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引用本文请复制如下信息：[1]毛水林,王建敏,王秋菊,等.烷基苯冷冻机油在R290压缩机中的试验研究[J].电器,2013,第S1期:614-618.烷基苯冷冻机油在R290压缩机中的试验研究毛水林1)王建敏2)王秋菊3)高洁1)1)珠海凌达压缩机有限公司2)道达尔润滑油（中国）有限公司3)西安交通大学摘要：制冷剂与冷冻机油的互溶性关系到压缩机能否顺利回油及系统安全，制冷剂与冷冻机油的制冷性能关系到空调器的节能环保，制冷剂与冷冻机油的兼容性关系到压缩机材料的可靠性，制冷剂与冷冻机油的耐磨性能关系到压缩机运行的稳定性。笔者通行对R290与烷基苯油的四个试验进行研究，结果表明R290与AB油的互溶性、性能特性、兼容性与耐磨性能均良好，从而为R290压缩机选择了理想的冷冻机油解决方案。关键词：R290;烷基苯;互溶性;制冷性能;兼容性;耐磨性能ExperimentalStudiesofAlkylBenzeneasaR290CompressorLubricantMaoShuilin1)WangJianmin2)WangQiuju3)GaoJie1)1)ZhuhaiLandaCompressor,Co.,Ltd.2)TOTALLubricantsChinaCo.,Ltd.3)Xi’anJiaotongUniversityAbstract:Withrespecttotheproperties,themiscibilityconcernsasuccessfulreturnofcompressoroilandasafeairconditioningsystem;therefrigeratingPerformancerelatesenergysavingandenvironmentalprotectionofairconditioner;thecompatibilityinvolvesthereliabilityofcompressormaterials;thewearingresistanceisconnectedwiththestabilityofcompressoroperation.ThispaperdiscussesfourtestsonR290andAlkylBenzenelubricant,showinggoodmiscibility,performance,compatibilityandwearingresistance,whichindicatesadesiredsolutionoflubricantforR290compressor.Keywords:R290;AlkylBenzene;miscibility;refrigeratingPerformance;compatibility;wearingresistance1引言蒙特利尔多边基金是为支持发展中国家履行《蒙特利尔议定书》，淘汰臭氧层耗损物质，由发达国家捐资建立的全球性基金。由于中国空调器行业为淘汰HCFC-22制冷剂，优先选择了具有保护臭氧层和减排温室气体双重环境效益的天然工质丙烷（R290）作为主要的替代技术路线，得到了蒙特利尔多边基金执委会较大力度的支持。2011年7月，第64次多边基金执委会批准了《中国家用空调器行业HCFC-22淘汰管理计划》（第一阶段），批准资金金额为7500万美元，用于支持中国家用空调行业完成第一阶段的淘汰目标。按照《中国淘汰HCFCs管理计划》，中国房间空调器行业在第一阶段的淘汰任务具体目标包括：采用丙烷制冷剂的空调器产品不晚于2013年底进入国内一级市场。为确保R290空调器顺利投入市场，我们需要进行一系列的基础研究、产品研发、安全性能优化等工作，来丰富R290空调器的产品链；以及进行一系列的生产线规划、工艺改进等工作，来确保R290空调器实现量产。其中，与R290兼容的冷冻机油研究是R290基础研究中的核心部分，是保证R290空调器顺利推行市场的关键环节。