導語：多臺壓縮機空調(diào)管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要

保證冷凍油源源不斷地返回壓縮機是制冷系統(tǒng)設計中最重要的課題之一。針對現(xiàn)有技術中存在的缺點，開發(fā)了一種低成本的多臺制冷壓縮機自動均油回路，它不僅生產(chǎn)制造容易，維修、更換配件方便，而且對壓縮機安裝無任何特殊要求。理論分析了此自動均油回路對變頻空調(diào)系統(tǒng)回油性能的影響，實驗結(jié)果表明：此自控裝置性能可靠、可用于大、中型變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)。

關鍵詞:壓縮機，均油，毛細管

ABSTRACT

Itisoneofthemostimportantproblemstoassurelubricatingilofreturningtothecompressorsallthetime.Anautomaticallybalancingoilloopinmulti-compressorssystemisinventedtomakeupthedeficiencyoftechnologiesusedbefore.Ithassuchadvantagesaslowcost,easymanufactur,freelyexchangingpartsetc.Andithasnospecialrequirementtothesettingpositionofcompressors.Theinfluenceontheperformanceofvariablerefrigerantvolumeairconditioningsystemisanalyzedintheory.Andtheexperimentresultsshowthatthisdevicehasreliableperformanceandcanbeusedinlargeandmediumsystems.

KEYWORDS:compressor;balancingoil;capillary

符號說明

ρ：介質(zhì)密度，kg/m3

u：介質(zhì)流速，m/s

p：介質(zhì)壓力，Pa

z：沿流向毛細管的長度坐標，m

τ0：介質(zhì)在內(nèi)壁面的剪切力，Pa

S：毛細管內(nèi)壁面的濕周，m

A：毛細管內(nèi)部橫截面積，m2

Cp：比熱，J/（kg·℃）

d：毛細管內(nèi)徑，m

T：介質(zhì)溫度，℃

Twi：毛細管內(nèi)壁面溫度，℃

α0：介質(zhì)與內(nèi)壁的換熱系統(tǒng)，W/（m2·℃）

q：毛細管內(nèi)壁面的熱流密度，W/m2

f：壓縮機頻率，Hz

1引言

在制冷系統(tǒng)中，壓縮機工作時，必定有一少部分冷凍油會連續(xù)不斷地從氣缸中與制冷劑一起被壓出，進入制冷系統(tǒng)的管路及冷凝器和蒸發(fā)器中。當冷凍油不能連續(xù)地返回壓縮機時，一定會造成壓縮機油面下降，及至冷凍油枯竭，出現(xiàn)壓縮機缺油燒毀現(xiàn)象。所以保證冷凍油源源不斷地返回壓縮機是制冷系統(tǒng)設計中最重要的課題之一。

在只有一臺壓縮機的氟里昂制冷系統(tǒng)中，只要采用必要的措施，如采用合理的管路設計，系統(tǒng)各部位形成穩(wěn)定的油量分布后，冷凍油會順利地通過壓縮機吸氣管返回曲軸箱，使壓縮機保持正常工作油面。而在負荷變化寬的氟里昂制冷系統(tǒng)中，使用單臺壓縮機僅采用啟?？刂谱鳛槟芰空{(diào)節(jié)措施往往不能適應負荷劇烈變化的需要。所以將多臺壓縮機并聯(lián)使用在同一制冷系統(tǒng)中，不僅可以拓寬制冷系統(tǒng)的容量范圍，降低啟動電流，延長壓縮機的使用壽命，還能大幅度地簡化系統(tǒng)，降低投資成本。但是，在同一制冷系統(tǒng)中使用多臺壓縮機并聯(lián)，存在著冷凍油能否順利返回各臺壓縮機制的問題。為此，在制冷系統(tǒng)中，一般所采取的措施是在兩臺壓縮機殼體間連接有管徑較大的均油管和管徑較小的均壓管；或在此基礎上在每臺壓縮機的排氣管上增設一個油分離器，大部分冷凍油經(jīng)油分離器分離后，通過減壓毛細管流回壓縮機吸氣管，以減少進入系統(tǒng)管路及蒸發(fā)器的油量，而使各壓縮機間均油[1]。這種均油方法一般適用于幾何尺寸相同的兩臺壓縮機并聯(lián)使用的場合。當壓縮機多于兩臺時，各壓縮機間連接粗大的均油管和均壓管，不僅會給生產(chǎn)、運輸帶來麻煩，維修、更換配件也極不方便，而且當兩臺壓縮機體積不同時，為保證油面一致，要求壓縮機的安裝高度也不一致，這樣給安裝又帶來困難。另一種方法是在各壓縮機排氣管上設置油分離器，油分離器再與設置的電磁閥相接而形成油路平衡管，再通過壓縮機的內(nèi)置油面?zhèn)鞲衅鱽淼男畔⒖刂齐姶砰y的開閉，以控制冷凍油油面[2]。當壓縮機富油時，對應電磁閥關閉，缺油時開啟，前油分離器中的冷凍油將向后壓縮機供油，反之亦然。但這種方法需要對制造商提出壓縮機內(nèi)設置油面?zhèn)鞲衅饕蠛蟛拍軐崿F(xiàn)，同時需要與電磁閥配合使用，其可靠性取決于油面?zhèn)鞲衅骱碗姶砰y的品質(zhì)，因而使成本大幅度提高。針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺點，本文提出了一種低成本的多臺制冷壓縮機均油自動均油回路。

