多联机回油检测技术研究

黄锐斌 蔡 悦 黄善潮 张小明

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519000）

引言

为了实现超长冷媒配管，多联机大多采用旁通式回油设计，润滑油经压缩机排气口排出，经过油分离器和毛细管后回到压缩机，回油检测是多联机生产过程关键工序。在多联机生产制造过程中，容易发生回油毛细管焊堵或脏堵问题，如果异常在回油检测中不能及时有效检出，润滑油无法满足润滑需求时，压缩机会发生磨损，影响其使用寿命[1]；回油检测时压缩机首次启动运行，如果控制不当，容易造成润滑油黏度下降、运动元件磨损量增大[2]。如何提高多联机回油出厂检测可靠性是本论文研究的主题。

1 回油检测方案设计

多联机回油出厂测试，主要检测的是回油是否顺畅，检测原理是随着压缩机启动运行，回油温度逐渐升高，但是大部分多联机在回油管路上没有设计传感器，在实际生产中会在回油毛细管附近临时设置温度传感器监测回油温度变化，回油温度升高3 ℃以上则表明回油正常。为了深入研究回油检测可靠性，笔者设计了多联机回油试验方案，见图1，在润滑油循环管路上设置流量监测点，采用非接触式超声波流量计监测回油量，在毛细管进口和出口分别设置油温检测点，采用温度传感器监测回油温度变化，然后控制压缩机启动运行，对影响回油检测的主要因素分别进行试验。为了确保数据准确性，试验结果不能受到压缩机余热影响，要求每组试验时间间隔24 h以上，确保压缩机彻底散热，试验在（23±2）℃恒定工况下进行。

图1 回油试验方案

2 回油检测可靠性研究

2.1 传感器选型设计

多联机产品根据压缩机排气量结合理论最低回油流速要求选择合理的回油频率和回油周期，产品本身不需要在回油管路上布置回油温度传感器，但是在产品开发或者生产制造过程需要通过临时布置传感器检测多联机系统回油效果。多联机回油流量检测可以选用夹钳式超声波流量传感器，适用金属管路外径φ（6～12）mm，额定流量（0～8 000）ml/min，安装在油分离器出口处，该传感器安装要求高，仅适合用于多联机产品开发阶段，在实验室内研究压缩机最佳回油频率使用，对生产效率要求高的总装出厂检测不适用；回油温度检测选用T型热电偶，适用范围（-200～350）℃，安装在回油毛细管进口或者出口处，具有灵敏度高、安装方便、价格便宜的优势，适用于多联机实验室及总装出厂检测。

2.2 最佳回油频率设计

变频压缩机运行频率一般处于变化过程中，比如说：（15～90）Hz，那么变频压缩机的排油率就处在不断变化的过程当中，一般情况下变频压缩机的频率越高则排油率越大，频率越低排油率越小[3]。多联机出厂检测通常先稳定运行制热模式，再运行制冷模式，完成检测后进行冷媒回收。多联机外机出厂检测时为了实现内机最小化和通用化，通过二次灌注技术，彻底解决测试内机工装多，操作困难等问题[4]，通常先充注一部分制冷剂，完成检测后再充注另外一部分制冷剂，在低充注量条件下进行出厂检测时压缩机运行频率与产品本身设计的压缩机运行频率范围不同，初次启动不宜长时间运行高频，在出厂检测过程中压缩机常用频率为（30～50）Hz。

笔者以一台5匹多联机为试验机组，按照图1方案及要求进行试验，通过开放负载控制方式，控制风机运行频率为30 Hz，电子膨胀阀步数为400步，压缩机频率在（30～50）Hz范围内，每次试验增加1 Hz，压缩机运行时间200 s，记录测温点1和测温点2在压缩机启动前以及运行200 s后温差数据。试验中压缩机频率与回油检测温度关系如图2所示，运行频率在37 Hz以上，回油温差明显增大。

图2 不同压缩机频率下回油温差变化

为了进一步确认多联机低制冷剂充注量条件下出厂检测最佳回油频率范围，笔者以一台20匹多联机为试验机组，出厂检测时制冷剂充注量为额定充注量的30 %，按照图1方案及要求进行试验，压缩机运行600 s。试验中压缩机频率与回油效果如表1所示，运行50 Hz时回油温差更大，主要是受到排气温度升高影响，该频率下实际回油量不多，不利于压缩机内部机械件润滑，多联机出厂检测最佳运行回油频率在（40～45）Hz,可以确保良好的回油温差以及回油量。

