一种制冷压缩机曲轴冷冻机油排量测量系统的设计

　　0 引言

　　冷冻机油即制冷压缩机润滑油。与普通润滑油相比，凝固温度(倾点)比较低。在较低的温度下有较好的流动性，如曲轴箱、蒸发器中，冷冻机油质量的好坏直接影响零部件的磨损和压缩机的寿命、性能。压缩式制冷系统中为了保证制冷压缩机的正常工作,必须对运动部件进行润滑。因此,冷冻润滑油在制冷压缩机中是必不可少的[1]。制冷压缩机中的冷冻机油在曲轴的转动产生向心力的作用下，通过曲轴的出油孔从压缩机底部到达机构上端，从而使得冷冻机油润滑压缩机内的工作部件，保护零部件，减少机械磨损和减低噪声。

　　制冷压缩机的寿命和性能不仅与所用冷冻机油质量有关，而且与曲轴冷冻机油排量大小也有着密切关系。目前对于制冷压缩机曲轴冷冻机油的排量的研究很少，也鲜有关于这方面的理论计算模型，大部分研究人员关注的重心是压缩机转速的控制及内部机构的设计和研发。本文针对此提出了一种制冷压缩机曲轴冷冻机油排量测量的系统设计方案及对其实现。

　　1 曲轴排出冷冻机油的原理

　　曲轴排油量是指曲轴在运转的过程中，单位时间内将压缩机底部储存的冷冻机油通过轴孔引致曲轴上端排出的油量。制冷压缩机曲轴排油空的设计如图1所示。

　　1.1毛细现象

　　毛细现象是指液体在细管状物体内侧，由于其表面张力与附着粒的差异、克服地心张力而变化的现象表面对固体表面的吸引力[2]。毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外冷冻机油在毛细现象的作用下，在曲轴的底部浸入机油中时会向上爬升一段距离，爬升的高度与液体的浸润程度及油孔的半径有关，上升高度=2×表面张力系数×cos接触角/(液体密度×重力加速度×液面半径)。

　　计算公式如下：

式中Y：表面张力;θ：接触角;ρ：液体的密度;

　　g：重力加速度;r：细管半径

　　1.2向心力作用

　　只存在毛细现象还不足以让压缩机底部的冷冻机油通过油孔到达曲轴上端，曲轴在转动的情况下，孔中得冷冻机油通过向心力的作用产生向上爬升的力，从而可以沿着S形的油孔到达曲轴的顶部(见图1所示曲轴油孔)。曲轴的旋转方向应与S形油孔的方向相反。为方便计算，这里假设油孔中某一极小段冷冻机油为一质点模型，则其在曲轴转动时的受力模型如图2所示，质点沿径向所受的合力——提供质点作圆周运动的向心力[3]为FX，随曲轴的转速而变化的力，其中FN为反作用力。当质点的转速达到某一临界值v0时在向心力和反作用力及自身重力的共同作用下保持静止，当转速超过v0后，质点在向心力和反作用力的共同作用下将克服自身重力，沿着孔壁向上爬升，爬升的速度与转速从正比。由此可以看出曲轴冷冻机油的排量与曲轴的转速有关。