關(guān)于房間空調(diào)器壓縮機(jī)底部油溫過(guò)低的分析

舒宏 程笑笑

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

關(guān)于房間空調(diào)器壓縮機(jī)底部油溫過(guò)低的分析

舒宏 程笑笑

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

壓縮機(jī)是房間空調(diào)器的核心部件，而壓縮機(jī)磨損問(wèn)題也一直是各個(gè)空調(diào)廠家致力于解決的問(wèn)題，在壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中壓縮機(jī)底部的油溫溫度較低將導(dǎo)致壓縮機(jī)磨損，本文將通過(guò)一系列計(jì)算和實(shí)驗(yàn)查找出其問(wèn)題的根本原因，并提出合理的優(yōu)化方案。

壓縮機(jī)；運(yùn)行；油溫；過(guò)熱度

1 引言

在房間空調(diào)器的壓縮機(jī)損壞中，一個(gè)重要原因就是潤(rùn)滑不良，當(dāng)壓縮機(jī)得不到潤(rùn)滑容易導(dǎo)致壓縮機(jī)軸承面磨損、劃、抱軸和卡死等現(xiàn)象[1]，而潤(rùn)滑不良的問(wèn)題主要為壓縮機(jī)缺油，缺油的原因有奔油和潤(rùn)滑油稀釋，潤(rùn)滑油稀釋主要體現(xiàn)為油溫過(guò)熱度低，原因主要包括系統(tǒng)回液和壓縮機(jī)散熱等。

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(jiǎn)單，因而經(jīng)常存在潤(rùn)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。回油回液量少，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(rùn)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(guò)高燒毀等；回油量少回液量多，潤(rùn)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(guò)系統(tǒng)參數(shù)來(lái)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(guò)多，因而系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就通過(guò)設(shè)定一個(gè)蒸發(fā)器防凍結(jié)溫度控制，通過(guò)停機(jī)來(lái)保護(hù)壓縮機(jī)[2]。

小型系統(tǒng)回油回液需在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮進(jìn)去，但在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中仍然存在壓縮機(jī)潤(rùn)滑不良的情況，主要原因?yàn)閴嚎s機(jī)底部油溫過(guò)熱度偏低，甚至出現(xiàn)負(fù)過(guò)熱度的情況，本文通過(guò)理論分析和實(shí)際測(cè)試得出油溫過(guò)熱度低的根本原因。

2 油溫過(guò)熱度不足的理論分析

在小型制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)系統(tǒng)較多采用轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)腔體一般為高壓腔，在壓縮機(jī)底部轉(zhuǎn)子軸上設(shè)有油泵將壓縮機(jī)底部的潤(rùn)滑油運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)摩擦面，并對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻，因此

潤(rùn)滑油在壓縮機(jī)中是處于一個(gè)流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)工況穩(wěn)定后，定頻壓縮機(jī)吸氣和排氣也穩(wěn)定，系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，不會(huì)隨著時(shí)間軸的改變。在壓縮機(jī)系統(tǒng)中，經(jīng)壓縮腔排氣出來(lái)的高溫高壓冷媒向上經(jīng)過(guò)電機(jī)最終經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)排氣口進(jìn)行排出，電機(jī)線圈屬于發(fā)熱體，其溫度高于壓縮機(jī)排氣，從壓縮機(jī)的壓縮腔出來(lái)的排氣對(duì)電機(jī)具有冷卻作用，因此運(yùn)行穩(wěn)定后電機(jī)溫度將高于排氣溫度10℃左右，潤(rùn)滑油經(jīng)電機(jī)向下返回壓縮機(jī)底部的過(guò)程中也能夠得到加熱，同時(shí)壓縮腔出來(lái)的排氣也對(duì)潤(rùn)滑油有進(jìn)行逆向加熱作用，而由排氣溫度根據(jù)制冷原理[3]圖1，可知壓縮機(jī)吸入飽和氣體點(diǎn)1經(jīng)壓縮后排氣點(diǎn)2必有一定的過(guò)熱度，因此不考慮壓縮機(jī)對(duì)外散熱時(shí)壓縮機(jī)底部油溫應(yīng)有過(guò)熱度，其過(guò)熱度值應(yīng)大于排氣的過(guò)熱度，但實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)底部潤(rùn)滑油溫度較低，甚至低于排氣壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度。

