旋转压缩机内润滑油分布的模拟

　　压缩机内润滑油分布对压缩机性能有一定影响,但由于滚动转子式压缩机的全封闭性,对观察其内的润滑油的流动状况就造成了一定的困难,因此本文利用CFD商业软件STAR-CD,采用拉格朗日法模拟滚动转子式压缩机内润滑油的分布情况。同时还计算出了高转速下旋转式变频压缩机的油循环率(OCR)的大小,压缩机的电机各个部分的油滴数量、逃逸油滴数量及质量百分比等随曲轴角度的变化情况。计算结果表明冷媒及润滑油通过定子通孔和转子气隙流到电机上部,上升不是直线上升,而是随转子转动呈螺旋式上升。在高转速下,压缩机油循环率(OCR)较高且处于波动状态。

　　关键词：旋转压缩机;润滑油分布;CFD模拟

　　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

　　制冷循环中，润滑油的作用是在压缩机内部滑动面的润滑，冷却以及密封，但是其中有微量的润滑油与冷媒一起经过上壳盖排气管进入空调系统，并附着于热交换器管道内壁上，从而增加了热交换器的传热阻力和压力损耗，降低了热交换器的效率。另外，压缩机内润滑油减少后，造成润滑不良等问题，尤其是高转速下，带出的润滑油量更多。因此提高制冷循环的性能，确保压缩机的安全可靠性，降低制冷循环的油循环率( 简称OCR，表示每单位质量的润滑油与制冷剂的混合物中，润滑油所占的质量百分比) 是非常重要的。但由于滚动转子式压缩机的全封闭性，对观察其内的润滑油的流动状况就造成了一定的困难。近年来，计算流体力学( CFD) 技术的快速发展，为流体机械的研究提供了重要途径。2010 年印度工程师利用CFD 仿真手段对降低旋转式压缩机OCR 进行了仿真设计。连续相速度越小，则OCR 越小，该工程师根据这一特点通过计算压缩机内润滑油通道不同截面处连续相的速度来间接判断OCR 的大小。并进一步优化气体通过电机时的流动情况，使得速度及压降都降低，从而达到减小OCR 的目的［1］。

　　2006 年日本松下工程师提出了2 种降低CO2压缩机OCR 的方案，并用CFD 手段来验证方案的正确性。该工程师通过优化滚动活塞的径向密封和叶片槽的密封等方法将OCR 降低至0．1Wt%。CFD 模拟计算表明，在壳体高压区存在着冷媒夹带润滑油雾的环状流动，而环状流动与CO2
压缩机的出油率有很大关系［2］。但上述文献中都是间接计算旋转式压缩机OCR 的，直接计算OCR 的还很少见，另外关于压缩机油循环率( OCR) 随曲轴转角的变化情况的研究也很少。

　　本文将基于CFD 技术，采用STAR-CD 软件，对旋转式压缩机内润滑油的流动状况进行分析研究，分析润滑油在压缩机内的流动轨迹以及油滴在压缩机各个部分的分布，重点讨论压缩机油循环率的计算情况。

　　(1) 滚动转子式压缩机工作压力较高，且是全封闭的，试验观察其内的润滑油流动状况很难，而采用拉格朗日法对压缩机内润滑油的分布情况进行CFD 模拟是一种快速有效的分析方法。通过CFD 分析可以清晰地刻画润滑油在压缩机内的流动情况;

　　(2) 通过计算得到了高转速下旋转式变频压缩机OCR 的大小，压缩机的电机各个部分的油滴数量、逃逸油滴数量及质量百分比等随曲轴角度的变化情况，为压缩机油循环率的研究提供了重要的参考依据;

　　(3) 计算结果表明冷媒及润滑油通过定子通孔和转子气隙流到电机上部，润滑油随转子转动呈螺旋式上升。在高转速下，压缩机OCR 较高且处于波动状态。

参考文献：
　　[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]黄思.水力旋流器内油水分离过程的三维数值模拟[J].华南理工大学学报(自然科学版),2006,(11):29-32.
　　[4]姜宗林,陈耀松.关于RNG代数湍流模式的研究[J].力学学报,1995,(01):99-102.
　　[5]胡胜波,苏莫明.不同湍流模型在离心压缩机叶轮内流场数值模拟中的比较研究[J].流体机械,2010,38(8):29-33.