适应于R22冷媒的节能型冷冻机油的综合性能评价

杨瑞杰　刘强　杨忠学　孙蓉

摘要：文章以新疆环烷基油为基础油，将其与功能性添加剂复配，研制出适用于R22冷媒的全配方冷冻机油，并对研制油品和市场产品ATMOS NM56EP的理化性质、氧化安定性、低温性能、与冷媒R22的相溶性、润滑性（四球摩擦试验机测试、空调制冷压缩机台架测试）等进行了对比评价。结果显示，研制油品的综合理化性能与ATMOS NM56EP相当；其中与ATMOS NM56EP相比，研制油品的能效比（COP）提高了0.59%，输入功率（入力）降低了1.05%，噪音和振动分别下降了5.82%和1.84%，3000h破坏耐久试验后曲轴和滑片的磨损量均下降约20%。

关键词：冷冻机油；R22；压缩机；台架试验

中图分类号：TE626.37 文献标识码：A

0 引言

R22（二氟一氯甲烷）由于不燃烧、毒性低等特点，多年来一直被广泛使用。但因其消耗大气臭氧层并引起温室效应，正逐步淘汰其使用和生产。制冷行业在向新制冷剂替代的过程中，R410A和R290制冷系统已经取得了长足的进步，15家国内主要的空调和空调压缩机生产企业已经与国家环境保护部对外合作中心签订了24条生产线改造合同，逐步完成R22淘汰的第一阶段。但R410A没有从根本上解决高GWP（即温室效应）问题，它可能在不久的将来面临新一轮的淘汰，这在欧盟等发达国家已经提到议事日程；而R290存在燃烧爆炸安全性问题的缺陷，在不影响制冷量和能效比的前提下降低充灌量限制了R290制冷系统的大面积推广。由于技术和成本等的影响，在替代制冷剂还不明朗的情况下R22制冷剂短期内不可能在发展中国家被大面积替代。

节能是有关我国国计民生的大事，也是制冷空调行业发展的永恒主题。压缩机是制冷压缩系统的心脏，它对冰箱和空调器的能耗起着决定作用。摩擦功率是影响压缩机能耗的重要因素之一，而采用高效的冷冻机油是减小摩擦功率达到压缩机节电的一个重要方面。冷冻机油用于润滑制冷压缩机的各摩擦副，它是保证制冷压缩机能够长期高速有效运行的关键。在工作时，有一部分冷冻机油会随制冷剂一起进入制冷压缩机的冷凝器和蒸发器，这就要求冷冻机油不仅适应制冷系统的特殊要求，而且还应具备一定的润滑性能。

鉴于此，本文采用新疆克拉玛依环烷基油为基础油，将其与抗氧剂、减摩剂、抗磨剂等功能性添加剂复配，研制出适用于R22冷媒的全配方冷冻机油，并将其与市场产品ATMOS NM56EP的理化性质、氧化安定性、低温性能、与冷媒R22的相溶性、润滑性（四球测试、空调制冷压缩机台架测试）等进行了对比评价。

1 油品研制指标

目前，R22型空调压缩机用冷冻机油尚无统一的规格标准。ATMOS NM56EP冷冻机油南中国石油和新日本石油公司合作开发，中国石油采用特殊工艺生产的低倾点、低絮凝点、深度精制的基础油，加入新日本石油公司的复合添加剂配方和生产技术调制而成。该产品因具有优良的使用性能而得到广泛使用，被制冷行业公认为R22型空调压缩机用冷冻机油的最佳选择之一。本文以压缩机的实际用油要求以及ATMOS NM56EP冷冻机油产品的典型数据为依据，并结合部分国家标准和行业标准，制定了R22型空调压缩机专用冷冻机油产品的暂行技术标准。冷冻机油产品的质量指标及相关依据见表1。

2 研制油品的制备

将中国石油润滑油分公司克拉玛依润滑油厂生产的环烷基油和抗氧剂、腐蚀抑制剂、减摩剂、极压抗磨剂、抗泡剂等功能性添加剂按比例加入调配釜，启动搅拌，升温到90～130℃，恒温并抽真空1～2 h以上，拔除其中的轻组分，降温、过滤，得到研制油品。

3 研制油品的评价

3.1 理化性能

研制油品与ATMOS NM56EP油品主要理化性能见表2。从表2可以看出，研制油品与参照油品的理化性能均能满足R22型空调压缩机冷冻机油产品的暂行技术标准；较参照油品，研制油品的闪点、绝缘破坏电压稍低，酸值、磷含量稍高，但研制油的硫含量要低于参照油品；研制油品的理化性能与 参照油品基本相当，满足R22制冷压缩机冷冻机油的规格要求。

