多聯機回油檢測技術研究

黃銳斌 蔡 悅 黃善潮 張小明

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000）

引言

為了實現超長冷媒配管，多聯機大多采用旁通式回油設計，潤滑油經壓縮機排氣口排出，經過油分離器和毛細管后回到壓縮機，回油檢測是多聯機生產過程關鍵工序。在多聯機生產制造過程中，容易發生回油毛細管焊堵或臟堵問題，如果異常在回油檢測中不能及時有效檢出，潤滑油無法滿足潤滑需求時，壓縮機會發生磨損，影響其使用壽命[1]；回油檢測時壓縮機首次啟動運行，如果控制不當，容易造成潤滑油黏度下降、運動元件磨損量增大[2]。如何提高多聯機回油出廠檢測可靠性是本論文研究的主題。

1 回油檢測方案設計

多聯機回油出廠測試，主要檢測的是回油是否順暢，檢測原理是隨著壓縮機啟動運行，回油溫度逐漸升高，但是大部分多聯機在回油管路上沒有設計傳感器，在實際生產中會在回油毛細管附近臨時設置溫度傳感器監測回油溫度變化，回油溫度升高3 ℃以上則表明回油正常。為了深入研究回油檢測可靠性，筆者設計了多聯機回油試驗方案，見圖1，在潤滑油循環管路上設置流量監測點，采用非接觸式超聲波流量計監測回油量，在毛細管進口和出口分別設置油溫檢測點，采用溫度傳感器監測回油溫度變化，然后控制壓縮機啟動運行，對影響回油檢測的主要因素分別進行試驗。為了確保數據準確性，試驗結果不能受到壓縮機余熱影響，要求每組試驗時間間隔24 h以上，確保壓縮機徹底散熱，試驗在（23±2）℃恒定工況下進行。

圖1 回油試驗方案

2 回油檢測可靠性研究

2.1 傳感器選型設計

多聯機產品根據壓縮機排氣量結合理論最低回油流速要求選擇合理的回油頻率和回油周期，產品本身不需要在回油管路上布置回油溫度傳感器，但是在產品開發或者生產制造過程需要通過臨時布置傳感器檢測多聯機系統回油效果。多聯機回油流量檢測可以選用夾鉗式超聲波流量傳感器，適用金屬管路外徑φ（6～12）mm，額定流量（0～8 000）ml/min，安裝在油分離器出口處，該傳感器安裝要求高，僅適合用于多聯機產品開發階段，在實驗室內研究壓縮機最佳回油頻率使用，對生產效率要求高的總裝出廠檢測不適用；回油溫度檢測選用T型熱電偶，適用范圍（-200～350）℃，安裝在回油毛細管進口或者出口處，具有靈敏度高、安裝方便、價格便宜的優勢，適用于多聯機實驗室及總裝出廠檢測。

2.2 最佳回油頻率設計

變頻壓縮機運行頻率一般處于變化過程中，比如說：（15～90）Hz，那么變頻壓縮機的排油率就處在不斷變化的過程當中，一般情況下變頻壓縮機的頻率越高則排油率越大，頻率越低排油率越小[3]。多聯機出廠檢測通常先穩定運行制熱模式，再運行制冷模式，完成檢測后進行冷媒回收。多聯機外機出廠檢測時為了實現內機最小化和通用化，通過二次灌注技術，徹底解決測試內機工裝多，操作困難等問題[4]，通常先充注一部分制冷劑，完成檢測后再充注另外一部分制冷劑，在低充注量條件下進行出廠檢測時壓縮機運行頻率與產品本身設計的壓縮機運行頻率范圍不同，初次啟動不宜長時間運行高頻，在出廠檢測過程中壓縮機常用頻率為（30～50）Hz。

筆者以一臺5匹多聯機為試驗機組，按照圖1方案及要求進行試驗，通過開放負載控制方式，控制風機運行頻率為30 Hz，電子膨脹閥步數為400步，壓縮機頻率在（30～50）Hz范圍內，每次試驗增加1 Hz，壓縮機運行時間200 s，記錄測溫點1和測溫點2在壓縮機啟動前以及運行200 s后溫差數據。試驗中壓縮機頻率與回油檢測溫度關系如圖2所示，運行頻率在37 Hz以上，回油溫差明顯增大。

圖2 不同壓縮機頻率下回油溫差變化

為了進一步確認多聯機低制冷劑充注量條件下出廠檢測最佳回油頻率范圍，筆者以一臺20匹多聯機為試驗機組，出廠檢測時制冷劑充注量為額定充注量的30 %，按照圖1方案及要求進行試驗，壓縮機運行600 s。試驗中壓縮機頻率與回油效果如表1所示，運行50 Hz時回油溫差更大，主要是受到排氣溫度升高影響，該頻率下實際回油量不多，不利于壓縮機內部機械件潤滑，多聯機出廠檢測最佳運行回油頻率在（40～45）Hz,可以確保良好的回油溫差以及回油量。

