车用空调涡旋压缩机与系统回油

博龙源

        涡旋式压缩机在实际运用中因为“系统的回油不好”引起卸压漏油故障是一种不正常现象，它给该涡旋压缩机的推广和运用造成了极坏的影响，同时也严重影响了汽车空调的使用经济性。
        压缩机作为空调系统中的“心脏”，它的工作运转好坏，直接影响到空调系统制冷是否可以正常工作。因此怎样正确使用关系重大；特别是涡旋式压缩机，其设计理念、结构组成、工作原理等方面都与目前其它类型的压缩机有很大的区别。可以这样说，涡旋式压缩机如果能按技术要求正确使用，基本平均寿命要比其它类型的压缩机长上几年，但是，如果不能按技术要求正确使用，几个月甚至一个月就“搞定”。其主要故障表现为压缩机的前轴、前盖油封漏油。最后因压缩机缺油状态下工作而烧毁卡死。
        涡旋式压缩机是继旋叶式之后发展起来的第四代车用空调压缩机，它具有容积率高，一般可以达到90%以上，比其它类型的压缩机高出约20%。吸气排气过程连续气流脉动小，运行平稳，噪声小，使用寿命长，性价比高等优点，它代表着车用空调压缩机发展的方向和趋势。由于效率高、负载相对较小，节油是一大亮点。
涡旋式汽车空调压缩机是一种新型的大容积压缩机，其工作原理早在1900年就由法国人首先提出，但由于缺乏精确的加工手段来加工涡旋盘，缺乏合适的结构支撑涡轨道运行的动涡旋盘，并且此种机构的轴向气体推力很大，气体泄漏问题不易解决，还有就是涡旋盘之间的磨损问题也较难解决，因此长期以来，这种结构的压缩机未能投入到实际运用当中来，特别是大排量的涡旋压缩机更是其中很多技术难题难以得到解决。目前在国内只有南京奥特佳冷机有限公司才有批量生产这种大排量的涡旋压缩机的能力，其中有很多技术属于世界领先行例，填补并申请国家技术专利达三十二项之多。
        以下是涡旋压缩机的基本构造和结构特性：
        涡旋式压缩机是一种靠定涡旋盘与动涡旋盘的机对运动，使密闭空间中的月牙容积发生变化，从而排出高压的机构，该机构主要由动涡旋盘，定涡旋盘，回旋机构，防旋转机构，前盖部分和离合器机构等组成。该压缩机动、静涡旋盘由铝合金压铸而成，并进行精加工，其中动旋盘还经过特别的热处理工艺。涡旋压缩机在定涡旋盘底部平面上装有防磨板，在动涡旋盘顶端装有密封件，以保证气体的轴向压力不外泄。
为了减少涡旋盘的壁间的泄压和磨擦力，压缩机上设计了柔性偏心驱动的平衡机构，在离心力的推动下，促使二涡旋盘的壁之间可以更好的帖合。

