichtigen, dass diese Regelung bei Verdichtern mit gleicher Leistung einigermaßen zuverlässig funktioniert. Sind jedoch die Leistungen der Verdichter unterschiedlich können Probleme auftreten. Betrachtet man einen Verbund mit zwei unterschiedlichen Verdichtern (z.b. Leistung 5 und 10kW), wird bei Stillstand des 10kW Kompressors das gesamte Öl in der Saugleitung (von beiden Verdichtern) vom 5 kw Verdichter angesaugt, was zu einer Überfüllung führen kann. Um dies zu vermeiden muss eine aktive Regelung eingesetzt werden. Quelle: Bitzer KT602-2