適應于R22冷媒的節能型冷凍機油的綜合性能評價

楊瑞杰　劉強　楊忠學　孫蓉

摘要：文章以新疆環烷基油為基礎油，將其與功能性添加劑復配，研制出適用于R22冷媒的全配方冷凍機油，并對研制油品和市場產品ATMOS NM56EP的理化性質、氧化安定性、低溫性能、與冷媒R22的相溶性、潤滑性（四球摩擦試驗機測試、空調制冷壓縮機臺架測試）等進行了對比評價。結果顯示，研制油品的綜合理化性能與ATMOS NM56EP相當；其中與ATMOS NM56EP相比，研制油品的能效比（COP）提高了0.59%，輸入功率（入力）降低了1.05%，噪音和振動分別下降了5.82%和1.84%，3000h破壞耐久試驗后曲軸和滑片的磨損量均下降約20%。

關鍵詞：冷凍機油；R22；壓縮機；臺架試驗

中圖分類號：TE626.37 文獻標識碼：A

0 引言

R22（二氟一氯甲烷）由于不燃燒、毒性低等特點，多年來一直被廣泛使用。但因其消耗大氣臭氧層并引起溫室效應，正逐步淘汰其使用和生產。制冷行業在向新制冷劑替代的過程中，R410A和R290制冷系統已經取得了長足的進步，15家國內主要的空調和空調壓縮機生產企業已經與國家環境保護部對外合作中心簽訂了24條生產線改造合同，逐步完成R22淘汰的第一階段。但R410A沒有從根本上解決高GWP（即溫室效應）問題，它可能在不久的將來面臨新一輪的淘汰，這在歐盟等發達國家已經提到議事日程；而R290存在燃燒爆炸安全性問題的缺陷，在不影響制冷量和能效比的前提下降低充灌量限制了R290制冷系統的大面積推廣。由于技術和成本等的影響，在替代制冷劑還不明朗的情況下R22制冷劑短期內不可能在發展中國家被大面積替代。

節能是有關我國國計民生的大事，也是制冷空調行業發展的永恒主題。壓縮機是制冷壓縮系統的心臟，它對冰箱和空調器的能耗起著決定作用。摩擦功率是影響壓縮機能耗的重要因素之一，而采用高效的冷凍機油是減小摩擦功率達到壓縮機節電的一個重要方面。冷凍機油用于潤滑制冷壓縮機的各摩擦副，它是保證制冷壓縮機能夠長期高速有效運行的關鍵。在工作時，有一部分冷凍機油會隨制冷劑一起進入制冷壓縮機的冷凝器和蒸發器，這就要求冷凍機油不僅適應制冷系統的特殊要求，而且還應具備一定的潤滑性能。

鑒于此，本文采用新疆克拉瑪依環烷基油為基礎油，將其與抗氧劑、減摩劑、抗磨劑等功能性添加劑復配，研制出適用于R22冷媒的全配方冷凍機油，并將其與市場產品ATMOS NM56EP的理化性質、氧化安定性、低溫性能、與冷媒R22的相溶性、潤滑性（四球測試、空調制冷壓縮機臺架測試）等進行了對比評價。

1 油品研制指標

目前，R22型空調壓縮機用冷凍機油尚無統一的規格標準。ATMOS NM56EP冷凍機油南中國石油和新日本石油公司合作開發，中國石油采用特殊工藝生產的低傾點、低絮凝點、深度精制的基礎油，加入新日本石油公司的復合添加劑配方和生產技術調制而成。該產品因具有優良的使用性能而得到廣泛使用，被制冷行業公認為R22型空調壓縮機用冷凍機油的最佳選擇之一。本文以壓縮機的實際用油要求以及ATMOS NM56EP冷凍機油產品的典型數據為依據，并結合部分國家標準和行業標準，制定了R22型空調壓縮機專用冷凍機油產品的暫行技術標準。冷凍機油產品的質量指標及相關依據見表1。

2 研制油品的制備

將中國石油潤滑油分公司克拉瑪依潤滑油廠生產的環烷基油和抗氧劑、腐蝕抑制劑、減摩劑、極壓抗磨劑、抗泡劑等功能性添加劑按比例加入調配釜，啟動攪拌，升溫到90～130℃，恒溫并抽真空1～2 h以上，拔除其中的輕組分，降溫、過濾，得到研制油品。

3 研制油品的評價

3.1 理化性能

研制油品與ATMOS NM56EP油品主要理化性能見表2。從表2可以看出，研制油品與參照油品的理化性能均能滿足R22型空調壓縮機冷凍機油產品的暫行技術標準；較參照油品，研制油品的閃點、絕緣破壞電壓稍低，酸值、磷含量稍高，但研制油的硫含量要低于參照油品；研制油品的理化性能與 參照油品基本相當，滿足R22制冷壓縮機冷凍機油的規格要求。

