梁愛云+孫祥斌

摘 要：為保證空調(diào)壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)中必須有充足的冷凍油保障壓縮機(jī)潤(rùn)滑，否則壓縮機(jī)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重磨損和過熱而損壞。因此在進(jìn)行制冷系統(tǒng)循環(huán)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮系統(tǒng)潤(rùn)滑油能否順利返回壓縮機(jī)，是否需要追加油分離器保證回油。該論文基于流體力學(xué)基本原理，建立回油模型，根據(jù)潤(rùn)滑油的凈體積流量為零和制冷劑蒸汽速度與油氣界面速度的關(guān)系，獲得制冷劑蒸汽的最小回油速度，并與系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)制冷劑最小蒸汽速度做比較，計(jì)算得出空調(diào)機(jī)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)是否需要追加油分離器進(jìn)行回油。

關(guān)鍵詞：潤(rùn)滑油 回油模型 最小回油速度 制冷劑蒸汽速度

中圖分類號(hào)：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（c）-0028-03

空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)的一部分潤(rùn)滑油溶于制冷劑中進(jìn)入冷凝器、蒸發(fā)器等部件，如果有較多的潤(rùn)滑油積存到系統(tǒng)部件而不能回到壓縮機(jī)的話，壓縮機(jī)將會(huì)因缺油而不能正常工作[1]。

對(duì)于大容量定速空調(diào)機(jī)而言，長(zhǎng)配管時(shí)室內(nèi)外機(jī)組的連接管路長(zhǎng)，回油是比較困難的。但設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低廉一直是定速空調(diào)機(jī)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，若單從試驗(yàn)驗(yàn)證確認(rèn)回油可靠性問題，會(huì)浪費(fèi)大量的人力物力資源，因此設(shè)計(jì)之初考慮系統(tǒng)回油問題是非常有必要的。

該研究是根據(jù)流體力學(xué)基本原理，建立回油模型。在極限情況下，當(dāng)制冷劑蒸汽帶動(dòng)上升的潤(rùn)滑油體積流量等于由于重力作用導(dǎo)致下降的潤(rùn)滑油體積流量，即潤(rùn)滑油凈體積流量為零時(shí)，得出最小回油速度。另外通過回油模型在吸氣管中的應(yīng)用得出實(shí)際運(yùn)行時(shí)最小制冷劑蒸汽速度，與計(jì)算得出的最小回油速度做比較，確認(rèn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否滿足回油要求。

1 回油模型

1.1 制冷、制熱循環(huán)中制冷劑狀態(tài)與冷凍油的分布情況

壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，制冷劑的排氣溫度較高，部分冷凍油被汽化隨制冷劑氣體進(jìn)入制冷系統(tǒng)。此外，壓縮機(jī)的高速氣流也易把冷凍油帶入制冷系統(tǒng)，進(jìn)入冷凝器、蒸發(fā)器以及相應(yīng)的管路，如果無(wú)法順利回到壓縮機(jī)將影響壓縮機(jī)可靠性。因此研究系統(tǒng)中制冷劑狀態(tài)與冷凍油的分布情況是研究回油問題的前提，也是回油模型建立的基礎(chǔ)。

制冷循環(huán)時(shí)，從壓縮機(jī)到室外機(jī)這一段管路中流動(dòng)的是高溫高壓的高速制冷劑氣體。此時(shí)冷凍油呈現(xiàn)霧狀，和制冷劑蒸汽很好地混合在一起，且流速大、流程短，這一段管路中存儲(chǔ)的冷凍油很少。在室外機(jī)中，制冷劑由氣態(tài)冷凝成高溫液體，冷凍油也由氣態(tài)冷凝成液態(tài)，但這段管路流速還是很大的，因此從室外機(jī)到室內(nèi)機(jī)這段管路也不會(huì)存油。液態(tài)制冷劑在室內(nèi)機(jī)中逐漸蒸發(fā)，在室內(nèi)機(jī)出口，制冷劑變成有一定過熱度的低溫低壓氣體，因?yàn)闇囟容^低，所以大部分冷凍油仍是液態(tài)。從室內(nèi)機(jī)的過熱區(qū)到氣液分離器，這一段管路中冷媒低速流動(dòng)，冷凍油的流動(dòng)阻力較大，因此這一段管路中積存大量的冷凍油。在氣液分離器中，潤(rùn)滑油和制冷劑通過吸氣管上的回油孔進(jìn)入吸氣管，回到壓縮機(jī)。

制熱時(shí)從壓縮機(jī)排氣口到室內(nèi)機(jī)這一段管路中流動(dòng)的是高溫高壓的高速制冷劑氣體。此時(shí)冷凍油成霧狀，兩者很好地混合在一起，這一段管路上很少積存冷凍油。在室內(nèi)機(jī)中，高溫高壓的氣體逐漸冷凝成高溫液體，冷凍油也冷凝成液態(tài)，這段管路制冷劑流速還是較高，因此積存的冷凍油也很少。液態(tài)制冷劑在室外機(jī)蒸發(fā)成低溫低壓氣體，而大部分的冷凍油仍是液態(tài)，從過熱區(qū)開始管路中流動(dòng)的是低溫低速氣體，但由于管路很短，所以積存的潤(rùn)滑油量不大，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響較小。

