油溫過熱度對壓縮機(jī)運(yùn)行可靠性分析

余雄輝，黃慧康，鐘綠草

（珠海格力電器股份有限公司，珠海 519070）

引言

空調(diào)設(shè)計(jì)需要考慮在各種工況下減少壓縮機(jī)液擊問題，液擊問題影響壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重甚至加速壓縮機(jī)的磨損縮短壓縮機(jī)壽命，因此在設(shè)計(jì)空調(diào)階段要全面考評各種工況下是否出現(xiàn)液擊現(xiàn)象。本文主要通過可靠性理論強(qiáng)化試驗(yàn)[1]，通過外部施加負(fù)載，溫度變化等應(yīng)力可靠性實(shí)驗(yàn)加快驗(yàn)證系統(tǒng)是否出現(xiàn)液擊問題[2]。通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和潤滑油特性分析，提出不同型號潤滑油的溶解度特性以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過熱度來保證壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。

1 潤滑油稀釋的產(chǎn)生及機(jī)理

壓縮機(jī)潤滑油稀釋是指腔體內(nèi)的潤滑油溶入較多制冷劑，溶解的制冷劑沖刷原有的油膜，潤滑效果和黏度降低，增大磨損?；匾菏侵敢簯B(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮損壞的現(xiàn)象?；匾狠^嚴(yán)重時，潤滑油不能起到潤滑作用，還會增大磨耗，這種異常磨損會增加其故障率[2]。

當(dāng)溫度一定時，壓力越高制冷劑溶解量越多；當(dāng)壓力一定時，溫度越高制冷劑溶解量越小。隨著壓力的升高，越接近潤滑油在該溫度下的溶解飽和狀態(tài)，制冷劑越難溶入潤滑油中，是一種非線性的溶解比例關(guān)系[2]。該狀態(tài)參數(shù)主要是根據(jù)潤滑油在不同溫度下與制冷劑的互溶程度，綜合來說高溫情況下制冷劑溶解量要少，低溫情況下制冷劑溶解量要多。潤滑油與制冷劑互溶后的物理性質(zhì)改變情況做判斷，混合的比例不一樣反映出來的油溫過熱度也不一樣[3]。

高壓腔壓縮機(jī)：油溫過熱度=潤滑油實(shí)際溫度-排氣壓力對應(yīng)的飽和溫度；對于高壓腔壓縮機(jī)，因?yàn)槠鋵χ评鋭┻M(jìn)行壓縮后排出的高溫、高壓氣體首先儲存在壓縮機(jī)腔體內(nèi)，若此時經(jīng)過壓縮后的制冷劑氣體壓力對應(yīng)的飽和溫度比壓縮機(jī)內(nèi)潤滑油的溫度要高，則高溫、高壓氣體就會被潤滑油冷凝，并與潤滑油溶合，使?jié)櫥拖♂尅?/p>

低壓腔壓縮機(jī)：油溫過熱度=潤滑油實(shí)際溫度-吸氣壓力對應(yīng)的飽和溫度；對于低壓腔壓縮機(jī)，因?yàn)閴嚎s機(jī)吸氣，其內(nèi)的低溫、低壓氣體先儲存在壓縮機(jī)腔體內(nèi)，若此時經(jīng)過壓縮機(jī)前的制冷劑氣體壓力對應(yīng)的飽和溫度比壓縮機(jī)內(nèi)潤滑油的溫度要高，則回到壓縮腔內(nèi)的低溫、低壓氣體就會被潤滑油冷凝，并與潤滑油溶合，使?jié)櫥拖♂孾4]。

2 壓縮機(jī)運(yùn)行可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)

2.1 油溫過熱度的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

實(shí)驗(yàn)方法：選取制冷量為三匹的變頻A空調(diào)柜機(jī)，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)，測試高負(fù)荷制熱測試，工況穩(wěn)定后按最高風(fēng)檔運(yùn)行10 min，再轉(zhuǎn)最低風(fēng)檔運(yùn)行10 min，然后再轉(zhuǎn)最高風(fēng)檔運(yùn)行10 min，如此反復(fù)4次濕球溫度結(jié)果見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：制熱高負(fù)荷工況1、2，均出現(xiàn)出現(xiàn)功率波動，最大功率波動300 W左右。圖1為高負(fù)荷制熱工況1。

