關(guān)于房間空氣調(diào)節(jié)器回油回液問題研究

黃允棋 何林

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

1 引言

由于房間空氣調(diào)節(jié)器屬于小型制冷裝置，系統(tǒng)回油回液控制簡單，因而經(jīng)常存在潤滑油與冷媒同時進入壓縮機，而進入量就看系統(tǒng)運行狀態(tài)而定。回油回液量少，壓縮機腔體內(nèi)液位偏低，壓縮機部分位置得不到足夠的潤滑且電機得不到有效的降溫，容易導致磨損卡死和電機溫度過高燒毀等；回油量少回液量多，潤滑油被稀釋，運動機構(gòu)油膜粘度降低，容易導致運動接觸面磨損卡死；因此，空調(diào)系統(tǒng)設計時必須通過系統(tǒng)參數(shù)來控制壓縮機的回油回液情況。如蒸發(fā)器出現(xiàn)結(jié)霜時，冷媒蒸發(fā)不完全，常導致回液過多，因而系統(tǒng)設計時就通過設定一個蒸發(fā)器防凍結(jié)溫度控制，通過停機來保護壓縮機。

2 關(guān)于系統(tǒng)回油回液導致壓縮機損壞的原因分析

在壓縮機故障中，由于系統(tǒng)問題導致壓縮機損壞的主要原因是缺油運行、液壓縮和潤滑油稀釋，使壓縮機磨損或者拉缸碳化直至損毀。壓縮機出現(xiàn)上述故障，主要的原因是冷媒量出現(xiàn)異常、氣液分離器設計不合理以及系統(tǒng)回油回液控制方法不完善等所導致。

2.1 冷媒量異常

若冷媒量過多時，冷媒無法蒸發(fā)完全，多余的冷媒直接回到氣液分離器中。由于冷媒的密度比潤滑油冷媒混合物的密度大，基本都處于氣液分離器下部，直接從回油孔中進入壓縮機或者直接被吸進回油管，導致液壓縮，長期的液壓縮最終會打壞壓縮缸體。

若冷媒量減少時，系統(tǒng)壓力降低，潤滑油在兩熱交換器中分離后，系統(tǒng)中流動的冷媒?jīng)]有足夠的“能力”將潤滑油帶回壓縮機，導致壓縮機無法正常回油，壓縮腔體內(nèi)液位偏低，使電機冷卻、運動部件潤滑不良、潤滑油過溫變質(zhì)等問題最終導致壓縮機電機燒毀、卡死、油碳化等故障。

2.2 液分離器設計不合理

氣液分離器設計不合理主要針對其有效容積及回油孔、均壓孔等設計。

氣液分離器有效容積需要考慮容器的高度、直徑以及進氣管和吸氣管的位置差，盡量避免氣液兩相冷媒進入氣液分離器后產(chǎn)生渦流負壓，這將會大大減少氣液分離器的有效容積，并且液態(tài)冷媒得不到有效的分離，將會直接進入壓縮機導致液壓縮等問題。

回油孔直徑大小和高度機數(shù)量合適與否，對氣液分離器的作用能否從分發(fā)揮以及能否保證壓縮機正常潤滑有著舉足輕重的作用。如果回油孔直徑過大，則易從這里產(chǎn)生回液現(xiàn)象，如果回油孔直徑設計過小，則回油量過低或回油孔起不到作用。對于回油孔的高度及數(shù)量，我們應該從多方面去考慮其合理性使其作用得到優(yōu)化。比如，在低溫工況下長期制熱運行，液態(tài)冷媒與冷凍潤滑油出現(xiàn)分層現(xiàn)象，因液態(tài)冷媒的密度大于冷凍潤滑油的密度，冷凍潤滑油會浮在冷媒上面，造成其不能從回油孔回到壓縮機，而使壓縮機缺油，而這時液體冷媒卻會有部分回到壓縮機造成液擊現(xiàn)象。因此，要滿足空調(diào)產(chǎn)品在低溫工況下能長期制熱運行，需考慮在吸氣彎管上增加小孔，小孔徑一般約為1mm，這個位置不需要加過濾網(wǎng)[4]。

