新型自动油气分离器中润滑流动性探究剖析

在多联机系统中，由于压缩机的“奔油”和油分离器效率（一般实际应用的油分离器效率在 50%80%）的影响，在制冷系统中必然存在润滑油，而且在系统不同部件和管路中的残留量是不一样的。文献研究表明，当 R410A/POE 系统压缩机奔油率从 1%增加到5%，吸气管中残留的润滑油从 4 %增加到 16%.文献研究了当 R410A 系统压缩机启动后 600 s 时压缩机中含油量为 68.8%，此时有近 31%的润滑油残留在系统中。由此可见，在制冷系统启动初期或运行过程中，必定有大量的油在管路系统中，但所有相关论文很少能针对多联机特点提出创新的措施或控制方法来减少系统中的残余润滑油量，或者促使残余润滑油能顺利地返回压缩机中。文中提出一种新型的油气分离器，这种油气分离器不仅具有分离压缩机排气中的润滑油的作用，还能实现油平衡的作用，将油气分离器中多余的润滑油排到制冷系统中，进行二次分配。

目前，压缩机中使用的润滑油物性参数的实验数据很缺乏，供应商或生产商只提供有限温度点和压力条件的数据。但在制冷系统中，润滑油在系统中流动，而且制冷系统运行的工况变化很大，甚至很恶劣。如果仍然采用有限点的数据进行分析研究，必然导致较大误差。文中借鉴文献中的润滑油物性预测模型来研究压缩机中润滑油的物性变化规律，分析研究新型自动油平衡油气分离器中润滑油特性和压缩机回油特性。

1 润滑油物性预测模型

润滑油供应商能提供的物性参数是比重、38℃和99℃时的粘度值，文献中由此三个参数计算的润滑油分子量为：任意温度条件下的粘度为：其中，在大气压和任意温度时液态润滑油的密度为：在任意温度和压力条件下的密度为：根据以上模型模拟润滑油粘度和密度随压力和温度的变化情况。其中，润滑油牌号为Idemisu Kosan FVC68D，厂家提供的 37.78℃ 和98.89℃ 时粘度分别为 v 38 =66.66 （mm 2 /s），v 99 =8.04（mm 2 /s），比重 SG 为 0.9369（g/cm 3），由式（1）计算的分子量为 388.粘度随温度的变化具有强烈的非线性，在实际应用过程中，只靠两个温度点处的粘度进行插值计算其他温度点的数值的误差很大；压力对润滑油密度的影响很小，密度随温度变化的线性较好，但温度对密度的影响仍然比较大。

2 新型油气分离器抛油机理分析

2.1 原理分析

针对制冷系统中应用的油气分离器的研究已经很多，而且也有专著论述油气分离器原理和设计。本文研究的新型油气分离器特别之处就是带有抛油管和压缩机回油所示。油气分离器将来自压缩机排气中的润滑油分离出来，存积在油气分离器底部。

回油毛细管 3 和 8 时时将油气分离器中的油送回到压缩机回气管，保证压缩机运行过程中有足够的润滑油。

而抛油管 6 则是将压缩机不需要的润滑油排到制冷系统中，在不同模块之间进行二次分配。

抛油管抛油原理是利用在抛油管两端流动状态差异造成的压力差作为抛油的动力，根据伯努里方程原理，抛油管出口和进口压差在抛油管进口，油的速度可以近似认为是零，即V 1 =0，则：2.2 可靠性分析

并联压缩机采用直流变频压缩机和常规定频压缩机并联而成，压缩机排气量分别为 37.5 cm 3 /rev 和 59 cm 3 /rev.油气分离器分离效果按满负荷时 75%计算，低负荷时按 50%计算。油分离器出气管规格为 Φ12.7×0.8，抛油管规格为 Φ6.35×0.8，抛油管长度取 500 mm.

