趙梅春 王曉蕾 陳偉鋒 陳林君 張學(xué)軍

(1新昌縣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 新昌 312500)

(2浙江大學(xué)制冷與低溫研究所 杭州 310027)

(3青島開拓隆海制冷配件有限公司 青島 266113)

壓縮機(jī)油分離器分離效率測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)

趙梅春1王曉蕾2陳偉鋒1陳林君3張學(xué)軍2

(1新昌縣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 新昌 312500)

(2浙江大學(xué)制冷與低溫研究所 杭州 310027)

(3青島開拓隆海制冷配件有限公司 青島 266113)

壓縮機(jī)油分離器分離效率的高低直接影響系統(tǒng)的制冷功效，設(shè)計(jì)了一套檢測(cè)油分離器分離效率的試驗(yàn)裝置，通過分別測(cè)量分離前后潤(rùn)滑油的質(zhì)量，計(jì)算得出被檢測(cè)油分離器的分離效率，為油分離器的關(guān)鍵性能指標(biāo)提供了檢測(cè)手段。

油分離器 分離效率 稱重法

1 引言

壓縮機(jī)中的潤(rùn)滑油，起著減少機(jī)械部件磨損、降低機(jī)構(gòu)摩擦溫度和增強(qiáng)密封性的作用。研究表明，在制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器內(nèi)，當(dāng)潤(rùn)滑油循環(huán)量超過3%時(shí)，換熱能力將會(huì)惡化，壓力損失將會(huì)增大;當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的潤(rùn)滑油循環(huán)量達(dá)到5%時(shí)，制冷量的衰減將會(huì)達(dá)到10%以上，增大了功耗，大大降低了系統(tǒng)的制冷能力［1］。油分離器作為重要的分離部件安裝在制冷機(jī)組的排氣管路和冷凝器之間，其作用是使隨制冷劑一同被排出的潤(rùn)滑油能夠被分離出來并順利返回壓縮機(jī)曲軸箱內(nèi)以保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)啟動(dòng)，曲軸箱內(nèi)壓力迅速下降，溶解在潤(rùn)滑油里的制冷劑劇烈沸騰，使油液層泡沫翻騰狀，油位上竄，泡沫夾帶大量的潤(rùn)滑油進(jìn)入氣缸并隨排氣一道進(jìn)入油分離器，在油分離器內(nèi)分離出潤(rùn)滑油和制冷劑，潤(rùn)滑油再?gòu)挠头蛛x器下部引回壓縮機(jī)，如果油分離器油分率差，直接導(dǎo)致壓縮機(jī)曲軸箱嚴(yán)重失油或燒毀。

油分離器分油率的好壞直接影響制冷功效，隨著制冷空調(diào)設(shè)備實(shí)施能效等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以來，中國(guó)國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)紛紛行動(dòng)，從產(chǎn)品性能優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理匹配著手，尋找節(jié)能高效途徑。為此，迫切需要建立一個(gè)油分離器的油分率檢測(cè)評(píng)價(jià)方法和測(cè)試手段，來滿足企業(yè)委托檢測(cè)服務(wù)，同時(shí)把科技項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化，用技術(shù)優(yōu)勢(shì)變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)來滿足大中型企業(yè)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的需求，提升企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和檔次。本文采用稱重法檢測(cè)油分離器的油分離率，在深入研究分離機(jī)理及制冷劑氣流形態(tài)控制方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套檢測(cè)油分離器的油分離率的試驗(yàn)裝置。

2 設(shè)計(jì)原理與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)

油分離器使用工況不同，其油分率也隨之變化，需要根據(jù)油分離器的使用工況，選擇相應(yīng)的壓縮機(jī)型號(hào)、制冷劑的種類、潤(rùn)滑油的種類等參數(shù)來匹配運(yùn)行，同時(shí)在要求的工況范圍內(nèi)能夠獨(dú)立地改變制冷劑壓力和通過試驗(yàn)油分離器的制冷劑-油的質(zhì)量流量。

關(guān)鍵技術(shù):(1)準(zhǔn)確的選擇壓縮機(jī)、制冷劑、潤(rùn)滑油相對(duì)應(yīng)型號(hào)，這是測(cè)試評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)和根本。(2)制冷劑和潤(rùn)滑油的重量確定，確保系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，并使試驗(yàn)條件的確立，在最大制冷劑流量和最小制冷劑流量下運(yùn)行，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。(3)平衡工況的確定。