當(dāng)在穩(wěn)定工況下運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)均穩(wěn)定，因此，在不考慮壓縮機(jī)耗能（散熱、噪音、振動(dòng)等耗能）的情況下，由于壓縮機(jī)油時(shí)刻與排氣和電機(jī)進(jìn)行熱交換，穩(wěn)定后壓縮機(jī)底部油溫應(yīng)與高于排氣而低于電機(jī)溫度，因而流動(dòng)過(guò)程中開(kāi)口系統(tǒng)內(nèi)部及其邊界上各點(diǎn)工質(zhì)的熱力參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)均不隨時(shí)間改變，可以采用熱力學(xué)第一定律的開(kāi)口系統(tǒng)能量方程式中的穩(wěn)定流動(dòng)能量方程[4]：

（1）式中，由于壓縮機(jī)吸氣和排氣的流速變化以及壓縮機(jī)由于壓縮機(jī)高度產(chǎn)生的能量損失可忽略不記，計(jì)算公式可變換為：

即壓縮耗能為壓縮機(jī)耗功與焓變的差值，（2）式可以分析在整個(gè)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的耗能，同時(shí)根據(jù)傳熱學(xué)[3]可計(jì)算出壓縮機(jī)本身與外界的換熱量。本文將按照前文所述的壓縮機(jī)油溫度應(yīng)等于排氣溫度的觀點(diǎn)將壓縮機(jī)采用保溫棉進(jìn)行包裹，降低壓縮機(jī)對(duì)外散熱，并對(duì)比系統(tǒng)前后散熱以及系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的變化，分析增加保溫面對(duì)油溫過(guò)熱度的提升效果。然后對(duì)其進(jìn)行工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)的耗能量進(jìn)行計(jì)算，核查當(dāng)增加保溫棉后壓縮機(jī)油溫過(guò)熱度和換熱量是否同向改變。

圖1 壓縮機(jī)排氣過(guò)熱度示意圖

圖2 樣品系統(tǒng)圖

圖3 樣品增加保溫棉前后油溫過(guò)熱度的提升情況

圖4 樣品增加保溫棉前后制熱能力的提升情況

圖5 樣品增加保溫棉前后的總耗能情況

圖6 樣品增加保溫棉前后的散熱情況

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)據(jù)分析

為便于分析和對(duì)比數(shù)據(jù)，選取目前市場(chǎng)上主流的制冷量為6.5kW的定頻單元式冷暖空調(diào)器，系統(tǒng)圖見(jiàn)圖2，該壓縮機(jī)腔體為高壓腔，節(jié)流裝

置為毛細(xì)管節(jié)流，不可自動(dòng)調(diào)節(jié)。

根據(jù)實(shí)際使用情況，按照常見(jiàn)的運(yùn)行工況，進(jìn)行增加保溫棉前后的對(duì)比測(cè)試，試驗(yàn)前后針對(duì)壓縮機(jī)貼保溫棉，并試驗(yàn)記錄運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)的吸氣壓力、吸氣溫度、排氣壓力、排氣溫度、油溫等參數(shù)，并進(jìn)行上文所述的理論耗能計(jì)算。

樣品在增加保溫棉前后油溫過(guò)熱度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)增加保溫棉后油溫過(guò)熱度確實(shí)有了較大的提高，根據(jù)工況的不同提高值有所不同，最低的有2℃最高的有7℃，因此這與前文分析的情況相同。

