涡旋式汽车空调压缩机冷冻油回收系统分析

孙润昌

摘要：通过对涡旋式压缩机冷冻油回收系统（简称回油系统）的分析，提供该类压缩机因回油不顺导致寿命短、异响、发热等故障的诊断思路，从设计方面提供预防涡旋式压缩机冷冻油回油不彻底的解决方案。关键词：涡旋式;压缩机;冷冻油;回油系统

前言

涡旋式压缩机是继旋叶式之后发展起来的第四代车用空调压缩机，与活塞压缩机相比，零件数量减少90%、体积减小40%、重量减轻15%。因为没有余隙容积，容积效率非常高。多压缩室同时工作，工作连续，压缩力矩变化平稳，所以震动和噪音小，能耗损失低。采用油膜密封，摩擦损失小，机械效率高。涡旋式压缩机优势明显，代表着车用空调压缩机发展的方向和趋势。

在产品的实际使用中，这种涡旋式压缩机面临的最难解决的技术难题，就是因系统回油不好，引起压缩机内部冷冻油缺乏，机件磨损增大，机体温度增高，同时也因为没有足够的冷冻油，造成压缩机内动静涡旋盘的轴向和切向间隙的油膜无法建立，引起卸压漏油故障。从而降低产品的使用经济性。压缩机在排出冷媒时，也会排出微量的冷冻油。即使只有0.5%的上油率，如果油不能通过系统循环回到压缩机中，压缩机运转短时间内就可以将冷冻油油全部带出，大约在2～5小时内压缩机将会烧坏。因此，解决涡旋式压缩机的回油问题至关重要。

1.涡旋式压缩机结构简介

图1 涡旋式压缩机结构

涡旋式压缩机的主要部件有定涡旋盘、动涡旋盘、电机吸气口及排气口等，如图1所示的空调用涡旋压缩机，其特点是电机定子过盈固定在壳体上，电机转子过盈连接在曲轴上，曲轴驱动支架上的动涡旋盘做圆周轨道运动，与静涡盘共同构成多个封闭压缩腔进行压缩。为了避免动涡旋盘的自转，通过十字滑环结构进行限制。该涡旋压缩机的冷冻油贮存在底部空腔油池中，在离心泵和压差的共同作用下，将冷冻油分配至各个压缩腔。

2.冷冻油循环路线分析

压缩机在排出冷媒时，会排出微量的冷冻油，我们所说的回油，就是让这部分油通过循环重新回到压缩机中，避免冷冻油的损耗。下面依据冷媒在制冷过程中的流动对涡旋压缩机系统的油路做简要分析。

压缩机排出高压带油的混合气体后，经过油分离器，排出的冷冻油大部分被分离，并通过毛细回油管回到压缩机中;残留的冷冻油与冷媒混合物以高压气态流至冷凝器，此段流速快、流程短，冷冻油没有损耗;经过冷凝器后混合物变成液态，途经膨胀阀到达蒸发器，在这个过程中冷冻油与冷媒充分溶解，也不会有冷冻油析出;在蒸发器中，冷媒吸收热量蒸发变成气态，冷冻油析出并附着在管路内壁上;蒸发器至压缩机段，冷媒处于低压气体状态，流速较小，冷媒会进一步析出。

3.影响冷冻油回流的关键因素

清楚冷冻油在循环系统的流动路线，就可以针对各个环节，采取相应的措施，保证冷冻油的回流。

3.1适当的压缩机注油量

系统中冷却油的量，不仅决定了压缩机的润滑效果，同时决定了系统的制冷效果。在这里，我们引入冷冻油循环率的概念：

对压缩机而言，一定范围内，冷冻油循环率越高，润滑性能越好;但对空调系统而言，冷冻油的存在反而导致制冷能力下降。因此，在设定压缩机的机油加注量时，一定要兼顾双方的要求，通常取值在2.9%～6%之间。

3.2选择正确的冷冻油

冷冻油选择的标准很多，为方便回油，必须要求其倾点低，避免在低温情况产生黏附，无法回流至压缩机。同时，当冷媒为气态时，冷冻油夹杂在其中高速流动，当冷媒为液态时，冷冻油与冷媒充分互溶，为保证冷冻油无论在冷媒处于何种状态都能很好的流动，冷冻油的粘度也是一个重要的参数。国内常见的几种冷冻油及参数见表1。

表1 常见冷冻油参数一览表

3.3空调管路设置

应确保压缩机吸气管冷媒的流速（约6m/s），才能使油回到压缩机，但最高流速应小于15m/s，以减小压降与流动噪音，对水平管还应沿冷媒流动方向有向下的坡度，尤其是蒸发器到压缩机之间的管路，必须设置高度差，才能使析出的冷冻油回流到压缩机中。

3.4分离器的选择

一般会在压缩机排气管处设置油分离器，目的是让随高压制冷剂排出的冷冻油析出并回流到压缩机中。油分离器的核心部件是油气分离芯，在选择时必须大于或等于空气压缩机的出气流量，防止了在使用过程中吸入的空气滤清器过滤不了的细小粉尘将油气分离芯的细分离层上堵塞，从而减少油气分离芯的处理流量，造成油气分离芯早期压差过大。在配套油气分离芯最合适的是压缩空气出气流量的105%以上来选择。同时也要考虑合理的压降和流速数值，一般通过洁净油细分离器的压降为0.025～0.03Mpa，气体流过过滤材料时的速度应在0.1m/s左右。

在蒸发器至压缩机吸气管处设置气液分离器，除了防止压缩机液击外，还可以聚集从蒸发器和低压管中析出的冷冻油，最终通过毛细回油管回到压缩机中。气液分离器的回油孔大小应适当，孔径过大会吸入液体制冷剂造成过湿运转，孔径过小会使回油不顺畅，使油滞留在气液分离器中。

3.5减少压缩机的上油率

压缩机的上油率，即单位时间内排出的冷冻油量，占系统中总冷冻油含量的百分比。为了最大可能的保证回油，在停机时为保证制冷剂不溶解到冷冻机油中，设计时要使用曲轴加热器，防止冷机启动时大量冷冻油排出。避免过湿运转，因为会压缩机内部的油容易起泡使油容易被带出压缩机。

4.结论

压缩机应该设置合适的冷冻油加注量;尽量选择倾点低、粘温曲线变化平缓的冷冻油。管路设计时应该考虑冷媒的流速和蒸发器到压缩机之间的高度差;应该选择合适的油分离器和气液分离器，回油毛细管的直径不能过大也不能过小;通过适用曲轴加热器来降低压缩机的上油率。

参考文献：

[1]朱鹏，张勇，李功瑞.涡旋压缩机系统回油分析[J].价值工程.2010.（18）：231-232.

[2]王运朋.实用汽车空调技术[M].广东科技出版社.1995.2.

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