CN101498298B - 一种测量小型制冷压缩机油循环量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量小型制冷压缩机油循环量的装置及方法，其替代制冷子***采用两级加热油分离结构，其中所述的制冷运行单元：被测压缩机的排气口和吸气口分别通过排气接口、吸气接口与排气油分入口阀、排气油气分离器、冷凝管、排气油分出口阀、膨胀阀、吸气油分入口阀、蒸发管、吸气油气分离器、吸气油分出口阀依次连接成一个回路，排气旁通阀并联在排气油分入口阀和排气油分出口阀两端，吸气旁通阀并联在吸气油分入口阀和吸气油分出口阀两端，平衡阀并联在排气接口和吸气接口两端。本发明测量装置及方法主要是通过压缩机在可变工况状态下以连续和间断循环停开方式运行，对制冷回路进行两级加热油分离。

Description

一种测量小型制冷压缩机油循环量的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测试小型制冷压缩机油循环量的技术领域，更具体的说涉及一种测量制冷***油循环量的装置和方法。

背景技术

制冷***是由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及其他辅助设备组成的一个封闭***。压缩机工作时，其内部有大量的摩擦，为保证压缩机可靠运行并提高压缩机的性能，润滑是重要的一个环节。压缩机的润滑***具有密封、冷却、防蚀和防锈的作用，其性能的优劣制约着制冷***的性能优劣。由于加工技术的限制，小型制冷压缩机仍然采用液体润滑。因此，在制冷循环进行时，制冷剂要和润滑油相接触，制冷剂和润滑油会有相溶。由于制冷剂在制冷***中循环流动，压缩机中的润滑油总是有一部分会随着压缩机的排气流入冷凝器并在制冷***中循环。即便是安装了油分离器的制冷循环中，也会有一小部分从排气腔中排出的润滑油将再由各种间隙通道进入制冷***，开始下一个循环。润滑油的循环既会影响到制冷***的工作性能，流入制冷循环的油循环量也是压缩机润滑和密封性能评定的一个重要标准。因此，油循环量的测定对于压缩机性能的评定非常关键。

不少学者已经研究了润滑油对于压缩机性能的影响，但是大多是基于理论研究。目前压缩机制造商、润滑油供应商和密封件制造商对于压缩机的供油量这一技术指标还主要依靠前人留下的经验公式。但是这些经验公式缺乏足够的数据支持。传统的测油方式操作复杂且不够精确。目前尚缺乏准确度高而操作方便的油循环量测试方法和测试装置。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提供一种小型制冷压缩机油循环量测度装置和利用该测量装置进行油循环量测量的方法，通过量化实验测得压缩机的油循环量，根据结果来评价被测压缩机的润滑和密封性能，作为评价压缩机性能优劣的一项标准。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种测量小型制冷压缩机油循环量的装置，包括使压缩机工作于特定工况条件下的替代制冷子***和对替代制冷子***进行工况条件控制和油循环量测量的测控子***，替代制冷子***包括制冷运行单元、加制冷剂单元和抽真空单元，所述加制冷剂单元配备有制冷剂钢瓶，所述抽真空单元配备有真空泵，其特征在于：替代制冷子***采用两级加热油分离结构，其中所述制冷运行单元的被测压缩机排气口和吸气口分别通过排气接口、吸气接口与排气油分入口阀、排气油气分离器、冷凝管、排气油分出口阀、膨胀阀、吸气油分入口阀、蒸发管、吸气油气分离器、吸气油分出口阀依次连接成一个回路，排气旁通阀并联在排气油分入口阀和排气油分出口阀两端，吸气旁通阀并联在吸气油分入口阀和吸气油分出口阀两端，平衡阀并联在排气接口和吸气接口两端，所述特定工况条件：冷凝温度55±4℃，蒸发温度-23.3±3℃，回气温度32±2℃，油分环境温度60±2℃，压缩机使用环境温度22±5℃。

