关于家用空调器回油回液问题分析及实验研究
关于家用空调器回油回液问题分析及实验研究
龚英1, 2陈守海1, 2陈胜华1, 2王宏超1, 2徐洪祥1, 2王铁1, 2
word 文档1.海信集团有限公司山东青岛  266100；
2.海信（山东）空调有限公司山东青岛  266100
摘要：在较恶劣的运行条件下（高负荷、低温工况、换热不良），空调器易产生回油回液不良问题，此问题会对压缩机运行产生致命伤害，进一步导致空调系统出现异常甚至无法运作。针对此问题，首先对空调器实际运行过程中压缩机油路循环和系统冷媒迁移机理进行研究分
析，然后对空调器进行不同工况下的回油回液实验研究与验证，结果表明：低温睡眠启动项、低温除霜运行项、高负荷运行项容易产生回油
回液不良问题，针对每项不良问题分析其具体原因，最后对家用空调器使用和问题分析提出指导意见。
关键词：回油回液；压缩机；冷媒迁移；家用空调器
Analysis and experimental research on the problems of the
lubricating oil and refrigerants return of the household air conditioner
GONG Ying1, 2  CHEN Shouhai1, 2  CHEN Shenghua1, 2  WANG Hongchao1, 2  XU Hongxiang1, 2  WANG Tie1, 2
1. Hisense Home Appliance Group Co., Ltd.  Qingdao  266100;
2.Hisense (Shandong) Air-conditioning Co., Ltd.  Qingdao  266100
Abstract: Under severe operating conditions (high load, low temperature conditions, poor heat exchange), the air conditioner is prone to fall into the situation of poor lubricating oil and refrigerants return, and that will cause fatal damage to the operation of the compressor, leading to abnormal condition of the air conditioner system or even unable to run. The purpose of this paper is studying and analyzing the principles of the circulation of compressor oil and the migration of system refrigerants, based on the actual operating process of the air conditioner. Then, according to the test results of the lubricating oil return and refrigerants return of the air conditioner under different operating conditions, the results show that low-temperature sleep start up items, low-temperature defrost operation items, and high-load operation items are prone to poor oil and liquid return, then analyze the specific reasons for each item. It will provide guidance on household air conditioners and
problem analysis.
Keywords: Lubricating oil and refrigerants return; Compressor; Refrigerants migration; Household air conditioners
中图分类号：TB6
