邓达麟

摘 要：低温工况下，变频空调压缩机在启动和运行时的回油状况是空调器使用安全和可靠性的重要影响因素之一。文章主要从压缩机油面测试不合格的案例入手，通过分析变频压缩机润滑油回油不足的原因和实施对策时的注意事项，并针对案例，提出了综合利用关键参数的运行曲线来制定对策的方法，以此为解决压缩机回油不足的问题提供参考。

关键词：变频压缩机；冷媒沉积；回油不足；油温过热度

中图分类号：TB652 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0055-03

前言

作为变频压缩机中的一员，滚动转子式压缩机凭借其体积小、效率高、振动小等优点，逐渐广泛地应用于家用空调产品中。如果将压缩机看作空调运行系统的心脏、制冷剂看作血液的话，那么润滑油便是维持机体正常生理运作，被誉为生命运转必需品的脂肪了。在空调系统的实际运行中，润滑油对压缩机起到润滑、冷却和密封等作用；但其在低外温工况的启动和运行时，容易出现回油不足的问题，对空调器的使用安全和可靠性造成了不良的影响，具体表现为回油量少（油面低下）和回油不及时两方面。下文将结合案例，对低温回油不足的成因、影响因素和相应对策展开讨论。

1 变频空调压缩机低温回油不足的案例

2015年10月，对1匹分体式变频挂机Q*V25进行暖房低温油面（外温-8.5℃/连管长15m）试验。转子式压缩机冷状态启动2min17s后，油面降至下视镜之下，持续时间3min38s，油泡沫面降至下视镜以下的持续时间为3min15s。状态可复现，结果判定为不合格。

依据压缩机厂家的油面判定基准：（1）系统长期运行时，下视镜油面保持在A面以上；若实际油面为C面（即30%），则上视镜的油面需同时满足D面（即50%）的要求。（2）油面低于A高于B以上的运行时间不得超过10分钟。（3）无长时间液击发生。（4）油面低于B以下的时间原则上不超过3分钟；若超过，则油泡沫低于B面的持续时间不得超过3分钟。以上条件均满足，可判定为合格。具体见下图1。

2 低温工况下的油面测试对变频压缩机启动和运行的意义

在低温工况下，若变频空调外机长时间处于停机状态，大量冷媒由于受系统压力平衡和重力的作用，分别从高、低压两侧回流至压缩机内，液化并溶于压缩机油，甚至以液态形式存在于压缩机油腔内的现象，被称为冷媒沉积。冷媒沉积使压缩机油受到了稀释和冷却，粘度随着油稀释率的上升而进一步下降。压缩机低温启动时，溶于机油中的制冷剂会出现剧烈的翻腾，容易使油溶液产生大量泡沫，造成润滑油膜变薄。根据冷媒与压缩机油的互溶特性，两者组成的均匀溶液的溶解度与温度成正比；当温度低于某一临界温度时，溶液便会出现分离，上层主要为压缩机油，下层主要为制冷剂。而这种不同程度的低温分离现象不仅存在于平衡的静止状态，也存在于运行的流体状态；不仅发生在压缩机内，也发生于热交换器和气液分离器内，影响了运行系统的回油量。因此，依据压缩机厂家的要求，通过液视镜观测压缩机的油面高度，便成为了考察低温工况下变频压缩机启动和运行时是否存在回油不足的主要手段。

压缩机回油面过低至少会引起以下两方面的问题：（1）长时间的回油不足和被稀释，使压缩机内部的运动机构及其表面未能得到足够的润滑以及形成能承受一定载荷的油膜厚度；容易增大运动接触面的磨损量，严重时会导致卡死，影响压缩机的使用寿命和运行可靠性。（2）压缩机内部的主要发热部分，包括電机绕组和轴承接触面，所产生的发热量未能得到及时的冷却处理，使压缩机容易出现过热；严重者会导致电机减磁或烧毁，影响压缩机使用的安全性。