所述蒸发管和冷凝管置于油分室内，油分室内配有调节其环境温度的电加热管一和循环风扇一，蒸发管处装有吸气风扇，制冷运行单元的回气温度通过控制吸气风扇来调节，被测压缩机被置于环境室中，环境室内配有用于调节压缩机环境温度的电加热管二和循环风扇二，所述膨胀阀还与控制其开口度的步进电机相连，通过该步进电机调节膨胀阀的开口度来控制蒸发温度，制冷运行单元的冷凝温度由制冷剂的添加量来调节。

一种利用上述装置进行油循环量测量的方法，其特征在于按以下步骤进行油分离：

1)预热步骤：开启压缩机，关平衡阀，关排气油分入口阀、排气油分出口阀、吸气油分入口阀、吸气油分出口阀，开排气旁通阀、吸气旁通阀，控制替代制冷子***达到一定工况，并将油分室的环境温度调至50～70℃；预热时间T1为60～120分钟；

2)连续运行步骤：开启压缩机，关闭平衡阀，关排气旁通阀、吸气旁通阀，开排气油分入口阀、排气油分出口阀、吸气油分入口阀、吸气油分出口阀；连续运行时间T2为2～4小时；

3)间断循环停开运行步骤：分为压缩机开启和关闭两个步骤，在开启步骤，压缩机开，平衡阀关，关排气旁通阀、吸气旁通阀，开排气油分入口阀、排气油分出口阀、吸气油分入口阀、吸气油分出口阀，运行时间T5为10～20分钟；在关闭步骤，压缩机关，平衡阀开，关排气旁通阀、吸气旁通阀，开排气油分入口阀、排气油分出口阀、吸气油分入口阀、吸气油分出口阀，运行时间T6为10～20分钟，时间T5和T6的总和为一个运行周期T4，间断循环停开运行步骤时间为10～15个周期。

4)称重步骤：在连续运行步骤和间断循环停开运行步骤过后，分别通过量筒从吸气油气分离器和排气油气分离器中取油，两个步骤油量总和为油循环量。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明测量装置主要是通过压缩机在可变工况状态下以连续和间断循环停开方式运行，对制冷回路进行两级加热油分离，由于润滑油始终为液态，而制冷剂可以加热为气态，采用蒸发管和冷凝管来替代蒸发器和冷凝器，在冷凝管之前和蒸发管之后安装油气分离器，使制冷剂和润滑油的混合物通过油气分离器进行气液分离。本测量方法通过加热油分回路，进行若干时间的制冷循环，首先需要对整个制冷***回路进行预热，将整个回路的空气温度加热到某一个温度点，在油分步骤被测压缩机先后进行连续工作和间断循环停开若干时间，将混入制冷***的润滑油通过吸气油气分离器和排气油气分离器从制冷剂和润滑油的混合物中分离出来。

附图说明

图1为本发明测量装置的替代制冷子***结构示意图

图2为本发明测量装置的测控子***的硬件框架图；

图3为本发明测量方法的替代制冷子***在预热步骤时的运行回路示意图；

图4为本发明测量方法的替代制冷子***在连续运行步骤时的运行回路示意图；

图5为本发明测量方法的替代制冷子***在间断循环停开运行步骤时的运行回路示意图；

图中包括：被测压缩机1，排气油分入口阀2，排气油气分离器3，冷凝管4，排气油分出口阀5，膨胀阀6，吸气油分入口阀7，吸气油气分离器8，蒸发管9，吸气油分出口阀10，平衡阀11，排气旁通阀12，吸气旁通阀13，油分室14，电加热管一15，循环风扇一16，吸气风扇17，环境室18，电加热管二19，循环风扇二20，真空阀21，真空泵22，加液阀23，制冷剂钢瓶24。

