制冷系统回油效率研究

郭建民 张红梅

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

目前常规的制冷系统中压缩机均为机械元器件，其在运行过程中必须通过润滑油进行润滑才能保证压缩机运行过程中的可靠性[2]，压缩机运行频率越高，则需求的润滑油量越高。然而压缩机在运行过程中会将一部分润滑油排出到制冷系统中[2]，在不同的压缩机频率、不同的制冷剂状态以及不同的制冷系统配置情况等条件下制冷系统中的润滑油循环率也会不一致。因此需要对于制冷系统中的润滑油回油率进行测定，才能了解不同条件下制冷系统中的润滑油回油效率[3]，以便更好的对压缩机进行适配。但是目前，对于制冷系统中润滑油回油效率测试方法与分析的研究较为欠缺。因此，本研究提供了一种可行的润滑油回油效率测试方法，并经过实验验证分析确认了制冷系统中不同压缩机频率及不同内机过热度对于润滑油回油效率的影响程度。

1 测试原理介绍

如图1所示为本次实验测试的原理图，在制冷系统启动运行稳定之后打开捕油装置，对正常运行过程中的润滑油进行收集，之后通过排油阀排放出收集到的润滑油，静置待润滑油中的制冷剂充分挥发后进行称重，获得重量=g1。通过加油装置补充定量的润滑油=g2+g1，在制冷系统运行稳定后打开捕油装置执行回油控制程序，通过捕油装置进行收集，之后将捕油装置中收集的润滑油通过排油阀排放出收集到的润滑油，静置待润滑油中的制冷剂充分挥发后进行称重，重量=g3。所以最终的测试的制冷系统回油效率=100 %*(g3-g1)/g2[3]。

图1 测试原理图

2 实验使用仪器（见表1）

表1 实验使用仪器

3 关键参数（见表2）

表2 关键参数

4 具体操作步骤

1）测试工况设置为室外环境温度35/24 ℃，室内环境温度27/19 ℃，测试时稳定制冷系统蒸发压力及冷凝压力；

2）去除管路、内机原本的润滑油：在制冷系统运行稳定之后，打开捕油装置中的球阀2、球阀3，关闭球阀1，此时捕油装置即接入制冷系统主循环流路中。控制制冷系统执行回油运行模式运行一段时间，直到捕油装置中的液位不再上升，收集到内外机连接管路以及内机管路中的润滑油。此步骤完成后球阀2、球阀3关闭，打开球阀1，制冷系统正常运行。同时将制冷系统中捕获的润滑油从捕油装置的排油阀中放出，静置待润滑油中的制冷剂挥发后进行称重；

3）向加油装置中加入定量润滑油（FV68H）：通过润滑油泵将定量的润滑油加入油罐中，加油完成后关闭油罐上部左侧阀门，打开油罐上部右侧阀门及底部排油阀门，通过制冷系统冷凝测高压压力加压将润滑油加到制冷制冷系统外机的小阀门后；

备注：定量润滑油是根据实际装机情况结合工程情况可能的最多润滑油量，详见测试要求及方案中润滑油追加量计算。

4）以上步骤3）完成后，重复步骤4），制冷系统执行回油运行。记录制冷系统回油运行时间，捕油装置将收集到加油装置中加入的润滑油（FV68H），再将收集的润滑油从排油阀放出，静置待制冷剂挥发完后进行称重；

5）测试室外机制冷系统在回油模式下的排油量。步骤4）称重后，多出的润滑油加回至制冷系统中（例如，加入2 kg润滑油，出来2.6 kg，则将多余的0.6 kg加入制冷系统中。因为制冷系统油量会影响排油率），运行步骤4）相同时间的回油模式，收集捕油装置中的润滑油，静置待制冷剂挥发完后进行称重。

5）回油效率=100%*(g3-g1)/g2。

5 测试要求和方案

1）室外工况35/24 ℃，室内工况27/19 ℃，测试内机过热度＞1 ℃时压缩机对应转速下的回油量；

2）在1）条件下，改变内机过热度，使其过热度≤1℃，对比制冷系统回油效率的变化情况；

3）内机过热度=蒸发器出管温度-蒸发器进管温度；

4）润滑油追加量计算：

加入定量润滑油，此次测试按照6台内机搭配测试，100 m长连管，长连管至室内机分别为5 m，主气管设置4个存油弯。

理论计算的润滑油量=配管存油量+内机存油量+存油弯存油量=2.258 L；

FV68H密度=0.937 kg/L，润滑油质量=2.115 kg。

计算过程：

①配管存油为0.00177 L，计算过程如表3。

表3 管道存油计算

②内机存油量为0.000598 L，计算过程如表4

表4 内机存油计算

③存油弯油量为2.256 L，计算过程如表5。

表5 存油弯存油计算

6 数据分析

本次实验分别测试了压缩机在60 Hz、90 Hz、120 Hz运行时不同内机过热度条件下的回油效率，最终实验结果数据如表6。

表6 实验结果

分析：

1）从本次测试数据对比可以看出，在制冷系统运转过程中，压缩机运行频率有差异时，制冷系统中的循环油量也不同，在压缩机高频运行时，随制冷剂排出到制冷系统中的润滑油含量明显升高，所以在制冷系统中的循环油量也就越多，即油循环质量流量越高；

2）制冷系统运转过程中内机的过热度对于回油效率影响非常明显，即使压缩机频率再高，如果出现内机过热度如很大的情况时，在捕油装置中很难收集到润滑油，而内机过热度≤1 ℃时，润滑油在10 min内将全部回到捕油装置。这个现象和润滑油特性相关，说明在内机过热度不足的情况下润滑油是非常易溶解在制冷剂中；

3）在内机过热度＞1 ℃的情况下，制冷系统中的回油效率下降非常明显。在压缩机高频时回油效率下降要远高于压缩机低频运行时回油效率，因此在正常运行过程中非常有必要考虑不同频率下运行时制冷系统的回油控制时间。

7 结论

1）制冷系统的回油效率和压缩机运行频率有关，实际压缩机运行频率越高，则制冷系统中循环的润滑油质量流量则越高，即制冷系统中可回收的润滑油就越多。但是回油实际控制过程中也不能一味提高运行频率进行回油运行，否则可能会导致压缩机输出过高导致负载过大，此时可能会影响制冷系统运行稳定性，最终导致在回油运行过程中压缩机出现过载保护问题。所以压缩机的回油频率应该综合考虑制冷系统所处的运行状态及时调整输出，以避免回油中断的情况出现影响回油效率的问题。

2）内机的过热度的控制对于回油效率影响非常明显。基于润滑油易溶解于液态制冷剂的特性，在制冷系统回油运行过程中，应该控制内机适当回液，即控制蒸发侧换热不良，这样在较低频率运行时制冷系统内的润滑油也能有效的通过执行回油控制方式返回到压缩机中。