DOI:10.19784/jki.issn1672-0172.2020.99.004
1  引言
分体式家用空调应用区域广，运行条件复杂，运行过程无人看管，空调运行系统的安全和可靠性对于用户尤为重要。压缩机作为制冷系统运行的核心部件，其回油回液问题是空调运行系统安全可靠的关键要素。在压缩机回油回液问题研究上，各大压缩机厂家和系统设计人员为保障压缩机在此方面的安全可靠性费尽心思。其他学者尤其在船舶类、车类等小型制冷系统方面有深入的理论分析，周玮[1]曾分析过船舰用小型制冷空调设备（船舶类制冷空调常由于品种多样、规格特殊问题，空调系统选型不合适）的压缩机回油回液问题产生原因及控制方法；谭安朋[2]针对渔船制冷系统的压缩机回油回液问题进行了详细分析；臧润清[3]等对小型制冷系统的压缩机吸入湿蒸汽后的危害和产生原因进行了理论分析。然而，在分体式家用房间空调器领域的回油回液问题理论及实验研究涉足甚少。
本文对分体式家用空调器回油回液问题进行详细的理论分析，并进行了低温制热、超低温制热、最小运行制冷等较恶劣运行工况下的家用空调器回油回液实验。本文通过结合具体的实验研究结果，针对旋转式压缩机回油回液问题对空调器产生的危害和其发生原因进行全面分析，给家用房间空调器领域的回油回液问题控制和
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研究提供指导方向。2  旋转式压缩机回油回液问题及原因分析
压缩机的回油与回液问题息息相关，发生回液问题会导致其回油问题更为严重，而系统的运作过程必然会导致冷媒量的变化，它们之间相互影响关系的分析对回油回液问题研究具有重要意义。2.1 回油问题
润滑油对于压缩机轴承及滑动部分具有润滑、冷却、密封等功
能，旋转式压缩机各部位间隙及配合精密程度更高，为防止漏泄损失，润滑油的密封功能尤为关键。
若系统发生回油不良问题，导致压缩机内部润滑不足，泵体密封性能恶化，系统能力减少压缩机寿命缩短，严重时就可能直接导致压缩机的机械部堵转、卡缸，直接停转。2.1.1 压缩机油路循环
结合旋转式压缩机内部结构和运作原理，分析压缩机内部油路循环，如图1所示。润滑油贮藏在机壳底部的油槽里，被曲轴下端的油泵压上去，从曲轴（副轴承-活塞-主轴承-曲轴）的横向孔将油供给滑动部。滑片通过本身的往复运动，从机壳底部为滑片各面供给润滑油。润滑油从周围向内部通过壳体内压与汽缸吸气室的压力差实现对壳体内部的润滑密封。压缩室内压缩气体中的油在随气体排向排气管的径向流路中，从气体中分离，并回到压缩机底部的油槽内。未能与气体分离的油会跟随排气排出，在系统循环中再一次回到压缩机内，
但有时部分油会附着或者停留在循环内。
图1 旋转式压缩机内部结构[4]
2.1.2 回油问题产生因素
造成回油不良的因素很多，根据压机油路循环与系统运作原理，总结主要由以下几种因素造成。
（1）结构设计因素：换热器配管形状不合适，系统循环流程、集油器等形状设计有问题；毛细管选用规格不合适，吸入压力大，回液量过多；储液器的回油孔设计不合适。
（2）运行条件因素：相对于压缩机使用规格，系统中冷媒充注量过多，系统循环的内容积过大；系统断续运转间隔时间过短，在
润滑油还未充分回到压缩机之前，就进入下一次启动；极低温度下运转；相对于系统运行需要，吸气温度过低。
古今
由分析可知除压缩机的结构设计外，系统冷媒对回油问题也起至关重要的作用。2.2 回液问题及原因分析2.2.1 回液问题
压缩机的回液不良会导致压缩机本身和压缩机回油出现异常。若压缩机汽缸直接吸入大量液态冷媒，会发生“液击”现象。汽缸内的压力达到正常压缩气态冷媒压力的5倍以上，对压缩机的轴负荷造成损坏性冲击，造成压缩机故障。空调制冷不制热
当系统长时间处于停置状态，系统内的冷媒会发生冷媒沉积现象：液态冷媒大量沉积于压缩机内部，沉积的冷媒会将润滑油稀释。循环系统中充注冷媒过多时，压缩机接线端子可能会浸入液态冷媒和油的混合液中，导致压缩机的绝缘电阻下降。
回液过多会导致压缩机的回油不良问题：
（1）吸气中含有过多液态冷媒，出现油分离不完全，大量润滑油随冷媒排出压缩机，当这种状况持续发生时，压缩机的润滑油会不断减少，导致回油不良；
（2）回液会导致液态冷媒直接进入汽缸内，将润滑油稀释，实际油量不足；
（3）进入压缩机汽缸内的部分冷媒还会进行蒸发，使汽缸冷却，导致从汽缸排出的气态冷媒在进入冷凝器前，就在压机壳体内开始冷凝。随着冷媒不断在壳体内冷凝、沉积，壳体内的润滑油不断被稀释，造成严重回油不良问题。2.2.2 BSH 值意义
