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刘群波 宋培刚 黄 春 刘合心
（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）
摘 要：研究出一种新思路,用于设计制冷系统油分离器回油毛细管的规格.
关键词：压缩机；油分离器；润滑油；回油；毛细管
Abstract：A new idea is studied out for the design of the specification of oil return capillary ofrefrigeration system’s oil separator.
Key words：compressor；oil separator；lubricant；oil return；capillary
可靠的回油是保证制冷系统压缩机可靠运行的重要因素之一,而回油毛细管则是保证可靠回油的重要元器件.回油毛细管的选型对系统的回油影响很大：毛细管过短、过粗会导致旁通量太大而降低机组能效；毛细管过细、过长会使得机组回油困难,油分离器积油.所以匹配出合适规格的回油毛细管是保证系统可靠回油以及能效的重要条件.
由于制冷系统压缩机的排油量、油分离器的油分离率、毛细管的回油速度随着压缩机频率以及系统各参数的改变而不断改变,规律复杂且难以琢磨.而且不同于节流毛细管,回油毛细管选型的合理性无法直接通过系统参数来进行评判,综合影响因素较多较复杂,使得回油毛细管的选型一直以来都是一个难题.
鉴于回油毛细管选型的重要性以及当前缺乏相关方面的匹配经验,特开展本项目,以理论分析并结合实验现象总结出一套行之有效的匹配回油毛细管的方法,给回油毛细管规格选型提供一条新的道路.
1.回油毛细管规格合理性的评判
回油毛细管的作用就是将油分离器里面分离出来的油返回压缩机吸气口,油分离器未分离出来而排到系统中参与循环的油回油毛细管是起不到其回油作用的,因此只要保证系统运行的任何时候油分离器单位时间分离出的油量Q分等于 回油毛细管单位时间回油量Q回即可.油分离器单位时间分离出的油量Q分等于 压缩机的单位时间排油量Q排× 油分离器的油分离率η,所以,只需满足系统任何时候Q回等于η×Q 排,其中0<,η<,100%,为了留一定余量,取η等于100%,剩下只需研究Q排的最大值即可得到Q回.
2.寻找状态点,测出最大排油量
在格力压缩机单体实验台装上一台被测压缩机A,测试其排油量,压缩机排油量测试台工作原理如图1 所示：在测试Q排时,三通阀切换到与油分相连的管路,压缩机排气直接进入油分( 分离率几乎100% 的油分).在油分的作用下冷媒和润滑油分离,分离后的冷媒进入到冷凝器参与制冷循环；分离出来的油存储在油分内,当油分内的油液位大于油分设定的液位时,阀1 打开,润滑油会经流量计通过压缩机进气口回到压缩机,通过调整阀1 开度,使得系统运行稳定后油分液位保持在设定液位高度形成一个动态平衡,此时通过流量计测得的油的流量即可得到压缩机A 的Q排.
Q排和压缩机吸、排气口冷媒状态以及压缩机转数有关,因此可以将影响压缩机排油量的因素拆分为五个：排气压力、排气温度、吸气压力、吸气温度、压缩机频率.通过试验台调整其中的单一变量,测试多组排油量数据,从而找到压缩机的排油量最大状态点.（补充说明：在实际测试之中由于排气温度为被动量,不能设置,因此研究了改变另外四个量的数据）测试结果如表1、图2.
结论：该压缩机频率越高排油量越大,排气压力3.03MPa 排油量最大,吸气压力和吸气温度对排油量影响不是很大,但是当吸气过热度大于7℃的时候排油量下降趋势相对明显.该压缩机使用的机组运行最大频率为90Hz,因此得到压缩机排油量最大条件：高压3.03MPa,低压1.05MPa,频率90Hz( 定义空调压缩机最大频率为90Hz 时),此条件下压缩机最大排油量( 质量流量) 为231.54g/min,在该压力温度下,压缩机油密度为0.92kg/L,所以可以得到所以压缩机最大排油量( 体积流量) Q 排等于4.19ml/s.
3.测量回油速度
该压缩机使用的机组正常运行且最小压差时高压2.28MPa,低压0.9MPa.如图3,在回油毛细管前设置手动截止阀,系统运行稳定后关闭截止阀,使得油分存一定高度的油,通过调整工况和室外环境温度,使得系统高低压达到以上条件,系统稳定后打开截止阀,同时掐秒表,记录油分油位下降速度.通过此方法经过多次匹配,当使用0.9×700mm 规格毛细管的时候,该压差下的回油速度为4.265ml/s ＞ Q排,余量：油分分离率100%、压缩机处于最大排油量的时候系统处于最小压差.因此该回油毛细管可以满足机组稳态运行的回油需求.
此第3 点“寻找回油最小压差,并在最小压差下测量各个规格毛细管回油速度”也可以不用在空调整机上匹配,为了减少实验投放和成果输出效率,测试完压缩机最大排油量Q排后可以通过油的物性,系统最低压差直接计算出来回油毛细管规格,如下：
沿程阻力损失：
其中ΔP 为空调系统最低压差,g 为重力加速度,D为毛细管内径,λ 为油在毛细管中流动的沿程阻力系数,V 为油在毛细管中的流速,L 为毛细管长度.
毛细管和压缩机匹配:测定熔点(毛细管法)
所以,在选定毛细管内径后可以计算得到毛细管长度.用计算的方式取代机组上匹配的方式获得回油毛细管长度的优点是大大简洁了匹配的速度,减少实验资源投放；缺点是λ 和油品、温度、油中混合的冷媒比例、系统高压等因素有关,并且实际毛细管的绕弯还会产生一定的局部阻力损失,单纯的理论计算会和实际情况产生一定的误差,但是由于该设计思路本身已经预留了两个余量( 油分分离率100%、压缩机处于最大排油量的时候系统处于最小压差),些许的误差不会造成回油可靠性上的影响.为了保险起见,可以采用理论计算后再实验验证的方法,也可以大大节省实验时间.
4.总结
通过改变压缩机吸/ 排气口冷媒状态和频率等单一变量在格力压缩机排油量测试实验台上可以测试出压缩机的排油量和压缩机吸/ 排气口冷媒状态、压缩机频率之间的关系,从而精准的找到压缩机排油量最大的状态点并测试出压缩机最大排油量.然后根据系统设计的控制逻辑确定所有运行工况下最低压差,通过压差和排油量可以计算出稳态回油毛细管的规格.该方法大大提高了匹配稳态回油毛细管的效率和精准度,并为稳态回油毛细管的匹配开辟了一条新的道路.
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