3.2 氧化安定性測試

油品的氧化安定性測試采用密封管試驗檢測。密封管檢測的目的是考察油品在高溫高壓下受鐵、銅、鋁催化劑和制冷劑的影響情況，判斷油品在壓縮機環境中使用時的化學穩定性。

試驗條件：溫度175℃，時間245 h，試驗按照SH/T0193-92標準測試。在試驗器皿中加入冷凍機油、冷媒、金屬Cu、Fe和Al條密封于玻璃管中，油浴加熱到175℃，在該溫度下保持245 h后觀察油樣和金屬的變化。研制油品與參照油品ATMOS NM56EP的密封管試驗結果見表3。從兩種油品的對比可以看出，研制油品與參照油品的顏色、油品外觀和催化劑外觀均基本一致。

3.3 低溫性能

冷凍機油的低溫流動性是關系到冷凍機油在壓縮機內能否正常循環的重要性能，通過研究油品的低溫流動性，防止其隨冷媒進入制冷系統后，會在蒸發盤管等低溫部位滯留或凝固，造成管道堵塞。本文采用多功能低溫試驗器對油品的傾點和絮凝點進行考察。

試驗的參考標準以及試驗的判定標準圖如表4所示，當傾斜后油品不能流動時的溫度為傾點溫度，當油品中出現白色晶體絮狀絮狀物時的溫度為絮凝點。冷凍機油的常規傾點為低于-32.5℃，絮凝點低于-40℃。

研制油品與參照油品ATMOS NM56EP的低溫性能結果見圖1，圖1顯示參照油品的傾點為一35℃，絮凝點為-48℃，而研制油品的傾點均為-37℃，絮凝點為-50℃。可見研制油品的傾點和絮凝點均比參照油品低2℃，研制油品的低溫性能更優。

3.4 油品與冷媒相溶性測試

本文采用兩層分離溫度測試儀測試油品與冷媒的相溶性。測試按照SH/T 0699標準進行，油品和冷媒的比例為2：8。將5 g冷凍機油和20 g R22冷媒加入試驗器皿中，先水浴升溫，使冷凍機油和冷媒成為均勻、透明溶液，然后在冷浴中冷卻器皿，測定溶液分離成兩相的溫度。以此溫度來評價冷凍機油和冷媒的相溶性。常規要求兩相分離溫度低于15℃。

圖2示出了研制油品與參照油品ATMOSNM56EP的二層分離溫度。由圖2可知，參照油品與冷媒的分離溫度為7℃，研制油品與冷媒的分離溫度均為10℃，可見參照油品與冷媒的相溶性略低。油品與R22的分離溫度一般要求低于15℃，所以可以說研制油品與R22的相溶性與參照油品相當，可滿足要求。

3.5 四球買驗

油品摩擦性能測試：壓縮機中滑片與滾動活塞以及其他摩擦副之間的摩擦磨損是影響制冷效率、壓縮機壽命和運行可靠性的重要因素。油品的摩擦學性能采用MRS-10A杠桿式四球摩擦磨損試驗機進行測試。

試驗條件為：轉速1000r/min，時間10 min，溫度為室溫（25℃），R22冷媒流量為10 mL/min。研制油品與參照油品ATMOS NM56EP的四球試驗結果見表5。從表5中可以看出，研制油品的磨斑直徑比參照油品稍小，表明研制油品抗磨性能略優于參照油品。

3.6 空調制冷壓縮機臺架測試

表6給出了研制油品與ATMOS NM56EP參照油品制冷壓縮機臺架測試結果。結果顯示研制油品比參照油品的能效比（COP）提高0.59%，輸入功率（入力）和制冷量分別比參照油品降低1.05%和0.49%。

3.7 空調制冷壓縮機噪音振動臺架測試

表7給出了研制油品與ATMOS NM56EP參照油品制冷壓縮機噪音振動臺架測試的結果。數據顯示研制油品的噪音平均值為64.7 dB，振動為1.60 m/s²，參照油品的噪音和振動平均值分別為68.7 dB和1.63 m/s²。研制油的噪音和振動較參照油品分別下降5.82%和1.84%。

3.8 壓縮機3000 h破壞耐久磨耗量測試

采用金相顯微鏡等手段對壓縮機部分部件的磨耗量進行了檢測。圖3示出了研制油品3000 h破壞耐久臺架后壓縮機部件的磨損量較ATMOSNM56EP參照油品下降百分比柱狀圖。從圖3中可以看出，采用研制油品后的曲軸和滑片的磨耗量較參照油品下降約20%。

4 結論

（1）研制出適用于R22空調壓縮機冷凍機油，該油品與冷媒R22有良好的相溶性、抗氧化性、低溫性能和摩擦學性能良好，其綜合性能與中國石油和新日本石油公司合作開發的ATMOS NM56EP冷凍機油相當，可以滿足R22型空調壓縮機的用油要求。

（2）研制油品具有節能特點。與ATMOSNM56EP相比，研制油品的能效比（COP）提高了0.59%，輸入功率（入力）降低了1.05%，噪音和振動分別下降了5.82%和1.84%，3000 h破壞耐久后曲軸和滑片的磨損量均下降約20%。