2.3 系統(tǒng)回油回液控制

系統(tǒng)回油回液的控制主要涉及低溫下冷媒蒸發(fā)不完全回液嚴重、高負荷下壓縮機排油率較高回油困難等問題。如定頻空調(diào)系統(tǒng)在長連管高落差高負荷工況下運行，壓縮機長期在高壓高溫，潤滑油粘度低，排油率高，潤滑油難以回到壓縮，再加上售后冷媒追加量一般都會偏少，因而該情況是導致售后定頻空調(diào)系統(tǒng)壓縮機損壞的一大方面；在上述情況中，對于變頻空調(diào)系統(tǒng)，高負荷下可在低頻下運行，并且設定了回油控制平臺，因而很少高負荷下出現(xiàn)缺油的情況。但變頻空調(diào)系統(tǒng)低溫制冷下運行，運行頻率較低，系統(tǒng)回液量較多，壓縮機無法將腔體內(nèi)溶合在潤滑油中的冷媒排出，使?jié)櫥拖♂專扯冉档停绊憠嚎s機運動磨合，容易導致磨損卡死。

3 關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)回油回液分析

關(guān)于系統(tǒng)的回油回液，本文從最根本的冷媒與冷凍油的特性進行分析，這有利于系統(tǒng)設計開發(fā)時的評估，尤其是對越發(fā)普及的變頻壓縮機空調(diào)系統(tǒng)。

冷媒與油的溶解性分為有限溶解和完全溶解兩種情況，溶解度與溫度有關(guān)。完全溶解時，冷媒與油的液體混合物成均勻溶液。有限溶解時，冷媒與油的混合物分為貧油層和富油層[3]。因而，在不同溫度下運行，潤滑油會不同程度地被夾帶進制冷系統(tǒng)。根據(jù)潤滑油與冷媒的溶解特性，潤滑油會在不同的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下出現(xiàn)不同程度的分離，一部分會留在管路上，另一部分被冷媒流動帶回壓縮機。而對于回油回液量，根據(jù)潤滑油在低溫下粘度高、高溫下粘度低的特點，來進行運行點底部過熱度控制設計。一般壓縮機廠家對于壓縮機底部過熱度要求如下：

a)對于高壓腔壓縮機：連續(xù)運行期間，壓縮機底部溫度(油溫)≥冷凝溫度+6℃[2]；

b)對于低壓腔壓縮機：連續(xù)運行期間，壓縮機底部溫度(油溫)≥蒸發(fā)壓力相對飽和溫度+12℃[1]；

注：根據(jù)不同的壓縮機廠家底部過熱度要求或表述不完全相同。

3.1 低溫下冷媒與潤滑油分離

在家用空調(diào)系統(tǒng)中，普遍使用R410A、R22及R407C等冷媒，這些冷媒都有一個共同的特性就是溫度降到某一臨界溫度下會出現(xiàn)分離，分離的情況存在于流動狀態(tài)和平衡狀態(tài)下，因此會存在潤滑油被帶到系統(tǒng)后潤滑油殘留在蒸發(fā)器管路上。由于家用空調(diào)器屬于小型制冷裝置，沒有單獨的供油系統(tǒng)，如果蒸發(fā)器管路過長則會出現(xiàn)回油困難的情況。例如，在外環(huán)溫度-20℃超低溫制熱運行下，蒸發(fā)溫度較低，冷媒蒸發(fā)不完全比例較大，潤滑油分離較為嚴重。在定頻系統(tǒng)中，由于冷媒循環(huán)速度較低，難以將潤滑油帶回壓縮機。而液態(tài)冷媒從氣液分離器直接進入壓縮，并與壓縮內(nèi)潤滑油混合，使壓縮機底部溫度降低，因此，無論是高壓腔壓縮機和低壓腔壓縮，從底部過熱度的計算當中會出現(xiàn)偏低的問題；在變頻系統(tǒng)中，超低溫下均會運行較高的頻率，但無法避免潤滑油與冷媒的分離，而壓縮機在高頻運行下，電機發(fā)熱較高，可將壓縮機內(nèi)潤滑油和冷媒混合物中的液態(tài)冷媒排到系統(tǒng)中，因此會出現(xiàn)壓縮機內(nèi)液位較低的情況。

根據(jù)上述的分析和家用空調(diào)系統(tǒng)回油回液驗證，對于定頻機系統(tǒng)低溫制熱下回液較為嚴重，底部過熱度偏低；對于變頻系統(tǒng)低溫制熱下回油較為困難，壓縮機內(nèi)液位偏低。