3.2 氧化安定性测试

油品的氧化安定性测试采用密封管试验检测。密封管检测的目的是考察油品在高温高压下受铁、铜、铝催化剂和制冷剂的影响情况，判断油品在压缩机环境中使用时的化学稳定性。

试验条件：温度175℃，时间245 h，试验按照SH/T0193-92标准测试。在试验器皿中加入冷冻机油、冷媒、金属Cu、Fe和Al条密封于玻璃管中，油浴加热到175℃，在该温度下保持245 h后观察油样和金属的变化。研制油品与参照油品ATMOS NM56EP的密封管试验结果见表3。从两种油品的对比可以看出，研制油品与参照油品的颜色、油品外观和催化剂外观均基本一致。

3.3 低温性能

冷冻机油的低温流动性是关系到冷冻机油在压缩机内能否正常循环的重要性能，通过研究油品的低温流动性，防止其随冷媒进入制冷系统后，会在蒸发盘管等低温部位滞留或凝固，造成管道堵塞。本文采用多功能低温试验器对油品的倾点和絮凝点进行考察。

试验的参考标准以及试验的判定标准图如表4所示，当倾斜后油品不能流动时的温度为倾点温度，当油品中出现白色晶体絮状絮状物时的温度为絮凝点。冷冻机油的常规倾点为低于-32.5℃，絮凝点低于-40℃。

研制油品与参照油品ATMOS NM56EP的低温性能结果见图1，图1显示参照油品的倾点为一35℃，絮凝点为-48℃，而研制油品的倾点均为-37℃，絮凝点为-50℃。可见研制油品的倾点和絮凝点均比参照油品低2℃，研制油品的低温性能更优。

3.4 油品与冷媒相溶性测试

本文采用两层分离温度测试仪测试油品与冷媒的相溶性。测试按照SH/T 0699标准进行，油品和冷媒的比例为2：8。将5 g冷冻机油和20 g R22冷媒加入试验器皿中，先水浴升温，使冷冻机油和冷媒成为均匀、透明溶液，然后在冷浴中冷却器皿，测定溶液分离成两相的温度。以此温度来评价冷冻机油和冷媒的相溶性。常规要求两相分离温度低于15℃。

图2示出了研制油品与参照油品ATMOSNM56EP的二层分离温度。由图2可知，参照油品与冷媒的分离温度为7℃，研制油品与冷媒的分离温度均为10℃，可见参照油品与冷媒的相溶性略低。油品与R22的分离温度一般要求低于15℃，所以可以说研制油品与R22的相溶性与参照油品相当，可满足要求。

3.5 四球买验

油品摩擦性能测试：压缩机中滑片与滚动活塞以及其他摩擦副之间的摩擦磨损是影响制冷效率、压缩机寿命和运行可靠性的重要因素。油品的摩擦学性能采用MRS-10A杠杆式四球摩擦磨损试验机进行测试。

试验条件为：转速1000r/min，时间10 min，温度为室温（25℃），R22冷媒流量为10 mL/min。研制油品与参照油品ATMOS NM56EP的四球试验结果见表5。从表5中可以看出，研制油品的磨斑直径比参照油品稍小，表明研制油品抗磨性能略优于参照油品。

3.6 空调制冷压缩机台架测试

表6给出了研制油品与ATMOS NM56EP参照油品制冷压缩机台架测试结果。结果显示研制油品比参照油品的能效比（COP）提高0.59%，输入功率（入力）和制冷量分别比参照油品降低1.05%和0.49%。

3.7 空调制冷压缩机噪音振动台架测试

表7给出了研制油品与ATMOS NM56EP参照油品制冷压缩机噪音振动台架测试的结果。数据显示研制油品的噪音平均值为64.7 dB，振动为1.60 m/s²，参照油品的噪音和振动平均值分别为68.7 dB和1.63 m/s²。研制油的噪音和振动较参照油品分别下降5.82%和1.84%。

3.8 压缩机3000 h破坏耐久磨耗量测试

采用金相显微镜等手段对压缩机部分部件的磨耗量进行了检测。图3示出了研制油品3000 h破坏耐久台架后压缩机部件的磨损量较ATMOSNM56EP参照油品下降百分比柱状图。从图3中可以看出，采用研制油品后的曲轴和滑片的磨耗量较参照油品下降约20%。

4 结论

（1）研制出适用于R22空调压缩机冷冻机油，该油品与冷媒R22有良好的相溶性、抗氧化性、低温性能和摩擦学性能良好，其综合性能与中国石油和新日本石油公司合作开发的ATMOS NM56EP冷冻机油相当，可以满足R22型空调压缩机的用油要求。

（2）研制油品具有节能特点。与ATMOSNM56EP相比，研制油品的能效比（COP）提高了0.59%，输入功率（入力）降低了1.05%，噪音和振动分别下降了5.82%和1.84%，3000 h破坏耐久后曲轴和滑片的磨损量均下降约20%。