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摘要：汽车空调压缩机中含油量高,油与制冷剂互溶后所形成的混合物的热物理性质不同于纯制冷剂,将引起压缩机性能明显变化。
关键词:制冷剂含油;汽车空调压缩机;性能测试
随着压缩机制造技术的发展,产品结构的优化设计和参数的合理匹配将是压缩机技术的研究方向之一。压缩机的润滑系统具有润滑、冷却、密封等作用,其性能优劣制约着压缩机性能的进一步提高。压缩机润滑系统的油量不但需要保证压缩机润滑的有效性,而且应使得压缩机的工作性能较为理想。在各种用途的制冷压缩机中,汽车空调用压缩机含油量较高,对此系统进行油量优化具有现实意义。为研究含油量对压缩机工作性能的影响,根据两相流体动力学原理建立了汽车空调用涡旋式压缩机工作过程模型,在此模型中将制冷剂和润滑油在压缩机中的流动视为两相异质流动,详细考虑了含油量对压缩机工作过程中压缩介质热物理性质、泄漏以及传热等因素的影响。
一、压缩机的工作原理
空调压缩机是空调制冷系统的心脏．其作用是维持制冷剂在制冷系统中的德环流动．吸入来自蒸发器的低温低压气态制冷剂。压缩成蠢温高压状态并送往冷凝帚。变排量活塞式压缩机一个工作循环由4个过程组成。即压缩、排气、膨胀、进气。压缩：制冷剂气体在气缸内从进气时的低压升高刭排气时压力的过程；排气：制冷剂气体从气缸向捧气管输出的过程；膨胀：活塞从上止点向下移动到进气嘲打开位置的过程称为膨胀过程进气：进气期打开．低压制冷剂气体不断由蒸发器经进气管和进气闷进入气缸．直到活塞运动到下止点为止的过程”。当主轴旋转时。斟盘也随着旋转．斜盘同时驱动所有的活塞作轴向往复运动，部分活塞向左运动．部分活塞向右运动。当其中一活塞向左运动时．活塞左佣的空问缩小．制冷荆被压缩。压力升高．排气阀打开．制冷剂排出．与此同时．活塞右
侧空间增大。压力藏小，进气阔开启．制冷剂进^气缸。当主轴旋转一周。双向活塞的前后两端各自完威进气、压缩、排气、膨胀过程，相当于2个气缸工作．工作原理同摆盘式．
二、分析模型的建立
依据变质量系统热力学理论,采用控制容积分析法来建立热力学模型。而在研究润滑油对压缩机工作性能的影响,需要忽略一些次要的影响因素,故给出以下基本假设:⑴任何瞬时,控制容积体内油气混合物的状态均匀,各点的介质状态参数相同,外界作用都瞬时均匀地传给控制体内介质;⑵润滑油以雾状液滴存在,并占有一定的控制容积,忽略制冷剂气体溶于油中所引起的体积变化;⑶在稳定工作条件下,各控制容积内含油量和系统含油量相同,并保持恒定。
1.压缩机工作过程模型。在制冷系统中,制冷剂以气液两相存在,而润滑油的存在状态为液态;压缩过程中部分制冷剂以液态溶于润滑油种,其余制冷剂为气体。油气混和物的热力性质计算。润滑油流入和流出控制容积部分不但改变了气体空间的体积和压缩介质的性质,而且润滑油和制冷剂气体之间存在质量和热量的交换。根据假设,润滑油与制冷剂气体之间的热量交换瞬时完成,而制冷剂在润滑油中的溶解度随着压缩过程的进行而变化,从而引起制冷剂气体与润滑油产生质量交换。
2.传热计算模型。根据汽车空调用涡旋压缩机的特殊性和压缩过程热交换的实际情况,假设涡旋盘温度场沿渐开线展开角呈线性分布,并只考虑工作腔中混和物和涡旋盘壁面及涡旋盘顶部、涡旋盘底部的对流换热。
三、实验系统和实验方法
1.实验系统。试验台的制冷系统流程图如图1所示,系统主要由量热器、冷凝器、过冷器、膨胀阀、干燥过滤器、冷却水系统、注油器、取样装置、压力测量部分和温度测量部分等组成。为测量含油量,系统中关闭油气分离器,以保证系统含油量与压缩介质含油量近似相等。