3.2 高溫潤滑油粘度較低

溫度低，粘度高；反之溫度高，潤滑油粘度較低，高溫高壓氣體排出時容易將潤滑油帶到冷凝器上，到蒸發(fā)器后由于冷媒蒸發(fā)溫度降低，使?jié)櫥驼扯冉档停瑴p少壓縮機回油量[6]。因此，無論是定頻系統(tǒng)還是變頻系統(tǒng)，高溫制冷下運行，壓縮機油位也處于一個較低的狀態(tài)。對于高負荷制熱狀態(tài)下，定頻系統(tǒng)也同樣存在油位較低的狀態(tài)，而變頻系統(tǒng)高負荷制熱運行的頻率較低，其溫度和排油率較低，油位相對沒那么低。

通過上述的分析和實驗驗證結(jié)果對比，家用系統(tǒng)回油回液與潤滑油和冷媒混合狀態(tài)曲線以及潤滑油粘度特性曲線的原理相關(guān)。基于該特性，我們需要防止高溫下缺油、低溫下回液導致壓縮機潤滑不良。

4 實驗驗證結(jié)果及預防

根據(jù)潤滑油特性，使用家用R410A系統(tǒng)定、變頻空調(diào)系統(tǒng)在各負荷下長連管進行回油回液測試，使用的壓縮機分別為變頻雙缸壓縮機和定頻單轉(zhuǎn)子。通過壓縮機腔體內(nèi)液位及底部過熱度對實驗進行評價。實驗方案制冷回油回液驗證考慮從低溫制冷至高溫制冷不同負荷下進行驗證，制熱回油回液驗證考慮從低溫制熱至高溫制熱不同負荷下進行驗證。

4.1 驗證結(jié)果

圖1 高溫制冷和超低溫制熱下運行油位

圖2 低溫制冷下運行油位

圖3 高溫制冷和高負荷制熱下運行油位

圖4 超低溫制熱下運行油位

對于變頻機，出現(xiàn)最低油位的是高溫制冷（32/-，48/-）和超低溫制熱（20/-，-15/-）兩種情況（如圖1），液位只充滿下視液鏡（沒有低于下法蘭）。而回液最嚴重的是低溫制冷（18/13，14/-），底部過熱度達不到要求，上視液鏡滿（如圖2）。

對于定頻機，出現(xiàn)最低油位的是高溫制冷（32/-，48/-）和高負荷制熱（27/24，24/-）兩種情況，壓縮機內(nèi)液位只有視液鏡的一半（接近下法蘭最低位置，如圖3）。而回液最嚴重的是超低溫制熱（20/-，-15/-），視液鏡已滿（如圖4），底部過熱同樣達不到規(guī)格書要求。

4.2 預防措施

根據(jù)以上的分析和實驗情況，我們需要針對以上幾種情況對家用空調(diào)系統(tǒng)的回油回液進行優(yōu)化。

對于變頻機，高溫制冷下運行頻率相對較低，可以通過定時回油平臺進行提高冷媒流速將潤滑油帶回壓縮機。超低溫制熱下壓縮機一直在高頻運行，只要保證運行過程中液位穩(wěn)定在下法蘭處以上[5]。而低溫制冷下運行，對電子膨脹閥系統(tǒng)可通過調(diào)小閥開度降低冷媒循環(huán)量、提高排氣溫度來提高壓縮機底部過熱度；若是毛細管系統(tǒng)，可通過定時提高運行頻率，將壓縮機內(nèi)潤滑油冷媒混合物排出，并提高排氣溫度和油溫，這樣可以使壓縮機底部過熱度提高。

對于定頻機，高溫高負荷下運行增加防高溫控制，降低系統(tǒng)溫度壓力，減少壓縮內(nèi)潤滑油的排出；對于超低溫制熱，目前還沒有有效的方法將其底部過熱度提高，這方面也側(cè)面反映出定頻空調(diào)系統(tǒng)壓縮機故障相對變頻系統(tǒng)要高的一個重要原因。

總之，針對壓縮機回油回液的情況，我們空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)時，無論在任何工況下都需要有效地控制，提高壓縮機可靠性。

[1]SANYO渦旋式全封閉型電動壓縮機規(guī)格書.大連三洋壓縮機有限公司

[2]壓縮機技術(shù)協(xié)議書.上海日立電器有限公司

[3]《制冷原理及設備》第二版.吳業(yè)正,韓寶琦,西安交通大學出版社

[4]《空調(diào)氣液分離器設計研究》汪厚泰.江蘇春蘭空調(diào)設備有限公司.江蘇 泰州

[5]《房間空調(diào)器用滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機回油問題的研究》胡浩,孟建軍,梁爽,林立.海信技術(shù)中心空調(diào)所.青島

[6]美國谷輪公司壓縮機應用技木講座.韓潤虎.制冷技術(shù).2004 (3)