空调转子压缩机油温过热度与粘度关系实验研究

                 空调转子压缩机油温过热度与粘度关系实验研究

魏腾飞

珠海格力电器股份有限公司   广东省珠海市    519000

摘  要：压缩机是空调的核心部件，压缩机的可靠运行离不开润滑油，其对压缩机起到润滑、冷却、密封、降噪等作用，润滑油过热度过低或者过高都会影响压缩机的寿命。本文通过测试空调机组在低温工况下的运行，研究防止压缩机因冷媒稀释润滑油导致的磨损，需要保证的油温过热度，作为后续衡量整机低温设计可靠性的重要依据。

关键词：压缩机；磨损；润滑油；油温过热度

1 引言

压缩机能够有效润滑是保证压缩机长期有效运行的关键，因为润滑油可以在相对运动的零件表面形成油膜，减少摩擦表面的磨损和摩擦功耗。然而空调机组在低温工况下，会出现冷媒迁移，换热器结霜，蒸发不完全等问题，导致压缩机运行过程易出现回液，稀释润滑油，当润滑油被制冷剂稀释到一定低值，油膜厚度低于1μm时，润滑油便失去对压缩机的有效润滑，长期运行便会损坏压缩机。本文通过测试不同油温过热度的机组，观察压缩机的磨损情况，研究出空调机组在低温工况需保证的最低油温过热度，为后续整机低温设计与考评做出相应指导。

2实验原理

润滑油与冷媒互溶对粘度的影响

下面左图为POE油RB68EP与R410A冷媒的混合物分别在纯油无冷媒、含10%、20%、30%、40%比例冷媒时在不同温度下的粘度曲线，可以看到溶解冷媒后油的粘度大幅降低，且冷媒比例越大，同温度下油的粘度越低。

过热度对冷媒溶解比例的影响

上面右图是POE油RB68EP与R410A冷媒在不同温度、压力下的溶解曲线，横轴代表油液混合物中的冷媒比例，纵轴代表冷媒气体的绝对压力和对应的饱和温度，我们在图中做出了蓝、红两条直线，分别代表当油液混合物的温度比饱和蒸汽温度高10度、20度的过热状态。可以看到，当过热度为0度时冷媒比例为100%，10度时冷媒比例基本在25%以下，20度时冷媒比例在20%以下。根据各压缩机厂家的标准，压缩机内冷媒比例必须在65%以下，否则将导致机械部件磨损严重。

2.1实验设备

由于压缩机内部油液混合物中的冷媒比例难以实时测量，而压缩机底部油池温度和吸排气压力可以实时测量，因此我们选取这三个参数来实时换算油液混合物的过热度，简称油温过热度，油温过热度是反映润滑油在油池内与制冷剂相溶性的状态参数，其计算可表示为：

油温过热度=底部油池温度-所处压力下制冷剂对应的饱和温度

本次实验在6匹/15匹高低温国家重点实验室中进行，该实验室测试设备精度及测试范围如表1。

2.2实验样机及实验方案

为验证油温过热度与压缩机磨损之间的关联性，本次实验对A、B两款使用高压腔双转子变频压缩机的整机进行了低油温过热度下的开停实验。机组运行原理图如下图1所示。

图1

具体是在下表工况下以“运行30分钟，停10分钟”为周期模拟用户使用频繁到温停机的恶劣情况，累计运行3天，然后解剖压缩机，观察压缩机磨损情况。

2.3    实验数据如下表（温度单位：℃，压力单位（绝对压力）：MPa）

2.4    实验压缩机解剖情况

3  实验结果分析

从以上数据及压缩机解剖图来看，油温过热度的高低确实与压缩机的磨损程度有关，具体表现为油温过热度越低，压缩机磨损越严重；当油温过热度达到5℃以上时，通过上述实验可以发现能有效避免压缩机内部零部件的磨损。在设计实验方案上，笔者通过模拟售后机组追加冷媒过多的情况，超标准冷媒20%给机组追加冷媒，在-15℃工况下，发现油温过热度比标准冷媒量降低了93%，A1机组100%标准冷媒量-15℃低温制冷下，油温过热度8.47℃，压缩机无磨损，A2机组充注120%冷媒量-15℃低温制冷下，油温过热度0.6℃，压缩机严重磨损。另外一个实验组的结果同样表明的相同的现象。通过B1和B2机组对比，在相同工况下，B2机组冷媒量多了20%，因此油温过热度低了约2℃，通过解剖发现曲轴与内滚子接触面有磨损，下气缸下滚子上下端面与中间法兰面及下法兰面有轻微划痕；而通过B1机组和B3机组的对比，两者的冷媒量是相同的，由于B3机组所在的工况比B1机组低5℃，所有B3机组的油温过热度也低了将近4℃，曲轴长轴有两道磨痕，下法兰轴孔有较大磨痕，滚子外表面有明显磨痕。

压缩机在低温工况发生的磨损原因为机组冷媒过多，蒸发效果变差，未完全蒸发的多余冷媒在进入气液分离器后，主要集中在其下部，容易直接从回油孔以大量液态的形式进入压缩机，使压缩机内部的油稀释率提高。同时，空调机组在低温工况负荷要求较低，易出现频繁启停情况，压缩机排油率高，且由于低温下压缩机运行频率偏低，回油速率较慢，不利于系统的回油。长时间的回油不足和被稀释，使压缩机内部的运动机构及其表面未能得到足够的润滑以及未形成能承受一定载荷的油膜厚度；容易增大运动接触面的磨损量，严重时会导致卡死，影响压缩机的使用寿命和运行可靠性。压缩机内部的主要发热部分，包括电机绕组和轴承接触面，所产生的发热量未能得到及时的冷却处理，使压缩机容易出现过热；严重者会导致电机减磁或烧毁，影响压缩机使用的安全性。可见，变频空调压缩机低温工况对油温过热度的控制，对于空调系统的正常运行具有重要的意义。

4结论

综上所述，冷媒量过多，机组所处的环境温度较低，会影响压缩机的油温过热度，从而影响压缩机的磨损情况。因此建议设计人员在开发过程中可以根据冷媒与润滑油溶解特性、压缩机厂家对油浓度、油温过热度的要求，以及笔者进行的整机验证和现状清查情况，为保证整机中的压缩机可靠性并保有余量，要求在各种工况稳定运行时，压缩机的油温过热度应控制在5℃以上。

参考文献:

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