表1 压缩机频率与回油效果

2.3 最佳回油测温点的选择

为了提高多联机回油检测可靠性，必须研究确认最佳的温度检测点，笔者分别对毛细管前后检测差异及距离油分离器管路长度进行分析，重点讨论一下多联机出厂检测过程中的回油温度测点的选择和注意事项。

不同测点的回油温度变化，如图3所示。测点1在回油毛细管后，该位置是当前行业内常用的回油检测点。多联机出厂检测前，油分离器及回油管路内的液态油与部分液态制冷剂互溶共存，压缩机启动后，经过毛细管节流作用，测点1温度先下降，运行3 min后，制冷剂和润滑油在压缩机中的流动视为两相异质流动[5]，随着压缩机排气温度上升，测点1温度逐渐上升，油温变化幅度受季节性差异影响，呈夏天变化趋势大，冬天变化趋势小的特点，测点1冬季检测可靠性差，冬季通常需要进行重复运行测试，进一步升高油温才能进行有效检测，对生产效率影响大；测点2在毛细管前，不受节流降温影响，压缩机启动后，随着压缩机排气温度上升，测点2温度逐渐上升，且温差变化明显大于测点1。

图3 不同测点回油温度变化

经过试验验证，测点2距离油分500 mm以上时，在回油异常的情况下，测点1与测点2同样无明显温差，温差变化小于2 ℃，试验结果如图4所示。但是如果油分离器距离毛细管距离过短，受到油分离器传热影响，在回油异常的情况下，测点2也会有温差变化出现，可能会导致回油异常产品漏判。因此，只要在产品开发设计之初确保油分与毛细管之间管路长度不低于500 mm，测点2是最佳的回油检测位置，有效解决了冬季回油检测可靠性差的问题。

图4 不同测点回油异常检测效果

2.4 回油检测程序控制要点

多联空调出厂检测属于空调首次运行，回油频率控制一方面为了满足回油检测，另一方面是为了压缩机机械部件得到良好的润滑效果，因此，在需要针对出厂检测进行特定的回油检测程序设计，包括制定压缩机启动升频阶段和回油频率运行检测阶段的控制要求。

升频阶段需要考虑到压缩机启动前润滑油在空调系统内分布以及冷媒迁移情况。多联机完成装配后，需要在真空状态下向油分离器充注润滑油，然后再充注制冷剂，润滑油一部分在油分离器内，另外一部分在压缩机底部油池内，压缩机首次启动不需要立刻回油，压缩机启动时通过低频运行及分段升频设计，建立可以良好的初始油膜，有利于降低磨损及过流保护风险。如果在完成制冷剂充注后长时间静置，液态制冷剂会迁移到压缩机底部油池和油分离器内，油会被稀释，润滑效果降低；如果在完成制冷剂充注后2 h内开机运行检测，冷媒迁移量较少，润滑油粘度大，更有利于压缩机内部机械部件润滑及初始油膜建立。为了确保压缩机首次启动可靠，多联机完成制冷剂充注后应在2 h内完成检测，超过2 h后需要对压缩机底部油池进行加热处理，降低润滑油中的制冷剂溶解率，压缩机启动阶段采用低频运行及分段升频设计，运行1 min以上再升频至目标频率。

回油频率运行检测阶段运行最佳回油频率（40～45） Hz，此时需要通过控制电子膨胀阀和风机转速来调节系统运行中的关键参数，确保压缩机在回油检测过程中的可靠性。首先，需要防止回油检测运行期间吸气压力过低，压缩比过大，避免压缩机电机温度过高造成压缩机损坏或者润滑油焦化变质；其二，需要保证合适的吸、排气过热度，防止系统回液过多，稀释润滑油，降低润滑效果；其三，防止排气温度过高导致油粘度降低，润滑效果变差。

3 结论

本文论述了如何在多联机出厂检测中提高回油检测及压缩机首次启动可靠性，减小压缩机缺油磨损及过流保护故障风险，得到以下结论。

1）在制冷剂充注量小于额定充注量情况下，多联机出厂检测最佳回油频率为（40～45）Hz；

2）回油毛细管距离油分离器500 mm以上，回油温度检测点设置在回油毛细管前，可以消除毛细管节流温降的影响，回油检测可靠性更高；

3）出厂检测运行特定的回油检测程序，通过频率及关键系统参数控制，可以提高压缩机首次启动可靠性。