旋轉壓縮機內潤滑油分布的模擬

　　壓縮機內潤滑油分布對壓縮機性能有一定影響,但由于滾動(dòng)轉子式壓縮機的全封閉性,對觀(guān)察其內的潤滑油的流動(dòng)狀況就造成了一定的困難,因此本文利用CFD商業(yè)軟件STAR-CD,采用拉格朗日法模擬滾動(dòng)轉子式壓縮機內潤滑油的分布情況。同時(shí)還計算出了高轉速下旋轉式變頻壓縮機的油循環(huán)率(OCR)的大小,壓縮機的電機各個(gè)部分的油滴數量、逃逸油滴數量及質(zhì)量百分比等隨曲軸角度的變化情況。計算結果表明冷媒及潤滑油通過(guò)定子通孔和轉子氣隙流到電機上部,上升不是直線(xiàn)上升,而是隨轉子轉動(dòng)呈螺旋式上升。在高轉速下,壓縮機油循環(huán)率(OCR)較高且處于波動(dòng)狀態(tài)。

　　關(guān)鍵詞：旋轉壓縮機;潤滑油分布;CFD模擬

　　Abstract: Lubricating oil distribution of the compressor has a certain influence on the compressor performance.As rolling piston compressor's total hermetic,it's very difficult to observe lubricating oil flow condition in it.So the author analyzed lubricating oil distribution in rotary compressor with Lagrange method by CFD commercial code STAR-CD.The author also gave the OCR and oil droplets number retained in all motor parts,as well as oil droplet number out of the compressor and the mass fraction of them at high rotation speed.The analysis results show that lots of refrigerant and lubricating oil flowed to the upper motor through the hole within rotor and the air-gap between the rotor and the stator.Oil droplet trace is not a straight-line but a spiral.At high rotary speed,the compressor oil circulation rate is high and in a fluctuation state.

　　Keywords: rotary compressor;lubricating oil;CFD

　　制冷循環(huán)中，潤滑油的作用是在壓縮機內部滑動(dòng)面的潤滑，冷卻以及密封，但是其中有微量的潤滑油與冷媒一起經(jīng)過(guò)上殼蓋排氣管進(jìn)入空調系統，并附著(zhù)于熱交換器管道內壁上，從而增加了熱交換器的傳熱阻力和壓力損耗，降低了熱交換器的效率。另外，壓縮機內潤滑油減少后，造成潤滑不良等問(wèn)題，尤其是高轉速下，帶出的潤滑油量更多。因此提高制冷循環(huán)的性能，確保壓縮機的安全可靠性，降低制冷循環(huán)的油循環(huán)率( 簡(jiǎn)稱(chēng)OCR，表示每單位質(zhì)量的潤滑油與制冷劑的混合物中，潤滑油所占的質(zhì)量百分比) 是非常重要的。但由于滾動(dòng)轉子式壓縮機的全封閉性，對觀(guān)察其內的潤滑油的流動(dòng)狀況就造成了一定的困難。近年來(lái)，計算流體力學(xué)( CFD) 技術(shù)的快速發(fā)展，為流體機械的研究提供了重要途徑。2010 年印度工程師利用CFD 仿真手段對降低旋轉式壓縮機OCR 進(jìn)行了仿真設計。連續相速度越小，則OCR 越小，該工程師根據這一特點(diǎn)通過(guò)計算壓縮機內潤滑油通道不同截面處連續相的速度來(lái)間接判斷OCR 的大小。并進(jìn)一步優(yōu)化氣體通過(guò)電機時(shí)的流動(dòng)情況，使得速度及壓降都降低，從而達到減小OCR 的目的［1］。

　　2006 年日本松下工程師提出了2 種降低CO2壓縮機OCR 的方案，并用CFD 手段來(lái)驗證方案的正確性。該工程師通過(guò)優(yōu)化滾動(dòng)活塞的徑向密封和葉片槽的密封等方法將OCR 降低至0．1Wt%。CFD 模擬計算表明，在殼體高壓區存在著(zhù)冷媒夾帶潤滑油霧的環(huán)狀流動(dòng)，而環(huán)狀流動(dòng)與CO2
壓縮機的出油率有很大關(guān)系［2］。但上述文獻中都是間接計算旋轉式壓縮機OCR 的，直接計算OCR 的還很少見(jiàn)，另外關(guān)于壓縮機油循環(huán)率( OCR) 隨曲軸轉角的變化情況的研究也很少。

　　本文將基于CFD 技術(shù)，采用STAR-CD 軟件，對旋轉式壓縮機內潤滑油的流動(dòng)狀況進(jìn)行分析研究，分析潤滑油在壓縮機內的流動(dòng)軌跡以及油滴在壓縮機各個(gè)部分的分布，重點(diǎn)討論壓縮機油循環(huán)率的計算情況。

　　(1) 滾動(dòng)轉子式壓縮機工作壓力較高，且是全封閉的，試驗觀(guān)察其內的潤滑油流動(dòng)狀況很難，而采用拉格朗日法對壓縮機內潤滑油的分布情況進(jìn)行CFD 模擬是一種快速有效的分析方法。通過(guò)CFD 分析可以清晰地刻畫(huà)潤滑油在壓縮機內的流動(dòng)情況;

　　(2) 通過(guò)計算得到了高轉速下旋轉式變頻壓縮機OCR 的大小，壓縮機的電機各個(gè)部分的油滴數量、逃逸油滴數量及質(zhì)量百分比等隨曲軸角度的變化情況，為壓縮機油循環(huán)率的研究提供了重要的參考依據;

　　(3) 計算結果表明冷媒及潤滑油通過(guò)定子通孔和轉子氣隙流到電機上部，潤滑油隨轉子轉動(dòng)呈螺旋式上升。在高轉速下，壓縮機OCR 較高且處于波動(dòng)狀態(tài)。

參考文獻：
　　[1]Kamal Sharma,et al.CFD Analysis of Discharge Gasflow in Rotary Compressor for OCR Reduction[C].In-ternational Compressor Engineering Conference at Pur-due,July 12-15,2010.
　　[2]Takeshi Ogata,Hiroshi Hasegawa,et al.Reduction ofOil Discharge for Rolling Piston Compressor Using CO2Refrigerant[C].International Compressor EngineeringConference at Purdue,July 17-20,2006.
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