1.2 影響回油的其他因素

（1）氣、液管管徑。

如果系統(tǒng)中連接管的管徑選用過大，在相同負(fù)荷和制冷劑量的情況下，管路中制冷劑流速就小，這樣會(huì)降低制冷劑的帶油能力，使回油更困難。

（2）制冷劑灌注量。

如果制冷劑灌注量過大，則系統(tǒng)中冷凍油會(huì)被稀釋，分布在系統(tǒng)中的潤(rùn)滑油量就大，也影響系統(tǒng)回油。

（3）安裝。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小連接管的長(zhǎng)度，避免彎頭和硬性彎頭。這樣可以降低回油阻力，減少管路中存油的地方。

綜上，制冷循環(huán)中從室內(nèi)機(jī)過熱區(qū)到壓縮機(jī)這段管路易存油，是回油的關(guān)鍵所在，應(yīng)該在制冷循環(huán)中建立回油模型。同時(shí)在獲取最小回油速度時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際考慮氣、液管管徑、制冷劑充灌量和安裝等影響因素。

1.3 回油模型建立

1.3.1 最不利回油截面的選取

該研究是基于8HP、10HP定速空調(diào)機(jī)來(lái)分析研究的，以判斷大容量定速空調(diào)機(jī)是否滿足回油要求。以8HP定速空調(diào)機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明，圖1為某一8HP定速空調(diào)機(jī)的系統(tǒng)循環(huán)結(jié)構(gòu)圖。

根據(jù)1.1節(jié)分析，壓縮機(jī)回油困難主要發(fā)生在制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)蒸發(fā)器過熱區(qū)到壓縮機(jī)這一段管路中，同時(shí)若蒸發(fā)器的位置低于壓縮機(jī)且制冷劑流速低的情況下，回油將更加困難。該研究暫不考慮蒸發(fā)器與壓縮機(jī)的位置，僅從室外機(jī)系統(tǒng)循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。圖示8HP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中連接氣分和壓縮機(jī)的吸氣管中有一段垂直管，在該垂直管中，潤(rùn)滑油在重力的影響下不易隨制冷劑夾帶通過。CREMASCH[2]等研究表明，在同樣工況條件下，垂直管中潤(rùn)滑油的積存量比水平管高50%，因此選取圖1示出位置即吸氣管進(jìn)入壓縮機(jī)最后一個(gè)垂直管的末端作為最不利回油截面。

1.3.2 回油物理模型建立

以圖1中標(biāo)識(shí)的最不利截面為研究對(duì)象，考慮蒸發(fā)器與壓縮機(jī)之間的垂直吸氣管路，潤(rùn)滑油克服重力的影響隨制冷劑蒸汽向上運(yùn)動(dòng)，圖2為潤(rùn)滑油在管內(nèi)壁隨制冷劑運(yùn)動(dòng)的示意圖。

從實(shí)際計(jì)算的結(jié)果得出，制冷系統(tǒng)實(shí)際冷媒最小流速高于理論最小回油速度，即8HP定速空調(diào)機(jī)在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下能夠滿足回油要求，不需要另外追加油分離器設(shè)計(jì)。

8HP定速空調(diào)機(jī)經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果也得出，在沒有回油措施的情況下，系統(tǒng)在不同工況、不同冷媒充注量、不同配管長(zhǎng)度下均滿足回油要求，進(jìn)一步驗(yàn)證了理論分析的結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

該文通過選取系統(tǒng)中最不利回油截面及運(yùn)行工況作為研究對(duì)象，建立回油模型方程組，獲得理論最小回油速度的計(jì)算公式，同時(shí)將理論最小回油速度與實(shí)際運(yùn)行時(shí)制冷劑最小流速作比較，以確定現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否滿足回油要求，通過實(shí)際計(jì)算8HP定速空調(diào)機(jī)驗(yàn)證了最小回油速度在大容量定速空調(diào)機(jī)中應(yīng)用的可行性。將回油問題置于空調(diào)設(shè)計(jì)之初分析確認(rèn)，尤其對(duì)定速空調(diào)機(jī)而言，利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和成本降低。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊傳波，張薇，郭漪，等.制冷系統(tǒng)含油量對(duì)壓縮機(jī)工作性能影響的理論分析和試驗(yàn)研究[J].制冷學(xué)報(bào)，2005，26（2）：19-23.

[2] CREMASCHI L.Experimental and theretical investigation of oil retention in vapor compression systems[D].Maryland：CEEE，Unibersity of Maryland，College Paark，2004.

[3] 張平，丁國(guó)良.制冷劑蒸汽最小回油速度模型及在垂直吸氣管設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008，44（4）：179-183.