空調(diào)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)油溫過熱度與粘度關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究

盧耀汕 廖四清 曾令華

廣東美芝制冷設(shè)備有限公司 廣東佛山 528000

0 引言

空調(diào)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)主要是通過其內(nèi)部的潤滑油對(duì)機(jī)械部件潤滑來保證可靠性，而潤滑油的粘度特點(diǎn)對(duì)壓縮機(jī)可靠性運(yùn)行又有重要影響[1]。一般情況下壓力越高、溫度越低，制冷劑與潤滑油的互溶性越好，但潤滑油處于高稀釋度狀態(tài)時(shí)，其粘度將大幅度下降，不利于油膜形成甚至加劇零件間的磨損，導(dǎo)致可靠性故障[2]。

對(duì)于使用轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)，為保證長期可靠運(yùn)行，行業(yè)一般使用油溫過熱度（壓縮機(jī)油池溫度與冷凝溫度之差，以下用“ΔT”表示）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[3]。ΔT評(píng)價(jià)方法一般要求空調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)ΔT≥5℃[4]，其目的為：（1）防止壓縮腔排出的氣態(tài)制冷劑因?yàn)橛蜏剡^低冷凝成液態(tài)而稀釋潤滑油；（2）一般ΔT低時(shí)，潤滑油與制冷劑飽和溶解度大，對(duì)ΔT作出最低要求可保證稀釋度不會(huì)太高從而保證最低粘度要求，確保運(yùn)動(dòng)部位的油膜厚度。其理論依據(jù)為：假設(shè)壓縮機(jī)中制冷劑與油達(dá)到了飽和溶解狀態(tài)，則ΔT越高；油中制冷劑溶解度越小，粘度越大[5]，即ΔT與粘度呈單調(diào)遞增關(guān)系。

對(duì)于R32制冷劑的變頻空調(diào)，特別是采用固定開度的節(jié)流件（如毛細(xì)管、節(jié)流短管）的空調(diào)，存在較多穩(wěn)定運(yùn)行工況因無法滿足ΔT≥5℃，只能通過耐久實(shí)驗(yàn)進(jìn)行可靠性確認(rèn)，嚴(yán)重降低開發(fā)效率。有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大部分工況壓縮機(jī)在不滿足ΔT≥5℃時(shí)，粘度也可滿足壓縮機(jī)的可靠運(yùn)行[4]，所以現(xiàn)有ΔT評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)存在一定局限性。

為了驗(yàn)證現(xiàn)有壓縮機(jī)可靠性評(píng)價(jià)方法的合理性，本文通過實(shí)驗(yàn)研究了R32制冷劑空調(diào)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)油池中的制冷劑溶解度特性、ΔT和粘度之間的關(guān)系，證明了ΔT評(píng)價(jià)方法存在一定程度上的不合理，提出用粘度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)更加合理，同時(shí)可節(jié)約R32制冷劑空調(diào)的耐久實(shí)驗(yàn)資源，提高開發(fā)效率。

為了準(zhǔn)確測(cè)試油池中的粘度與溫度，本文選擇了一款高精度的電磁粘度計(jì)，其傳感器自帶溫度測(cè)試功能，可確保溫度點(diǎn)與粘度點(diǎn)測(cè)試結(jié)果的對(duì)應(yīng)性。

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)各自的裝置說明如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)裝置說明

1 實(shí)驗(yàn)方案

本文實(shí)驗(yàn)方案及操作步驟如下：

實(shí)驗(yàn)一：壓縮機(jī)油池不同位置制冷劑溶解度實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證壓縮機(jī)油池中不同位置的制冷劑是否達(dá)到飽和溶解狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)方法：（1）壓縮機(jī)搭載于單體實(shí)驗(yàn)臺(tái)，等運(yùn)行穩(wěn)定后，先用熱電偶測(cè)試各個(gè)采樣點(diǎn)的溫度，查詢PVT圖得到各點(diǎn)的飽和溶解度理論值；（2）通過采樣法得到采樣點(diǎn)的油和制冷劑混合物兩種成分的重量，計(jì)算得到溶解度；（3）將各點(diǎn)溶解度實(shí)測(cè)值與飽和溶解度理論值進(jìn)行對(duì)比，即可知道各采樣點(diǎn)的混合物是否達(dá)到飽和溶解狀態(tài)。

采樣法實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示，在壓縮機(jī)采樣點(diǎn)的殼體上鉆孔，通過銅管依次與閥一、接頭一、閥二、采樣罐、閥三、接頭二、真空泵連接，操作步驟如下：

圖1 采樣法實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

（a）第一次稱重：實(shí)驗(yàn)前關(guān)閉閥一，斷開接頭一和接頭二，將采樣罐進(jìn)行單獨(dú)稱重，得到空罐重量G1。

（b）抽真空：接通接頭一和接頭二，打開閥二和閥三，運(yùn)行真空泵進(jìn)行抽真空，然后關(guān)閉閥三，斷開接頭二，取走真空泵。

（c）采樣：等壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行之后，打開閥一進(jìn)行采樣，然后關(guān)閉閥一、閥二。