具体实施方式

参见图1一种测量小型制冷压缩机油循环量的装置，包括使压缩机工作于特定工况条件下的替代制冷子***和对替代制冷子***进行工况条件控制和油循环量测量的测控子***，替代制冷子***包括制冷运行单元、加制冷剂单元和抽真空单元，替代制冷子***采用两级加热油分离结构，其中制冷运行单元：被测压缩机1的排气口和吸气口分别通过排气接口、吸气接口与排气油分入口阀2、排气油气分离器3、冷凝管4、排气油分出口阀5、膨胀阀6、吸气油分入口阀7、蒸发管9、吸气油气分离器8、吸气油分出口阀10依次连接成一个回路，排气旁通阀12并联在排气油分入口阀2和排气油分出口阀5两端，吸气旁通阀13并联在吸气油分入口阀7和吸气油分出口阀10两端，平衡阀11并联在排气接口和吸气接口两端。加制冷剂单元中的制冷剂钢瓶24通过加液阀23连接到被测压缩机1的吸气接口。抽真空单元的真空泵22通过真空阀21连接到被测压缩机1的排气接口。冷凝管4和蒸发管9置于油分室14内，油分室14内配有调节其环境温度的电加热管一15和循环风扇一16，蒸发管9处装有吸气风扇17，制冷运行单元的回气温度通过控制吸气风扇17来调节，被测压缩机1被置于环境室18中，环境室18内配有用于调节被测压缩机1环境温度的电加热管二19和循环风扇二20，膨胀阀6还与控制其开口度的步进电机(图中未示出)相连，通过该步进电机调节膨胀阀的开口度来控制蒸发温度，制冷运行单元的冷凝温度由制冷剂的添加量来调节。

本发明装置的测控子***硬件框架如图2所示，测控子***采用工业控制计算机为控制核心，由电参数采集模块、步进电机控制模块、数据采集模块、I/O控制模块组成。电参数采集模块的电量测量仪表采用单相综合电量表，通过RS-485隔离转换器和与工业控制计算机相连的RS-232接口连接，通过RS485隔离转换器，将采集到的电参数传送到工业控制计算机。步进电机控制模块：通过RS-485隔离转换器和与工业控制计算机相连的RS-232接口连接，用于根据工业控制计算机传送的步进电机转速和转动角度的信号驱动电机转动，该步进电机控制模块还与安插到工业控制计算机的ISA总线插槽上的I/O控制卡相连，根据工业控制计算机传送的步进电机正反转的信号驱动电机，从而控制步进电机实现膨胀阀的开口度调节；数据采集模块：通过ISA总线与工业控制计算机相连，用于采集替代制冷子***的温度值、压力值和真空度测量值，数据采集模块：包括通过ISA总线与工业控制计算机相连的PCL-813A/D采集卡、分别通过端子板与PCL-813A/D采集卡相连的温度变送器和压力传感器、与PCL-813A/D采集卡相连的真空计、与温度变送器相连的温度传感器，温度传感器用于采集替代制冷子***的排气温度、吸气温度、油分室环境温度、压缩机环境室温度等；压力传感器用于采集替代制冷子***的排气压力、吸气压力等，PCL-813A/D采集卡用于将采集的温度值和压力值传到工业控制计算机。I/O控制模块：包括通过ISA总线与工业控制计算机相连的PCL-730I/O控制卡、分别与PCL-730I/O控制卡相连的固态继电器(SSR)和继电器板，固态继电器与替代制冷子***的电加热管、真空泵相连，继电器板分别与替代制冷子***的风扇、被测压缩机、电磁阀(包括排气油分入口阀2、排气油分出口阀5、吸气油分入口阀7、吸气油分出口阀10、平衡阀11、排气旁通阀12、吸气旁通阀13、真空阀21、加液阀23)的电源相连，控制相关电源的通断。

本发明装置的测控子***主要是完成参数控制、数据采集、试验报表等功能，这些都通过工业控制计算机自动完成。

本发明装置替代制冷子***的温度测量点为：排气温度、吸气温度、环境室温度和油分室温度。

本发明装置替代制冷子***的压力测量点为：压缩机的排气压力和吸气压力。

本发明装置的电参数为：被测压缩机的电源电压、电流、功率、频率、功率因数。

除此之外，本发明装置还要测量制冷***的真空度。

本发明装置采用了铂电阻温度传感器，在温度传感器中铂测温电阻最稳定，测温范围宽。本装置中使用恒流三线制接线方式的铂电阻温度传感器PT100。压力传感器采用PB8100BNM型扩散硅压力变送器。真空度测量采用DZA1型电阻真空计。

为了方便各种方式的通讯，本发明装置的数据采集设计了多种模式的通讯方式，有RS232，RS485，以及CAN等。其中电量表和步进电机的通讯都需要RS485通讯，通过RS232转RS485实现与工控机的通讯。数据采集与工业控制计算机通过CAN总线通讯连接。

