Schadensbildanalyse bei Verdichtern (Teil 2)

08.09.2017 | Veröffentlicht in Ausgabe 09-2017

Kondensiertes Kältemittel - © Alle Bilder: Danfoss — © Alle Bilder: Danfoss

Kondensiertes Kältemittel

Der erste Artikel dieser dreiteiligen Serie über Problemlösungen bei gängigen Ausfallursachen von Verdichtern ging auf Ausfälle durch Ansaugen von flüssigem Kältemittel ein. Wie bereits im vorherigen Bericht erwähnt, ist der Verdichter nur ein Teil eines Systems, und daher ist es wichtig, verschiedene Faktoren für ein einwandfreies Funktionieren zu beachten. Ein weiterer, gängiger Grund für Verdichter-ausfälle ist kondensiertes Kältemittel im Ölsumpf beim Verdichterstart. Stephan Bachmann, Offenbach

Ursache dafür ist die Verflüssigung von Kältemittel im Verdichteröl. Das kann in den verschiedensten Systemen vorkommen, da der Dampfdruck des Kältemittels höher als der des Öls ist. Das Kältemittel verlagert sich im System und verflüssigt sich im Verdichteröl, wenn dies die kälteste Stelle ist.

Kurbelwannenheizungen können dazu beitragen, dieses Problem zu verhindern, vorausgesetzt die Heizung ist so ausgelegt, dass die Öltemperatur mindestens auf 10 K über der Umgebungstemperatur (in der sich der Verdichter befindet) angehoben wird. Besonders bei niedrigen Umgebungstemperaturen kann eine zusätzliche Kurbelwannenheizung (in Extremfällen sogar eine Isolierhaube) zweckmäßig sein, um mindestens diese Temperaturdifferenz gewährleisten zu können (Bild 1).

Lange Stillstandszeiten

Auch lange Anlagenstillstände können Ursache dieses Problems sein, besonders nachts und an Wochenenden, wenn die Kälteanlage eine nur geringe Laufzeit aufweist und die Wärmelast niedrig ist. Auch bei Klima-Anwendungen können solche Fälle auftreten, besonders während der Wintermonate, in denen es nur kurze Betriebszeiten gibt und die Wärmelast fehlt. Umso länger der Anlagenstillstand dauert, umso höher ist das Risiko, dass Kältemittelflüssigkeit durch das System wandert. Umso kälter das Öl ist, umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich Kältemittelflüssigkeit im Öl ansammelt.

Ausfallszenario

Bei Stillstand des Verdichters kühlt sich dessen Öltemperatur langsam ab. Das dampfförmige Kältemittel wandert stets zum kältesten Abschnitt des Systems.

Handelt es sich dabei um den Verdichter, beginnt sich das Kältemittel im Verdichter zu verflüssigen und das Öl vermischt sich mit dieser Flüssigkeit. Mit fortschreitender Sättigung des Öls stellt sich eine gewisse Schichtung der Öl-/Flüssigkeitsmischung ein. Umso länger der Verdichter stillsteht, umso mehr Kältemittelflüssigkeit kondensiert im Verdichter (Bild 2a, 2b, 2c).

Wenn der Verdichter anläuft, fällt der Druck im Kurbelgehäuse rapide ab. Das führt dazu, dass die Flüssigkeit im Ölsumpf explosionsartig aus dem Öl herauskatapultiert wird. Dies führt zu einem Aufschäumen des Öls und gleichzeitig dazu, dass Kältemittel und Öltropfen im Verdichter nach oben geschleudert werden. Abhängig vom Grad der Verdünnung des Öls durch Kältemittel wird das Öl-/Flüssigkeitsgemisch vom Verdichter angesaugt und gelangt so in die Lager und Zylinderbohrungen etc. (Bild 3a, 3b, 3c).

Die Schmierfähigkeit des Öls, das immer weiter durch flüssiges Kältemittel verdünnt wird, wird beeinträchtigt. Wenn das mit Flüssigkeit angereicherte Öl durch die Kurbelwelle nach oben gefördert wird, um die Lager, Pleuel und Zylinderwandungen zu schmieren, beginnt das Kältemittel im Öl durch die auftretende Reibung zu verdampfen. Damit ist das Öl nicht mehr in der Lage, seine Aufgabe zu erfüllen. Das Hauptlager und die Pleuel, die am weitesten von der Ölansaugstelle entfernt sind, sind am schnellsten von der Mangelschmierung be-troffen. Die Folge sind Fressungen an diesen Bauteilen. Bei Verdichtern mit relativ schwachem Motor, z. B. Tiefkühlverdichter, führt eine Fressung an den großen Pleuel-Augen oder an Kolben/Zylinder meist zu einer Blockierung der Kurbelwelle. Damit bleibt der Verdichter stehen und kann nicht mehr anlaufen. In Anlagen mit besonders starken Verdichtermotoren, z. B. in Wärmepumpen, schafft es dieser oft noch, die Kurbelwelle weiterzudrehen, obwohl sie durch das Pleuel blockiert ist. Das führt dazu, dass die aus Aluminium gefertigten Pleuel brechen. Die dadurch entstehenden Metallbruchstücke werden im Verdichter umhergeschleudert und zerstören dabei nicht selten die Motorwicklungen. Damit ist ein Durchbrennen des Motors und somit auch ein elektrischer Schaden des Verdichters vorprogrammiert. Ein überfluteter Anlauf kann meist durch einen relativ hohen Ölstand im Ölschauglas erkannt werden. Während des Anlaufvorgangs schäumt das Öl auf. Umso länger das Schäumen dauert, umso größer ist die Gefahr von vorzeitigem Verschleiß und Beschädigungen (Bild 4, 5, 6).

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