適應(yīng)于R22冷媒的節(jié)能型冷凍機(jī)油的綜合性能評(píng)價(jià)

楊瑞杰　劉強(qiáng)　楊忠學(xué)　孫蓉

摘要：文章以新疆環(huán)烷基油為基礎(chǔ)油，將其與功能性添加劑復(fù)配，研制出適用于R22冷媒的全配方冷凍機(jī)油，并對(duì)研制油品和市場(chǎng)產(chǎn)品ATMOS NM56EP的理化性質(zhì)、氧化安定性、低溫性能、與冷媒R22的相溶性、潤(rùn)滑性（四球摩擦試驗(yàn)機(jī)測(cè)試、空調(diào)制冷壓縮機(jī)臺(tái)架測(cè)試）等進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，研制油品的綜合理化性能與ATMOS NM56EP相當(dāng)；其中與ATMOS NM56EP相比，研制油品的能效比（COP）提高了0.59%，輸入功率（入力）降低了1.05%，噪音和振動(dòng)分別下降了5.82%和1.84%，3000h破壞耐久試驗(yàn)后曲軸和滑片的磨損量均下降約20%。

關(guān)鍵詞：冷凍機(jī)油；R22；壓縮機(jī)；臺(tái)架試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TE626.37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

R22（二氟一氯甲烷）由于不燃燒、毒性低等特點(diǎn)，多年來(lái)一直被廣泛使用。但因其消耗大氣臭氧層并引起溫室效應(yīng)，正逐步淘汰其使用和生產(chǎn)。制冷行業(yè)在向新制冷劑替代的過(guò)程中，R410A和R290制冷系統(tǒng)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，15家國(guó)內(nèi)主要的空調(diào)和空調(diào)壓縮機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)與國(guó)家環(huán)境保護(hù)部對(duì)外合作中心簽訂了24條生產(chǎn)線改造合同，逐步完成R22淘汰的第一階段。但R410A沒(méi)有從根本上解決高GWP（即溫室效應(yīng)）問(wèn)題，它可能在不久的將來(lái)面臨新一輪的淘汰，這在歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)提到議事日程；而R290存在燃燒爆炸安全性問(wèn)題的缺陷，在不影響制冷量和能效比的前提下降低充灌量限制了R290制冷系統(tǒng)的大面積推廣。由于技術(shù)和成本等的影響，在替代制冷劑還不明朗的情況下R22制冷劑短期內(nèi)不可能在發(fā)展中國(guó)家被大面積替代。

節(jié)能是有關(guān)我國(guó)國(guó)計(jì)民生的大事，也是制冷空調(diào)行業(yè)發(fā)展的永恒主題。壓縮機(jī)是制冷壓縮系統(tǒng)的心臟，它對(duì)冰箱和空調(diào)器的能耗起著決定作用。摩擦功率是影響壓縮機(jī)能耗的重要因素之一，而采用高效的冷凍機(jī)油是減小摩擦功率達(dá)到壓縮機(jī)節(jié)電的一個(gè)重要方面。冷凍機(jī)油用于潤(rùn)滑制冷壓縮機(jī)的各摩擦副，它是保證制冷壓縮機(jī)能夠長(zhǎng)期高速有效運(yùn)行的關(guān)鍵。在工作時(shí)，有一部分冷凍機(jī)油會(huì)隨制冷劑一起進(jìn)入制冷壓縮機(jī)的冷凝器和蒸發(fā)器，這就要求冷凍機(jī)油不僅適應(yīng)制冷系統(tǒng)的特殊要求，而且還應(yīng)具備一定的潤(rùn)滑性能。

鑒于此，本文采用新疆克拉瑪依環(huán)烷基油為基礎(chǔ)油，將其與抗氧劑、減摩劑、抗磨劑等功能性添加劑復(fù)配，研制出適用于R22冷媒的全配方冷凍機(jī)油，并將其與市場(chǎng)產(chǎn)品ATMOS NM56EP的理化性質(zhì)、氧化安定性、低溫性能、與冷媒R22的相溶性、潤(rùn)滑性（四球測(cè)試、空調(diào)制冷壓縮機(jī)臺(tái)架測(cè)試）等進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)。

1 油品研制指標(biāo)