本发明装置在运行过程中，替代制冷子***必须在一定工况下运行，工况条件如表一所示：

表一油循环量测试工况要求

冷凝温度(℃)	55±4
		蒸发温度(℃)	-23.3±3
回气温度(℃)	32±2
		油分环境温度(℃)	60±2
使用环境温度(℃)	22±5

测控子***对替代制冷***的工况条件进行控制，即对蒸发温度、冷凝温度、回气温度、环境温度和油分室温度进行控制。

1)蒸发温度控制

制冷子***的蒸发温度和吸气压力是对应的，通过控制吸气压力可以实现对蒸发温度的控制。吸气压力是由膨胀阀6调节的，膨胀阀6的开启度小，制冷剂通过的流量就少，吸气压力就低；膨胀阀6的开启度大，制冷剂通过的流量就多，吸气压力也就高。根据制冷剂的热力性质，吸气压力越低，相对应的蒸发温度就越低；吸气压力越高，相对应的蒸发温度也就越高。因此通过软件对与膨胀阀相连的步进电机进行调节，就可以控制蒸发温度。

2)冷凝温度控制

制冷子***的冷凝温度和排气压力是对应的，通过控制排气压力可以实现对冷凝温度的控制。本***主要通过制冷剂的添加量来控制排气压力。根据制冷剂的热力性质，排气压力越低，相对应的冷凝温度就越低；排气压力越高，相对应的冷凝温度也就越高。因此通过软件对制冷剂钢瓶和加液阀进行控制，就可以控制冷凝温度。

3)回气温度控制

回气温度的高低是通过控制蒸发管9的吸气风扇17内来实现调节的。由油分室14的电加热管一15对蒸发管9和冷凝管4进行加热，当蒸发管9温度过高时，启动吸气风扇17来降低回气温度。因此通过软件来控制吸气风扇17的开关，就可以控制回气温度。

4)环境温度控制

环境温度是由环境室18内的电加热管二19和循环风扇二20进行控制，当环境温度过低时，可以通过对环境室18的加热使环境温度均匀。

5)油分室温度控制

油分室14温度是由油分室14内的电加热管一15进行加热控制，通过循环风扇一16进行冷却控制，可以通过加热和冷却操作来控制整个油分室温度均匀。

本发明装置是典型的计算机测试和控制闭环***，软件设计的开发工具选用Delphi 7，该开发工具是运行于Windows平台下的一种可视化的高级编程语言，适合于开发视窗类应用程序。该测控软件不再局限于单纯的数据采集和设备控制，更多的增加了实时曲线显示、数据管理与分析、过程智能控制、报表自动打印等功能。

本发明的油循环量测量方法，使被测压缩机在额定电压下，采用连续运行和循环停开结合使用的测量方式进行测量，按以下步骤进行油分离：

1)预热步骤：开启压缩机(1)，关平衡阀(11)，关排气油分入口阀(2)、排气油分出口阀(5)、吸气油分入口阀(7)、吸气油分出口阀(10)，开排气旁通阀(12)、吸气旁通阀(13)，控制替代制冷子***达到一定工况，完成制冷回路和压缩机的预热，开始加热油分室14，并将油分室14的环境温度调至50～70℃，油分室14的环境温度最佳为60℃；预热时间T1为60～120分钟，使压缩机运行达到稳定状态，压缩机在规定的工况和环境运行达到热平衡，标志为压缩机壳体温度基本呈水平波动，实验证明：压缩机运行90分钟后，壳体温度波动在±1℃内，热气流通过图3中箭头所示的回路，将整个回路的空气温度加热到温度点。

2)连续运行步骤：开启压缩机(1)，关闭平衡阀(11)，关排气旁通阀(12)、吸气旁通阀(13)，开排气油分入口阀(2)、排气油分出口阀(5)、吸气油分入口阀(7)、吸气油分出口阀(10)；连续运行时间T2为2～4小时，时间T2最佳为3小时；制冷回路如图4中箭头所示运行，实现制冷剂和润滑油混合物的连续加热，进行润滑油分离，使制冷剂和润滑油的混合物通过油气分离器进行气液分离。

