压缩机油分离器分离效率测试台的设计

赵梅春 王晓蕾 陈伟锋 陈林君 张学军

(1新昌县产品质量监督检验所 新昌 312500)

(2浙江大学制冷与低温研究所 杭州 310027)

(3青岛开拓隆海制冷配件有限公司 青岛 266113)

压缩机油分离器分离效率测试台的设计

赵梅春1王晓蕾2陈伟锋1陈林君3张学军2

(1新昌县产品质量监督检验所 新昌 312500)

(2浙江大学制冷与低温研究所 杭州 310027)

(3青岛开拓隆海制冷配件有限公司 青岛 266113)

压缩机油分离器分离效率的高低直接影响系统的制冷功效，设计了一套检测油分离器分离效率的试验装置，通过分别测量分离前后润滑油的质量，计算得出被检测油分离器的分离效率，为油分离器的关键性能指标提供了检测手段。

油分离器 分离效率 称重法

1 引言

压缩机中的润滑油，起着减少机械部件磨损、降低机构摩擦温度和增强密封性的作用。研究表明，在制冷系统的蒸发器内，当润滑油循环量超过3%时，换热能力将会恶化，压力损失将会增大;当蒸发器内的润滑油循环量达到5%时，制冷量的衰减将会达到10%以上，增大了功耗，大大降低了系统的制冷能力［1］。油分离器作为重要的分离部件安装在制冷机组的排气管路和冷凝器之间，其作用是使随制冷剂一同被排出的润滑油能够被分离出来并顺利返回压缩机曲轴箱内以保证压缩机的正常运转。压缩机启动，曲轴箱内压力迅速下降，溶解在润滑油里的制冷剂剧烈沸腾，使油液层泡沫翻腾状，油位上窜，泡沫夹带大量的润滑油进入气缸并随排气一道进入油分离器，在油分离器内分离出润滑油和制冷剂，润滑油再从油分离器下部引回压缩机，如果油分离器油分率差，直接导致压缩机曲轴箱严重失油或烧毁。

油分离器分油率的好坏直接影响制冷功效，随着制冷空调设备实施能效等级标准以来，中国国内众多企业纷纷行动，从产品性能优化设计和合理匹配着手，寻找节能高效途径。为此，迫切需要建立一个油分离器的油分率检测评价方法和测试手段，来满足企业委托检测服务，同时把科技项目转化为产业化，用技术优势变为产业优势来满足大中型企业对试验设备的需求，提升企业产品质量和档次。本文采用称重法检测油分离器的油分离率，在深入研究分离机理及制冷剂气流形态控制方法的基础上，设计了一套检测油分离器的油分离率的试验装置。

2 设计原理与关键技术

2.1 系统匹配设计

油分离器使用工况不同，其油分率也随之变化，需要根据油分离器的使用工况，选择相应的压缩机型号、制冷剂的种类、润滑油的种类等参数来匹配运行，同时在要求的工况范围内能够独立地改变制冷剂压力和通过试验油分离器的制冷剂-油的质量流量。

关键技术:(1)准确的选择压缩机、制冷剂、润滑油相对应型号，这是测试评价的基础和根本。(2)制冷剂和润滑油的重量确定，确保系统能稳定运行，并使试验条件的确立，在最大制冷剂流量和最小制冷剂流量下运行，确保试验数据准确性。(3)平衡工况的确定。

2.2 分离机理与方法

离开压缩机的制冷剂蒸气流的油浓度和液滴大小分布是复杂多变的，这种复杂状态气流直接进行分离，其效果评价不准确，需要对制冷剂气流中的油浓度适当降低，达到试验油分离器性能检查时所需的最小浓度，同时对气流的温度和液滴分布进行控制，减少制冷剂气流中的油在管路上的残留，达到标准大小液滴分布;通过这一系列调整，制冷剂气流调节到要求的油浓度和标准大小液滴的分布，进入试验油分离器，进行分离，分离出来的油，用特制容器回收，除去分离油的制冷剂气流进入净化分离器和贮液器，在该液体管路上，装有液体采样装置，以便确定液体制冷剂中含油浓度。

关键技术:(1)对制冷剂气流温度的控制，确保制冷剂以气流状态流动;(2)制冷剂气流中含油浓度、液滴大小分布的控制，确保符合试验油分离器性能检测所需指标;(3)标准入口段的设计，确保在不同的试验时间和试验地点均保持一致，建立温度、溶解度和液滴分布的平衡;(4)液体管路的液体采样装置;(5)净化分离器和冷凝器的设计，使系统压力达到最小压力值。