     在产品的推广和实际使用中，这种涡旋式压缩机面临的最难解决的技术难题，就是因“系统回油不好”，引起压缩机内部润滑油缺乏，机件磨损增大，机体温度增高，同时也因为没有足够的润滑油，造成压缩机内动静涡旋盘的轴向和切向间隙的油膜无法建立。引起卸压漏油故障。从而降低产品的使用经济性，由于是新产品，在我国对大部分同行来说，对涡旋式压缩机的了解甚少，在系统维修和系统配置过程中未能有效的克服其弱点，充分发挥其优点，给涡旋式压缩机这一新产品的推广使用蒙上了一层阴影。
    问题的提出：
   2005年作为我国第一家能够批量生产全系列车用涡旋式压缩机厂家产品的华南地区代理商,我们在产品的经销和业务推广中发现一种“怪”现象。
    空调系统厂家在配置涡旋式压缩机的使用过程中，出现有的单位产品使用故障率很低，大约在2%以下，有的单位产品使用故障却高达10%以上，特别是产品进入维修配件市场以后，使用故障率更是在20%以上。
    故障主要表现形式为：涡旋式压缩机的前轴封或前盖漏油，引起压缩机在无油状态下运行，机械磨损加剧，造成压缩机损坏。
    经过几个案例，我们认真检查分析，发现其主要原因是因为空调系统的“回油不好”所造成的。以下举两个有关的案例：
    案例一：
    2005年5月某大巴空调厂，在使用我公司提供的南京奥特佳涡旋式压缩机WX-26机型，装配在该厂生产的六米客车空调系统上进行试验，安装后，试车结果制冷量明显比原配置好很多，制冷量增大，降温速度也明显加快。但同时也出现一个问题，当压缩机工作时，高压侧表压在12kg/c㎡--20 kg/c㎡范围指针强烈抖动异常。
    案例二：
    2005年4月，某旅行社，有台33座南韩中巴，空调系统维修，原系统进厂前配置的是两台杰克赛尔TM21压缩机为双机单系统。因损坏需要更换，厂家为其更换两台南京奥特佳WX-22涡旋式压缩机，试车结果司机反应制冷效果比以前好，比原来降温速度要快很多。但二个月后，厂家反馈回来信息，该车压缩机出现前轴和前盖油封漏油，需要更换新的压缩机。
    故障的检测与排除：
    案例一：
    到现场后，经过了解他们原系统配置的是杰克赛尔TM21压缩机，系统配置的是日本不二工机2.5冷吨膨胀阀，以前没有出现高压抖动现象。与现场工程师一起分析，先是排除了系统抽空不净的原因，后又排除了系统使用的134a冷煤原因，厂家认为他们的工序等没有问题。主要问题还是发生在我们提供的压缩机上。经过分析我们提出我们的观点，认为他们有几个问题需要解决：一是选用的涡旋转式压缩机的排量太大；二是系统内膨胀阀容量选择也较小；三是系统内的冷冻油太少，该车冷冻油与制冷剂的比例为1：18（因为在系统中，原来为了防液击，在蒸发器出口处加装了一个800ml的集液器，使管道容积和储油能力增加）。经与厂家协商，现场决定：①改选用WX-22排量压缩机；②增加系统内用油量与冷煤的比为：1：12。经车试结果，系统中各项技术指标、表压数据都符合要求，高压测表针抖动故障消除。四台试车结果，其中有两台还有在高速时（2500-3000转），出现高压测表压抖动，呈间歇性出现，经分析认为，一是膨胀阀开度较小，始终有一定影响；二是试车时间较短，冷冻油与冷媒没有有效溶解，第二天再试车时，结果一切回变正常。
    案例二：
    维修厂更换新的两台压缩机后，试运行时，我们到现场，并向他们了解情况发现：
    1.该车在维修过程中，为了节约成本，没有按厂家要求，加注的冷媒是假的134a冷媒，实际为R12冷媒。
    2.该车系统原来在其它维修厂维修过，加注的是什么冷媒，他们也不清楚。
    3.该车在换泵时，也没有对系统管道进行彻底清洗。
    现场用手触摸新换上的压缩机（此时的压缩机转速为2000-2500转），触摸位置为压缩机前端部分（离合器方向）机身温度较高约80℃以上。按以往试机的经验和该机的结构可知，该机的前半部分的正常机体温度应40℃以下，故障很明显为“系统回油不好”，高压测表压在10kg/c㎡--18 kg/c㎡范围下抖动厉害。停机后从高压测排油，为乳黄色泡沫油喷出，沉淀后为谒红色油质。后与厂方协商对系统进行排油，具体措施如下：
1．系统预热运转30分钟后，每工作10分钟从系统高压测排油，利用该段为上升段压缩机与车顶高度差约2米，杂油没有与冷媒溶解，油质比较重下沉的原理。利用系统压力从高压测的最低端排油。经过5-10次的排放，共排出一次性用饮水杯6杯，约600ml谒红色冷冻油。
2．加入同等量的与R12互溶的太阳牌5GS冷冻油进入系统，因为此时系统加的是R12冷媒（原机配的是134a专用油PAG56），完成后试车，当转速达到2000-2500转时，机身前端温度在25℃，触摸机身温度比手温度略低一些。证明此时系统回油较好。出厂后使用至今，尚没有发现压缩机泄油故障。                           