3)间断循环停开运行步骤：分为压缩机开启和关闭两个步骤，制冷回路运行如图5所示，在开启步骤，压缩机(1)开，平衡阀(11)关，关排气旁通阀(12)、吸气旁通阀(13)，开排气油分入口阀(2)、排气油分出口阀(5)、吸气油分入口阀(7)、吸气油分出口阀(10)；气流通过如图5中的箭头1所示管路运行，运行时间T5为10～20分钟，时间T5最佳为10分钟；在关闭步骤，压缩机(1)关，平衡阀(11)开，关排气旁通阀(12)、吸气旁通阀(13)，开排气油分入口阀(2)、排气油分出口阀(5)、吸气油分入口阀(7)、吸气油分出口阀(10)；气流通过如图5中的箭头2所示管路运行，运行时间T6为10～20分钟，时间T6最佳为10分钟，时间T5和T6的总和为一个运行周期T4，间断循环停开运行步骤时间为10～15个周期，最佳为12个周期。

4)称重步骤：在连续运行步骤和间断循环停开运行步骤过后，分别通过量筒从吸气油气分离器(8)和排气油气分离器(3)中取油，两个步骤(连续运行步骤和间断循环停开运行步骤)油量总和为油循环量。

一般小型制冷压缩机的注油量为300克左右，为保证压缩机的正常运行，总分油量不要超过5％，实际测试结果，一般小型制冷压缩机的排油量在1.6克/小时，因此压缩机总的分油运行时间(连续运行+间断循环停开运行)控制在9小时左右，一般小型制冷压缩机在设计应用中，压缩机的运行时间占总的分油运行时间的比例为60％左右，因此，连续运行和间断循环停开运行测试中，压缩机的运行时间也基本按此比例。

本发明装置进行油循环量测量的具体操作过程如下：

1)将被测压缩机1安装到测试平台上，连接完毕后，开启总电源，登入测控软件***；

2)将替代制冷子***抽真空。首先打开真空阀以及测试***的油分阀、旁通阀、平衡阀，然后启动真空泵，将替代制冷***抽真空；

3)在替代制冷***中加制冷剂。首先关闭真空阀和真空泵，然后打开加液阀，在被测制冷***中根据要求加入适当量的制冷剂，最后关闭所有电磁阀；

4)开始正式测试，进入预热阶段，依次通过预热、连续加热和停开三个阶段，完成油循环量测试，在测试的过程中自动调节替代制冷***工况，使之运行在规定范围内；

5)测试结束后，自动打印测试报表，关闭测试***。

从试验得出的结果分析，我们可以得出小型制冷压缩机的润滑油注油量的最佳结果，而这个结果对压缩机的性能和寿命是非常有意义的。

本发明装置属于全自动型制冷压缩机油循环量测试设备。该发明装置能自动完成***开关、自检、控制工况、检测所需项目、处理数据、保存数据、打印报表，还能完成加制冷剂、抽真空、低压保护等。本发明含有智能控制和手动控制两种模式选择，可以对制冷工况进行手动调节，以及对制冷***中的阀进行手动开关控制。

本测试装置准确度高，测试结果准确可靠。测试过程可视化，对异常情况反应迅速。测试台功能齐全，集成度高，操作简单方便，且设计灵活，扩展性强。

Claims (9)

1.一种测量小型制冷压缩机油循环量的装置，包括使压缩机工作于特定工况条件下的替代制冷子***和对替代制冷子***进行工况条件控制和油循环量测量的测控子***，替代制冷子***包括制冷运行单元、加制冷剂单元和抽真空单元，所述加制冷剂单元配备有制冷剂钢瓶(24)，所述抽真空单元配备有真空泵(22)，其特征在于：替代制冷子***采用两级加热油分离结构，其中所述制冷运行单元的被测压缩机(1)排气口和吸气口分别通过排气接口、吸气接口与排气油分入口阀(2)、排气油气分离器(3)、冷凝管(4)、排气油分出口阀(5)、膨胀阀(6)、吸气油分入口阀(7)、蒸发管(9)、吸气油气分离器(8)、吸气油分出口阀(10)依次连接成一个回路，排气旁通阀(12)并联在排气油分入口阀(2)和排气油分出口阀(5)两端，吸气旁通阀(13)并联在吸气油分入口阀(7)和吸气油分出口阀(10)两端，平衡阀(11)并联在排气接口和吸气接口两端，所述特定工况条件：冷凝温度55±4℃，蒸发温度-23.3±3℃，回气温度32±2℃，油分环境温度60±2℃，压缩机使用环境温度22±5℃。