2.2 分離機(jī)理與方法

離開壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣流的油濃度和液滴大小分布是復(fù)雜多變的，這種復(fù)雜狀態(tài)氣流直接進(jìn)行分離，其效果評(píng)價(jià)不準(zhǔn)確，需要對(duì)制冷劑氣流中的油濃度適當(dāng)降低，達(dá)到試驗(yàn)油分離器性能檢查時(shí)所需的最小濃度，同時(shí)對(duì)氣流的溫度和液滴分布進(jìn)行控制，減少制冷劑氣流中的油在管路上的殘留，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大小液滴分布;通過這一系列調(diào)整，制冷劑氣流調(diào)節(jié)到要求的油濃度和標(biāo)準(zhǔn)大小液滴的分布，進(jìn)入試驗(yàn)油分離器，進(jìn)行分離，分離出來的油，用特制容器回收，除去分離油的制冷劑氣流進(jìn)入凈化分離器和貯液器，在該液體管路上，裝有液體采樣裝置，以便確定液體制冷劑中含油濃度。

關(guān)鍵技術(shù):(1)對(duì)制冷劑氣流溫度的控制，確保制冷劑以氣流狀態(tài)流動(dòng);(2)制冷劑氣流中含油濃度、液滴大小分布的控制，確保符合試驗(yàn)油分離器性能檢測(cè)所需指標(biāo);(3)標(biāo)準(zhǔn)入口段的設(shè)計(jì)，確保在不同的試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)地點(diǎn)均保持一致，建立溫度、溶解度和液滴分布的平衡;(4)液體管路的液體采樣裝置;(5)凈化分離器和冷凝器的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)壓力達(dá)到最小壓力值。

2.3 控制制冷劑氣流形態(tài)

為確保壓縮機(jī)排氣管路中制冷劑以氣流狀態(tài)流動(dòng)，需在排出管路中安裝換熱器對(duì)排出管路中的制冷劑蒸氣加熱，且加熱溫度可調(diào)。通過可計(jì)量的注油裝置控制進(jìn)入排出管路中的油量，加裝標(biāo)準(zhǔn)入口段來控制油滴分布，使其分布更均勻，結(jié)構(gòu)布置圖如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)入口段結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of standard entrance

2.4 檢測(cè)精度的控制

為了確保試驗(yàn)油分離器性能檢測(cè)精度，需要控制制冷劑氣流的溫度、含油的濃度、液滴大小分布。試驗(yàn)臺(tái)分別在無(wú)計(jì)量供油量，最大制冷劑流量和最小制冷劑流量工況以及最大計(jì)量供油量，最大制冷劑流量和最小制冷劑流量工況下運(yùn)行，把上述試驗(yàn)得到數(shù)據(jù)繪成曲線，每次試驗(yàn)的調(diào)節(jié)氣流中的油濃度從該曲線圖中插值得到。同時(shí)對(duì)所試驗(yàn)的每一種制冷劑和每一種油都必須做單獨(dú)的系列試驗(yàn)并畫成單獨(dú)的曲線圖。為了保證試驗(yàn)有效，必須保證平衡工況。

關(guān)鍵技術(shù):(1)對(duì)制冷劑氣流溫度、溶解度、含油濃度、液滴分布的控制，確保試驗(yàn)條件成立;(2)調(diào)節(jié)分離器的校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)測(cè)試和繪制，制冷劑氣流中油濃度確定;(3)平衡工況的確定，3次連續(xù)試驗(yàn)中得到的平均值，誤差在5%以內(nèi)，這一組數(shù)據(jù)符合平衡條件。(4)油回收和排污器的設(shè)計(jì)，確?；厥沼土康臏?zhǔn)確性。(5)對(duì)貯液器液體中油濃度、分離油量的測(cè)量、溶解于貯液器存油中制冷劑的測(cè)量，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 油分離器分離效率檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

油分離器油分率試驗(yàn)臺(tái)組成:壓縮機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)入口段、數(shù)字式比例供油系統(tǒng)、凈化分離器、冷凝器、液體采樣裝置、蒸發(fā)器等。

油分離器油分率試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)流程見圖2所示。來自壓縮機(jī)1的高溫高壓制冷劑蒸汽，進(jìn)入調(diào)節(jié)分離器2，降低排出氣流的含油濃度，經(jīng)熱交換器3、數(shù)字

