Analysis of Surface Roughness of Refrigeration Compressor Friction Nodes Due to Insufficient Lubrication

• Autorzy: Górny Kasper , Stachowiak Arkadiusz , Tyczewski Przemysław , Zwierzycki Wiesław

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.8425

Warianty tytułu

PL

Analiza chropowatości powierzchni elementów węzłów tarcia sprężarek chłodniczych wskutek niewystarczającego smarowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents an attempt to evaluate the roughness profiles of the components of the friction nodes in refrigeration compressors due to insufficient lubrication. The damaging impact on the compressor operation under various unfavorable operating conditions, including with little or no lubricant at all, was analyzed for a real refrigeration system using a dedicated test stand. The Embraco Aspera NE9213GK refrigeration compressor used was originally filled in by the manufacturer with a polyester lubricant; for the purpose of the study, the R407C lubricant was applied. An accelerated damage-controlled procedure was carried out on the compressor by reducing the amount of lubricant in subsequent operating cycles of the system. The amount of oil was adjusted by removing lubricant during shutdown periods using a dedicated spigot in the body of the semi-hermetic compressor casing. The testing continued until the refrigeration compressor seized up. The test stand was used to analyze electrical power measurements at the time of intentional damage to the compressor caused as a result of forced absence of lubrication. Additionally, the authors analyzed surface roughness profiles of the compressor sliding elements prone to wear, including crankshaft journals, piston surface, and a cylinder surface.

PL

W artykule przedstawiono próbę oceny profili chropowatości elementów węzłów tarcia sprężarek chłodniczych wskutek niewystarczającego smarowania. Proces uszkodzenia rzeczywistej sprężarki zrealizowano na stanowisku na bazie rzeczywistego układu chłodniczego. Stanowisko umożliwia odzwierciedlanie różnych niekorzystnych warunków pracy instalacji, w tym pracę sprężarki w różnych ilościach oraz przy braku środka smarnego. Wykorzystana sprężarka chłodnicza Embraco Aspera NE9213GK została napełniona przez producenta poliestrowym środkiem smarnym, a rzeczywista instalacja czynnikiem chłodniczym R407C. Przeprowadzono przyspieszoną procedurę kontrolowanego uszkodzenia sprężarki przez zmniejszanie ilości środka smarnego w kolejnych cyklach pracy instalacji. Ilość oleju regulowano poprzez usuwanie środka smarnego podczas postoju za pomocą dedykowanego króćca w korpusie semihermetycznej obudowy sprężarki. Testy kontynuowano aż do zatarcia sprężarki chłodniczej. Wykonano analizę pomiaru mocy elektrycznej przez stanowisko badawcze podczas celowego uszkadzania sprężarki wskutek wymuszania efektu braku smarowania. Dodatkowo przeprowadzono analizę profili chropowatości powierzchni najczęściej zużywających się elementów ślizgowych sprężarki: czopów wału korbowego, powierzchni tłoka, powierzchni cylindra.

Słowa kluczowe

EN

surface roughness; insufficient lubrication; refrigeration compressor

PL

chropowatość powierzchni; niewystarczające smarowanie; sprężarka chłodnicza

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 2
• Strony: 21--30
• Opis fizyczny: Bibliogr.18 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Górny Kasper

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Piotrowo 3 Street, 60-965 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5551-2690

autor

Stachowiak Arkadiusz

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Piotrowo 3 Street, 60-965 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4170-6507

autor

Tyczewski Przemysław

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Piotrowo 3 Street, 60-965 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7771-7091

autor

Zwierzycki Wiesław

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Piotrowo 3 Street, 60-965 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9950-4799

