螺杆式风冷热泵机组汽液分离器回油设计研究

引言

随着经济的高速发展，螺杆式风冷热泵产品越来越受到市场的热捧，但是对于机组的核心零件-半封闭式螺杆压缩机，其可靠性运行就显得尤其重要。冷冻油在螺杆压缩机运行过程中起着润滑、冷却、密封、降噪等作用，同时还肩负着调节压缩机容量的作用。但是压缩机在运行过程中，冷冻油会被制冷剂气体带到系统中去，一旦冷冻油无法及时回到压缩机，压缩机就会出现润滑不良、内部温升过高、密封不良、噪声增大，无法进行容量调节，严重的会导致压缩机损坏。本文通过对螺杆式风冷热泵机组用汽液分离器回油孔的分析，并通过试验进行验证，使汽液分离器回油得到有效的优化。

1 汽液分离器在空调系统中的作用

汽液分离器在空调系统中的主要作用是分离来自蒸发器的低压蒸气中的液滴，以保压缩机吸入干饱和蒸气，同时还把回到汽液分离器中的冷冻油带回到压缩机，进而保证压缩机可靠运行所需的制冷剂气体量和冷冻油量。

2 汽液分离器中冷冻油不能回到压缩机的原因

制冷剂和冷冻油一般是互溶的，在汽液分离器中就会出现制冷剂液体、冷冻油和制冷剂气体共存，尤其是在国标恶劣融霜工况(0℃/0℃)化霜过程中，大量制冷剂和冷冻油回到汽液分离器中，其中因制冷剂液体密度高于冷冻油，冷冻油在制冷剂液体上层。导致恶劣融霜工况下汽液分离器回油异常主要有如下几点：

原因一，回油孔径设计不合理，孔径过大，压缩机出现大量回液，冷冻油无法回到压缩机，同时会加重压缩机中的跑油；

原因二，回油孔位置不合理，回油孔位置设计过低，当油层高于回油孔时，低于回油孔的冷冻油无法回到压缩机；

原因三，回油孔设计数量不合理，当回油孔只设计一个且在回气管最低点时，当油位高时，尤其是出现化霜过程中，冷冻油位置过高，冷冻油无法通过回油孔回到压缩机。

3 优化汽液分离器回油设计措施

根据分析的原因，同时结合机组LSBLGRF405M机组（格力风冷螺杆热泵机组）汽液分离器实际情况，

对汽液分离器回油孔进行如下优化：优化回油孔孔径；优化回油孔位置；优化回油孔数量。通过此三种优化方法对回油进行验证。

3.1 优化回油孔孔径

优化前汽液分离器回气管上最底位置只有一个φ7.0mm 的回油孔，在国标恶劣融霜工况，因风侧翅片换热器结霜，蒸发温度降低，翅片换热器的换热效率和换热性能随着翅片上结霜厚度增加大幅度降低，回到汽液分离器中制冷剂液体增多，因汽液分离器回油孔孔径偏大，回油孔在回油的同时，导致大量制冷剂液体通过回油孔进入压缩机，从而降低了回油的效率,加大了压缩机内部跑油效率，导致压缩机缺油。把回油孔直径调整为φ3.0mm，降低通过回油孔的制冷剂液体流量，进而保证压缩机油位受到其的影响。

3.2 优化回油孔位置

优化前汽液分离器只在回气管路最底部有一个回油孔，在化霜工况时，随着翅片换热器霜层加厚的过程中，汽液分离器中的制冷剂液位较翅片换热器无霜时有所上升，此时汽液分离器中的油层高度高于原回油孔的位置，导致冷冻油无法通过回油孔回到压缩机。对回油孔位置进行优化，提高回油孔的位置，由回气管最低端根据汽液分离器中此时的油层高度进行提高。由于回油孔调整到运行过程中的油层位置，回油得到有效保证。

3 .3 优化回油孔数量

原有回油孔只有一个，并且在回气管的最底部，当在恶劣融霜工况下，回到汽液分离器中的制冷剂液体液位上升时，油层也会随着液位的上升而变化，此时的回油孔无法把回到汽液分离器中的冷冻油带到压缩机，相反只能把制冷剂液体带回到压缩机中，加剧压缩机油位降低。基于此，在保留原回油孔位置的同时，考虑到汽液分离器中油层会随制冷剂液位上升而上升，为了保证汽液分离器中出现此种情况时冷冻油仍然可以通过回油孔有效回到压缩机中，在回气管不同位置增加回油孔。优化前后见图1和图2。

试验验证情况，恶劣融霜运行过程中和化霜过程中压缩机油位对比，图3(油位基本可见)和图4(油位为视液镜的1/2)分别是运行过程中优化前和优化后压缩机视液镜油位情况，图5(油位基本可见)和图6(油位为视液镜的1/2)分别是化霜过程中优化前和优化后压缩机视液镜油位情况。

4 结论

(1) 通过优化回油孔孔径，限制通过回油孔进入压缩机的制冷剂液体流量，使进入压缩机制冷剂液体得到有效控制，从而保证了压缩机内部冷冻油因回液导致的跑油隐患。

(2) 通过优化回油位置，保证当冷冻油层偏高时，冷冻油能过得到有效通过回油孔回到压缩机。

(3) 通过优化回油孔的数量，保证在各种恶劣情况下，尤其是化霜过程中大量回液导致冷冻油层位置变化时，冷冻油都能够有效从回油孔及时回到压缩机，从而提高回油效率。

(4) 通过对回油孔设计的优化，不但使冷冻油得到有效的回到压缩机，保证了压缩机的可靠运行，而且也提高了压缩机排气过热度和油温过热度，使机组运行更加可靠。