關于房間空調器壓縮機底部油溫過低的分析

舒宏 程笑笑

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

關于房間空調器壓縮機底部油溫過低的分析

舒宏 程笑笑

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

壓縮機是房間空調器的核心部件，而壓縮機磨損問題也一直是各個空調廠家致力于解決的問題，在壓縮機運行過程中壓縮機底部的油溫溫度較低將導致壓縮機磨損，本文將通過一系列計算和實驗查找出其問題的根本原因，并提出合理的優化方案。

壓縮機；運行；油溫；過熱度

1 引言

在房間空調器的壓縮機損壞中，一個重要原因就是潤滑不良，當壓縮機得不到潤滑容易導致壓縮機軸承面磨損、劃、抱軸和卡死等現象[1]，而潤滑不良的問題主要為壓縮機缺油，缺油的原因有奔油和潤滑油稀釋，潤滑油稀釋主要體現為油溫過熱度低，原因主要包括系統回液和壓縮機散熱等。

由于房間空氣調節器屬于小型制冷裝置，系統回油回液控制簡單，因而經常存在潤滑油與冷媒同時進入壓縮機，而進入量就看系統運行狀態而定。回油回液量少，壓縮機腔體內液位偏低，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，運動機構油膜粘度降低，容易導致運動接觸面磨損卡死；因此，空調系統設計時必須通過系統參數來控制壓縮機的回油回液情況。如蒸發器出現結霜時，冷媒蒸發不完全，常導致回液過多，因而系統設計時就通過設定一個蒸發器防凍結溫度控制，通過停機來保護壓縮機[2]。

小型系統回油回液需在系統設計的時候考慮進去，但在系統運行過程中仍然存在壓縮機潤滑不良的情況，主要原因為壓縮機底部油溫過熱度偏低，甚至出現負過熱度的情況，本文通過理論分析和實際測試得出油溫過熱度低的根本原因。

2 油溫過熱度不足的理論分析

在小型制冷系統中，壓縮機系統較多采用轉子式壓縮機，壓縮機腔體一般為高壓腔，在壓縮機底部轉子軸上設有油泵將壓縮機底部的潤滑油運輸到各個摩擦面，并對電機進行冷卻，因此

潤滑油在壓縮機中是處于一個流動狀態，當工況穩定后，定頻壓縮機吸氣和排氣也穩定，系統處于動態平衡狀態，不會隨著時間軸的改變。在壓縮機系統中，經壓縮腔排氣出來的高溫高壓冷媒向上經過電機最終經過壓縮機排氣口進行排出，電機線圈屬于發熱體，其溫度高于壓縮機排氣，從壓縮機的壓縮腔出來的排氣對電機具有冷卻作用，因此運行穩定后電機溫度將高于排氣溫度10℃左右，潤滑油經電機向下返回壓縮機底部的過程中也能夠得到加熱，同時壓縮腔出來的排氣也對潤滑油有進行逆向加熱作用，而由排氣溫度根據制冷原理[3]圖1，可知壓縮機吸入飽和氣體點1經壓縮后排氣點2必有一定的過熱度，因此不考慮壓縮機對外散熱時壓縮機底部油溫應有過熱度，其過熱度值應大于排氣的過熱度，但實際測試發現壓縮機底部潤滑油溫度較低，甚至低于排氣壓力對應的飽和溫度。

當在穩定工況下運行時，系統各項參數均穩定，因此，在不考慮壓縮機耗能（散熱、噪音、振動等耗能）的情況下，由于壓縮機油時刻與排氣和電機進行熱交換，穩定后壓縮機底部油溫應與高于排氣而低于電機溫度，因而流動過程中開口系統內部及其邊界上各點工質的熱力參數及運動參數均不隨時間改變，可以采用熱力學第一定律的開口系統能量方程式中的穩定流動能量方程[4]：

