林成祥，黃民玉，胡金彪

（廣東西屋康達(dá)空調(diào)有限公司，廣東佛山，528216）

變頻多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組回油問題解決方法探究

林成祥，黃民玉，胡金彪

（廣東西屋康達(dá)空調(diào)有限公司，廣東佛山，528216）

由于變頻多聯(lián)式空調(diào)具有系統(tǒng)管路長、落差大、分歧彎路多、制冷劑流速可變等特征，導(dǎo)致該系統(tǒng)在某些情況下出現(xiàn)回油困難的故障；當(dāng)管路潤滑油量積聚，壓縮機(jī)油量降低，最終會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)缺油磨損或卡缸。本文定性分析了多聯(lián)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)回油困難的問題，提出了系統(tǒng)大小與系統(tǒng)油量關(guān)系、回油運(yùn)行合理時(shí)間差以及回油時(shí)間等定量關(guān)系，研究并提出了相應(yīng)解決措施。本文對(duì)促進(jìn)多聯(lián)機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用有幫助作用。

變頻；多聯(lián)機(jī)；回油；油平衡

引言

變頻多聯(lián)機(jī)是指輸出容量隨著壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速而變化，以實(shí)現(xiàn)“一拖多”運(yùn)行模式的制冷劑循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)，是一臺(tái)室外機(jī)同多臺(tái)室內(nèi)機(jī)聯(lián)合工作的一種變?nèi)萘靠照{(diào)系統(tǒng)。

在變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)制冷循環(huán)、制熱循環(huán)工作中，回油容易出現(xiàn)問題。如果長時(shí)間運(yùn)行而不做處理，會(huì)引起管路潤滑油量積聚，壓縮機(jī)油量降低，最終導(dǎo)致壓縮機(jī)缺油而磨損或卡缸。本文針對(duì)上述問題提出了解決方案。

1 變頻多聯(lián)式空調(diào)回油問題概述

1.1壓縮機(jī)潤滑油系統(tǒng)工作原理

壓縮機(jī)潤滑油系統(tǒng)工作原理重點(diǎn)有兩方面［1］：（1）供油機(jī)制。壓縮機(jī)的潤滑系統(tǒng)是利用排氣壓力與背壓腔中氣體壓力的壓差來供油，油池中的潤滑油經(jīng)過油泵中的吸氣管，沿著曲軸上的中心油道進(jìn)入背壓腔，并通過背壓孔進(jìn)入壓縮腔中，并隨著高壓氣體經(jīng)過靜渦旋盤上的排氣口排到封閉的機(jī)殼中，最后經(jīng)油氣分離后流回油池。潤滑油起到了潤滑、密封及冷卻電機(jī)作用。圖1給出了潤滑油的流向［2］。因此，為確?？照{(diào)正常運(yùn)行，壓縮機(jī)油池中必須保證有最低液位的油位與油泵形成液封，以滿足工作運(yùn)行的基本需要。一旦潤滑油位降低至最低液位以下，潤滑系統(tǒng)將不能正常工作，那么渦旋盤就不能得到很好的潤滑、密封和降溫，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件磨損或過熱等問題，進(jìn)而導(dǎo)致壓縮機(jī)卡缸或電機(jī)過熱燒毀。

（2）能效與成本平衡問題。變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)有較高的能效比要求，過多的潤滑油會(huì)帶來換熱器換熱效率的降低，同時(shí)為降低制造成本（潤滑油單價(jià)較高）及環(huán)保等諸多因素，應(yīng)盡量減少使用潤滑油。因此確保系統(tǒng)中油量的適合是油平衡的前提保證，而判斷系統(tǒng)油量充注量適量的方法是一重要研究課題。

圖1　壓縮機(jī)示意圖與潤滑油流向

1.2氣態(tài)制冷劑與液態(tài)冷凍油的協(xié)同

在空調(diào)工作狀態(tài)下，冷凍油可溶于液態(tài)制冷劑，常溫下它們可充分混合。然而油和氣態(tài)制冷劑并不容易混合，只有當(dāng)氣態(tài)制冷劑流速大到足以攜帶冷凍油一起移動(dòng)時(shí)，油才能夠在系統(tǒng)中正常循環(huán)；研究表明水平管中流速至少為3.6 m/s，豎直管中流速至少為7.2 m/s，氣態(tài)制冷劑才能夠帶動(dòng)液態(tài)冷凍油一起移動(dòng)，且管路越長，所需要的流速越高。

