旋轉(zhuǎn)壓縮機內(nèi)潤滑油分布的模擬

　　壓縮機內(nèi)潤滑油分布對壓縮機性能有一定影響,但由于滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的全封閉性,對觀察其內(nèi)的潤滑油的流動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轉(zhuǎn)子式壓縮機內(nèi)潤滑油的分布情況。同時還計算出了高轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)式變頻壓縮機的油循環(huán)率(OCR)的大小,壓縮機的電機各個部分的油滴數(shù)量、逃逸油滴數(shù)量及質(zhì)量百分比等隨曲軸角度的變化情況。計算結(jié)果表明冷媒及潤滑油通過定子通孔和轉(zhuǎn)子氣隙流到電機上部,上升不是直線上升,而是隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動呈螺旋式上升。在高轉(zhuǎn)速下,壓縮機油循環(huán)率(OCR)較高且處于波動狀態(tài)。

　　關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)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(nèi)部滑動面的潤滑，冷卻以及密封，但是其中有微量的潤滑油與冷媒一起經(jīng)過上殼蓋排氣管進入空調(diào)系統(tǒng)，并附著于熱交換器管道內(nèi)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(nèi)潤滑油減少后，造成潤滑不良等問題，尤其是高轉(zhuǎn)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( 簡稱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。但由于滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的全封閉性，對觀察其內(nèi)的潤滑油的流動狀況就造成了一定的困難。近年來，計算流體力學( 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(zhuǎn)式壓縮機OCR 進行了仿真設(shè)計。連續(xù)相速度越小，則OCR 越小，該工程師根據(jù)這一特點通過計算壓縮機內(nèi)潤滑油通道不同截面處連續(xù)相的速度來間接判斷OCR 的大小。并進一步優(yōu)化氣體通過電機時的流動情況，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 手段來驗證方案的正確性。該工程師通過優(yōu)化滾動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(qū)存在著冷媒夾帶潤滑油霧的環(huán)狀流動，而環(huán)狀流動與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(zhuǎn)式壓縮機OCR 的，直接計算OCR 的還很少見，另外關(guān)于壓縮機油循環(huán)率( OCR) 隨曲軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)式壓縮機內(nèi)潤滑油的流動狀況進行分析研究，分析潤滑油在壓縮機內(nèi)的流動軌跡以及油滴在壓縮機各個部分的分布，重點討論壓縮機油循環(huán)率的計算情況。

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

　　(2) 通過計算得到了高轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)式變頻壓縮機OCR 的大小，壓縮機的電機各個部分的油滴數(shù)量、逃逸油滴數(shù)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(jù);

　　(3) 計算結(jié)果表明冷媒及潤滑油通過定子通孔和轉(zhuǎn)子氣隙流到電機上部，潤滑油隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動呈螺旋式上升。在高轉(zhuǎn)速下，壓縮機OCR 較高且處于波動狀態(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.
　　[3]黃思.水力旋流器內(nèi)油水分離過程的三維數(shù)值模擬[J].華南理工大學學報(自然科學版),2006,(11):29-32.
　　[4]姜宗林,陳耀松.關(guān)于RNG代數(shù)湍流模式的研究[J].力學學報,1995,(01):99-102.
　　[5]胡勝波,蘇莫明.不同湍流模型在離心壓縮機葉輪內(nèi)流場數(shù)值模擬中的比較研究[J].流體機械,2010,38(8):29-33.