Bibliografia

• 1. Akram, M. W., Polychronopoulou, K., Polycarpou, A.A.: Lubricity of environmentally friendly HFO1234yf refrigerant. Tribol. Int. 57, 2013, pp. 92–100. DOI:10.1016/J.TRIBOINT.2012.07.013.
• 2. Górny, K., Stachowiak, A., Tyczewski, P., Zwierzycki, W.: 2016. Lubricity evaluation of oilrefrigerant mixtures with R134a and R290, Int. J. Refrigeration 69, p. 261–271. DOI:10.1016/J. IJREFRIG.2016.06.011.
• 3. Górny K., Stachowiak A., Tyczewski P., Zwierzycki W.: Lubricity of selected oils in mixtures with therefrigerants R452A, R404A, and R600a, Tribology International 134 (2019), pp. 50–59. DOI:10.1016/J. TRIBOINT.2018.12.033.
• 4. Górny K., Stachowiak A., Tyczewski P., Zwierzycki W.: Mixtures of Lubricants and Ecological Refrigerants under Starved Lubrication Conditions, Materials, 2022, Volume 15, Issue 21, p. 7747. DOI:10.3390/ma15217747.
• 5. Jin, S., Hrnjak, P.: Refrigerant and lubricant charge in air condition heat exchangers: Experimentally validated model (2016) International Journal of Refrigeration, 67, pp. 395–407. DOI:10.1016/J. IJREFRIG.2016.01.002.
• 6. Lorenzo Cremaschi, Yunho Hwang, Reinhard Radermacher: Experimental investigation of oil retention in air conditioning systems. International Journal of Refrigeration 28 (2005), pp. 1018–1028. DOI:10.1016/J.IJREFRIG.2005.03.012.
• 7. Liu, Xuan and Hrnjak, Pega: "Oil Effects On Performance Of Automobile A/C System" (2016). International Refrigeration and Air Conditioning Conference. Paper 1648.
• 8. Wang, T., Long, J., Li, W., Shi, J., Chen, J.: Experimental evaluation of electric vehicle compressor lubricating oil robustness for heat pump application. (2021) International Journal of Refrigeration, 128, pp. 53–61. DOI:10.1016/J.IJREFRIG.2021.04.005.
• 9. Radaideh J.S.: Comparison study of wear resistance in reciprocating compressors for small cooling machines. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development. Vol. 9, Issue 1, 2019, pp. 297–304. DOI:10.24247/ijmperdfeb201929.
• 10. Xin Wang, Syed Angkan Haider, Pega Hrnjak, Stefan Elbel: Transient Oil-refrigerant Mixture Migration and Change of Properties at Compressor Shutdown. (2022). International Refrigeration and Air Conditioning Conference, p. 2358.
• 11. Dongrui Wang, Jinquan Sun, Qingkun He, Jinwei Si, Tong Shi , Fujie Li, Jie Yang, Kun Xie, Wensheng Li, Feng Ge: Failure analysis and improvement measures for crankshaft connecting rod of refrigerator compressor. Engineering Failure Analysis Volume 141, 2022, p. 106585. DOI:10.1016/j. engfailanal.2022.106585.
• 12. Sun J., Im P., Bae Y. et al.: Dataset of low global warming potential refrigerant refrigeration system for fault detection and diagnostics. Sci Data 8, 144 (2021). DOI:10.1038/s41597-021-00927-6.
• 13. Prahallada G.: Experimental analysis of refrigeration unit for optimization of capillary tube length. Anveshana’s International Journal of Research in Engineering and Applied Sciences Vol. 4, ISSUE 3 (2019).
• 14. Zhenxin Zhou, Huanxin Chen, Lu Xing, Guannan Li, Wei Gou: An experimental study of the behawior of a model variable refrigerant flow system with common faults. Applied Thermal Engineering 202 (2022), p. 117852. DOI:10.1016/j.applthermaleng.2021.117852.
• 15. Tyczewski P., Górny K.: Research possibilities concerning damage to reciprocating refrigeration compressors in different operating conditions with various oil-refrigerant mixtures. Advances in mechanical engineering, 2021, p. 29–36.
• 16. Górny K., Stachowiak A., Tyczewski P., Zwierzycki W., Lubricating properties of polyester oils and R404A refrigerant mixtures under starved lubrication condidions, Tribologia 3/2022, pp. 9–14. DOI:10.5604/01.3001.0016.1019.
• 17. Górny K., Stachowiak A., Tyczewski P., Zwierzycki W., The evaluation of tribological properties of mineral oils-r600a refrigerant mixtures under starved lubrication conditions. Tribologia 2019; 285 (3):39-44. DOI:10.5604/01.3001.0013.5432.
• 18. Pawlus P., Reizer R. Profilometric measurement of low wear: A review. Wear 532-533 (2023) 205102. DOI:10.1016/j.wear.2023.205102.10.5604/01.3001.0054.8425.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).