Onderzoek naar optimalisatie coalescente olieafscheiders voor compressoren

9 november 2020

Goed oliebeheer in de compressor is cruciaal voor het functioneren van koelprocessen. Wetenschappers hebben onderzocht hoe coalescerende olieafscheiders kunnen worden geoptimaliseerd. 

Goed oliebeheer in de compressor is van essentieel belang voor het optimaal functioneren van koelprocessen. Olie in de compressor is nuttig voor smering en afdichting, maar zodra de olie in andere systeemcomponenten terechtkomt, leidt dat tot ongewenste neveneffecten, zoals een hogere drukval, een lagere warmteoverdrachtscoëfficiënt en in sommige gevallen stromingsproblemen van het koudemiddel naar de warmtewisselaar.

Oliecirculatie buiten de compressor verminderen
Om compactere systemen te kunnen bouwen, wordt steeds vaker een in de compressor geïntegreerde oliescheider toegepast die de externe olieafscheider moet vervangen. In koelsystemen kan een coalescente olieafscheider de circulatie van olie buiten de compressor aanzienlijk verminderen. Onderzoekers van een Amerikaanse universiteit hebben de coalescentie van olie onderzocht. Ze bestudeerden dit fenomeen aan de hand van analytische modellen en stromingsvisualisatie die zichtbaar zijn gemaakt met behulp van een hogesnelheidscamera.

Details van de olienevel
Dankzij de camera werden details van de olienevel getoond die de olieafscheider inkomt en uitgaat, inclusief de verdeling van de druppelgrootte, de olievolumefractie, het uiteenvallen van de olielaag, en het botsen, opvangen en opnieuw meevoeren van oliedruppeltjes. In hun onderzoek lieten de wetenschappers zien hoe coalescerende olieafscheiders functioneren en hoe zij kunnen worden verbeterd.

Hogere dampsnelheid, lagere scheidingsefficiëntie
Uit de uitgevoerde experimenten blijkt dat de scheidingsefficiëntie afneemt als de dampsnelheid toeneemt. Deze constatering wordt verklaard door de fijne verneveling, de hogere belasting van de oliestroom en een verhoogde kans op het opnieuw meesleuren van oliedeeltjes bij een hogere snelheid. Bij een hogere dampsnelheid neemt de drukval ook toe, wat de consequentie is van een compactere scheidingsstructuur. Bij een constant volume kunnen slechts weinig olieafscheiders zowel een hoge scheidingsefficiëntie als een lage drukval bereiken.

Massabalans van in- en uitstromende olienevel
Volgens de studie kan een oliescheidingsmodel worden gebaseerd op de massabalans van de in- en uitstromende olienevel in de coalescente olieafscheider, omdat deze in alle gevallen constant is. Aan de hand van een meerlaagsmodel voorspellen de onderzoekers de scheidingsefficiëntie van meerdere afscheidingsmodellen, waarbij ze rekening houden met de eigenschappen van de instromende olienevel.
Voor de gespecificeerde scheidingsgeometrie berekenen de wetenschappers de scheidingsefficiëntie als een functie van de oppervlaktesnelheid van de damp en de doorsnede van de druppels.

Empirisch rekenmodel levert ‘acceptabele resultaten’
Uit vergelijkingen met experimentele metingen van onder meer de drukval en de gemiddelde diameters van de oliedruppeltjes, waarbij gebruik wordt gemaakt van koudemiddel R134a en PAG-olie, blijkt dat dit gedeeltelijk empirische rekenmodel acceptabele resultaten oplevert die het mogelijk maken om het ontwerp van coalescente olieafscheiders voor verschillende compressoren te verbeteren.