大脸适合的发型图片根据上一节所述，若压缩机汽缸内温度过低，气态冷媒将在压缩机壳体内就发生冷凝。如何判定压缩
机的温度是否安全，则需要按照BSH 值进行判定。
BSH 值为压缩机底部温度与冷凝温度的差值。如果压缩机温度低于冷凝温度，即BSH 值小于0，会发生冷媒不断在压缩机内部冷凝现象。此时，虽然压缩机内部机油表面看上去很充分，但实际上机油已经被冷媒稀释或者置换。因此，对低温条件、除霜条件、断
续运行等条件需要特别注意BSH 值。2.2.3 回液产生因素
由以上分析可知，回液过多对压缩机的回油问题、压缩机运行及其内部器件安全问题都有很大不利影响。而造成回液过多的原因主要有：热负荷过小，蒸发不完全；毛细管的阻抗太小（长度、直径），节流效果不明显，导致蒸发不完全；系统冷媒充注量过多；室内机空气过滤网堵塞、蒸发器风量不足等，换热不良。
综合以上所有分析，回油回液研究对空调器运行可靠性和安全性具有重要意义。
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3  分体式家用房间空调器回油回液试验分析
3.1 机型选用与实验判定标准
电子膨胀阀机器可根据运行工况与负荷进行冷媒量的调节，而
固定节流型机器，冷媒流量无法调节，尤其在低负荷运行与除霜运行过程中，固定节流型机器更易发生回油不良和回液现象。因此本
文选取固定节流型分体式空调器进行回油回液实验分析。
图2 压缩机壳体内部结构及油面划分图
压缩机回油回液试验过程就是使用带有特制带视窗镜的压缩机，通过视窗镜对压缩机内部润滑油的油
面和液面进行判定。如图2所示，油面判定基准按照三个基准线判定：（1）连续运行稳定状态时，油面需在A （X+5）水平线以上；（2）启动或除霜时，油面需在Z （X-5）水平线以上。
针对前面分析，在低温、负荷与能力不平衡等恶劣运行条件下，压缩机易发生回油回液不良问题。本次试验共进行7项：超低温制热睡眠启动、制热睡眠启动、超低温制热除霜、制热除霜、制热过负荷再启动、最小制冷再启动和制冷过负荷再启动。本次实验操作指导如表1所示。根据操作指导进行实验，实验全程开启视频监控。3.2 实验结果分析
本次油面液面判定实验的具体实验数据如表2所示。根据实验
结果来看：（1）液面在各项运行过程中均在T 面以下。液面维持在T 面以下，避免了由压缩机吸入冷媒造成的液击或稀释润滑油等危害；（2）油面在超低温制热睡眠启动项开机、制热除霜启动除霜项处于Z 面以下，制冷过负荷再启动稳定过程在X+5面上下浮动，超低
表1 实验操作指导
实验项目工况操作指导超低温制热睡眠启动室内：20/12℃
室外：-15/-16℃
工况稳定后睡眠放置12 h 后再启动
制热睡眠启动室内：20/12℃
室外：2/1℃工况稳定后睡眠放置12 h 后再启动
超低温制热除霜室内：20/12℃
室外：-15/-16℃
记录进入除霜模式后的实验结果
制热除霜室内：20/12℃
室外：2/1℃
记录进入除霜模式后的实验结果
制热过负荷再启动室内：27/19℃
室外：24/18℃
运行稳定后停机3 min ，再启动
最小制冷再启动室内：21/15℃
室外：21/15℃
运行稳定后停机3 min ，再启动
制冷过负荷再启动室内：32/23℃
室外：43/26℃
运行稳定后停机3 min ，再启动
注：（1）观察以上所有实验项不稳定状态（启动、除霜、再启动）和运行稳定后的油面液面变化。（2）油面判定由清晰平滑的液体面为准，粗糙的气泡面不作为油面数值。（3）压缩机启动15 s 以内液面不作要求。
温制热除霜启动除霜、最小制冷再启动项接近Z 面。
表2 回油回液实验现象与数据
节流阀机器油面液面判定BSH 值项目
时间点状态液面
油面超低温制热睡眠启动2:27开机启动
均在T
面以下
白泡沫
充满
/超低温制热除霜
2:51停机除霜接近Z 面24.12:51～3:01除霜，再启动Z 面以上超低温制热睡眠启动3:27开机启动Z 面以上/3:57停机Z 面以上26.1
超低温制热除霜3:58除霜接近Z 面3:58～3:01除霜，再启动Z 面以上最小制冷启动
8:46开机启动Z 面以上  1.19:43停机Z 面以上9:46开机再启动接近Z 面
制热过负荷再启动17:59开机Z 面以上
/
18:51停机Z 面以上/18:53再启动Z 面以上/制热睡眠启动9:29开机Z 面以上/10:10停机Z 面以上/制热除霜
10:11启动除霜Z 面以下29.710:12除霜Z 面以上10:15除霜后再启动Z 面以上制冷过负荷
再启动