    从以上两个案例中，我们得到一个启示：涡旋式压缩机在实际应用中空调系统回油的好坏至关重要，为什么这么说？
    结合涡旋压缩机的工作原理和结构特性理解，如果空调“系统回油不好”就会造成：
    一、压缩机在无油状态下高速运转，机械磨擦力增大，温度上升，在离心力的推动下，涡旋盘之间槽壁不能在油膜作用下很好的贴合，使涡旋盘壁间产生切向卸压引起压缩机内部泄压，造成压缩机前轴油封漏油。
二、压缩机在无油状态下高速运转，在定涡旋盘底面与动涡旋盘的顶部，二者接触面不能生产油膜作用密封，产生轴向卸压，引起压缩机内部泄压，造成压缩机前轴油封漏油。前期外部表现主要是：①高压侧表压抖动异常；②压缩机体前部外表温度在60℃以上，后期则表现为压缩机的前轴和前盖油封漏油。
而造成“系统回油不好”的主要原因有以下几个方面：
（1）系统中使用的冷冻油与制冷剂不能有效溶解，相溶性差，造成“系统回油不好”在实际运用中有的客户为了自身的利益，没有按使用技术要求（涡旋压缩机本身机内装的冷冻油为环保冷冻油PAG润滑油），当向系统内加注的是R12制冷剂。因为R12制冷剂只能与矿物类油相溶，与PAG脂物类油相溶性差。因此，制冷剂与冷冻油，在系统内不能有效溶解与系统内的R12制冷剂一起流动，循环，部分聚集在高压侧气管上升段的管内，一部分在蒸发器后的储液罐内，一部分聚集在冷凝器下部管道，造成“系统回油不好”，压缩机内无法得到充足的冷冻油进行润滑，从而引起卸压漏油故障。
（2）系统与涡旋压缩机匹配不好，造成大马拉小车，造成“系统回油不好”。我们知道，涡旋压缩机容积率比较大，功效比高，工作中进排气过程连续等特点，它比一般压缩机效能高出20%以上。如果在匹配时不注意，在系统内部各参数不变的情况下，选用同排量的涡旋机就会在膨胀阀外产生较大的压力差，如果选择的膨胀阀的开度太小，低压侧的表压在1500转/分，1.1kg/cm3以下时，当吸气压力继续迅速下降时，溶于润滑油中的制冷剂就会逸出而产生泡沫，泡沫过多时将会影响到压缩机的润滑的效果；造成“系统回油不好”，也会引起卸压漏油故障。
（3） 系统内的制冷剂与冷冻油的比例过小，造成“系统回油不好”。通过半年多的实践经验证明，涡旋压缩机在实际运用中，系统内的制冷剂与冷冻油的比例应在1:8—1:10之间较为理想，根据系统设计的不同，有的甚至可以将二者比例提高到1：12。如果还按过去那种斜盘式压缩机系统配油量1:5—1:8就明显不足。涡旋式压缩机的构造特性决定了它在不影响蒸发（过热度5-7℃）和冷凝（过冷度5°以上）的条件下可以适当的增大系统的回流量，因为它没有进气阀片，对液击现象有一定的抗击能力。
我们从有关空调压缩机冷冻油的理论中得知：润滑油在制冷系统中又称冷冻机油，润滑油滑润压缩机的各运动部件，即减少摩擦和磨损，又起到冷却作用，将运动部件保持较低温度，以提高效率。利用油的粘度，使运动部件间形成油膜，维持制冷循环高低压力，起到密封的作用。
在制冷循环的压缩机回流部分对润滑油的技术要求：①润滑性要好，有足够的油量，防止各部件之间的磨损。②消泡性要好，防止因压力变动太大导致起泡影响润滑效果。③特别是润滑油与制冷剂的相溶问题。不同的制冷剂与不同类别的油作用不同，润滑油种类要适合于制冷剂的种类和制冷工况。比如：FCFC（R12）类制冷剂，一般能与矿物类油形成相溶，如环烷基润滑油、太阳牌的5GS，而HFC（134a）类制冷剂，一般只能与脂物类油（合成油）形成相溶，如聚醚润滑油（PAG56）。
如果将二者制冷剂与润滑油调换使用，就会影响二者的相溶性，其结果是：
1．在系统冷凝时，散热器管内传热面上会形成阻碍传热的油膜，影响冷凝器散热效果。
2．在压缩机的内部，润滑油不能随制冷剂渗透各摩擦部件，影响润滑效果。
因此我们说：涡旋压缩机在实际运用中空调系统的“回油好坏”至关重要。

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关于车用空调涡旋压缩机与系统回油问题，涡旋式压缩机出现因系统回油不良导致的卸压漏油故障是不应发生的情况，对压缩机的推广和汽车空调的使用经济性产生严重影响。作为空调系统的核心，压缩机的性能直接关系到整个制冷系统的运行。涡旋式压缩机在正确使用的情况下，其寿命应较其他类型压缩机更长。

针对此问题，需重视并优化系统设计，确保油路的顺畅回油。同时，操作和维护人员需严格按照技术手册进行操作，加强日常检查与维护，确保系统回油正常。建议进一步开展相关研究，提升涡旋压缩机的技术水平和使用稳定性，确保汽车空调系统的正常运行。