一種新型氣液分離器在制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用

潘 勇

（浙江三花制冷集團(tuán)有限公司，浙江 新昌 312500）

1 潤(rùn)滑油對(duì)制冷系統(tǒng)性能的影響

目前，在空調(diào)系統(tǒng)中多采用多壓縮機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，回油問題一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了一款新型的氣液分離器，在此之前需要就潤(rùn)滑油對(duì)制冷系統(tǒng)的影響進(jìn)行闡述。

1.1 潤(rùn)滑油對(duì)壓縮機(jī)的影響

潤(rùn)滑油的基本作用是其潤(rùn)滑的作用，以減少運(yùn)動(dòng)部件間的摩擦損耗。在壓縮機(jī)中潤(rùn)滑油具有潤(rùn)滑、冷卻和密封的三重功效，是制約壓縮機(jī)性能的關(guān)鍵因素。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)壓縮機(jī)中的含油量小于7%時(shí)，隨著壓縮機(jī)含油量的增加其容積效率也逐漸升高。這是因?yàn)樵趬嚎s機(jī)中含油量較少時(shí)，油量增加則意味著壓縮機(jī)密封性的提高，在氣閥處的流動(dòng)阻力增加，實(shí)際吸氣壓力降低，壓縮機(jī)的吸氣比容增加；但是當(dāng)其含油量大于9.1%時(shí)則相反，這是因?yàn)榇藭r(shí)壓縮機(jī)中的潤(rùn)滑油占據(jù)了一定的容積，其吸氣容積減少，摩擦力增加，摩擦損失增加，進(jìn)而導(dǎo)致容積效率的降低。為此必須保證壓縮機(jī)中的含油量在7%～9.1%，以使其獲得最佳的工作性能[1]。

壓縮機(jī)內(nèi)軸功率也跟其內(nèi)的含油量有關(guān)，當(dāng)含油量低于6%時(shí)，壓縮機(jī)面臨著泄露的問題；當(dāng)含油量大于10.7%時(shí)，吸氣容積減少，排氣流動(dòng)阻力增大，使得壓縮機(jī)的功耗增加。對(duì)于壓縮機(jī)來說其功率損失的增加是由于排氣流動(dòng)損失和相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件間摩擦造成的[2]。

1.2 潤(rùn)滑油對(duì)管路的影響

在制冷系統(tǒng)中潤(rùn)滑油在管路中有氣體變?yōu)橐后w，在制冷系統(tǒng)中的管路中進(jìn)行循環(huán)。潤(rùn)滑油跟制冷劑分離后可以通過加設(shè)氣液分離器來解決，當(dāng)二者互溶時(shí)需要考慮潤(rùn)滑油在垂直管路中的流動(dòng)，因?yàn)闈?rùn)滑油在向上流動(dòng)時(shí)受重力和粘度的雙重影響。在設(shè)計(jì)管道時(shí)就要以潤(rùn)滑油的粘度和管道傾斜角度為依據(jù)，確定管徑及館內(nèi)氣體的流速[3]。

2 制冷/制熱循環(huán)中制冷劑的狀態(tài)和回油情況

在制冷模式下，制冷劑在壓縮機(jī)和冷凝器間是高溫高壓氣體，潤(rùn)滑油呈霧狀，且大部分跟制冷劑混合在一起，具有較大的流動(dòng)速度，回油比較順利。當(dāng)氣體進(jìn)入冷凝器后，制冷劑和潤(rùn)滑油均被冷凝成液體，二者一起以液體形式進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中制冷劑逐漸蒸發(fā)，重新以氣體形式存在，潤(rùn)滑油仍然保持其液體，從而實(shí)現(xiàn)了氣液的分離。在蒸發(fā)器的過熱區(qū)和氣液分離器之間，潤(rùn)滑油的流動(dòng)阻力較小，會(huì)發(fā)生大量積存。因此在制冷循環(huán)中解決這一區(qū)域的回油問題是系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證[4-5]。在制熱模式下，由于蒸發(fā)器過熱區(qū)和壓縮機(jī)進(jìn)口間的管路較短，可以不考慮回油[6]。