为方便述说，以下矿物油（MO）简称为MO；多元醇酯（POE）简称为POE；聚亚烷基二醇（PAG）简称为PAG；烷基苯（AB）简称为AB；自然制冷剂丙烷（R290）简称为R290。2冷冻机油的选择制冷压缩机要求节能化、小型化、低噪音化以及高效化，冷冻机油的使用条件变得苛刻。为了在如此苛刻的条件下确保制冷压缩机的可靠性，要求冷冻机油具有优越的润滑性。以往，对于使用自然系制冷剂丙烷的制冷压缩机，提出过使用PAG作为冷冻机油；也有提出使用MO和POE的混合油以作为冷冻机油；也有提出过使用POE和PAG的混合油以作为冷冻机油。但是，PAG为C-H键被O-H键取代后的环烷烃或烯烃中的衍生物，POE为C-H键被O=C键取代后的环烷烃或烯烃中的衍生物。PAG和POE均为强活性溶剂，吸湿性和水解性强。对于将PAG用作冷冻机油的制冷压缩机，有可能因为具有较高吸湿性的PAG所吸取的水分而导致酯系绝缘膜被水解，以及由于PAG自身的体积电阻率低，所以可能会影响制冷压缩机内的电绝缘性。而PAG与R290的有限溶解[1]将使被压缩机带出到蒸发器中的油液无法回油，影响制冷性能并可能发生可靠性事故。对于将MO和POE的混合油用作冷冻机油的制冷压缩机，或对于将POE和PAG的混合油用作冷冻机油的制冷压缩机，依然无法摆脱其高吸湿性的特点。如此由于空调系统两器存在大量的铜管，冷媒夹杂吸水的冷冻油会腐蚀这些铜管，循环一圈后再回到压缩机，再与钢、铁的零件发生置换反应，铜离子留在零件表面，形成“镀铜”，“镀铜”不稳定，在压缩机部的泵体运作中会脱落成为固体杂质，损坏精密的泵体结构造成可靠性事故。除此之外，如制冷剂中含水分过高，由于节流器中的减压作用，制冷剂急剧降温，制冷剂夹带的水分还可能在蒸发器毛细管中形成“冰堵”。因此，对于使用了R290的制冷压缩机而言，与以往的制冷压缩机相比,期待着具有优越的润滑性，优越的电绝缘性，优越的抗吸湿性，优越的耐磨性，低廉的价格，还能降低冷冻油和制冷剂的注入量。根据表1中各项特性比较，综合润滑性、吸湿性、稳定性、价格，按需求的平衡，确定AB为最适合R290的冷冻机油，AB具有优异的低温性能、添加剂溶解性能，热氧化安定性能和电绝缘性能，是一种性能突出的合成冷冻机油[2]。表1冷冻机油的特性Table1PropertiesofRefrigeratingOilPOEPAGABMO润滑性○○○(○○)○热稳定性○○△○○加水分解稳定性△(○)○○○氧化稳定性○△○○绝缘特性○△○○○抗吸湿性△×○○注：○○为很好，○为好，△为一般，×为差，括号内为加入添加剂的结果为了比较AB与POE的吸湿性，我们做了试验，试验中使用开口杯，在普通实验室中静置16天，试验结果如图1所示，AB在抗吸湿性方面远胜于POE。图1AB与POE的吸湿性比较试验Figure1ComparativeTestofHygroscopicitybetweenABandPOE本文试验中选用的AB，牌号为LunariaKT22，为双烷基苯，分子式R1-(C6H4)-R2。链接苯环的碳键位置是对位随机的，分子结构稳定。相关参数见表2。表2AB(LunariaKT22)技术参数油品参数单位实验方法结果密度(15℃)g/cm2GB/T18840.88闪点℃GB/T267204运动粘度(40℃/100℃)mm2/sGB/T26521.2/3.8色度(ASTM)/GB/T6540≤1.0倾点℃GB/T3535-59总酸值mgKOH/gGB264≤0.02水分ppmGB/T26040.6绝缘临界电压kVJISC2101573AB在R290系统中的试验研究3.1AB与R290的互溶性研究R290已证实与PAG互溶性非常有限[1]，与MO、POE均能良好相溶[3]，对于AB油，国内外并没有相关研究文献，只有Chicago2003-ASHRAEWinterMeeting提及过R290与AB良好的相溶，但并没有实验数据支撑[4]。