2自動均油回路的結(jié)構原理

多臺制冷壓縮機自動均油回路，由多臺機殼內(nèi)為高壓油的壓縮機及各壓縮機所配帶的油分離器、單向閥、節(jié)流器、節(jié)流器、貯油包等組成，如圖1所示。其結(jié)構特點是，所述各壓縮機的殼體上設有出油口并與所設貯油包進口相接，各貯油包的出口分別交錯與所設均油管A和均油管B相接。各壓縮機的排氣口與油分離器相接，油分離器的上出口與單向閥進口相接，各單向閥的出口與去冷凝器的排氣管相接，各油分離器的下出口與節(jié)流器進口相接，各節(jié)流器出口與來自蒸發(fā)器的吸氣管相接后進入各自壓縮機的吸氣口并引出接管。各接管交錯分別與均油管B和均油管A相接，均油管B設有充油口。各接管與均油管A或者均油管B連接段也設有節(jié)流器，對均油管A與均油管B的安裝高度并無特殊要求。

1回油管

2單向管

3油分離器

4節(jié)流器

5壓縮機

6貯油包

7截止閥

8充油閥

9均油管A

10均油管B

11節(jié)流器

圖1多臺制冷壓縮機均油自控裝置原理圖

由于采用上述各元件、部件的組合結(jié)構及連接關系，在不增設油面?zhèn)鞲衅鳌㈦姶砰y的情況下，僅有管道、節(jié)流器等無運動部件，可使多臺制冷壓縮機自動均油。與現(xiàn)有技術相比，它不僅具有結(jié)構簡單，性能可靠，維修、運輸、更換配件方便，對壓縮機安裝無特殊要求的特點，而且?guī)缀醪辉黾映杀?。適用于多臺、不同形式、不同大小的制冷壓縮機之間的均油。

在油分離器（3）中被分離出的冷凍油，經(jīng)節(jié)流器（4）降壓后返回各自壓縮機（5）中。未被油分離器（3）分離出的油經(jīng)單向閥（2）隨制冷劑一同進入冷凝器、蒸發(fā)器和系統(tǒng)管路中。當系統(tǒng)各部位存在一個均勻油量分布后，來自蒸發(fā)器的油，經(jīng)吸氣管返回各壓縮機。由于返回各臺壓縮機的油量不可能均勻，即出現(xiàn)某壓縮機富油或者缺油的現(xiàn)象。當某臺壓縮機富油，即超過其正常工作油位時，冷凍油則沿其殼體上所設出油口流入貯油包（6）和與之相連的均油管A（9）或者均油管B（10）中。在均油管A或B中貯存的冷凍油，其壓力近似為壓縮機的排氣壓力，在壓差的作用下，又經(jīng)節(jié)流器（11）回到缺油壓縮機的吸氣管中，缺油的壓縮機連續(xù)不斷地回收到富油壓縮機多余的冷凍油，使其油位回升到正常的工作油位范圍，保證每臺壓縮機正常工作。在整個均油自控裝置中，如果僅有部分壓縮機工作時，系統(tǒng)中存留的油，將會回到運轉(zhuǎn)的壓縮機中。當出現(xiàn)富油現(xiàn)象，多余的油將會存貯在貯油包（6）和與之相連的均油管A或者B中。原來停止工作的壓縮機啟動后，短時間內(nèi)會出現(xiàn)缺油現(xiàn)象，此時由于吸氣管的低壓抽吸，從富油壓縮機的貯油包和均油管A或者B中補足所需的冷凍油。

