黃允棋 何林

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

1 引言

由于房間空氣調(diào)節(jié)器屬于小型制冷裝置，系統(tǒng)回油回液控制簡單，因而經(jīng)常存在潤滑油與冷媒同時(shí)進(jìn)入壓縮機(jī)，而進(jìn)入量就看系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)而定?；赜突匾毫可?，壓縮機(jī)腔體內(nèi)液位偏低，壓縮機(jī)部分位置得不到足夠的潤滑且電機(jī)得不到有效的降溫，容易導(dǎo)致磨損卡死和電機(jī)溫度過高燒毀等；回油量少回液量多，潤滑油被稀釋，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)油膜粘度降低，容易導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)接觸面磨損卡死；因此，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須通過系統(tǒng)參數(shù)來控制壓縮機(jī)的回油回液情況。如蒸發(fā)器出現(xiàn)結(jié)霜時(shí)，冷媒蒸發(fā)不完全，常導(dǎo)致回液過多，因而系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就通過設(shè)定一個(gè)蒸發(fā)器防凍結(jié)溫度控制，通過停機(jī)來保護(hù)壓縮機(jī)。

2 關(guān)于系統(tǒng)回油回液導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞的原因分析

在壓縮機(jī)故障中，由于系統(tǒng)問題導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞的主要原因是缺油運(yùn)行、液壓縮和潤滑油稀釋，使壓縮機(jī)磨損或者拉缸碳化直至損毀。壓縮機(jī)出現(xiàn)上述故障，主要的原因是冷媒量出現(xiàn)異常、氣液分離器設(shè)計(jì)不合理以及系統(tǒng)回油回液控制方法不完善等所導(dǎo)致。

2.1 冷媒量異常

若冷媒量過多時(shí)，冷媒無法蒸發(fā)完全，多余的冷媒直接回到氣液分離器中。由于冷媒的密度比潤滑油冷媒混合物的密度大，基本都處于氣液分離器下部，直接從回油孔中進(jìn)入壓縮機(jī)或者直接被吸進(jìn)回油管，導(dǎo)致液壓縮，長期的液壓縮最終會(huì)打壞壓縮缸體。

若冷媒量減少時(shí)，系統(tǒng)壓力降低，潤滑油在兩熱交換器中分離后，系統(tǒng)中流動(dòng)的冷媒?jīng)]有足夠的“能力”將潤滑油帶回壓縮機(jī)，導(dǎo)致壓縮機(jī)無法正?；赜?，壓縮腔體內(nèi)液位偏低，使電機(jī)冷卻、運(yùn)動(dòng)部件潤滑不良、潤滑油過溫變質(zhì)等問題最終導(dǎo)致壓縮機(jī)電機(jī)燒毀、卡死、油碳化等故障。

2.2 液分離器設(shè)計(jì)不合理

氣液分離器設(shè)計(jì)不合理主要針對其有效容積及回油孔、均壓孔等設(shè)計(jì)。

氣液分離器有效容積需要考慮容器的高度、直徑以及進(jìn)氣管和吸氣管的位置差，盡量避免氣液兩相冷媒進(jìn)入氣液分離器后產(chǎn)生渦流負(fù)壓，這將會(huì)大大減少氣液分離器的有效容積，并且液態(tài)冷媒得不到有效的分離，將會(huì)直接進(jìn)入壓縮機(jī)導(dǎo)致液壓縮等問題。

回油孔直徑大小和高度機(jī)數(shù)量合適與否，對氣液分離器的作用能否從分發(fā)揮以及能否保證壓縮機(jī)正常潤滑有著舉足輕重的作用。如果回油孔直徑過大，則易從這里產(chǎn)生回液現(xiàn)象，如果回油孔直徑設(shè)計(jì)過小，則回油量過低或回油孔起不到作用。對于回油孔的高度及數(shù)量，我們應(yīng)該從多方面去考慮其合理性使其作用得到優(yōu)化。比如，在低溫工況下長期制熱運(yùn)行，液態(tài)冷媒與冷凍潤滑油出現(xiàn)分層現(xiàn)象，因液態(tài)冷媒的密度大于冷凍潤滑油的密度，冷凍潤滑油會(huì)浮在冷媒上面，造成其不能從回油孔回到壓縮機(jī)，而使壓縮機(jī)缺油，而這時(shí)液體冷媒卻會(huì)有部分回到壓縮機(jī)造成液擊現(xiàn)象。因此，要滿足空調(diào)產(chǎn)品在低溫工況下能長期制熱運(yùn)行，需考慮在吸氣彎管上增加小孔，小孔徑一般約為1mm，這個(gè)位置不需要加過濾網(wǎng)[4]。

