新型自動油氣分離器中潤滑流動性探究剖析

　　在多聯機系統(system)中，由于壓縮(compression)機的“奔油”和油分離(Separation)器效率(efficiency)（一般實際應用的油分離器效率在 50%80%）的影響，在制冷系統中必然存在潤滑油，而且在系統不同部件和管路中的殘留量是不一樣的文獻研究表明，當 R410A/POE 系統壓縮機奔油率從 1%增加到5%，吸氣管中殘留的潤滑油從 4 %增加到 16%.文獻研究了當 R410A 系統壓縮機啟動(start up)后 600 s 時壓縮機中含油量為 68.8%，此時有近 31%的潤滑油殘留在系統中。由此可見，在制冷系統啟動初期或運行過程中，必定有大量的油在管路系統中，但所有相關論文很少能針對多聯機特性提出創新的措施或控制方法(method)來減少系統中的殘余潤滑油量，或者促使殘余潤滑油能順利地返回壓縮機中。文中提出一種新型的油氣分離器，這種油氣分離器不僅具有分離壓縮機排氣中的潤滑油的作用，還能實現油平衡的作用，將油氣分離器中多余的潤滑油排到制冷系統中，進行二次分配。

　　目前，壓縮機中使用(use)的潤滑油物性參數的實驗（experiment)數據很缺乏，供應商或生產商只提供有限溫度點和壓力條件的數據。但在制冷系統中，潤滑油在系統中流動，而且制冷系統運行的工況變化很大，甚至很惡劣(nasty)。如果仍然采用有限點的數據進行分析研究，必然導致較大誤差。文中借鑒文獻中的潤滑油物性預測模型來研究壓縮機中潤滑油的物性變化規律，分析研究新型自動(automatic)油平衡油氣分離器中潤滑油特性和壓縮機回油特性。
　　1 潤滑油物性預測模型
　　潤滑油供應商能提供的物性參數是比重、38℃和99℃時的粘度值，文獻中由此三個參數計算的潤滑油分子量為：任意溫度條件下的粘度為：其中，在大氣壓和任意溫度時液態潤滑油的密度為：在任意溫度和壓力條件下的密度為：根據以上模型模擬潤滑油粘度和密度隨壓力和溫度的變化情況。其中，潤滑油牌號為Idemisu Kosan FVC68D，廠家提供的 37.78℃ 和98.89℃ 時粘度分別為 v 38 =66.66
　　（mm 2 /s），v 99 =8.04（mm 2 /s），比重 SG 為 0.9369（g/cm 3），由式（1）計算的分子量為 388.粘度隨溫度的變化具有強烈的非線性，在實際應用過程(guò chéng)中，只靠兩個溫度點處的粘度進行插值計算其他溫度點的數值的偏差很大；壓力對潤滑油(Lubricating oil)密度的影響(influence)很小，密度隨溫度變化的線性較好，但溫度對密度的影響仍然比較大。
　　2 新型油氣分離器拋油機理分析
　　2.1 原理分析
　　針對制冷系統中應用的油氣分離(Separation)器的研究已經很多，而且也有專著論述油氣分離器原理(yuán lǐ)和設計(design)。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個時間進行，如果保養好的可以延后，保養差的則需要提前。 本文研究的新型油氣分離器特別之處就是帶有拋油管和壓縮(compression)機回油所示。油氣分離器將來自壓縮機排氣中的潤滑油(Lubricating oil)分離出來，存積在油氣分離器底部。
　　回油毛細管 3 和 8 時時將油氣分離器中的油送回到壓縮(compression)機回氣管，保證壓縮機運行過程(guò chéng)中有足夠的潤滑油。
　　而拋油管 6 則是將壓縮(compression)機不需要的潤滑油(Lubricating oil)排到制冷系統中，在不同模塊之間進行二次分配
　　拋油管拋油原理是利用在拋油管兩端流動狀態差異造成的壓力差作為拋油的動力，根據伯努里方程原理，拋油管出口和進口壓差在拋油管進口，油的速度可以近似認為是零，即V 1 =0，則：2.2 可靠性分析
　　并聯壓縮(compression)機采用直流變頻（frequency conversion)壓縮機和常規定頻壓縮機并聯而成，壓縮機排氣量分別為 37.5 cm 3 /rev 和 59 cm 3 /rev.油氣分離器分離效果按滿負荷時 75%計算，低負荷時按 50%計算。油分離器出氣管規格為 Φ12.7×0.8，拋油管規格為 Φ6.35×0.8，拋油管長度取 500 mm.