可见，变频空调压缩机低温回油的测试及其问题点的对策，对于空调系统的正常运行具有重要的意义。

3 影响变频压缩机低温回油的因素

3.1 外部因素

（1）系统的气密性。以滚动转子式压缩机为例，由于本身内部体积小，注入的冷冻机油少；一旦出现冷媒泄漏，会直接使系统的回油量下降。因此，在系统运行前，需对配管的连接螺母、高低压取压阀和压缩机液视镜等连接部位进行检漏；运行时则需留意上述的部位有否存在油渍，以便能及时发现泄漏点。

（2）冷媒充注量过多。冷媒过多不仅加重了冷媒沉积的程度，使压缩机内部的油稀释率提高；而且，未完全蒸发的多余冷媒在进入气液分离器后，主要集中在其下部，容易直接从回油孔以大量液态的形式进入压缩机，引起液击。同时，低温的液态冷媒使冷冻机油不能顺利通过回油孔回到压缩机，并进一步降低了油温，不利于系统的回油。因此，应注意外机启动和运行阶段有否出现明显的异常噪音、振动或者电流脉冲现象，以确定冷媒充注量是否过多。

（3）外温工况。根据润滑油的粘温特性，在一定的压力下，润滑油具有粘度随温度的升高而降低的特质；反之亦然。因此，在油面测试的低温工况（-8.5℃和-15℃）中，除了表现出不同的油稀释率外，还会出现不同的回油时间；若回油时间大于要求的限定值，则增大了压缩机内部因润滑不足所造成的磨损程度。

（4）内外机的连管长度。连管长度主要影响着系统运行时冷媒的质量流量。相对于短连管，使用长连管时的质量流量会有所减少，容易引起回油不足；而且，连管长度的加长容易增加连管中润滑油的滞留量，尤其是停机后的状态。

（5）系统的管路配置。在油面测试中，样机处于低温制热的状态，作为蒸发器的外热交换器比制冷时的内热交换器具有更长的流程、更大的换热面积和更低的蒸发温度，使润滑油更容易与冷媒分离，并滞留在管路中。另外，系统管路中的分配接头大小和方向、管弯的半径大小等因素，也会影响滞留的油量。因此，可根据实际情况，在接近压缩机的吸气管路中配置合适的U型回油弯。当积存在回油弯底部的润滑油数量渐多时，流过的气态冷媒的流速也会相应增加，有利于润滑油以雾状的方式返回压缩机，改善回油的不足。

3.2 内部因素

（1）压缩机启动频率和升频速度。在低温启动阶段，合适的启动频率和升频速度，有利于提高排气温度和压缩机底部油温的上升速度，使沉积于压缩机底部的冷媒再次以气态形式进入系统循环；在降低油稀释率的同时，加速了系统中润滑油的流动，并减少其在低压侧蒸发器的滞留量。若启动频率和升频速度设置不当，造成短时间内大量的润滑油随冷媒进入管路系统，便会引起因排出量过大而导致的油面下降迅速和回油不及时，不利于压缩机内部的润滑。

（2）电子膨胀阀的初始开度和启动阶段的开度调节。对于低温启动这样一种非稳态的过渡阶段，冷媒的质量流量和排气温度对电子膨胀阀的开度控制较为敏感。合适的开度调节既有利于排气温度的逐步上升，又能使油面的变化幅度控制在一定的范围内；反之，若在排气温度的上升的阶段，出现油面下降的速度明显加快、回油时长超限的情况，则表示电子膨胀阀的节流幅度过大，使回油效果变差，需要进行开度控制的调整。