（d）第二次稱重：斷開接頭一，將采樣后的采樣罐進(jìn)行稱重，得到罐子+油與制冷劑混合物重量G2。

（e）分離油與制冷劑：打開閥二或閥三，將混合物排放到一個(gè)容器中，此時(shí)混合物中的制冷劑會(huì)汽化揮發(fā)，容器中只剩下油。

（f）第三次稱重：將油進(jìn)行稱重，得到油的重量G3，并計(jì)算得到制冷劑重量G4=G2-G1-G3。

實(shí)驗(yàn)二：壓縮機(jī)油池相同位置ΔT與粘度關(guān)系實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證壓縮機(jī)油池的ΔT與粘度是否呈單調(diào)遞增關(guān)系。實(shí)驗(yàn)方法：保持環(huán)境溫度不變，通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)頻率可得到不同的ΔT，通過粘度計(jì)測(cè)試壓縮機(jī)底部對(duì)應(yīng)的粘度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 壓縮機(jī)油池不同位置制冷劑溶解度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)的三個(gè)壓縮機(jī)油池采樣點(diǎn)A、B、C位置如圖2所示，P點(diǎn)位于壓縮機(jī)內(nèi)油池上表面。實(shí)驗(yàn)工況如表2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表2 油池制冷劑溶解度實(shí)驗(yàn)工況

表3 油池制冷劑溶解度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2 壓縮機(jī)油池采樣點(diǎn)示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，油池A、B、C三點(diǎn)的溫度并不相等，但這三點(diǎn)的溶解度實(shí)測(cè)值基本相等，且小于各自的飽和溶解度理論值，說明A、B、C三點(diǎn)未達(dá)到飽和溶解狀態(tài)。分析原因是：工況穩(wěn)定后，壓縮機(jī)油池仍處于流動(dòng)狀態(tài)，只有壓縮機(jī)油池表面的油能與氣態(tài)制冷劑充分接觸、互溶達(dá)到飽和溶解狀態(tài)，而制冷劑從油表面往下滲透的速度慢于油的流動(dòng)速度，導(dǎo)致油池下方的油未能接觸到更多的制冷劑，所以A、B、C三點(diǎn)無法達(dá)到飽和溶解狀態(tài)，這證明了現(xiàn)有ΔT評(píng)價(jià)方法的假設(shè)（壓縮機(jī)中油與制冷劑達(dá)到了飽和溶解狀態(tài)）是不合理的。

此外，因?yàn)锳、B、C三點(diǎn)的溶解度實(shí)測(cè)值近似等于P點(diǎn)的飽和溶解度理論值，說明油池中制冷劑溶解度除了受壓縮機(jī)ΔT影響外，更受壓縮腔排氣處（P點(diǎn)）的排氣過熱度影響，即壓縮腔排氣過熱度是影響油池制冷劑溶解度的關(guān)鍵因素。

2.2 壓縮機(jī)油池相同位置ΔT與粘度關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在壓縮機(jī)搭載空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，最小制冷工況（室外18/13℃，室內(nèi)18/13℃）不同頻率各參數(shù)變化趨勢(shì)如圖3所示，原因分析如下：

圖3 不同頻率各參數(shù)變化趨勢(shì)

（1）低頻段，隨著頻率增加，排氣溫度低且溫升慢，而吸氣溫度下降明顯，因此ΔT受吸氣溫度影響而降低；但粘度受吸氣溫度影響較小，故粘度隨著排氣溫度上升而上升。

（2）中頻段，隨著頻率增加，排氣溫度快速上升，ΔT受排氣溫度影響開始上升，從而形成了ΔT最低值拐點(diǎn)；拐點(diǎn)后的制冷劑溶解度快速降低，粘度隨著排氣溫度也快速上升。

（3）高頻段，ΔT受排氣溫度影響繼續(xù)上升，此時(shí)制冷劑溶解度已經(jīng)很小，溫度是影響粘度的關(guān)鍵因素，故粘度隨著ΔT升高反而降低。

由上可知，存在部分工況，ΔT與粘度并非呈單調(diào)遞增關(guān)系，因此用ΔT作為壓縮機(jī)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)存在一定局限性和不合理性，采用粘度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)更合理。

3 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，總結(jié)分析了空調(diào)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)油池不同位置的溶解度特性、油池相同位置ΔT與粘度的關(guān)系，結(jié)論如下：

（1）同一工況，壓縮機(jī)油池中不同位置溶解度基本相等，且未達(dá)到飽和溶解狀態(tài)，故油溫高的位置粘度反而低；壓縮腔排氣過熱度是影響油池制冷劑溶解度的關(guān)鍵因素。（2）油池相同位置，當(dāng)ΔT升高時(shí)，部分工況粘度反而降低，因此ΔT與粘度并非呈單調(diào)遞增關(guān)系。（3）通過實(shí)驗(yàn)證明了現(xiàn)有壓縮機(jī)用ΔT作為可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)存在一定局限性與不合理性，采用粘度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)更合理。