2.3 系統(tǒng)回油回液控制

系統(tǒng)回油回液的控制主要涉及低溫下冷媒蒸發(fā)不完全回液嚴(yán)重、高負(fù)荷下壓縮機(jī)排油率較高回油困難等問題。如定頻空調(diào)系統(tǒng)在長連管高落差高負(fù)荷工況下運(yùn)行，壓縮機(jī)長期在高壓高溫，潤滑油粘度低，排油率高，潤滑油難以回到壓縮，再加上售后冷媒追加量一般都會(huì)偏少，因而該情況是導(dǎo)致售后定頻空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)損壞的一大方面；在上述情況中，對于變頻空調(diào)系統(tǒng)，高負(fù)荷下可在低頻下運(yùn)行，并且設(shè)定了回油控制平臺(tái)，因而很少高負(fù)荷下出現(xiàn)缺油的情況。但變頻空調(diào)系統(tǒng)低溫制冷下運(yùn)行，運(yùn)行頻率較低，系統(tǒng)回液量較多，壓縮機(jī)無法將腔體內(nèi)溶合在潤滑油中的冷媒排出，使?jié)櫥拖♂專扯冉档?，影響壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)磨合，容易導(dǎo)致磨損卡死。

3 關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)回油回液分析

關(guān)于系統(tǒng)的回油回液，本文從最根本的冷媒與冷凍油的特性進(jìn)行分析，這有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)的評估，尤其是對越發(fā)普及的變頻壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。

冷媒與油的溶解性分為有限溶解和完全溶解兩種情況，溶解度與溫度有關(guān)。完全溶解時(shí)，冷媒與油的液體混合物成均勻溶液。有限溶解時(shí)，冷媒與油的混合物分為貧油層和富油層[3]。因而，在不同溫度下運(yùn)行，潤滑油會(huì)不同程度地被夾帶進(jìn)制冷系統(tǒng)。根據(jù)潤滑油與冷媒的溶解特性，潤滑油會(huì)在不同的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下出現(xiàn)不同程度的分離，一部分會(huì)留在管路上，另一部分被冷媒流動(dòng)帶回壓縮機(jī)。而對于回油回液量，根據(jù)潤滑油在低溫下粘度高、高溫下粘度低的特點(diǎn)，來進(jìn)行運(yùn)行點(diǎn)底部過熱度控制設(shè)計(jì)。一般壓縮機(jī)廠家對于壓縮機(jī)底部過熱度要求如下：

a)對于高壓腔壓縮機(jī)：連續(xù)運(yùn)行期間，壓縮機(jī)底部溫度(油溫)≥冷凝溫度+6℃[2]；

b)對于低壓腔壓縮機(jī)：連續(xù)運(yùn)行期間，壓縮機(jī)底部溫度(油溫)≥蒸發(fā)壓力相對飽和溫度+12℃[1]；

注：根據(jù)不同的壓縮機(jī)廠家底部過熱度要求或表述不完全相同。

3.1 低溫下冷媒與潤滑油分離

在家用空調(diào)系統(tǒng)中，普遍使用R410A、R22及R407C等冷媒，這些冷媒都有一個(gè)共同的特性就是溫度降到某一臨界溫度下會(huì)出現(xiàn)分離，分離的情況存在于流動(dòng)狀態(tài)和平衡狀態(tài)下，因此會(huì)存在潤滑油被帶到系統(tǒng)后潤滑油殘留在蒸發(fā)器管路上。由于家用空調(diào)器屬于小型制冷裝置，沒有單獨(dú)的供油系統(tǒng)，如果蒸發(fā)器管路過長則會(huì)出現(xiàn)回油困難的情況。例如，在外環(huán)溫度-20℃超低溫制熱運(yùn)行下，蒸發(fā)溫度較低，冷媒蒸發(fā)不完全比例較大，潤滑油分離較為嚴(yán)重。在定頻系統(tǒng)中，由于冷媒循環(huán)速度較低，難以將潤滑油帶回壓縮機(jī)。而液態(tài)冷媒從氣液分離器直接進(jìn)入壓縮，并與壓縮內(nèi)潤滑油混合，使壓縮機(jī)底部溫度降低，因此，無論是高壓腔壓縮機(jī)和低壓腔壓縮，從底部過熱度的計(jì)算當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)偏低的問題；在變頻系統(tǒng)中，超低溫下均會(huì)運(yùn)行較高的頻率，但無法避免潤滑油與冷媒的分離，而壓縮機(jī)在高頻運(yùn)行下，電機(jī)發(fā)熱較高，可將壓縮機(jī)內(nèi)潤滑油和冷媒混合物中的液態(tài)冷媒排到系統(tǒng)中，因此會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)內(nèi)液位較低的情況。

根據(jù)上述的分析和家用空調(diào)系統(tǒng)回油回液驗(yàn)證，對于定頻機(jī)系統(tǒng)低溫制熱下回液較為嚴(yán)重，底部過熱度偏低；對于變頻系統(tǒng)低溫制熱下回油較為困難，壓縮機(jī)內(nèi)液位偏低。

3.2 高溫潤滑油粘度較低

溫度低，粘度高；反之溫度高，潤滑油粘度較低，高溫高壓氣體排出時(shí)容易將潤滑油帶到冷凝器上，到蒸發(fā)器后由于冷媒蒸發(fā)溫度降低，使?jié)櫥驼扯冉档?，減少壓縮機(jī)回油量[6]。因此，無論是定頻系統(tǒng)還是變頻系統(tǒng)，高溫制冷下運(yùn)行，壓縮機(jī)油位也處于一個(gè)較低的狀態(tài)。對于高負(fù)荷制熱狀態(tài)下，定頻系統(tǒng)也同樣存在油位較低的狀態(tài)，而變頻系統(tǒng)高負(fù)荷制熱運(yùn)行的頻率較低，其溫度和排油率較低，油位相對沒那么低。