式比例供油系統(tǒng)4和標(biāo)準(zhǔn)入口段5，到試驗(yàn)分離器6，離開試驗(yàn)分離器有兩種流體，一種是除去了分離油的制冷劑蒸汽試驗(yàn)氣流，另一種是分離出來的油，進(jìn)入油回收和排污器;離開試驗(yàn)油分離器的試驗(yàn)氣流，通過凈化分離器7，試驗(yàn)氣流在離開凈化分離器7后，通過一進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)閥8，由此閥調(diào)節(jié)試驗(yàn)分離器6中的壓力，試驗(yàn)氣流從進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)閥流入冷凝器9，在流入貯液器10和液體采樣裝置11，貯液器10裝有視液機(jī)構(gòu)，可觀察貯液器中制冷劑液面，制冷劑經(jīng)過液體采樣裝置11后，進(jìn)入蒸發(fā)器12，流回壓縮機(jī)1。

為準(zhǔn)確測(cè)量出油分離器的油分離率，需測(cè)量經(jīng)被檢油分離器分離出來的油重，凈化分離器分離出來的油重以及冷媒液體中的油濃度。

冷媒液體中的油濃度測(cè)量方法如圖3和圖4所示，采樣裝置由鋼瓶、閥、毛細(xì)管和過濾器組成，試驗(yàn)結(jié)束后與真空泵連接，并抽空到使壓力等于或低于250 Pa絕對(duì)壓力，然后以0.1 mg的準(zhǔn)確度稱重。

式中:w1為液管采樣裝置采樣前質(zhì)量，kg;w2為液管采樣裝置采樣后質(zhì)量，kg;w3為液管采樣裝置中的油質(zhì)量，kg。

液體冷媒中的油濃度co計(jì)算公式為:

式中:M1為制冷劑質(zhì)量流量，kg/s;M2為注油流量，kg/s;w4為被檢油分離器試驗(yàn)過程分離的油質(zhì)量，kg;w5為凈化分離器試驗(yàn)過程中分離的油質(zhì)量，kg;τ為試驗(yàn)時(shí)間，s。

被檢油分離器分離效率E計(jì)算公式:

4 結(jié)論

油分離器分離效率試驗(yàn)臺(tái)的規(guī)范化設(shè)計(jì)將使油分離器關(guān)鍵性能指標(biāo)擁有統(tǒng)一的科學(xué)評(píng)價(jià)、試驗(yàn)方法?；诖?，通過對(duì)油分離器和系統(tǒng)配件進(jìn)行篩選和匹配試驗(yàn)，可優(yōu)化系統(tǒng)及其性能，為制冷空調(diào)產(chǎn)業(yè)、油分離器生產(chǎn)企業(yè)、檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)等提供了科學(xué)完整的檢測(cè)依據(jù)。

1 孫 銘，劉景林，陳威威.制冷系統(tǒng)油分離器分油效率測(cè)試方法的研究［J］.制冷與空調(diào)，2012(1):50-52.

2 陶文銓.數(shù)值傳熱學(xué)［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，2004.

3 Schlager L M，Pate M B，Bergles A E.Heat transfer and pressure drop performance of smooth and internally finned tubes with oil and refrigerant 22 mixtures［J］.ASHRAE Trans，1989，95:365-375.

4 Hewitt N J，Mcmullan J T，Mongey B，et al.From pure fluids to zertropic and azertropic mixtures:The effects of refrigerant-oil solubility on system performance［J］.Energy Research，1996，20:57-67.

5 魏文建，丁國(guó)良，王凱健.潤(rùn)滑油的混入對(duì)翅片管式空調(diào)蒸發(fā)器性能影響［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，42(3):430-435.

Design for separation efficiency test stand of oil separator used in compressors

Zhao Meichun1Wang Xiaolei2Chen Weifeng1Chen Linjun3Zhang Xuejun2

(1Commodity Inspection Bureau of Xinchang Country，Xinchang 312500，China)
(2Institute of Refrigeration and Cryogenics，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China)(3Qingdao Kai Tuo Long Hai Air conditioning Parts co.，Ltd，Qingdao，Zhejiang 266113，China)

Separation efficiency of oil separator directly affects the cooling effect in refrigeration system.The set of separation efficiency test stand of oil separator was proposed based on the weighting method.By means of the measurement of refrigerant and lubricant mass before and after the filtration process，separation efficiency of the test device can be calculated，providing a scientific and accurate test method for the key performance indicators of the oil separator.

oil separator;separation efficiency;weighing method

TB65

A

1000-6516(2012)05-0034-03

2012-08-16;

2012-10-07

國(guó)家自然科學(xué)基金(No.51176141)資助。

趙梅春，男，48歲，工程師。

book=36,ebook=342