2.实验方法。实验依据GB5773-86《容积式制冷压缩机性能实验方法》及JB T6915-93《汽车空调用制冷压缩机实验方法》进行。实验用制冷工质为R134a,所用润滑油为RL220H,属于POE类润滑油。实验工况为汽车空调用制冷压缩机标准测试工况,含油量范围为5%-12%,变转速时转述定为1300rpm,1800rmp和2300rpm,变工况时将蒸发温度升高5℃,然后将冷凝温度降低5℃。含油量的测量按照GB5773-86《容积式制冷压缩机性能实验方法》附录A中的规定进行。注油位置位于蒸发器与压缩机之间的低压管道;取样位置位于冷凝器和膨胀阀之间的高压液管。系统含油量的改变通过注油罐压力注油获得;含油量的测量通过取样容器取样获得。
四、结果讨论
在上述实验条件下,就含油量对制冷量、轴功率、容积效率、COP及排气温度的影响进行了理论计算和实验研究。
1、当含油量X<7%时,随着含油量的增加容积效率明显升高,这是由于在油量较低时,随着油量的增加,压缩机密封性能改善,泄漏减少,使得容积效率提高;另外,油的吸热作用改善了制冷剂由于预热造成的吸气容积的降低;以及润滑油降低了排气温度,增加了油的粘度,气密性加强;而当含油量X>9.1%时,随着含油量的增加容积效率有较大减小,这是因为含油量过大时,润滑油占有一定的工作容积.减少了有效的吸气容积,同时由于混合物粘度增加造成排气流动阻力损失及运动部件间的摩擦损失增加,耗功增大,吸气腔温度升高,容积效率降低。
2、含油量对轴功率的影响,压缩机的轴功率先减小后迅速上升;在油量7.0%左右耗功最小,压缩机运行状态最好;油量7.0%之后耗功增加较为显著,但油量10.7%之后上升趋势有所减弱。分析原因,当油量不足时压缩机各摩擦件之间摩擦损失增加,耗功较大;油量较低时,随着油量的增加泄漏减少,润滑改善,提高了压缩机的工作效率,压缩机的耗功较快降低;过最小耗功点之后,油量加大,耗功迅速回升,这是因为含油量过大时,减少了有效的吸气容积,同时由于排气流动阻力损失及压缩介质粘度上升增加了与涡旋壁面的摩擦,致使耗功增大;但油量更大的情况下油量对功耗的影响趋势相对减弱。制冷量随含油量的增加有一个先增加后降低的过程,在油量7.0%左右存在最高制冷量,主要有以下两点原因:一方面蒸发换热随油量增加存在一个先强化后弱化的过程;另一方面含油量对制冷剂流量的影响也最终影响了制冷量的变化。COP为制冷量与耗功的比值,它随含油量的变化趋势是随着油量的增加先增大后减小,同样中间存在一个最佳含油量7.0%左右对应最高的性能系数。随着含油量的连续增加,压缩机排气温度迅速下降,几乎和含油量成线性变化。这种线性下降的趋势是由于:（1）压缩腔内油的冷却作用使排气温度降低;（2）同时,油量增大减小了制冷剂的质量分数,减少了参与压缩的制冷剂含量,最终减弱压缩效果;（3）由于制冷剂与润滑油具有一定的互溶性,制冷剂部分溶解在润滑油中,随系统中油的循环而流动,即造成制冷剂的损失。
汽车空调压缩机与一般空调、制冷压缩机主要差别之一是系统内含油量大,这是因为汽车空调压缩机通常由发动机提供动力,特别是压缩机在汽车内受到空间位置的限制无法安装油分离器,这些润滑油就随着压缩机排气管道进入循环系统。鉴于汽车空调系统的制冷剂与油均有良好的互溶性,当制冷剂含油量较大时将会对其热力性能和物理性能产生明显影响。在此情况下若仍按传统方法处理制冷量的测试数据,将会产生不容忽视的偏差。此外,在吸气状态下溶解在油中的制冷剂过多,将影响压缩机实际吸入的制冷剂量;含油制冷剂通过吸、排气阀时流动阻力损失大,对气阀工作过程也有影响。这些都会影响压缩机和空调系统的性能。
参考文献：
[1]马群.制冷剂含油对汽车空调压缩机性能影响的研究.2014
[2]郭燕.制冷压缩机的泄漏特性研究.2014
[3]吴春花.制冷系统含油量对制冷压缩机工作性能影响的理论分析和实验研究.2014
论文作者:李强
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年7月上
论文发表时间:2019/1/11
标签：制冷剂论文; 含油量论文; 压缩机论文; 容积论文; 润滑油论文; 性能论文; 涡旋论文; 《新材料·新装饰》2018年7月上论文;