3 氣液分離器的原理

氣液分離器是制冷系統(tǒng)中非常重要的一部分，負(fù)責(zé)保護(hù)壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。一般情況下，氣液分離器安裝在蒸發(fā)器出口和壓縮機(jī)的入口處，當(dāng)蒸發(fā)器中的制冷劑沒有完全蒸發(fā)，就會(huì)以液體狀態(tài)進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部，對(duì)壓縮機(jī)產(chǎn)生液擊現(xiàn)象，從而引起壓縮機(jī)的損壞。氣液分離裝置的作用就是將制冷機(jī)氣體和制冷劑液體進(jìn)行分離，使氣態(tài)制冷劑和潤(rùn)滑油重新返回壓縮機(jī)。本公司所使用的氣液分離器的結(jié)構(gòu)如下如圖1所示，其過濾部件上鉆了一個(gè)小孔，作為回油孔。該回油孔也可以直接鉆在U型管上。其分離原理是利用制冷劑氣態(tài)和液態(tài)密度不同，使氣液混合狀態(tài)流體流經(jīng)進(jìn)口管進(jìn)入直徑較大的分離器時(shí)利用突然擴(kuò)大通道面積而使其流速降低，同時(shí)改變其流動(dòng)方向，使液滴下沉氣體上浮。氣體經(jīng)U形管的進(jìn)口部位進(jìn)入，氣體流經(jīng)過濾部件上的回油孔時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)壓，吸取部分潤(rùn)滑油，并經(jīng)過U形管進(jìn)入壓縮機(jī)。其具體的路徑是：

從蒸發(fā)器出來的氣液混合態(tài)制冷劑由進(jìn)口管進(jìn)入分離器內(nèi)，氣態(tài)制冷劑進(jìn)入筒體后氣流擴(kuò)散，由于沒有汽化的液態(tài)制冷劑本身比氣體重，會(huì)直接落入筒體底部，汽化的制冷劑則上浮經(jīng)導(dǎo)氣管從出口管進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)，從而防止了壓縮機(jī)吸入液態(tài)制冷劑造成液擊。同時(shí)，壓縮機(jī)的長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，其內(nèi)部會(huì)有一定的潤(rùn)滑機(jī)油隨汽化的制冷劑排出，通過進(jìn)口管進(jìn)入筒體內(nèi)，在壓縮機(jī)的吸力作用下，這些潤(rùn)滑機(jī)油經(jīng)過濾網(wǎng)的過濾后，經(jīng)回油孔從出氣管進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)，這樣對(duì)壓縮機(jī)又起到潤(rùn)滑保護(hù)作用。

氣體流經(jīng)過濾部件產(chǎn)生的負(fù)壓直接影響系統(tǒng)吸取潤(rùn)滑油的量，當(dāng)回油孔d、出氣管直徑D一定時(shí)，隨著Sn/S0（S0表示U形管原材料內(nèi)部空間的截面積，Sn表示設(shè)定后的U形管內(nèi)部空間的界面積）值的增加，負(fù)壓值逐漸減小。當(dāng)Sn/S0＜50%的時(shí)候,系統(tǒng)會(huì)有明顯噪音，且流體壓力降增大，試驗(yàn)結(jié)果表明Sn/S0取50%～90%范圍是合適的。在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)不同系統(tǒng)回油能力的要求，在50%～90%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到最佳狀態(tài)。故本公司設(shè)計(jì)的氣液分離器只需通過對(duì)氣管在回油孔處內(nèi)部空間的有效截面積的設(shè)定，就能夠得到合適的回油壓力，并且零件的通用性較好，能夠滿足不同規(guī)格制冷循環(huán)系統(tǒng)的要求。

圖1 氣液分離器原理結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)論

氣液分離器是制冷系統(tǒng)中非常重要的器件，其性能的優(yōu)劣直接影響著壓縮機(jī)的性能。在制冷系統(tǒng)中不僅能夠起到氣液分離防止壓縮機(jī)液擊的影響，還起到了過濾和回油的作用。本文設(shè)計(jì)的用于制冷系統(tǒng)的氣液分離器大大提高了系統(tǒng)回油的可靠性，延長(zhǎng)了制冷系統(tǒng)用儲(chǔ)液分離器的使用壽命。

［1］李濤，袁秀玲,等.潤(rùn)滑油對(duì)制冷系統(tǒng)的影響[J].制冷與空調(diào)，2005，5(4).

［2］楊傳波，張薇，李連生,等.制冷系統(tǒng)含油量對(duì)制冷壓縮機(jī)工作性能影響的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究[J].制冷學(xué)報(bào)，2005，2：19-23.

［3］Darin W.Nuter，Dennis O'Neal，W.Vance Payne.Impact of the suction line accumulator on the frost/defrost performance of an air-source heat pump with a scroll compressor[J].ASHRAE Trans，1993，99(1)：284-290.

［4］劉益才，秦嵐.商用空調(diào)多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展研究[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2004，23(4)：27-29.

［5］招偉.一拖多空調(diào)制冷系統(tǒng)的回油及貯油實(shí)驗(yàn)研究[J].制冷學(xué)報(bào)，2002，2：60-63.

［6］張超甫.雙壓縮機(jī)并聯(lián)多聯(lián)機(jī)回油問題探討[J].熱點(diǎn)關(guān)注.