核算时压缩机运行的工况和各工况点性能参数如下：①直流变频压缩机 90Hz 运行，定频压缩机同时运行时的满负荷工况（表 1）；②只有直流变频压缩机以 30Hz 运行时的低负荷工况（表 2）。

压缩机满负荷时和低负荷时排气质量流量 m ref分别按式（12）和式（13）计算，则满负荷时 m ref =0.174 kg/s；低负荷时 m ref =0.0145 kg/s.

油分离器出口管内制冷剂流速可按式（14）计算，则满负荷时 V 2 =23.3 m/s；低负荷时 V 2 =1.8 m/s.

抛油管进出口压差可按式（15）计算，则满负荷时ΔP oil =249802 Pa；低负荷时 ΔP oil =5898 Pa.

抛油管内油流量可按式（16）计算，则满负荷时Q oil_tube =8.5834×10 -5 m 3 /s；低负荷时 Q oil_tube =0.21×10 -5 m 3 /s.

抛油管内油流速按式（17）计算，则满负荷时V oil_tube =5.645 m/s；低负荷时 V oil_tube =0.136 m/s.

抛油管内雷诺数可按式（18）计算，则满负荷时Re oil_tube =373；低负荷时 Re oil_tube =10.

阻力系数可按式（19）计算，满负荷时 f oil_tube =0.18；低负荷时 f oil_tube =6.4.

流动阻力可按式（20）计算，则满负荷时= 2473 Pa/m；低负荷时=1.5 Pa/m.

抛油管内总阻力可按式（21）计算，则满负荷时ΔP=5041 Pa＜ΔP oil =249802 Pa；低负荷时 ΔP=3936 Pa＜ΔP oil =5898 Pa.

由以上分析计算，无论是在满负荷条件下，还是在恶劣低负荷条件下，抛油管压头大于抛油管内阻力，都可以顺利地将油分离器内高于抛油管进口高度的油抛到系统管路里。

1 定频压缩机；2 油气分离器；3 定频压缩机回油管；4 气液分离器；5 抛油管出口；6 抛油管；7 抛油管进口；8 变频压缩机回油管；9 变频压缩机新型自动油平衡油气分离器示意图

3 结论

1）润滑油粘度随温度变化的非线性很强烈，本文采用的预测润滑油粘度的模型具有较强的实用性，可以模拟任意温度点的粘度；2）系统压力对润滑油密度的影响很小，但温度对密度的影响比较大；3）利用伯努里方程原理分析研究了新型自动油平衡油气分离器的油平衡原理的可行性和可靠性，不论是在满负荷状态，还是在恶劣的低负荷状态，抛油管均能发挥作用。

符号说明A、B、C、D、E 系数；d 直径，m；f 阻力系数；h 比焓，kJ/kg；H高度，m；L 长度，m；m 质量流量，kg/s；M 分子量；P 压力，bar；Q 质量流量，kg/s；Re 雷洛数SG 比重，g/cm 3；S 横截面积，m 2；T 温度，K；V 流速，m/s；ν 动力粘度，mm 2 /s；ρ 密度，g/cm 3；μ 运动粘度，N/m.

下标：oil 润滑油；oil_tube 抛油管；ref 制冷剂；low 低负荷。

以上仅列出部分工况点的实验结果和计算结果对比曲线。由实验结果和采用该模型求解的结果对比分析可看出，每组工况的制冷（热）量等几个主要量的实验结果和计算结果误差较小，误差范围 ±10%，绝大部分在±5%之间。

4 总结

本文从热力学和传热传质的基本原理出发，以Visual Basic 为仿真平台，建立了用于表冷器校核计算的分布参数模型，且由实验结果和计算结果对比可看出，两者吻合度较好，因此该表冷器模型准确性高，适合于表冷器的仿真研究，对表冷器的工程应用具有一定指导作用。

符号说明n 1每排管数N 管排数S 1管间距，m S 2排间距，m d o水管外径，m d 3翅根直径，mδf翅片厚度，m S f翅片间距，m m w水质量流量，kg/s m a空气质量流量，kg/s