崔磊

（華意壓縮機(jī)股份有限公司 江西景德鎮(zhèn) 333001）

0 引言

近年來，國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求不斷提升，低碳綠色的去求成為大家普遍的認(rèn)識(shí)。且這幾年高效冰箱壓縮機(jī)COP值迅速?gòu)?.7攀升至2.0。而且不斷地摸索下，我們也認(rèn)識(shí)到了冰箱實(shí)際運(yùn)行工況對(duì)冰箱壓縮機(jī)節(jié)能的影響，從而也提升了壓縮機(jī)的性能。但定頻壓縮機(jī)有其瓶頸，壓縮機(jī)的變頻化則是冰箱壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)；本文考慮的是變頻壓縮機(jī)在低轉(zhuǎn)速下的油路潤(rùn)滑能力與定頻壓縮機(jī)有差異，需要重新設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。

1 變頻冰箱壓縮機(jī)油路分析

油路設(shè)計(jì)是冰箱壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，不僅與冰箱壓縮機(jī)的性能直接相關(guān)，甚至?xí)Q定壓縮機(jī)的可靠性。良好的潤(rùn)滑以油膜形式形成邊界摩擦，從而提高冰箱壓縮機(jī)的性能。

1.1 需要潤(rùn)滑部位

冷凍油存在于冰箱壓縮機(jī)的底部，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，迅速通過油路到達(dá)冰箱壓縮機(jī)各個(gè)運(yùn)動(dòng)副間，形成油膜減小摩擦阻力。需要到達(dá)的運(yùn)動(dòng)部件有曲軸、曲柄、連桿、活塞。圖1中標(biāo)識(shí)的綠色部分，就是摩擦主要發(fā)生的部位。

1.2 冷凍油路徑

壓縮機(jī)運(yùn)行后，冷凍油從壓縮機(jī)的底部在離心作用下，由吸油管吸入，從曲軸長(zhǎng)軸側(cè)面排出，在進(jìn)入螺旋通道經(jīng)加速后到達(dá)曲拐與連桿配合面?；蛴蛇B桿通道進(jìn)入活塞銷配合面至活塞配合面，或由連桿曲拐噴灑傘狀油液飛濺入活塞配合面至活塞銷配合面。微量的冷凍油會(huì)由壓縮機(jī)進(jìn)入制冷系統(tǒng)，參與循環(huán)并最終回流到壓縮機(jī)底部。

2 冷凍油的選用

冷凍油的選用，可以從冷凍油的基本特性既黏度、成分、與冰箱壓縮機(jī)的匹配性、可靠性等。當(dāng)然，其基本的酸值、水分、介電強(qiáng)度是必須保證在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

2.1 變頻壓縮機(jī)應(yīng)選擇低粘度潤(rùn)滑油

壓縮機(jī)的粘度直接影響著壓縮機(jī)的COP[1-3]。因此，變頻壓縮機(jī)為了性能優(yōu)勢(shì)，應(yīng)選擇低粘度潤(rùn)滑油。

由壓縮機(jī)理論可以得知：

COP=Q/W

所以降低摩擦功率是提升COP的最直接的方式。

P（軸功率）公式如下：

Pe（軸功率）=Pi（指示功率）+Pm（摩擦功率） （1）

機(jī)械效率：ηm= Pi / Pe

其中，摩擦功率Pm是由兩部分構(gòu)成：一是往復(fù)活塞做直線運(yùn)動(dòng)的活塞與活塞缸孔之間的直線摩擦功率Pmp；另一個(gè)是運(yùn)動(dòng)副之間旋轉(zhuǎn)摩擦力，包括長(zhǎng)軸與軸孔，偏心軸與連桿，連桿與活塞銷的摩擦功率之和，這個(gè)旋轉(zhuǎn)摩擦功率是Pmr。

有冷凍油參與運(yùn)轉(zhuǎn)并形成油膜后的機(jī)械摩擦力：

其中，ν是潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)粘度；S是接觸面積，u是運(yùn)動(dòng)速度，y是配合間隙。

由上式可以看出，粘度的降低可以減小機(jī)械摩擦力F，由此減少摩擦功耗Pm，提升冰箱壓縮機(jī)的COP值。

2.2 推薦選用合成冷凍油

目前的高效壓縮機(jī)普便使用的是ISO5冷凍油。在冷凍油成分的選擇上，R600a冰箱壓縮機(jī)目前廣泛使用的是環(huán)烷基礦物油、石蠟基礦物油及合成冷凍油。

筆者并不否認(rèn)礦物油（MO）在R600a冰箱壓縮機(jī)中的優(yōu)良使用性能，但在目前能效比不斷攀升的情況下，原來傳統(tǒng)普遍使用的ISO10冷凍油已經(jīng)不具備在高效壓縮機(jī)上使用的條件。且在MO中，低粘度環(huán)烷基冷凍油具有閃點(diǎn)低的特性，會(huì)降低冰箱壓縮機(jī)的可靠性；而石蠟基冷凍油，由于其傾點(diǎn)較高，會(huì)降低冰箱壓縮機(jī)低溫運(yùn)行的效率，甚至降低制冷效果。

