制冷系統(tǒng)油循環(huán)率的測量方法

1、 低 溫與超導(dǎo) 第 4 2卷 第 6 期 制 冷技 術(shù) C r y o ． &S u p e r e o n dV o 1 ． 4 2N o ． 6制冷 系統(tǒng) 油循 環(huán) 率 的 測 量 方 法 王汝金 ， 張秀平 ， 賈磊 ， 吳俊峰 ， 賈甲， 黃磊 ( 合肥通用 機械研究院壓縮機技術(shù) 國家重點實驗 室 ， 合肥 2 3 0 0 8 8 )摘 要 ： 油循環(huán)率直接關(guān) 系到制冷壓縮機 的性 能評定 ， 同時也會對制 冷循 環(huán)

2、中制冷 劑的熱物 理性 質(zhì) 、 換熱器 制冷 劑側(cè) 的傳熱效 果等造 成影響 ， 是制冷 系統(tǒng) 的一 項至關(guān)重要的評價指標(biāo) 。該文系統(tǒng) 總結(jié) 了制 冷系統(tǒng)油循 環(huán)率 的測量 方法 ， 并進行 了詳細的 闡述 與比對 ， 對最新的光學(xué)測量技術(shù)也做 了介紹 。關(guān)鍵詞 ： 制冷壓縮機 ； 油循環(huán)率 ； 油分離 M e a s u r i n gm e t h o d so fr e f r i g e r a t i o ns y s t e

3、 m o i lc i r c u l a t i o nr a t eWa n gR u j i n ， Z h a n gX i u p i n g ， J i aL e i ， WuJ u n f e n g ， J i aJ i a ，H u a n gL e i( H e f e iG e n e r a lMa c h i n e r yR e s e a r c hI n s t i t u t e ， S t a t

4、 eK e yL a b o r a t o r yo fC o mp r e s s o rT e c h n o l o g y ， H e f e i2 3 0 0 8 8 ， C h i n a )A b s t r a c t ： A sac r u c i a le v a lu a t i o ni n d e xo fr e f r i g e r a t i o ns y s t e m， r e f r i g e

5、r a t i o ns y s t e mo i lc i r c u l a t i o nr a t e( O C R)i si m p o r t a n tf o rp e r f o r ma n c ee v a lu a t i o no f r e f r ig e r a t i o nc o mp r e s s o r s ．T h eO CRwi l la ls oa f f e c t sp h y s i

6、 c a l p r o p e r t i e so f r e f r i g e r a n ta n dr e f r i g e r a n ts i d eh e a tt r a n s f e re f f i c i e n c yo f h e a te x c h a n g e r si nt h er e f r i g e r a t i o nc y c l e ． T h i sp a p e rs

7、 u mma r i z e dt e s tme t h o d so f O CRi nr e f r ig e r a t i o ns y s t e m ，a n di n t r o d u c e dt h e i rme c h a n i s msa n dd e t ml e dp r i n c i p l e s ．T h el a t e s to p t i c a lme a s u r e me n t

8、t e c h n i q u e swe r ea l s op r e s e n t e d ．Ke y wo r d s ： R e f r i g e r a t i o nc o mp r e s s o r ，O i lc i r c u l a t i o nr a t e ，O i ls e p a r a t i o nl引言 冷凍機油具有潤滑 、 冷卻 、 沖洗 、 密封等功能 ，是制冷壓縮機不可或缺的重要組分。壓

9、縮機內(nèi)部 的冷凍機油會不可避免地隨著壓縮機排氣混入制 冷系統(tǒng)。過量 的油循環(huán)率會對制冷壓縮機的運行 可靠性造成嚴(yán)重危害 ， 并且對制冷循環(huán)也帶來負 面作用 ， 如： 改變制冷循 環(huán)中制冷劑 的熱物理性 質(zhì) 、 影響制冷劑側(cè) 的傳熱效果等 ， 影響到整個制冷 系統(tǒng)的工作性能。因此 ， 制冷循環(huán) 的油循環(huán)率不 論是制冷壓縮機還是制冷系統(tǒng) ， 都是一個重要技 術(shù)指標(biāo) ， 需要嚴(yán)格控制 。通過改善壓縮機出油率 也是對制冷壓縮機設(shè)計 優(yōu)化 的一個