AB与R290的同为非极性分子，由相似相溶原理，烷基苯与烷烃类应有很好的互溶解能力。根据SH/T0699-2000中规定的冷冻机油与制冷剂相溶性试验法，对AB与R290的混合蒸气压力进行研究，绘制出图2LunariaKT22/R290的溶解度曲线P-T-S图，从P-T-S曲线可以看出，制冷剂中加入冷冻机油后饱和蒸气压均有所下降，且随着AB与R290比例的增加，下降幅度越大。冷冻机油的加入使制冷剂的饱和蒸气压下降幅度较大，说明二者的良好互溶性，同样对POE/R290的溶解度进行试验，结果与AB/R290的溶解度曲线几乎相同,说明AB和AB油与R290的溶解度均良好。如P-S-T所示，可估算普通空调系统中，制冷剂溶解在冷冻机油的约为质量分数的31%，另外有Jose的研究说明POE溶解在冷冻机油的质量分数约为30%[5]，根据注入油量计算，可估算出制冷剂的最佳注入量。图2LunariaKT22/R290的溶解度曲线P-T-S图Figure2P-T-SDiagramofLunariaKT22/R290MiscibilityCurve研究结果表明，R290与AB有良好的互溶性，不会出现临界溶解温度点，在空调工况的温度范围内可实现完全溶解，满足制冷剂与冷冻机油的互溶性要求，实际制冷系统运行中冷冻机油不会残留在蒸发器内。同时，由于冷冻机油溶解在制冷剂中，使制冷剂饱和蒸气压下降，这将对制冷性能产生一定影响，理论上无可避免，按P-T-S曲线分析，在R290压缩机设计中，改善供油系统，缩小油池容量，从而减少注油量改善冷冻机油溶解在制冷剂中带来的性能下降影响。因为在R290压缩机正常运行中，油池温度约为80℃时，根据P-T-S图，可估算在溶入油中的制冷剂质量分数约31%R290，油池温度约为25℃时，根据P-T-S图，可估算在溶入油中的制冷剂质量分数约22%R290。由于R290和AB是相似相溶，相溶后油体积缩减量极小，忽略制冷循环中带走的系统含油量，油池中油量体积将增加约9%，通过视液镜实验观察证明，R290压缩机，运行时油体积比静止时油体积增大约8~9%，根据此特性，在AB注入时，可适当减少约8~9%的注油量，而且还可以减去溶解在不必要的约8~9%冷冻油里面的制冷剂，便可减少R290的注入量，提高R290压缩机的制冷性能。3.2AB与R290的制冷性能试验本次试验采用了粘度非常相近的AB和POE进行比较试验，冷冻机油粘度数据如表3。表3冷冻机油的粘度数据项目ABPOE运动粘度40℃/100℃(mm2/s)21.8/3.923.2/4.2压缩机性能试验，是检验压缩机性能的一个重要指标，粘度与制冷剂流量和泵体间隙量都要匹配。理论上粘度越低、润滑性能越好，压缩机的制冷性能更好，但是粘度低，油膜强度会降低，密封性能又会下降，从而使压缩机制冷性能下降。根据GB/T5773容积式制冷压缩机性能试验方法，使用标准工况测试（标准工况即ASHRA+E/TI工况：蒸发温度7.2℃，冷凝温度54.5℃，吸气温度35℃，阀前温度46.1℃）。性能测试结果如图3，图中压缩机COP=压缩机制冷量/压缩机功率。图3制冷性能试验结果Figure3TheresultofRefrigerationPerformance从试验结果分析，AB与POE的制冷性能比较结果相差很小，最大差距为0.04，即1.2%，在测试要求的波动范围3%以内。试验结果表明AB油的性能特性与POE油的制冷性能在R290系统中十分相近；R290性能较相同系列的R410a与R22约高10%，说明约31%的溶解量完全不影响性能，或对性能的影响很微小。而AB在抗吸湿性和价格方面却有POE无法比拟的优势。3.3AB与R290的兼容性试验兼容性是指压缩机零件在生产过程中所使用的化工辅助材料微量残留与冷冻机油共存时会不会引起不良反应的特性。如果冷冻机油在与材料不兼容，出现腐蚀情况，产生杂质则可能使压缩机内精密的泵体结构产生磨损而损坏，同时材料的腐蚀也会引起压缩机结构强度的降低，可靠性和使用寿命大幅下降，严重的还会