通過上述的分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果對比，家用系統(tǒng)回油回液與潤滑油和冷媒混合狀態(tài)曲線以及潤滑油粘度特性曲線的原理相關(guān)。基于該特性，我們需要防止高溫下缺油、低溫下回液導(dǎo)致壓縮機(jī)潤滑不良。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果及預(yù)防

根據(jù)潤滑油特性，使用家用R410A系統(tǒng)定、變頻空調(diào)系統(tǒng)在各負(fù)荷下長連管進(jìn)行回油回液測試，使用的壓縮機(jī)分別為變頻雙缸壓縮機(jī)和定頻單轉(zhuǎn)子。通過壓縮機(jī)腔體內(nèi)液位及底部過熱度對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評價(jià)。實(shí)驗(yàn)方案制冷回油回液驗(yàn)證考慮從低溫制冷至高溫制冷不同負(fù)荷下進(jìn)行驗(yàn)證，制熱回油回液驗(yàn)證考慮從低溫制熱至高溫制熱不同負(fù)荷下進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1 驗(yàn)證結(jié)果

圖1 高溫制冷和超低溫制熱下運(yùn)行油位

圖2 低溫制冷下運(yùn)行油位

圖3 高溫制冷和高負(fù)荷制熱下運(yùn)行油位

圖4 超低溫制熱下運(yùn)行油位

對于變頻機(jī)，出現(xiàn)最低油位的是高溫制冷（32/-，48/-）和超低溫制熱（20/-，-15/-）兩種情況（如圖1），液位只充滿下視液鏡（沒有低于下法蘭）。而回液最嚴(yán)重的是低溫制冷（18/13，14/-），底部過熱度達(dá)不到要求，上視液鏡滿（如圖2）。

對于定頻機(jī)，出現(xiàn)最低油位的是高溫制冷（32/-，48/-）和高負(fù)荷制熱（27/24，24/-）兩種情況，壓縮機(jī)內(nèi)液位只有視液鏡的一半（接近下法蘭最低位置，如圖3）。而回液最嚴(yán)重的是超低溫制熱（20/-，-15/-），視液鏡已滿（如圖4），底部過熱同樣達(dá)不到規(guī)格書要求。

4.2 預(yù)防措施

根據(jù)以上的分析和實(shí)驗(yàn)情況，我們需要針對以上幾種情況對家用空調(diào)系統(tǒng)的回油回液進(jìn)行優(yōu)化。

對于變頻機(jī)，高溫制冷下運(yùn)行頻率相對較低，可以通過定時(shí)回油平臺(tái)進(jìn)行提高冷媒流速將潤滑油帶回壓縮機(jī)。超低溫制熱下壓縮機(jī)一直在高頻運(yùn)行，只要保證運(yùn)行過程中液位穩(wěn)定在下法蘭處以上[5]。而低溫制冷下運(yùn)行，對電子膨脹閥系統(tǒng)可通過調(diào)小閥開度降低冷媒循環(huán)量、提高排氣溫度來提高壓縮機(jī)底部過熱度；若是毛細(xì)管系統(tǒng)，可通過定時(shí)提高運(yùn)行頻率，將壓縮機(jī)內(nèi)潤滑油冷媒混合物排出，并提高排氣溫度和油溫，這樣可以使壓縮機(jī)底部過熱度提高。

對于定頻機(jī)，高溫高負(fù)荷下運(yùn)行增加防高溫控制，降低系統(tǒng)溫度壓力，減少壓縮內(nèi)潤滑油的排出；對于超低溫制熱，目前還沒有有效的方法將其底部過熱度提高，這方面也側(cè)面反映出定頻空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)故障相對變頻系統(tǒng)要高的一個(gè)重要原因。

總之，針對壓縮機(jī)回油回液的情況，我們空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，無論在任何工況下都需要有效地控制，提高壓縮機(jī)可靠性。

[1]SANYO渦旋式全封閉型電動(dòng)壓縮機(jī)規(guī)格書.大連三洋壓縮機(jī)有限公司

[2]壓縮機(jī)技術(shù)協(xié)議書.上海日立電器有限公司

[3]《制冷原理及設(shè)備》第二版.吳業(yè)正,韓寶琦,西安交通大學(xué)出版社

[4]《空調(diào)氣液分離器設(shè)計(jì)研究》汪厚泰.江蘇春蘭空調(diào)設(shè)備有限公司.江蘇 泰州

[5]《房間空調(diào)器用滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)回油問題的研究》胡浩,孟建軍,梁爽,林立.海信技術(shù)中心空調(diào)所.青島

[6]美國谷輪公司壓縮機(jī)應(yīng)用技木講座.韓潤虎.制冷技術(shù).2004 (3)