目前，R22型空調(diào)壓縮機(jī)用冷凍機(jī)油尚無(wú)統(tǒng)一的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。ATMOS NM56EP冷凍機(jī)油南中國(guó)石油和新日本石油公司合作開(kāi)發(fā)，中國(guó)石油采用特殊工藝生產(chǎn)的低傾點(diǎn)、低絮凝點(diǎn)、深度精制的基礎(chǔ)油，加入新日本石油公司的復(fù)合添加劑配方和生產(chǎn)技術(shù)調(diào)制而成。該產(chǎn)品因具有優(yōu)良的使用性能而得到廣泛使用，被制冷行業(yè)公認(rèn)為R22型空調(diào)壓縮機(jī)用冷凍機(jī)油的最佳選擇之一。本文以壓縮機(jī)的實(shí)際用油要求以及ATMOS NM56EP冷凍機(jī)油產(chǎn)品的典型數(shù)據(jù)為依據(jù)，并結(jié)合部分國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定了R22型空調(diào)壓縮機(jī)專用冷凍機(jī)油產(chǎn)品的暫行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。冷凍機(jī)油產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)及相關(guān)依據(jù)見(jiàn)表1。

2 研制油品的制備

將中國(guó)石油潤(rùn)滑油分公司克拉瑪依潤(rùn)滑油廠生產(chǎn)的環(huán)烷基油和抗氧劑、腐蝕抑制劑、減摩劑、極壓抗磨劑、抗泡劑等功能性添加劑按比例加入調(diào)配釜，啟動(dòng)攪拌，升溫到90～130℃，恒溫并抽真空1～2 h以上，拔除其中的輕組分，降溫、過(guò)濾，得到研制油品。

3 研制油品的評(píng)價(jià)

3.1 理化性能

研制油品與ATMOS NM56EP油品主要理化性能見(jiàn)表2。從表2可以看出，研制油品與參照油品的理化性能均能滿足R22型空調(diào)壓縮機(jī)冷凍機(jī)油產(chǎn)品的暫行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；較參照油品，研制油品的閃點(diǎn)、絕緣破壞電壓稍低，酸值、磷含量稍高，但研制油的硫含量要低于參照油品；研制油品的理化性能與 參照油品基本相當(dāng)，滿足R22制冷壓縮機(jī)冷凍機(jī)油的規(guī)格要求。

3.2 氧化安定性測(cè)試

油品的氧化安定性測(cè)試采用密封管試驗(yàn)檢測(cè)。密封管檢測(cè)的目的是考察油品在高溫高壓下受鐵、銅、鋁催化劑和制冷劑的影響情況，判斷油品在壓縮機(jī)環(huán)境中使用時(shí)的化學(xué)穩(wěn)定性。

試驗(yàn)條件：溫度175℃，時(shí)間245 h，試驗(yàn)按照SH/T0193-92標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。在試驗(yàn)器皿中加入冷凍機(jī)油、冷媒、金屬Cu、Fe和Al條密封于玻璃管中，油浴加熱到175℃，在該溫度下保持245 h后觀察油樣和金屬的變化。研制油品與參照油品ATMOS NM56EP的密封管試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。從兩種油品的對(duì)比可以看出，研制油品與參照油品的顏色、油品外觀和催化劑外觀均基本一致。

3.3 低溫性能

冷凍機(jī)油的低溫流動(dòng)性是關(guān)系到冷凍機(jī)油在壓縮機(jī)內(nèi)能否正常循環(huán)的重要性能，通過(guò)研究油品的低溫流動(dòng)性，防止其隨冷媒進(jìn)入制冷系統(tǒng)后，會(huì)在蒸發(fā)盤管等低溫部位滯留或凝固，造成管道堵塞。本文采用多功能低溫試驗(yàn)器對(duì)油品的傾點(diǎn)和絮凝點(diǎn)進(jìn)行考察。

試驗(yàn)的參考標(biāo)準(zhǔn)以及試驗(yàn)的判定標(biāo)準(zhǔn)圖如表4所示，當(dāng)傾斜后油品不能流動(dòng)時(shí)的溫度為傾點(diǎn)溫度，當(dāng)油品中出現(xiàn)白色晶體絮狀絮狀物時(shí)的溫度為絮凝點(diǎn)。冷凍機(jī)油的常規(guī)傾點(diǎn)為低于-32.5℃，絮凝點(diǎn)低于-40℃。