10、 重要技術(shù) 方 向。實現(xiàn)與制冷劑一 起循環(huán) 的冷 凍機油量 的測 量 ， 對確保壓縮機的可靠性 和制 冷循環(huán) 的常規(guī)與 高效運行有著重要意義。實際上 ， 我 國國家標(biāo) 準(zhǔn) G B ／ T5 7 7 3 ¨規(guī)定容 積式制冷劑壓縮機進行性能測試時 ， 排氣管道上 應(yīng)設(shè)置有效的油分離器 ， 使循 環(huán)的制冷劑液體 內(nèi)含油量不超過 1 ． 5 ％ ( 以質(zhì)量計 ) 。國際標(biāo)準(zhǔn) I S O9 1 7則規(guī)定： 制冷劑壓縮機性能測試循環(huán) 系統(tǒng)

11、油 循環(huán)率 1 ． 5 ％( 以制冷劑質(zhì)量流量為基準(zhǔn)) 以上的，必須裝有高效油分離器( 且要求油分離器直接回油 到壓縮機的潤滑系統(tǒng)) 。美國空調(diào) 、 供暖和制冷協(xié) 會標(biāo)準(zhǔn) A H R I5 7 0— 2 0 1 2還規(guī)定 ， 對 于 C O 2 制冷 劑壓縮機或壓縮機組 ， 如果使用量熱計或液體流量 計法進行性能測試 ， 油循環(huán)率應(yīng)低于 2 ％ ； 若使用 氣體流量計法測量 ， 則油循環(huán)率應(yīng)低于 l ％。本文對國內(nèi)外現(xiàn)有的通過試驗檢測手

12、段進行 制冷系統(tǒng)油循環(huán)率 的測量方法 ， 做系統(tǒng)性的歸納 與 總結(jié) 。2 油循環(huán)率測量方法 2 ． 1 稱重 法 我國現(xiàn)行 國家標(biāo)準(zhǔn) G B ／ T5 7 7 3 、 多數(shù) 國外標(biāo) 準(zhǔn)( 如 I S O 9 1 7 、 A S H R A E2 3 L 4等 ) 規(guī)定 的制冷壓縮 機用冷凍機油循環(huán)率的測定采用 的都是稱重法 ，即使用批量方式對冷凝制冷劑中的油量進行抽取 稱重測定 ： 用采樣容器從制冷 系統(tǒng) 中( 貯液器 與 收稿 日期

13、： 2 0 1 4— 0 4一 O l基金項 目： 合肥 通用機械研究 院青年基金 ( 2 0 1 2 0 1 1 0 9 4 ) 項 目資助 。作者簡介 ： 王汝金( 1 9 8 3 一) ， 男 ， 碩士 ， 工程師 ， 主要從 事制冷技術(shù)與裝置研究工作 。· 5 6·制冷 技 術(shù) R e f r i g e r a t i o n第6期 玻璃管內(nèi) ， 通過光 電傳感器測定冷凍機油產(chǎn)生 的 透射光的衰減程度 ，

14、 進 而測定 出壓縮機排 出氣體 中的油量 。所使用的光電傳感器測定裝置 ( 光 電傳感器 單元 ) 圖 2 所示 。玻璃管用硬鋁制法蘭盤和螺栓 固定 ， 通過 O型密封圈密封。在玻璃管的外側(cè)設(shè) 置保護用丙烯酸管 ， 在丙烯酸管內(nèi)設(shè)置 由發(fā)光二 極管 ( L E D ) 和光敏 晶體管構(gòu)成的光電傳感器。通 過 目測可觀察到制冷劑、 冷凍機 油混合流 的流動 狀態(tài) 。從 L E D發(fā)出的光 ， 根據(jù)流過玻璃管內(nèi)的制 冷劑氣體 中的油量發(fā)生