12:05启动Z 面以上
/12:06～13:04稳定过程
X+5面上
下浮动
29.213:06停机再启动Z 面以上
/
通过前面章节对回油回液的分析可知低温工况下由于室外环境过低加上除霜不稳定过程，极易产生回油不良风险，尤其超低温工况[5]。
在超低温工况下，静置状态下的机器，大量液态冷媒沉积在压缩机内，压缩机内部分机油被冷媒稀释。当开启运行时，系统迅速建立压差，液态冷媒混合机油被迅速排出，因此会出现超低温睡眠启动时，油镜内观察到充满白泡沫。低温工况下，对于启动除霜的过程，除霜前有一分钟的停机时间，部分未蒸发完全的液态冷媒进入压缩机内，启动除霜时混合机油迅速排出；且断续运行过程间隔时间过短，系统中的循环油还未回到压缩机内，出现吐油异常，导致除霜启动时易出现油面过低现象。具体试验温度变化曲线如图3和图4所示，计算所得BSH 值见表2。
制冷过负荷再启动后的稳定过程油面在X+5界面上下浮动，有少数时间处于X+5界面以下。极高温工况下，系统压差较大，从最小与最大压力比来看，相对其他项较大，冷媒流量过大，流速又很快，导致油量跟其他项比不足。且从实验现象看，制冷过负荷运行时的油面很不稳定。温度变化曲线如图5所示。
由实验数据可知，BSH 值均大于0，因此未出现回液液面高于T 面的现象。但最小制冷项BSH 值最小，由于最小制冷运行过程中，系统压差小，环境负荷低，蒸发换热不完全，即出现BSH 值较小的结果。低温运行过程中，尤其是低温工况中系统长时间静置或发生较严重的结霜，温度过低，压力值过小。在启动时，压机迅速建立较大
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压差，在刚启动时吸气会出现负压状态。超低温项的压力值变化曲线如图6所示。如何申请博客
由实验验证可知，低温工况和高负荷运行条件下具有回油不良问题，与前述理论分析相对应。针对濒临回油危险的几项实验，最终与压缩机厂家共同讨论确认，对压缩机本身和系统运行无较大危害。
4  结论
本文针对分体式房间空调器的回油回液问题进行了详细的理论分析和实验研究，将回油回液造成问题、产生因素及其影响关系进行了详细阐述，实验选用节流阀机器进行各项恶劣工况下的睡眠启动、除霜、稳定等过程的现象观察与结果分析。总结如下：
（1）压缩机回油不良会导致润滑不足、密封性能恶化，缩短其寿命。回液问题会造成回油不良：吸入过多液态冷媒导致过多润滑油被携带吐出，严重时直接导致液击现象，冷媒沉积也会稀释机油，使系统内的润滑油减少。
压缩机出现回油不良问题的主要两大因素是油路循环结构设计不合理和回液问题。回液问题产生因素主要是低温工况下冷媒沉积和蒸发器换热不完全，BSH 值是通过温度判定运行状态的空调器是否有产生回液不良的风险。
（2）节流阀机器因其固定节流方式更易产生回油回液问题，则选用节流阀机器进行回油回液实验。实验结果表明，液面均在T 面以下，回液问题并不严重；低温工况的冷媒沉积启动和除霜过程中的油面接近最低面，制冷过负荷运行过程油面接近X+5水平线。由实验结果结合理论分析可知，低温工况因室外环温较低，易造成冷媒沉积，加之除霜过程系统循环不稳定，导致回油回液问题。高负荷运行条件时，系统压差较大，冷媒循环流量较大，会产生回液问题从而导致回油不良。
（3）经过分析与验证，低温睡眠启动项、低温除霜运行项、高负荷运行项容易产生回油回液问题，行业针对分体式家用空调器的
回油回液问题分析应重点考虑这几项运行工况。行业在回油回液分析研究中出现不良风险时，需要与压缩机厂家共同讨论，针对性地商讨对策。
参考文献
[1] 周玮. 氟利昂制冷系统中压缩机回液的控制[J]. 机电设备, 1998(06): 13-14.
[2] 谭安朋. 关于渔船制冷系统的几个问题[J]. 渔业机械仪器, 1994, 21(111): 13-16.
[3] 臧润清, 车晶. 小型制冷压缩机的湿行程及其防治[J]. 压缩机技术, 2000(03): 8-10.
[4] 张朝晖, 马国远, 石文星, 徐言生. 制冷空调技术创新与实践[M]. 北京：中国纺织出版社有限公司, 2019.
[5] 黄允棋, 何林. 关于房间空调器回油回液问题研究[J]. 家电科技, 2014(05): 68-70.
图3 超低温睡眠启动温度变化曲线图6 超低温睡眠启动压力变化曲线
图4 制热睡眠启动除霜温度变化曲线
图5
制冷过负荷运行温度变化曲线

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