表1 壓縮機頻率與回油效果

2.3 最佳回油測溫點的選擇

為了提高多聯機回油檢測可靠性，必須研究確認最佳的溫度檢測點，筆者分別對毛細管前后檢測差異及距離油分離器管路長度進行分析，重點討論一下多聯機出廠檢測過程中的回油溫度測點的選擇和注意事項。

不同測點的回油溫度變化，如圖3所示。測點1在回油毛細管后，該位置是當前行業內常用的回油檢測點。多聯機出廠檢測前，油分離器及回油管路內的液態油與部分液態制冷劑互溶共存，壓縮機啟動后，經過毛細管節流作用，測點1溫度先下降，運行3 min后，制冷劑和潤滑油在壓縮機中的流動視為兩相異質流動[5]，隨著壓縮機排氣溫度上升，測點1溫度逐漸上升，油溫變化幅度受季節性差異影響，呈夏天變化趨勢大，冬天變化趨勢小的特點，測點1冬季檢測可靠性差，冬季通常需要進行重復運行測試，進一步升高油溫才能進行有效檢測，對生產效率影響大；測點2在毛細管前，不受節流降溫影響，壓縮機啟動后，隨著壓縮機排氣溫度上升，測點2溫度逐漸上升，且溫差變化明顯大于測點1。

圖3 不同測點回油溫度變化

經過試驗驗證，測點2距離油分500 mm以上時，在回油異常的情況下，測點1與測點2同樣無明顯溫差，溫差變化小于2 ℃，試驗結果如圖4所示。但是如果油分離器距離毛細管距離過短，受到油分離器傳熱影響，在回油異常的情況下，測點2也會有溫差變化出現，可能會導致回油異常產品漏判。因此，只要在產品開發設計之初確保油分與毛細管之間管路長度不低于500 mm，測點2是最佳的回油檢測位置，有效解決了冬季回油檢測可靠性差的問題。

圖4 不同測點回油異常檢測效果

2.4 回油檢測程序控制要點

多聯空調出廠檢測屬于空調首次運行，回油頻率控制一方面為了滿足回油檢測，另一方面是為了壓縮機機械部件得到良好的潤滑效果，因此，在需要針對出廠檢測進行特定的回油檢測程序設計，包括制定壓縮機啟動升頻階段和回油頻率運行檢測階段的控制要求。

升頻階段需要考慮到壓縮機啟動前潤滑油在空調系統內分布以及冷媒遷移情況。多聯機完成裝配后，需要在真空狀態下向油分離器充注潤滑油，然后再充注制冷劑，潤滑油一部分在油分離器內，另外一部分在壓縮機底部油池內，壓縮機首次啟動不需要立刻回油，壓縮機啟動時通過低頻運行及分段升頻設計，建立可以良好的初始油膜，有利于降低磨損及過流保護風險。如果在完成制冷劑充注后長時間靜置，液態制冷劑會遷移到壓縮機底部油池和油分離器內，油會被稀釋，潤滑效果降低；如果在完成制冷劑充注后2 h內開機運行檢測，冷媒遷移量較少，潤滑油粘度大，更有利于壓縮機內部機械部件潤滑及初始油膜建立。為了確保壓縮機首次啟動可靠，多聯機完成制冷劑充注后應在2 h內完成檢測，超過2 h后需要對壓縮機底部油池進行加熱處理，降低潤滑油中的制冷劑溶解率，壓縮機啟動階段采用低頻運行及分段升頻設計，運行1 min以上再升頻至目標頻率。

回油頻率運行檢測階段運行最佳回油頻率（40～45） Hz，此時需要通過控制電子膨脹閥和風機轉速來調節系統運行中的關鍵參數，確保壓縮機在回油檢測過程中的可靠性。首先，需要防止回油檢測運行期間吸氣壓力過低，壓縮比過大，避免壓縮機電機溫度過高造成壓縮機損壞或者潤滑油焦化變質；其二，需要保證合適的吸、排氣過熱度，防止系統回液過多，稀釋潤滑油，降低潤滑效果；其三，防止排氣溫度過高導致油粘度降低，潤滑效果變差。

3 結論

本文論述了如何在多聯機出廠檢測中提高回油檢測及壓縮機首次啟動可靠性，減小壓縮機缺油磨損及過流保護故障風險，得到以下結論。

1）在制冷劑充注量小于額定充注量情況下，多聯機出廠檢測最佳回油頻率為（40～45）Hz；

2）回油毛細管距離油分離器500 mm以上，回油溫度檢測點設置在回油毛細管前，可以消除毛細管節流溫降的影響，回油檢測可靠性更高；

3）出廠檢測運行特定的回油檢測程序，通過頻率及關鍵系統參數控制，可以提高壓縮機首次啟動可靠性。