2.3 控制制冷剂气流形态

为确保压缩机排气管路中制冷剂以气流状态流动，需在排出管路中安装换热器对排出管路中的制冷剂蒸气加热，且加热温度可调。通过可计量的注油装置控制进入排出管路中的油量，加装标准入口段来控制油滴分布，使其分布更均匀，结构布置图如图1所示。

图1 标准入口段结构示意图Fig.1 Schematic diagram of standard entrance

2.4 检测精度的控制

为了确保试验油分离器性能检测精度，需要控制制冷剂气流的温度、含油的浓度、液滴大小分布。试验台分别在无计量供油量，最大制冷剂流量和最小制冷剂流量工况以及最大计量供油量，最大制冷剂流量和最小制冷剂流量工况下运行，把上述试验得到数据绘成曲线，每次试验的调节气流中的油浓度从该曲线图中插值得到。同时对所试验的每一种制冷剂和每一种油都必须做单独的系列试验并画成单独的曲线图。为了保证试验有效，必须保证平衡工况。

关键技术:(1)对制冷剂气流温度、溶解度、含油浓度、液滴分布的控制，确保试验条件成立;(2)调节分离器的校准曲线数据测试和绘制，制冷剂气流中油浓度确定;(3)平衡工况的确定，3次连续试验中得到的平均值，误差在5%以内，这一组数据符合平衡条件。(4)油回收和排污器的设计，确保回收油量的准确性。(5)对贮液器液体中油浓度、分离油量的测量、溶解于贮液器存油中制冷剂的测量，确保试验数据的准确性。

3 油分离器分离效率检测试验台设计

油分离器油分率试验台组成:压缩机、标准入口段、数字式比例供油系统、净化分离器、冷凝器、液体采样装置、蒸发器等。

油分离器油分率试验台系统流程见图2所示。来自压缩机1的高温高压制冷剂蒸汽，进入调节分离器2，降低排出气流的含油浓度，经热交换器3、数字

式比例供油系统4和标准入口段5，到试验分离器6，离开试验分离器有两种流体，一种是除去了分离油的制冷剂蒸汽试验气流，另一种是分离出来的油，进入油回收和排污器;离开试验油分离器的试验气流，通过净化分离器7，试验气流在离开净化分离器7后，通过一进口压力调节阀8，由此阀调节试验分离器6中的压力，试验气流从进口压力调节阀流入冷凝器9，在流入贮液器10和液体采样装置11，贮液器10装有视液机构，可观察贮液器中制冷剂液面，制冷剂经过液体采样装置11后，进入蒸发器12，流回压缩机1。

为准确测量出油分离器的油分离率，需测量经被检油分离器分离出来的油重，净化分离器分离出来的油重以及冷媒液体中的油浓度。

冷媒液体中的油浓度测量方法如图3和图4所示，采样装置由钢瓶、阀、毛细管和过滤器组成，试验结束后与真空泵连接，并抽空到使压力等于或低于250 Pa绝对压力，然后以0.1 mg的准确度称重。

式中:w1为液管采样装置采样前质量，kg;w2为液管采样装置采样后质量，kg;w3为液管采样装置中的油质量，kg。

液体冷媒中的油浓度co计算公式为:

式中:M1为制冷剂质量流量，kg/s;M2为注油流量，kg/s;w4为被检油分离器试验过程分离的油质量，kg;w5为净化分离器试验过程中分离的油质量，kg;τ为试验时间，s。

被检油分离器分离效率E计算公式:

4 结论

油分离器分离效率试验台的规范化设计将使油分离器关键性能指标拥有统一的科学评价、试验方法。基于此，通过对油分离器和系统配件进行筛选和匹配试验，可优化系统及其性能，为制冷空调产业、油分离器生产企业、检测检验机构等提供了科学完整的检测依据。

1 孙 铭，刘景林，陈威威.制冷系统油分离器分油效率测试方法的研究［J］.制冷与空调，2012(1):50-52.

2 陶文铨.数值传热学［M］.西安:西安交通大学出版社，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，丁国良，王凯健.润滑油的混入对翅片管式空调蒸发器性能影响［J］.上海交通大学学报，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

国家自然科学基金(No.51176141)资助。

赵梅春，男，48岁，工程师。

book=36,ebook=342