圖1 運(yùn)行曲線

實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)選取計(jì)算過熱度如表2。

表2 過熱度數(shù)據(jù)

對其油溫過熱度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)T空調(diào)整個運(yùn)行過程中，壓縮機(jī)底部過熱度均大于0 ℃。過熱度數(shù)據(jù)分析表如表3。

通過數(shù)據(jù)分析，T柜機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行過程油溫過熱度均大于0 ℃，未出現(xiàn)功率波動情況。A柜機(jī)空調(diào)出現(xiàn)功率波動較大時壓縮機(jī)油溫過熱度均為0 ℃以下；因此可以確認(rèn)油溫過熱度大小是影響了功率的波動的原因。然而，A空調(diào)與T空調(diào)相比較運(yùn)行頻率控制參數(shù)一致，排量相同，區(qū)別在于壓縮機(jī)的廠家不同。那么兩者為什么會有所差異，通過對比分析，發(fā)現(xiàn)兩者使用潤滑油不一樣。

經(jīng)核實(shí)A空調(diào)壓縮機(jī)使用的是FW50S潤滑油，T空調(diào)壓縮機(jī)使用FW68DA潤滑油，查看兩者潤滑油參數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩者與冷媒溶解度不一樣。FW68DA高壓在3 Mpa，油溫50 ℃左右溶解度為40 %，而潤滑油FW50S則在同等條件下溶解度已經(jīng)接近100 %，處于隨時可能波動狀態(tài)（導(dǎo)致出現(xiàn)波動情況不穩(wěn)定，因?yàn)閴毫σ蛔兓袝r不復(fù)現(xiàn)）。潤滑油的溶解曲線如圖3。

圖3 潤滑油溶解度曲線圖

FW50S潤滑油在壓底溫度為50 ℃不同壓力下溶解情況見表4。

表4 FW50S溶解度數(shù)據(jù)

FW68DA潤滑油在壓底溫度為50 ℃不同壓力下溶解情況見表5。

表5 FW68DA溶解度數(shù)據(jù)

從表4、5可以看出，同樣在高壓3 Mpa，F(xiàn)W50S潤滑油溶解度在90 %，而FW68DA溶解度只在40 %，當(dāng)壓力及油溫在一定情況下，如果壓縮機(jī)底部過熱度不足，則會使得導(dǎo)致冷媒與潤滑油溶解度變大，導(dǎo)致在泵油的過程中將溶解在潤滑油中的冷媒一起泵到缸體中，在壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮的時候存在一定的液壓縮，對缸體產(chǎn)生沖擊,出現(xiàn)功率波動問題[5]。

2.2 相關(guān)整改試驗(yàn)驗(yàn)證

2.2.1 提高排氣值（由原來50 ℃提高到60 ℃提高壓縮機(jī)底部油溫過熱度）

為了獲取最佳的模型組合,通過設(shè)定隨機(jī)森林中樹的個數(shù)以及樹的深度的雙層循環(huán)來訓(xùn)練數(shù)據(jù),根據(jù)總體準(zhǔn)確率進(jìn)行倒序排列選擇優(yōu)秀參數(shù)組合。循環(huán)參數(shù)范圍選擇規(guī)則如下:①對于樹的深度我們選取結(jié)果比較穩(wěn)定的(10,20)這個區(qū)間;②隨機(jī)森林中樹的個數(shù)太少,會使結(jié)果不具代表性,樹的個數(shù)太大又會使模型太過逼近訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布,反而喪失了在預(yù)測時的準(zhǔn)確率。文獻(xiàn)[13]建議,隨機(jī)森林分類性能最接近最優(yōu)時樹的數(shù)量為100左右,同時考慮模型的復(fù)雜程度與運(yùn)算時間,我們將樹的個數(shù)選擇在了(80,120)之間。

將A空調(diào)調(diào)整目標(biāo)排氣溫度為62 ℃，整改前是50 ℃，樣機(jī)運(yùn)行4個周期未出現(xiàn)波動情況，整個運(yùn)行過程中過熱度均大于0 ℃，轉(zhuǎn)低風(fēng)擋后由于高壓升高，壓底過熱度升高，功率曲線運(yùn)行很穩(wěn)定，無波動；接示波器顯示波形很穩(wěn)，無異常跳動。