研制油品與參照油品ATMOS NM56EP的低溫性能結(jié)果見(jiàn)圖1，圖1顯示參照油品的傾點(diǎn)為一35℃，絮凝點(diǎn)為-48℃，而研制油品的傾點(diǎn)均為-37℃，絮凝點(diǎn)為-50℃?？梢?jiàn)研制油品的傾點(diǎn)和絮凝點(diǎn)均比參照油品低2℃，研制油品的低溫性能更優(yōu)。

3.4 油品與冷媒相溶性測(cè)試

本文采用兩層分離溫度測(cè)試儀測(cè)試油品與冷媒的相溶性。測(cè)試按照SH/T 0699標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，油品和冷媒的比例為2：8。將5 g冷凍機(jī)油和20 g R22冷媒加入試驗(yàn)器皿中，先水浴升溫，使冷凍機(jī)油和冷媒成為均勻、透明溶液，然后在冷浴中冷卻器皿，測(cè)定溶液分離成兩相的溫度。以此溫度來(lái)評(píng)價(jià)冷凍機(jī)油和冷媒的相溶性。常規(guī)要求兩相分離溫度低于15℃。

圖2示出了研制油品與參照油品ATMOSNM56EP的二層分離溫度。由圖2可知，參照油品與冷媒的分離溫度為7℃，研制油品與冷媒的分離溫度均為10℃，可見(jiàn)參照油品與冷媒的相溶性略低。油品與R22的分離溫度一般要求低于15℃，所以可以說(shuō)研制油品與R22的相溶性與參照油品相當(dāng)，可滿足要求。

3.5 四球買驗(yàn)

油品摩擦性能測(cè)試：壓縮機(jī)中滑片與滾動(dòng)活塞以及其他摩擦副之間的摩擦磨損是影響制冷效率、壓縮機(jī)壽命和運(yùn)行可靠性的重要因素。油品的摩擦學(xué)性能采用MRS-10A杠桿式四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

試驗(yàn)條件為：轉(zhuǎn)速1000r/min，時(shí)間10 min，溫度為室溫（25℃），R22冷媒流量為10 mL/min。研制油品與參照油品ATMOS NM56EP的四球試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。從表5中可以看出，研制油品的磨斑直徑比參照油品稍小，表明研制油品抗磨性能略優(yōu)于參照油品。

3.6 空調(diào)制冷壓縮機(jī)臺(tái)架測(cè)試

表6給出了研制油品與ATMOS NM56EP參照油品制冷壓縮機(jī)臺(tái)架測(cè)試結(jié)果。結(jié)果顯示研制油品比參照油品的能效比（COP）提高0.59%，輸入功率（入力）和制冷量分別比參照油品降低1.05%和0.49%。

3.7 空調(diào)制冷壓縮機(jī)噪音振動(dòng)臺(tái)架測(cè)試

表7給出了研制油品與ATMOS NM56EP參照油品制冷壓縮機(jī)噪音振動(dòng)臺(tái)架測(cè)試的結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示研制油品的噪音平均值為64.7 dB，振動(dòng)為1.60 m/s²，參照油品的噪音和振動(dòng)平均值分別為68.7 dB和1.63 m/s²。研制油的噪音和振動(dòng)較參照油品分別下降5.82%和1.84%。

3.8 壓縮機(jī)3000 h破壞耐久磨耗量測(cè)試

采用金相顯微鏡等手段對(duì)壓縮機(jī)部分部件的磨耗量進(jìn)行了檢測(cè)。圖3示出了研制油品3000 h破壞耐久臺(tái)架后壓縮機(jī)部件的磨損量較ATMOSNM56EP參照油品下降百分比柱狀圖。從圖3中可以看出，采用研制油品后的曲軸和滑片的磨耗量較參照油品下降約20%。

4 結(jié)論

（1）研制出適用于R22空調(diào)壓縮機(jī)冷凍機(jī)油，該油品與冷媒R22有良好的相溶性、抗氧化性、低溫性能和摩擦學(xué)性能良好，其綜合性能與中國(guó)石油和新日本石油公司合作開(kāi)發(fā)的ATMOS NM56EP冷凍機(jī)油相當(dāng)，可以滿足R22型空調(diào)壓縮機(jī)的用油要求。

（2）研制油品具有節(jié)能特點(diǎn)。與ATMOSNM56EP相比，研制油品的能效比（COP）提高了0.59%，輸入功率（入力）降低了1.05%，噪音和振動(dòng)分別下降了5.82%和1.84%，3000 h破壞耐久后曲軸和滑片的磨損量均下降約20%。