圖3中還可以發(fā)現(xiàn)，不增加保溫棉時(shí)部分工況下系統(tǒng)油溫過(guò)熱度較低，甚至低至-4℃左右，即壓縮機(jī)底部存在的不僅有潤(rùn)滑油，還有大量的液態(tài)冷媒，此時(shí)油泵吸口出處主要為液態(tài)冷媒，僅有少量潤(rùn)滑油，長(zhǎng)期運(yùn)行將導(dǎo)致壓縮機(jī)磨損，影響整機(jī)可靠性，這也是較多的壓縮機(jī)磨損的根本原因，為保證可靠性，壓縮機(jī)廠家一般推薦壓縮機(jī)底部油溫過(guò)熱度在5℃以上，這也是各個(gè)空調(diào)生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需要關(guān)注的問(wèn)題。

增加保溫后我們可以看到，系統(tǒng)僅一個(gè)工況下的油溫過(guò)熱度接近于0℃，其余的油溫過(guò)熱度均高于1℃，因此該數(shù)據(jù)證明壓縮機(jī)增加保溫棉能夠顯著的提高壓縮機(jī)油溫過(guò)熱度。

另外可以注意到的是系統(tǒng)能力和排氣過(guò)熱度，在整機(jī)能力方面，制冷能力有了略微的提高，而制熱則大幅度的提升，提升效果如圖4，在-15℃下能力的提升近400W，因此可以看出，低溫情況下從能力和壓縮機(jī)可靠性方面來(lái)說(shuō)均需要增加保溫棉。低溫下油溫過(guò)熱度的提高對(duì)系統(tǒng)有正向作用，壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件之間避免了不必要的摩擦。同時(shí)，油溫過(guò)熱度的增加避免了壓縮機(jī)底部積液的可保證系統(tǒng)冷媒的循環(huán)量，特別是在不增加保溫棉的情況下油溫過(guò)熱度為負(fù)值的部分則更明顯，而且壓縮機(jī)不散熱后熱量更多的轉(zhuǎn)向蒸發(fā)器加強(qiáng)了機(jī)組的制熱能力，特別是在低環(huán)境溫度的狀態(tài)下對(duì)能力的提升尤為明顯，因此給壓縮機(jī)增加保溫棉對(duì)系統(tǒng)有利好的效果。對(duì)于排氣溫度，由于壓縮機(jī)散熱由于保溫棉的增加降低了，因此排氣溫度自然需帶走更多的熱量，導(dǎo)致系統(tǒng)排氣溫度和排氣過(guò)熱度升高，但其升高的程度低于油溫過(guò)熱度。同時(shí)，本次數(shù)據(jù)也針對(duì)制冷狀態(tài)下的油溫過(guò)熱度和能力測(cè)試，油溫過(guò)熱度有3℃左右的提升，而能力則相應(yīng)的下降70W左右。

針對(duì)圖3和圖4的制熱測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮機(jī)耗能和散熱計(jì)算，計(jì)算出結(jié)果對(duì)比如曲線圖5和圖6，在制熱狀態(tài)下壓縮機(jī)的總耗能與散熱明顯比制冷狀態(tài)下高，該數(shù)據(jù)也印證了前述的制熱狀態(tài)下壓縮機(jī)油溫過(guò)熱度的變化效果更明顯，同時(shí)從圖中也可看出，壓縮機(jī)耗能中，壓縮機(jī)散熱（圖5中計(jì)算的散熱量不包括壓縮機(jī)機(jī)座的導(dǎo)熱換熱）占據(jù)了大部分，同時(shí)該散熱量與排氣溫度與外環(huán)境溫度的差值成正相關(guān)[5]，因此，兩者的計(jì)算數(shù)據(jù)均證明了壓縮機(jī)散熱是由于壓縮機(jī)的排氣溫度與室外側(cè)環(huán)境溫度溫度差造成，溫差越大散熱量越大，因此壓縮機(jī)底部的油溫過(guò)熱度將更低甚至低于0℃。

對(duì)于低壓腔壓縮機(jī)，由于壓縮機(jī)底部油溫處于低壓側(cè)，此時(shí)的壓縮機(jī)底部溫度始終低于環(huán)境溫度10℃左右，因此環(huán)境對(duì)壓縮機(jī)底部是進(jìn)行的加熱過(guò)程，對(duì)其底部過(guò)熱度是有提升作用的，這也是低壓腔壓縮機(jī)油溫過(guò)熱度均比較高的根本原因。