（1）式中，由于壓縮機吸氣和排氣的流速變化以及壓縮機由于壓縮機高度產生的能量損失可忽略不記，計算公式可變換為：

即壓縮耗能為壓縮機耗功與焓變的差值，（2）式可以分析在整個壓縮機運轉過程中的耗能，同時根據傳熱學[3]可計算出壓縮機本身與外界的換熱量。本文將按照前文所述的壓縮機油溫度應等于排氣溫度的觀點將壓縮機采用保溫棉進行包裹，降低壓縮機對外散熱，并對比系統前后散熱以及系統各項參數的變化，分析增加保溫面對油溫過熱度的提升效果。然后對其進行工程熱力學和傳熱學的耗能量進行計算，核查當增加保溫棉后壓縮機油溫過熱度和換熱量是否同向改變。

圖1 壓縮機排氣過熱度示意圖

圖2 樣品系統圖

圖3 樣品增加保溫棉前后油溫過熱度的提升情況

圖4 樣品增加保溫棉前后制熱能力的提升情況

圖5 樣品增加保溫棉前后的總耗能情況

圖6 樣品增加保溫棉前后的散熱情況

3 實驗測試和數據分析

為便于分析和對比數據，選取目前市場上主流的制冷量為6.5kW的定頻單元式冷暖空調器，系統圖見圖2，該壓縮機腔體為高壓腔，節流裝

置為毛細管節流，不可自動調節。

根據實際使用情況，按照常見的運行工況，進行增加保溫棉前后的對比測試，試驗前后針對壓縮機貼保溫棉，并試驗記錄運行穩定時的吸氣壓力、吸氣溫度、排氣壓力、排氣溫度、油溫等參數，并進行上文所述的理論耗能計算。

樣品在增加保溫棉前后油溫過熱度測試結果見圖3，對比發現，壓縮機增加保溫棉后油溫過熱度確實有了較大的提高，根據工況的不同提高值有所不同，最低的有2℃最高的有7℃，因此這與前文分析的情況相同。

圖3中還可以發現，不增加保溫棉時部分工況下系統油溫過熱度較低，甚至低至-4℃左右，即壓縮機底部存在的不僅有潤滑油，還有大量的液態冷媒，此時油泵吸口出處主要為液態冷媒，僅有少量潤滑油，長期運行將導致壓縮機磨損，影響整機可靠性，這也是較多的壓縮機磨損的根本原因，為保證可靠性，壓縮機廠家一般推薦壓縮機底部油溫過熱度在5℃以上，這也是各個空調生產廠家設計系統時需要關注的問題。

增加保溫后我們可以看到，系統僅一個工況下的油溫過熱度接近于0℃，其余的油溫過熱度均高于1℃，因此該數據證明壓縮機增加保溫棉能夠顯著的提高壓縮機油溫過熱度。

另外可以注意到的是系統能力和排氣過熱度，在整機能力方面，制冷能力有了略微的提高，而制熱則大幅度的提升，提升效果如圖4，在-15℃下能力的提升近400W，因此可以看出，低溫情況下從能力和壓縮機可靠性方面來說均需要增加保溫棉。低溫下油溫過熱度的提高對系統有正向作用，壓縮機運動部件之間避免了不必要的摩擦。同時，油溫過熱度的增加避免了壓縮機底部積液的可保證系統冷媒的循環量，特別是在不增加保溫棉的情況下油溫過熱度為負值的部分則更明顯，而且壓縮機不散熱后熱量更多的轉向蒸發器加強了機組的制熱能力，特別是在低環境溫度的狀態下對能力的提升尤為明顯，因此給壓縮機增加保溫棉對系統有利好的效果。對于排氣溫度，由于壓縮機散熱由于保溫棉的增加降低了，因此排氣溫度自然需帶走更多的熱量，導致系統排氣溫度和排氣過熱度升高，但其升高的程度低于油溫過熱度。同時，本次數據也針對制冷狀態下的油溫過熱度和能力測試，油溫過熱度有3℃左右的提升，而能力則相應的下降70W左右。