15、衰減 ， 射到光敏晶體管上，光敏晶體管將這種光的強度轉(zhuǎn)換成電壓輸出。因而制冷劑 、 冷凍機油} 昆 合流中的油量越多 ， 透光強 度越小 ， 光電傳感器的輸 出電壓越低。發(fā)光二極 圖 2 光學(xué)傳感器 法油循環(huán)率測量裝置示意 F i g ． 2O i lc i r c u l a t i o nr a t eme a s u r i n gd e v i c eb a s e do no p t i c a ls e n s o rme

16、t h o d []光電傳感器單元設(shè)置在壓縮機排氣管路部 ，為了觀察因流動方向?qū)е铝鲃訝顟B(tài)的差異以及流 動狀態(tài)對傳感器輸 出造成 的影響 ， 可在垂直方向和水平方向上分別設(shè)置光電傳感器 。在試驗操作 進行前 ， 考慮光電傳感器的基本特性 ， 應(yīng)在大氣中 測定因傳感器環(huán)境溫度導(dǎo)致輸出電壓的變化。之 后 ， 將光電傳感器單元與制冷循環(huán)連接 ， 運轉(zhuǎn)循環(huán) 系統(tǒng)后觀察壓縮機排氣 管路 的流動狀態(tài) ， 考查因 流動狀態(tài) 的差 異導(dǎo)致光 電傳 感器

17、輸 出電壓的變 化。美 國專 利 U S 5 6 9 4 2 1 0 A l l o ] 也是 基 于此方 法 ( 使用內(nèi)部反射光束的多用途傳感器系統(tǒng) 和傳感 方法) 。( 2 ) 光學(xué)位移傳感器法 通過測量制冷劑 一油混合物 的折射率 ， 可折 算出冷凍機油的含量 。將制冷劑／ 油混合物 的試驗流體充入具有玻 璃窗的壓力容器內(nèi)， 通過玻璃窗由外部 ( 空氣 ) 射 人激光。人射光因反射 面產(chǎn)生反射 ， 再 次通過玻 璃窗返 回， 這時

18、， 在空氣與玻璃 以及玻璃與試驗流 體 的邊界 ， 因各個介質(zhì)的不同折射率產(chǎn)生折射 ， 試 驗流體的折射率發(fā)生變化時 ， 返 回光 的光路發(fā)生 變化。光路變化情況使用擴散反射型激光位移計 檢測 ， 通過透鏡將照射在物體表面 的激光擴散反 射光在 電荷耦合裝置 ( C C D ) 上聚光后 ， 檢測 出到 達物體的距離。但由于將激光照射在流體 中的時 候 ， 不僅在物體反射面上 ， 即使在流體中也發(fā)生光 的散射 ， 因此 ， 很難檢測來

19、自 物體表面的擴散反射 光 ， 傳感器的特性變得很不穩(wěn)定。將傳感器傾斜 ，檢測正反射光。來 自反射面的正反射光與相對于 反射面的入射角相同， 通過角度 0 產(chǎn)生反射 ， 通過 透鏡在 C C D上聚光。傳感 器的輸 出就成 了圖 中所示 的 d 。激光位 圖 3 光學(xué)位移傳感器法油循環(huán) 率測量原理與裝置 ”F i g ． 3Oi lc i r c u l a t i o nr a t eme a s u r i n gd e v i c

20、 eb a s e dO Ho p t i c a ld i s p l a c e me n ts e n s o rme t h o d []基于此機理開發(fā) 的激光位移傳感 裝置 ， 可用 于測量混合物的含油量 。折射率傳感器單元 由激 光位移計 、 光學(xué)基礎(chǔ)玻璃 、 試驗腔 、 反射基板構(gòu)成。將組裝后的傳感器單元與具有攪拌葉片的混合槽 連接 ， 傳感器的試驗腔充滿 了溶解了制冷劑的冷 凍機油( 或者是混合 了冷凍機油 的液態(tài)制冷劑