變頻多聯(lián)機(jī)的最大單管線長為25 m左右，落差值最大在50 m左右，同時(shí)該系統(tǒng)還有油分、氣液分離器等多個(gè)儲(chǔ)油部位，因此需要更多的潤滑油循環(huán)量及較高的流速才能回油。另外，由于變頻多聯(lián)機(jī)為變?nèi)萘肯到y(tǒng)，系統(tǒng)管路內(nèi)的流速是隨著壓縮機(jī)運(yùn)行頻率的改變而改變的。我公司設(shè)計(jì)的多聯(lián)機(jī)最高流速是最低流速的15倍，在低流速下，流速低于制冷劑回油所需的最低流速7.2m/s，因此對(duì)于變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)而言，如何在這種狀況下確保壓縮機(jī)始終保持油平衡，也是需要重點(diǎn)研究的課題。

2 制冷/制熱循環(huán)中的變頻多聯(lián)式空調(diào)回油問題

通過第1節(jié)的分析可知，變頻多聯(lián)機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用過程中存在著一定的局限性，特別是回油問題的存在極大地降低了變頻多聯(lián)機(jī)的應(yīng)用性能［3-4］，因此應(yīng)當(dāng)加大對(duì)這些問題的研究力度，制定科學(xué)合理的解決措施。

2.1制冷循環(huán)

在制冷模式下室內(nèi)機(jī)全部運(yùn)行時(shí)，首先，在壓縮機(jī)以及室外機(jī)之間的管道中會(huì)有大量的制冷劑氣體存在，而制冷劑氣體中也混有一定量的霧狀潤滑油，這些混合的氣體具有高速、高壓、高溫等特點(diǎn)，且由于該管路距離較短，因此不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的潤滑油集聚問題。其次，當(dāng)這種混合氣體進(jìn)入到室外機(jī)部位后，便會(huì)在冷凝效應(yīng)的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷氐囊后w，而混合在其中的潤滑油的溶解度也比較大，與制冷劑能夠很好的融合，因此在室外機(jī)部位也不會(huì)有大量潤滑油集聚。但是當(dāng)室內(nèi)機(jī)內(nèi)部的制冷劑開始蒸發(fā)并到達(dá)出口位置時(shí)，一方面環(huán)境溫度、壓力等都會(huì)有所降低，使得潤滑油的溶解度也會(huì)降低；另外一方面，由于蒸發(fā)器底部和出口處以氣態(tài)制冷劑為主，進(jìn)而發(fā)生潤滑油與制冷劑分離。

當(dāng)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于不開機(jī)的室內(nèi)機(jī)（蒸發(fā)器）管路中會(huì)儲(chǔ)存大量的液態(tài)制冷劑，而制冷劑中混有潤滑油，這時(shí)制冷劑溶解潤滑油能力強(qiáng)，隨著時(shí)間的加強(qiáng)，管路中會(huì)有越來越多的油遷移集聚在不工作的室內(nèi)機(jī)中。同時(shí)由于是部分負(fù)荷運(yùn)行，這時(shí)由于運(yùn)行的管徑不變，而流量急劇變小，隨之流速變小到不足以帶走潤滑油，而在吸氣管路中積聚潤滑油。

2.2制熱循環(huán)

在制熱模式且室內(nèi)機(jī)全部運(yùn)行時(shí)，首先在壓縮機(jī)以及室內(nèi)機(jī)之間的管道中會(huì)有大量的制冷劑氣體存在，而制冷劑氣體中也混有一定量的霧狀潤滑油，這些混合的氣體具有高速、高壓以及高溫等諸多的特點(diǎn)，因此不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的潤滑油集聚問題。其次當(dāng)這種混合氣體進(jìn)入室內(nèi)部位后，便會(huì)在冷凝效應(yīng)的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷氐囊后w，與制冷劑能夠很好的融合，因此在室內(nèi)機(jī)部位也不會(huì)有大量潤滑油積聚，但是當(dāng)室外機(jī)內(nèi)部的制冷劑開始蒸發(fā)并到達(dá)出口位置時(shí)，環(huán)境溫度、壓力等都有所下降，使得潤滑油的溶解度降低，繼而發(fā)生潤滑油與制冷劑分離，自過熱區(qū)就會(huì)有一定量潤滑油積聚。而由于這段管路的距離較短，因此對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的影響較小，在處理分析問題的過程中可以不予考慮。