針對圖3和圖4的制熱測試數據進行壓縮機耗能和散熱計算，計算出結果對比如曲線圖5和圖6，在制熱狀態下壓縮機的總耗能與散熱明顯比制冷狀態下高，該數據也印證了前述的制熱狀態下壓縮機油溫過熱度的變化效果更明顯，同時從圖中也可看出，壓縮機耗能中，壓縮機散熱（圖5中計算的散熱量不包括壓縮機機座的導熱換熱）占據了大部分，同時該散熱量與排氣溫度與外環境溫度的差值成正相關[5]，因此，兩者的計算數據均證明了壓縮機散熱是由于壓縮機的排氣溫度與室外側環境溫度溫度差造成，溫差越大散熱量越大，因此壓縮機底部的油溫過熱度將更低甚至低于0℃。

對于低壓腔壓縮機，由于壓縮機底部油溫處于低壓側，此時的壓縮機底部溫度始終低于環境溫度10℃左右，因此環境對壓縮機底部是進行的加熱過程，對其底部過熱度是有提升作用的，這也是低壓腔壓縮機油溫過熱度均比較高的根本原因。

增加保溫棉能夠顯著的提高壓縮機油溫過熱度，但由于整個空調系統是一個整體，改變一個參數將對其他參數造成影響，壓縮機增加保溫棉后，壓縮機油溫度確實有所提高，油溫過熱度也提高較多，但其產生的結果是排氣溫度提高了，壓縮機中部溫度提高了，從可靠性角度來說，并不一定是更好的方案。油溫提高后，潤滑油的黏度將顯著降低，壓縮機排氣帶出的潤滑油將更多，反而可能會造成壓縮機缺油現象，摩擦面的油膜也將由于變化，磨損嚴重；同時油溫提高后在過負荷狀態下壓縮機油溫更容易產生碳化，永久損壞壓縮機。

4 結論

房間空氣調節器壓縮機底部潤滑油稀釋是影響壓縮機可靠性的重要因素，特別是壓縮機運行過程中，油溫過熱度必須大于0℃。在壓縮機底部當油溫過熱度低于或等于0℃時，油泵吸入的油將大部分是液態冷媒，此時進入潤滑系統將沖刷摩擦面，造成油膜無法建立，加強壓縮機的磨損，影響壓縮機壽命，并且能夠降低系統冷媒的循環量，影響整機的能力。

在空調系統中，不考慮壓縮機散熱時，壓縮機底部溫度應與壓縮機排氣有相應的溫度，壓縮機散熱是導致壓縮機底部油溫過熱度的較低的主要原因，但實際上壓縮機散熱是實際存在不可避免的。

除結構和系統設計可提高壓縮機底部油溫過熱度外，在壓縮機底部增加電加熱帶是可以提高壓縮機底部油溫過熱度，特別是在壓縮機啟動過程中，而在壓縮機運行過程中在壓縮機外表面增加保溫棉避免壓縮機熱量散失導致油溫過熱度較低甚至低于0℃的情況出現，但增加保溫棉后壓縮機散熱量將降低，壓縮機排氣溫度和油溫度均會提高，因此過負荷工況下壓縮機油溫可能出現過高而碳化，因此需綜合考慮增加保溫棉的優劣做出選擇。

[1] 黃允棋. 關于房間空氣調節器回油回液問題研究[J].家電科技， 2014(5).

[2] 沈維道, 蔣智敏, 童均耕. 工程熱力學［M]. 北京：高等教育出版社， 2005:37-40.

[3] 吳業正, 韓寶琦. 制冷原理及設備第二版. 西安交通大學出版社.

[4] 楊世銘, 陶文銓. 傳熱學［M]. 北京：高等教育出版社，2003:37-40.

[5] 張華俊, 嚴彩球. 滾動轉子式壓縮機模擬與實驗研究， 2013.12(6).

The analysis of the air-condition system's oil temperature super-cooling

SHU Hong CHENG Xiaoxiao
(GREE Electric Appliance Incorporate of Zhuhai Zhuhai 519070)

Compressor is the most important assembly of the air-condition system，and its wear and tear is the main problem witch is the every manufactory wants to solve，the oil temperature super-cooling in the compressor will bring on its wear and tear，this paper will analysis the fundamental factor and bring up a project to solve this problem.

Compressor; Run; Oil temperature; Super-heating