冰箱变频压缩机泵油系统的改进设计

　　1 引言

　　在冰箱压缩机中，润滑油具有重要的作用：降低部件磨损、减少摩擦损失、冷却以及降低噪声等。图1所示为全封闭冰箱压缩机的内部结构，芦管状的吸油管末端浸入油槽的润滑油中，利用曲轴的旋转运动作为泵油驱动力。曲轴和吸油管的结构如图2所示，曲轴转动时，润滑油在通过吸油管后流经径向油孔进入曲轴外侧的螺旋槽内，润滑滑动轴承部分，同时沿着螺旋槽继续向上流动，进入曲柄(本文将称为油杯)，通过油杯的径向油孔润滑连杆的大、小头。

　　对于变频压缩机，曲轴转速变化范围较大，例如1200~4800 r/min。采用变频技术后，在较低转速下，原吸油管结构泵油量过少甚至无法供油。针对此问题，一些公司采用一种螺旋槽结构代替原来的芦管状吸油管供油。例如，用一段中空管代替原芦管状吸油管卡装在曲轴末端，内壁面加工有螺旋槽，在螺旋槽长度范围内布置一空心圆柱。该空心圆柱固定在电机定子上，不随曲轴的旋转而转动，并与中空管的内壁保持一定间隙，其结构如图3所示。当压缩机旋转时，中空管随曲轴旋转，空心圆柱固定，依靠剪切力，两者之间的速度差驱动润滑油沿着螺旋槽向供油孔流动，从而达到增加泵油量的目的。将螺旋槽的结构布置在空心圆柱外壁亦能实现相同的供油润滑功能。这些结构能够保证为曲轴在低转速下提供足够的润滑油;然而，泵油系统的泵油量随压缩机转速成正比例上升，导致在高转速下供油量过多，过量的润滑油被从油杯中甩出，使润滑油冲刷气缸、气阀组件、消声器等部件，导致润滑油进入制冷剂循环，降低换热器性能，降低制冷系统的效率。

　　因此有必要对泵油系统进一步改进，减少高转速下的供油量。

　　目前，已有若干学者对全封闭小型制冷压缩机的泵油系统做过研究。Hyun Jin Kim 等将泵油系统的驱动力分为两部分，即转子旋转形成的离心力和螺旋槽与固定轴承壁面之间的粘滞力，并据此分析计算了各润滑部位的润滑油流量;Kim 等指出润滑油流量与曲轴内部油沟的形状有密切关系;Cho 等和Drosst 等发现润滑油流量随温度而变化，并获得了油槽油位对润滑油流量的影响的数据;Antonio J.Lückmann 等人利用Star-CD 软件采用VOF 方法计算出了曲轴冰箱压缩机曲轴旋转时润滑油的自由液面，以及泵油时间、出口流量等数据。珠海格力电器的胡余生等人也利用VOF 的方法对压缩机泵油系统进行了仿真模拟，计算出了大气环境下泵油系统内部油的分布状态及不同频率下的泵油量。这些研究结果已经可以解释泵油系统在高转速下供油量过大的原因，但尚没有既能在低转速下有效供油，又能在高转速下适量供油的泵油方案。本文首先对泵油原理进行了分析，并指出从油杯甩出的油量与油杯口的泵油压力有关，泵油压力越大，甩出油量越多;据此提出了一种改进方案，分析结果证明新的设计方案可实现泵油系统的适量供油。