自動均油回路中的節(jié)流器在通常情況下采用毛細管，其結(jié)構簡單，成本低，運行可靠。

3回油毛細管的數(shù)學模型

在壓縮機吸收、排氣壓力差的作用下，液態(tài)冷凍油通過毛細管自動地從油分離器返回壓縮機吸氣管，或從富油壓縮機高壓殼體內(nèi)流向欠油壓縮機吸氣管內(nèi)。當油面低于毛細管出口時，高壓制冷劑蒸氣將會經(jīng)毛細管旁通至壓縮機吸氣管，過多的高壓氣體返回壓縮機將造成系統(tǒng)的制冷能力下降，壓縮機排氣溫度升高，所以毛細管的內(nèi)徑和長度的確定至關重要。由于回油毛細管內(nèi)流動的介質(zhì)是冷凍油或高壓制冷劑蒸氣，均屬于單相流動。但因流動介質(zhì)與外部空氣進行對流換熱，使介質(zhì)沿流方向溫度逐漸降低，且油和制冷劑蒸氣的密度和粘度隨溫度變化顯著，故不可忽視換熱對流動的影響。

對毛細管內(nèi)介質(zhì)單相流動建模之前作如下的假設：（1）介質(zhì)流動為一維流動；（2）在管路流動斷面上物性均一；（3）物性僅沿流動方向上發(fā)生變化；（4）不考慮重力對流動的影響。故：

質(zhì)量守恒方程：

動量守恒方程：

能量守恒方程：

若油分離器的毛細管設置在其內(nèi)部，那么油與制冷劑蒸氣的溫度變化很小，而將毛細管設置在外部的室外機機箱內(nèi)，則因油與制冷劑蒸氣與外界空氣換熱引起溫度降低，對介質(zhì)粘度和密度有較大的影響。

4計算

制冷劑蒸氣被壓縮時，也會帶走一部分油，制冷劑的帶油量很大程度取決于壓縮機結(jié)構。對于全封閉壓縮機而言，文獻[3]指出，油在排氣中的質(zhì)量百分比不超過百分之零點幾；比利時列日大學通過不同實驗方法研究了壓縮機排氣的帶油量，實驗表明，油在排氣中的質(zhì)量百分比為1%～2%，且各種測試方法的誤差率在20%～30%以內(nèi)[4]。當壓縮機容量變化時，其排氣量和帶油量變化時，其排氣量和帶油量均隨之變化。本文對兩臺壓縮機并聯(lián)使用的自動均油回路所采用的毛細管進行了理論分析，并通過了實驗驗證了其應用效果。

4．1壓縮機參數(shù)

在計算和實驗中，采用了兩臺壓縮機，其一為變頻壓縮機，另一臺為定速壓縮機。其參數(shù)見表1。

表1壓縮機參數(shù)變頻壓縮機定速壓縮機

活塞排量Vh/(mL/rev)23.341.6

頻率f/Hz15-12050

充油量Goil/mL6001350

機體高度/mm312.5374.3

機體直徑/mm129.6158

制冷劑種類HCFC22

冷凍油種類SUNISO4GSD-T

4．2回油毛細管尺寸與可變因素的關系

以油在排氣中的質(zhì)量百分比1.5%為基準，計算在壓縮機頻率、吸排氣壓差和毛細管內(nèi)徑、入口油溫度變化時欲將排氣帶油完全返回所必需的毛細管長度，其結(jié)果如圖2所示。當壓縮機頻率、吸排氣壓差和毛細管內(nèi)徑為定值時，隨著入口油溫的升高，毛細管長度劇增，這主要是由于油在高溫時粘度急劇降低所致；當其它因素不變時，壓縮機頻率降低，還油量相應減少，其毛細管長度減??；當壓差或毛細管內(nèi)徑增大，在返回相同質(zhì)量的油時所需毛細管亦將增長。