增加保溫棉能夠顯著的提高壓縮機(jī)油溫過(guò)熱度，但由于整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)整體，改變一個(gè)參數(shù)將對(duì)其他參數(shù)造成影響，壓縮機(jī)增加保溫棉后，壓縮機(jī)油溫度確實(shí)有所提高，油溫過(guò)熱度也提高較多，但其產(chǎn)生的結(jié)果是排氣溫度提高了，壓縮機(jī)中部溫度提高了，從可靠性角度來(lái)說(shuō)，并不一定是更好的方案。油溫提高后，潤(rùn)滑油的黏度將顯著降低，壓縮機(jī)排氣帶出的潤(rùn)滑油將更多，反而可能會(huì)造成壓縮機(jī)缺油現(xiàn)象，摩擦面的油膜也將由于變化，磨損嚴(yán)重；同時(shí)油溫提高后在過(guò)負(fù)荷狀態(tài)下壓縮機(jī)油溫更容易產(chǎn)生碳化，永久損壞壓縮機(jī)。

4 結(jié)論

房間空氣調(diào)節(jié)器壓縮機(jī)底部潤(rùn)滑油稀釋是影響壓縮機(jī)可靠性的重要因素，特別是壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，油溫過(guò)熱度必須大于0℃。在壓縮機(jī)底部當(dāng)油溫過(guò)熱度低于或等于0℃時(shí)，油泵吸入的油將大部分是液態(tài)冷媒，此時(shí)進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)將沖刷摩擦面，造成油膜無(wú)法建立，加強(qiáng)壓縮機(jī)的磨損，影響壓縮機(jī)壽命，并且能夠降低系統(tǒng)冷媒的循環(huán)量，影響整機(jī)的能力。

在空調(diào)系統(tǒng)中，不考慮壓縮機(jī)散熱時(shí)，壓縮機(jī)底部溫度應(yīng)與壓縮機(jī)排氣有相應(yīng)的溫度，壓縮機(jī)散熱是導(dǎo)致壓縮機(jī)底部油溫過(guò)熱度的較低的主要原因，但實(shí)際上壓縮機(jī)散熱是實(shí)際存在不可避免的。

除結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)可提高壓縮機(jī)底部油溫過(guò)熱度外，在壓縮機(jī)底部增加電加熱帶是可以提高壓縮機(jī)底部油溫過(guò)熱度，特別是在壓縮機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，而在壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中在壓縮機(jī)外表面增加保溫棉避免壓縮機(jī)熱量散失導(dǎo)致油溫過(guò)熱度較低甚至低于0℃的情況出現(xiàn)，但增加保溫棉后壓縮機(jī)散熱量將降低，壓縮機(jī)排氣溫度和油溫度均會(huì)提高，因此過(guò)負(fù)荷工況下壓縮機(jī)油溫可能出現(xiàn)過(guò)高而碳化，因此需綜合考慮增加保溫棉的優(yōu)劣做出選擇。

[1] 黃允棋. 關(guān)于房間空氣調(diào)節(jié)器回油回液?jiǎn)栴}研究[J].家電科技， 2014(5).

[2] 沈維道, 蔣智敏, 童均耕. 工程熱力學(xué)［M]. 北京：高等教育出版社， 2005:37-40.

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

[4] 楊世銘, 陶文銓. 傳熱學(xué)［M]. 北京：高等教育出版社，2003:37-40.

[5] 張華俊, 嚴(yán)彩球. 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)模擬與實(shí)驗(yàn)研究， 2013.12(6).

The analysis of the air-condition system's oil temperature super-cooling

SHU Hong CHENG Xiaoxiao
(GREE Electric Appliance Incorporate of Zhuhai Zhuhai 519070)

Compressor is the most important assembly of the air-condition system，and its wear and tear is the main problem witch is the every manufactory wants to solve，the oil temperature super-cooling in the compressor will bring on its wear and tear，this paper will analysis the fundamental factor and bring up a project to solve this problem.

Compressor; Run; Oil temperature; Super-heating