當(dāng)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一方面由于不開機(jī)的室內(nèi)機(jī)（冷凝器），還是有一定的冷凝效果（自然對(duì)流），隨著時(shí)間的推移，不開機(jī)的室內(nèi)機(jī)氣體最終也會(huì)變成液態(tài)制冷劑，由于不循環(huán)，會(huì)積聚越來越多的潤滑油，從而導(dǎo)致系統(tǒng)中循環(huán)的潤滑油減少。另一方面，由于部分負(fù)荷運(yùn)行，這時(shí)由于管徑不變，而流量急劇變小，隨之流速也會(huì)變小，這時(shí)吸氣管路的流速很可能低于最低流速要求，就會(huì)形成潤滑油積聚在蒸發(fā)器（室外機(jī)）的底部，從而形成系統(tǒng)循環(huán)中缺油。

3 油平衡問題應(yīng)對(duì)方法

通過以上分析可知，變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)需要解決以下五大方面問題，才能保證潤滑油系統(tǒng)在空調(diào)中安全穩(wěn)定運(yùn)行：（1）確保與系統(tǒng)匹配運(yùn)行的適量潤滑油；（2）在保證安全運(yùn)行的情況下，最大限度減少壓縮機(jī)潤滑油使用量；（3）制冷工況室內(nèi)機(jī)全部運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)機(jī)出口－內(nèi)外機(jī)連接管－吸氣管這一段存在著回油困難；（4）制冷工況部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，不運(yùn)行的室內(nèi)機(jī)（蒸發(fā)器）、吸氣管存在著回油困難；（5）制熱工況部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，不運(yùn)行的室內(nèi)機(jī)（冷凝器）中、室外機(jī)（蒸發(fā)器）底部到吸氣管這一段中存在回油困難。

針對(duì)上述問題，提出三種應(yīng)對(duì)方法。

3.1適量的潤滑油補(bǔ)充

多聯(lián)機(jī)實(shí)際安裝管路復(fù)雜程度不一、長短不一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不一樣，導(dǎo)致潤滑油分散到管路中的量也不同、空調(diào)系統(tǒng)中還安裝氣液分離器、油分離器等部件，此部件底部都會(huì)儲(chǔ)存一定量的油。

同時(shí)要有足夠的潤滑油能夠保證在不利回油點(diǎn)進(jìn)行周轉(zhuǎn)循環(huán)使用。因此需要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)儲(chǔ)油量進(jìn)行估算，然后通過實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證，確保在最不利情況下回油也能滿足要求。

總之，如果能夠得到潤滑油充注量與系統(tǒng)大小之間的定量關(guān)系式，將會(huì)指導(dǎo)實(shí)際多聯(lián)機(jī)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用，省去繁瑣的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程，將促進(jìn)多聯(lián)機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用。

3.2油分離器安裝

一般情況下油分離器應(yīng)當(dāng)安裝在壓縮機(jī)的排氣口位置；安裝油分離器的主要作用就是保障大部分潤滑油在排出后可以迅速得到分離，并回到壓縮機(jī)中，減少系統(tǒng)循環(huán)中潤滑油使用量，由于系統(tǒng)中潤滑油量的減少，帶來了系統(tǒng)中換熱器換熱效率提升，提高整機(jī)節(jié)能水平及系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

3.3回油運(yùn)行

通過上述章節(jié)對(duì)油分離器的說明分析可知，油分離器無法保證潤滑油的徹底分離，即仍舊有部分潤滑油會(huì)與制冷劑融合，并最終遺留在管路中。長時(shí)間作用下，壓縮機(jī)也會(huì)發(fā)生缺油而產(chǎn)生故障，因此單純依靠油分離仍舊無法徹底解決回油問題。為了徹底解決這一問題，可以利用高速流動(dòng)的制冷劑對(duì)管路內(nèi)壁進(jìn)行沖刷的方式來得到剩余的潤滑劑，并將其輸送至壓縮機(jī)油池中。