合成冷凍油由于其相對(duì)優(yōu)秀的閃點(diǎn)與傾點(diǎn)，已經(jīng)被企業(yè)廣泛使用。從表1所列的三種類別的潤(rùn)滑油參數(shù)中得知，在當(dāng)前合成冷凍油是較為理想的選擇。

表1 三種類別潤(rùn)滑油典型參數(shù)的對(duì)比

2.3 選用優(yōu)質(zhì)的添加劑

為了保證油膜的形成以及壓縮機(jī)運(yùn)行的可靠性，低粘度的潤(rùn)滑油必須依靠添加劑的作用。而優(yōu)質(zhì)的添加劑直接決定了潤(rùn)滑油的優(yōu)劣。

筆者曾在對(duì)某兩家合成冷凍油C、D選用的驗(yàn)證試驗(yàn)中，在同樣的可靠性驗(yàn)證條件下，得到完全不同的結(jié)論：使用冷凍油C的壓縮機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件磨損輕微，而使用D冷凍油的壓縮機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件磨損嚴(yán)重，性能降低。后經(jīng)過了解得知，D冷凍油因使用較為劣質(zhì)的添加劑所致。

3 離心泵泵油能力

現(xiàn)在冰箱壓縮機(jī)普遍使用的泵油形式是采用曲軸吸油管離心泵油，見圖1。通過曲軸的旋轉(zhuǎn)，使得潤(rùn)滑油通過離心作用上升到各個(gè)運(yùn)動(dòng)配合面。

3.1 泵油高度

泵油高度的計(jì)算公式：

式中：

Δh—泵油高度；

ω—角速度，ω=2πn/60；

R—油路的最大旋轉(zhuǎn)半徑；

r—吸油管的入口半徑。

泵油安全系數(shù)：

其中，H—泵油入口與出口高度差。

對(duì)于定頻壓縮機(jī)，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，其角速度ω是不變的，則泵油高度Δh是不變的。假定變頻壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在1200rad/min～4500rad/min，從式中可以得出，在同等結(jié)構(gòu)下，1200轉(zhuǎn)速僅有定頻3000轉(zhuǎn)的40%，則Δh也為定頻壓縮機(jī)的40%；

為了滿足低轉(zhuǎn)速下壓縮機(jī)離心泵油高度的要求，需要從變量R、r、H上入手。

3.2 減小入口半徑

減小的程度是有限的，因?yàn)槿肟诎霃竭€決定著潤(rùn)滑油的流量。入口半徑越小，流量太小也會(huì)造成潤(rùn)滑不足

潤(rùn)滑油泵油流量：

由公式（5）可知，黏度越低，流量越大，但是入口半徑越小，流量越小。

3.3 增加最大旋轉(zhuǎn)半徑R

根據(jù)公式（2）可知，減小接觸面積可以減少摩擦功率。所以高效壓縮機(jī)的曲軸的外徑都較小。甚至有采用曲軸外徑為φ10mm的冰箱壓縮機(jī)。

但是根據(jù)公式（3）又可知，最大旋轉(zhuǎn)半徑R增大可以增加泵油高度。所以變頻壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)中，曲軸的軸徑不能過小。因?yàn)檫^小的軸徑會(huì)限制最大旋轉(zhuǎn)半徑尺寸R，從而減小泵油高度。這個(gè)問題，在變頻壓縮機(jī)低轉(zhuǎn)速（ω）下會(huì)顯得尤為突出。按照公式（3）及筆者部分驗(yàn)證結(jié)論，初步認(rèn)為曲軸的直徑不小于15mm為佳。

3.4 變頻冰箱壓縮機(jī)的高度設(shè)計(jì)

由公式（4）可知，變頻冰箱壓縮機(jī)的泵油出入口高度差的減小，可以使原本泵油高度并不高的壓縮機(jī)依然能達(dá)到潤(rùn)滑效果。所以目前變頻壓縮機(jī)安裝高度普遍較低，一方面是為了減小安裝空間，增加運(yùn)輸成本的優(yōu)勢(shì)。另一方面，也是為了低轉(zhuǎn)速下的泵油高度考慮。

4 結(jié)論

R600a變頻冰箱壓縮機(jī)使用冷凍油適用低粘度合成冷凍油，可以提升壓縮機(jī)的機(jī)械效率，保證變頻壓縮機(jī)的能效比優(yōu)勢(shì)。

考慮變頻壓縮機(jī)變轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)其油路時(shí)，要考慮低轉(zhuǎn)速下泵油高度不足的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)合理的吸油管孔徑，且曲軸直徑不宜太小，以不小于15mm為宜。壓縮機(jī)的整體上油高度應(yīng)比傳統(tǒng)定頻壓縮機(jī)矮30mm，在降低運(yùn)輸成本、減小安裝空間的同時(shí)，也較容易滿足低轉(zhuǎn)速下的泵油能力。

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[2]吳景華，饒奇宇 壓縮機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化中冷凍油的選擇【J】家用電器科技 2000，（1）

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