（3）油温过热度与排气过热度。以属于高背压的滚动转子式压缩机为例，其油温过热度等于压缩机内部冷冻机油的实测油温减去冷媒的排气压力所对应的饱和温度，该参数可以反映出压缩机在不同工况下，冷媒与润滑油的实际混合状态。由以往的试验可知，随着启动后排气压力和油温的变化，压缩机内的油稀释率也在变化；通过提高油温过热度，将油稀释率控制在一定的限值以内，则有利于系统的回油。而在实际的测试中，出于对整备工作的考虑，常以热电偶测量压缩机壳体底部的温度，来代替油温的直接测量值，参与过热度的计算。另外，考虑到热电偶的个体测量偏差和控制程序中的输入均来源于传感器的测量值，所以在油温过热度的基础上，需引入其他的参数，以作辅助考察。由图2、图3可见，在低温油面试验的启动和稳定运行阶段，排气过热度曲线（TD-TIP）的变化趋势，与吸气过热度（SH）相比，更加接近于油温过热度曲线（压下-DST）。因此，我们认为，排气过热度在反映油面低下的问题上可以起到一定的指示作用。

4 油面对策的注意事项

（1）由于液视镜中的回油面高度和回油时长是多方因素

共同作用下的结果，因此在分析和对策时，需综合考虑相关参数的设置，尤其是压缩机频率的升频阶段和电子膨胀阀开度的相互配合；避免在改善回油的同时却造成了吸气压力出现负压的状况。样机在运行中如低压侧出现负压，则有可能因为吸入空气而引起压缩机爆炸，故一般情况下绝不允许负压的出现。

（2）出于防止液击的考虑，我们建议通过运行参数的调

整，使样机在稳定运行时的压下-DST≥10℃。此下限温度亦可参考不同压缩机厂家的具体要求。

（3）选取油面对策时，需考虑某参数的修改对其他试验结果的影响程度，如果重新测试的项目越多则开发成本越高；其次，对比分析多种油面对策的优缺点，以便定下最终方案；最后，还要兼顾同一对策在长、短连管中的结果，均需达标，方为有效。

5 案例的分析与对策

检漏和确认无液击表现后，利用专用软件读取外机的运行数据，并绘制压缩机频率、EEV开度和排气过热度的运行曲线进行分析。如下图4所示，在压缩机启动后的升频阶段，EEV的控制中存在跨度为22个脉冲开度的缩减动作（图中圆圈区域），其动作时间与压缩机下视镜的油面下降的时间段相吻合；且排气过热度曲线在同一时间出现零度以下的下行趋势（图中矩形区域）。因此可推断，在三方的共同作用下，长连管系统中的冷媒流量发生了骤减，从而延长了压缩机的回油时间，使泡沫低于下视镜B面的持续时间超过了3分钟。

考虑到修改压缩机的升频速度对其他试验的影响，优先修改相应时间段的EEV开度。再者，在当前外机程序T1.17下，3m连管的暖房低温油面试验的油面状况已OK， 修改后的EEV控制需同时满足3m连管试验的油面要求，因此对策的修改幅度不宜太大。

对策方案：于外机程序中，通过修改相应时间段内控制EEV开度的参数值，使EEV的开度增大，以避免压缩机启动后因系统流量骤减而引起的回油过慢，达到改善油面的目的。

刷新外机程序T1.19后，进行暖房低温油面试验，启动后泡沫面降至B面以下的持續时间为2min53s；稳定运行时，油面处于下视镜的75%，其他基准条件均符合，结果合格。对策前后的运行数据对比和对策后的曲线分别见表1、图5（注：为了参照对比，在图5中同样以圆圈和矩形标示出相应的变化区域）。最后，将连管换成3m再验证，泡沫面降至B面以下的持续时间为1min05s，稳定运行时，油面处于下视镜的75%，结果同样合格，证明对策有效。

6 结束语

根据以上的讨论，我们认为在分析和制定低温油面对策时，以运行时间作为线索，利用压缩机频率曲线、电子膨胀阀开度曲线和排气过热度曲线进行参照对比，能更直观和迅速地找到导致油面低下的原因和采取针对性的方案，并为日后解决同类型问题提供了有效参考。

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