圖2各因素變化時所必需的毛細管長度

一旦選定毛細管的幾何尺寸（如圖2（b）中的線），壓縮機在實際運行中能否順利返油將取決于毛細管入口油溫和壓縮機頻率于吸排氣壓力差。在線以下的區(qū)域不能順利返油，多余的油將存貯在油分離器或另一臺壓縮機的貯油包內(nèi)，若將油分離器的回油毛細管放置在其內(nèi)部，將有利于壓縮機順利返油。反之，在線以上的區(qū)域則能順利返油，但毛細管相對于帶油量所需長度短，故將會有部分排氣夾帶著油滴經(jīng)此毛細管一同返回壓縮機回氣管，由于有部分排氣被旁通返回，將會造成制冷系統(tǒng)能力下降。故合理選用毛細管幾何尺寸至關重要。

4．3制冷劑旁通率

當毛細管長度小于帶油量所需長度時，部分排氣將夾帶著油滴返回壓縮機。如果假想油與制冷劑蒸氣間歇返回，則以制冷劑蒸氣單相返回時的旁通率如圖3所示。從圖中可以看出，高低壓差越大、壓縮機頻率越低、壓縮機排氣溫度越高或毛細管短短，其旁通率越大；在壓差小于1.3Mpa、壓縮機高頻運行時，其旁通率隨壓差的變化有微小上升，但壓差繼續(xù)增大時，旁通率有明顯上升趨勢。

圖3回油毛細管的排氣旁通率

4．4應用效果

在空調(diào)用制冷裝置中，壓縮機運行時其油溫通常高于60℃，工作壓差為（1.0～2.0）Mpa。從圖2中的數(shù)據(jù)看，在油分離器內(nèi)部及兩臺壓縮機之間均選用內(nèi)徑為1.5mm，長度為3.15m的毛細管作為回油自控裝置的節(jié)流器使用時，系統(tǒng)運行的大部分能順利返油。在返油的過程中，制冷劑蒸氣與油呈氣油兩相狀態(tài)在毛細管內(nèi)部流動，由于存在臨界流動現(xiàn)象，其排氣旁通率應遠遠低于圖3中的數(shù)據(jù)。

筆者在上述兩臺壓縮機組成的變頻一拖多空調(diào)系統(tǒng)中采用了此回油自控裝置，實驗中通過壓縮機體上的油面鏡觀察油面變化情況，該裝置能在壓縮機的不同組合條件（①只開定速機，②不開定速機、變頻機變頻運行，③二者組合運行）下長時間、安全運行，使工作油面隨時穩(wěn)定在正常油位范圍內(nèi)。在室內(nèi)負荷較小而壓縮機長時間低頻運行時，由于壓差降低，油分離器及室內(nèi)機內(nèi)部的冷凍油不能順利返回，需要在低頻連續(xù)運行一段時間后進行高頻短期運行，以保證系統(tǒng)安全回油。

5結(jié)論

(1)本文針對現(xiàn)有技術中存在的缺點，開發(fā)了一種低成本的多臺制冷壓縮機自動均油回路，它不僅生產(chǎn)制造容易，維修、更換配件方便，而且對壓縮機安裝無任何特殊要求。

(2)建立毛細管內(nèi)流動模型，計算并分析了此自動均油回路對變頻空調(diào)系統(tǒng)回油性能，實驗結(jié)果表明：此自控裝置性能可靠，可用于大、中型變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)。

(3)由于順利返油過程是一個氣油兩相流動過程，需仔細研究此流動過程以及排氣旁通率，以便準確掌握回油毛細管對系統(tǒng)特性的影響。

參考文獻

1MitsuoOgawaetc.MultipleAirConditioningSystemforLargeCapacity.NationalTechnicalReport,1995,47(5):507～510.

2KunieSeigami,KoujiNagae."WMultiSystem"forBuildingAirconditioningthatCombinedPluralOutdoorUnitswithIndoorUnitsforaLargeCapacity.Refrigeration,1995,70(812):628～632.

3B.B.雅柯勃松著，王士華等譯.小型制冷機.北京：機械工業(yè)出版社，1982：53～56.

4PimentaJ.OntheSuitabilityofSimpleMethodsforFaultDetectionandSiagnosis.LaboratoryTestsandOn-SiteStudiesofRefrigerationSystem:[DoctorThesis].Belgium:Thermodynamiclaboratory,UniversityofLiege,1995.