　　核算時壓縮機運行的工況和各工況點性能參數如下：
　　①直流變頻（frequency conversion)壓縮機 90Hz 運行，定頻壓縮機同時運行時的滿負荷工況（表 1）；
　　②只有直流變頻（frequency conversion)壓縮機以 30Hz 運行時的低負荷工況（表 2）。
　　壓縮機滿負荷時和低負荷時排氣質量流量(單位:立方米每秒) m ref分別按式（12）和式（13）計算，則滿負荷時 m ref =0.174 kg/s；低負荷時 m ref =0.0145 kg/s.
　　油分離器出口管內制冷劑流速可按式（14）計算，則滿負荷(load)時 V 2 =23.3 m/s；低負荷時 V 2 =1.8 m/s.
　　拋油管進出口壓差可按式（15）計算，則滿負荷時ΔP oil =249802 Pa；低負荷時 ΔP oil =5898 Pa.
　　拋油管內油流量可按式（16）計算，則滿負荷時Q oil_tube =8.5834×10 -5 m 3 /s；低負荷時 Q oil_tube =0.21×10 -5 m 3 /s.
　　拋油管內油流速按式（17）計算，則滿負荷時V oil_tube =5.645 m/s；低負荷時 V oil_tube =0.136 m/s.
　　拋油管內雷諾數可按式（18）計算，則滿負荷時Re oil_tube =373；低負荷時 Re oil_tube =10.
　　阻力系數可按式（19）計算，滿負荷時 f oil_tube =0.18；低負荷時 f oil_tube =6.4.
　　流動阻力可按式（20）計算，則滿負荷時= 2473 Pa/m；低負荷時=1.5 Pa/m.
　　拋油管內總阻力(resistance)可按式（21）計算，則滿負荷時ΔP=5041 Pa＜ΔP oil =249802 Pa；低負荷時 ΔP=3936 Pa＜ΔP oil =5898 Pa.
　　由以上分析(Analyse)計算，無論是在滿負荷條件下，還是在惡劣低負荷條件下，拋油管壓頭大于拋油管內阻力，都可以順利地將油分離器內高于拋油管進口高度的油拋到系統管路里。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備。空氣壓縮機與水泵構造類似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。
　　1 定頻壓縮機(compressor)；2 油氣分離(Separation)器；3 定頻壓縮機回油管；4 氣液分離器；5 拋油管出口；6 拋油管；7 拋油管進口；8 變頻壓縮機回油管；9 變頻壓縮機新型自動(automatic)油平衡油氣分離器示意圖
　　3 結論
　　1）潤滑油粘度(Viscosity)隨溫度變化的非線性很強烈，本文采用的預測(predict)潤滑油粘度的模型具有較強的實用性，可以模擬任意溫度點的粘度；2）系統壓力對潤滑油密度的影響(influence)很小，但溫度對密度的影響比較大；3）利用伯努里方程原理(yuán lǐ)分析研究了新型自動油平衡(balance)油氣分離(Separation)器的油平衡原理的可行性和可靠性，不論是在滿負荷(load)狀態，還是在惡劣(nasty)的低負荷狀態，拋油管均能發揮作用
　　符號說明
　　A、
　　B、
　　C、
　　D、E 系數；d 直徑，m；f 阻力系數；h 比焓，kJ/kg；H高度，m；L 長度，m；m 質量(quality)流量，kg/s；M 分子量；P 壓力，bar；Q 質量流量，kg/s；Re 雷洛數SG 比重，g/cm 3；S 橫截面積，m 2；T 溫度，K；V 流速，m/s；ν 動力(dòng lì)粘度，mm 2 /s；ρ 密度，g/cm 3；μ 運動粘度，N/m.
　　下標：oil 潤滑油；oil_tube 拋油管；ref 制冷劑；low 低負荷。昆山空壓機保養冷卻水通過管道進入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進行冷卻降溫，再進入后冷器對排氣進行冷卻，另一路冷卻水進水管道經過主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進行冷卻。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個轉子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。
　　以上僅列出部分工況點的實驗（experiment)結果和計算結果對比曲線。由實驗結果和采用該模型(model)求解的結果對比分析(Analyse)可看出，每組工況的制冷（熱）量等幾個主要量的實驗結果和計算結果誤差較小，誤差范圍(fàn wéi) ±10%，絕大部分在±5%之間。
　　4 總結
　　本文從熱力學和傳熱傳質的基本原理出發，以Visual Basic 為仿真平臺，建立了用于表冷器校核計算的分布參數模型，且由實驗結果和計算結果對比可看出，兩者吻合度較好，因此該表冷器模型準確性高，適合于表冷器的仿真研究，對表冷器的工程應用具有一定指導作用。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備。空氣壓縮機與水泵構造類似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。
　　符號說明n 1每排管數N 管排數S 1管間距，m S 2排間距，m d o水管外徑，m d 3翅根直徑，mδf翅片厚度，m S f翅片間距，m m w水質量流量(單位:立方米每秒)，kg/s m a空氣質量流量，kg/s