為了解決問題（3），系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段就要保證：當(dāng)壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，且在最低允許蒸發(fā)溫度的工作情況下，必須保證吸氣流速不得低于7.2 m/s（最好要在10 m/s以上的流速），然后將壓縮機(jī)運(yùn)行頻率設(shè)置為最高值，室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇運(yùn)行速度最高，運(yùn)行一段時(shí)間（具體多少時(shí)間最合適需要根據(jù)不同系統(tǒng)實(shí)際），這樣就能夠保證蒸發(fā)溫度升高，流速增大，從而帶走積聚的潤滑油。

為了避免問題（4）的發(fā)生，首先將不運(yùn)行的室內(nèi)機(jī)膨脹閥開度全部打開，這樣就能夠使原本停流在管路中的制冷劑混合液流動(dòng)起來，另外將壓縮機(jī)運(yùn)行頻率開到最大，從而起到高速帶走潤滑油。

針對(duì)問題（5），將不運(yùn)行的室內(nèi)機(jī)膨脹閥開度全部打開，這樣就能夠使原本停流在管路中的制冷劑混合液流動(dòng)起來，另外將壓縮機(jī)運(yùn)行頻率運(yùn)行到足夠帶走潤滑油的流動(dòng)速度，這樣就能保證潤滑油能夠回到壓縮機(jī)油池。

通過以上分析可知：回油運(yùn)行的時(shí)間差以及每次回油的時(shí)間是處理過程中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于不同變頻多聯(lián)系統(tǒng)之間的零部件存在著一定的差異，其存油的情況也存在著一定的不同，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況制定科學(xué)可行的解決措施。

4 結(jié)束語

綜合全文所述，社會(huì)發(fā)展的不斷加快，變頻多聯(lián)機(jī)由于安裝、使用、維護(hù)簡便，使得變頻多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用市場逐步擴(kuò)大，并在其中發(fā)揮著不可替代的作用。但是回油問題需要解決。

科學(xué)的制定出管路系統(tǒng)大小與系統(tǒng)需要補(bǔ)充的油量關(guān)系，回油運(yùn)行時(shí)合理的時(shí)間差、每次回油時(shí)間及相應(yīng)運(yùn)行頻率之間的定量相關(guān)性研究，將會(huì)給工程設(shè)計(jì)帶來便利和變頻多聯(lián)機(jī)廣泛推廣起到催化劑的作用。制定出科學(xué)可行的解決措施，避免壓縮機(jī)的損壞，為系統(tǒng)運(yùn)行正常提供堅(jiān)實(shí)的條件。

［1］劉順利. 淺析多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)［J］. 制冷與空調(diào)，2016（1）: 68-71.

［2］龍力. 空調(diào)多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］. 現(xiàn)代制造， 2016（6）: 48-49.

［3］李葛豐. 對(duì)變頻多聯(lián)機(jī)回油的相關(guān)問題分析［J］. 科技傳播，2014（11）.

［4］COPELAND制冷手冊［Z］. 1970.

林成祥（1985-），男，中級(jí)工程師（碩士研究生），研究方向?yàn)閿?shù)碼、變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。

E-mail: 313492133@qq.com

Resolutions on Oil Return of Variable Frequency Air Conditioning Unit

Chengxiang Lin， Minyu Huang， Jinbiao Hu（Guangdong Nishiya Yasudachi Air Conditioning Co.， Ltd.， Foshan， Guangdong， 528216， China）

Due to the long length， large division， large amount of detours and variant refrigerant flow rate of multi-frequency conversion air conditioning system， oil return malfunction will happen under some conditions. When pipeline lubricating oil accumulates， volume of compressor oil reduces， causing lacking oil abrasion or block. This paper qualitatively analyses problems of oil return in multi-line operation，puts forward relationships between system magnitude and oil amount， feasible running interval of oil return， and total time for oil return， as to derive corresponding measures. This paper has help function for promotion of multi-line design and application.

Frequency Conversion； Multi-line； Return Oil； Oil Balance

TH184

A

2095-8412 （2016） 04-595-04

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.003