運(yùn)行曲線如圖4。

圖4 穩(wěn)定運(yùn)行曲線圖

通過對其油溫過熱度分析，得出穩(wěn)定運(yùn)行油溫過熱度均大于0 ℃，過熱度分析表如表6。

表6 穩(wěn)定運(yùn)行過熱度數(shù)據(jù)表

接示波器顯示壓縮機(jī)運(yùn)行波形穩(wěn)定如圖5。

圖5 穩(wěn)定運(yùn)行波形曲線圖

2.2.2 調(diào)低排氣溫度為40 ℃（由原來50 ℃降到40 ℃減小壓縮機(jī)底部油溫過熱度）

將調(diào)整排氣溫度為40 ℃，樣機(jī)運(yùn)行到第3個周期時出現(xiàn)波動。前期運(yùn)行過程中過熱度均大于0 ℃，后面轉(zhuǎn)風(fēng)擋后由于高壓升高，排氣逐漸往目標(biāo)排氣40 ℃運(yùn)行，電子膨脹閥開大，導(dǎo)致壓底過熱度降低，功率曲線運(yùn)行出現(xiàn)波動，接示波器顯示波形紊亂。運(yùn)行曲線如圖6。

圖6 穩(wěn)定運(yùn)行波形曲線圖

通過對其過熱度分析，出現(xiàn)波動情況均為過熱度小于0℃，過熱度分析表7。

表7 過熱度數(shù)據(jù)表

接示波器顯示壓縮機(jī)運(yùn)行波形（波形紊亂，無規(guī)律）如圖7。

圖7 出現(xiàn)波動運(yùn)行波形曲線圖

通過以上實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)排氣值降低后（壓底過熱度低于0）功率出現(xiàn)波動情況。證明了壓縮機(jī)底部油溫過熱度與波動之間的直接影響，發(fā)現(xiàn)潤滑油與冷媒溶解特性以后，需要避開溫度值和壓力值點(diǎn)在溶解度大的點(diǎn)。因此，變頻空調(diào)系統(tǒng)回液的控制可以依據(jù)過熱度進(jìn)行，確認(rèn)每個運(yùn)行狀態(tài)下過熱度的合理范圍。過熱度不足時可減小膨脹閥步數(shù)，過熱度過高時增大膨脹閥步數(shù)[6]使系統(tǒng)維持一個較為穩(wěn)定的過熱度參數(shù)運(yùn)行。

3 總結(jié)

本文通過壓縮機(jī)回液強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)提出壓縮機(jī)在特定工況下出現(xiàn)的功率波動問題。如何有效地控制空調(diào)系統(tǒng)油溫過熱度是壓縮機(jī)可靠性研究的一個重要課題，在設(shè)計(jì)開發(fā)階段可以往以下幾點(diǎn)優(yōu)化：

1）不同廠家的壓縮機(jī)使用的潤滑油型號可能不一樣，壓縮機(jī)潤滑油的溶解性與溫度和壓力存在一定關(guān)系，首先需要通過潤滑油型號找到特性曲線，確定其溶解特性，設(shè)計(jì)適合的目標(biāo)排氣值。

2）當(dāng)壓縮機(jī)潤滑油與冷媒溶解較多時，會存在一定的液擊風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)功率波動，影響壓縮機(jī)使用壽命；解決方法主要是通過調(diào)節(jié)減小膨脹閥步數(shù)提高排氣溫度的方法，從而使得油溫過熱度提高，降低潤滑油的溶解度，如果油溫過熱度過高可以增大膨脹閥步數(shù)降低排氣溫度，調(diào)節(jié)到一個適合的區(qū)間。

3）變頻空調(diào)的控制不能單用一個區(qū)間內(nèi)的膨脹閥開度增加或減小方法來解決，也要考慮使用環(huán)境如連接管長度，制冷劑追加量等，這些都是不受控的。空調(diào)需要不斷檢測各個參數(shù)閉環(huán)自調(diào)節(jié)修正制冷劑的流量狀態(tài)，減少出現(xiàn)液擊問題。