2.如权利要求1所述的一种测量小型制冷压缩机油循环量的装置，其特征在于：所述蒸发管(9)和冷凝管(4)置于油分室(14)内，油分室(14)内配有调节其环境温度的电加热管一(15)和循环风扇一(16)，蒸发管(9)处装有吸气风扇(17)，制冷运行单元的回气温度通过控制吸气风扇(17)来调节，被测压缩机(1)被置于环境室(18)中，环境室(18)内配有用于调节压缩机环境温度的电加热管二(19)和循环风扇二(20)，所述膨胀阀(6)还与控制其开口度的步进电机相连，通过该步进电机调节膨胀阀(6)的开口度来控制蒸发温度，制冷运行单元的冷凝温度由制冷剂的添加量来调节。

3.如权利要求1或2所述的一种测量小型制冷压缩机油循环量的装置，其特征在于：所述加制冷剂单元中的制冷剂钢瓶(24)通过加液阀(23)连接到被测压缩机(1)的吸气接口。

4.如权利要求1或2所述的一种测量小型制冷压缩机油循环量的装置，其特征在于：所述抽真空单元的真空泵(22)通过真空阀(21)连接到被测压缩机(1)的排气接口。

5.一种利用如权利要求1或2所述的装置进行油循环量测量的方法，其特征在于按以下步骤进行油分离：

1)预热步骤：开启压缩机(1)，关平衡阀(11)，关排气油分入口阀(2)、排气油分出口阀(5)、吸气油分入口阀(7)、吸气油分出口阀(10)，开排气旁通阀(12)、吸气旁通阀(13)，控制替代制冷子***达到一定工况，并将油分室(14)的环境温度调至50～70℃；预热时间T1为60～120分钟；

2)连续运行步骤：开启压缩机(1)，关闭平衡阀(11)，关排气旁通阀(12)、吸气旁通阀(13)，开排气油分入口阀(2)、排气油分出口阀(5)、吸气油分入口阀(7)、吸气油分出口阀(10)；连续运行时间T2为2～4小时；

3)间断循环停开运行步骤：分为压缩机开启和关闭两个步骤，在开启步骤，压缩机(1)开，平衡阀(11)关，关排气旁通阀(12)、吸气旁通阀(13)，开排气油分入口阀(2)、排气油分出口阀(5)、吸气油分入口阀(7)、吸气油分出口阀(10)，运行时间T5为10～20分钟；在关闭步骤，压缩机(1)关，平衡阀(11)开，关排气旁通阀(12)、吸气旁通阀(13)，开排气油分入口阀(2)、排气油分出口阀(5)、吸气油分入口阀(7)、吸气油分出口阀(10)，运行时间T6为10～20分钟，时间T5和T6的总和为一个运行周期T4，间断循环停开运行步骤时间为10～15个周期。

4)称重步骤：在连续运行步骤和间断循环停开运行步骤过后，分别通过量筒从吸气油气分离器(8)和排气油气分离器(3)中取油，两个步骤油量总和为油循环量。

6.如权利要求5所述的油循环量测量的方法，其特征在于：所述预热步骤中油分室(14)的环境温度最佳为60℃。

7.如权利要求5所述的油循环量测量的方法，其特征在于：所述预热步骤的时间T1最佳为90分钟。

8.如权利要求5所述的油循环量测量的方法，其特征在于：所述连续运行步骤的时间T2最佳为3小时。

9.如权利要求5所述的油循环量测量的方法，其特征在于：所述间断循环停开运行步骤，其中开启步骤的运行时间T5为10分钟，关闭步骤的运行时间T6为10分钟，间断循环停开运行步骤时间最佳为12个周期。

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