二氧化碳汽車空調(diào)用潤滑油的概況

二氧化碳汽車空調(diào)用潤滑油的研究概況摘要：CO2作為一種天然環(huán)保制冷工質(zhì)，已成為汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷劑替代的首選，但因二氧化碳分子本身不具備自潤滑性，潤滑油的選擇成為制冷劑替代中的一個重要問題。本文介紹了PAG、POE、PVE、PAO和AB等幾類合成潤滑油的特點，在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分析比較了它們在CO2制冷系統(tǒng)中的可溶性、潤滑性、穩(wěn)定性、使用壽命、互溶性，在換熱器和吸氣管道中的滯留及對系統(tǒng)性能的影響，結(jié)果表明PAG類潤滑油的綜合性能較好。關(guān)鍵字：二氧化碳汽車空調(diào)壓縮機潤滑油0.前言當(dāng)今，制冷劑HFC134a大規(guī)模地應(yīng)用于汽車空調(diào)系統(tǒng)中。HFC134a雖然不會破壞臭氧層，但其GWP值較高（1300），且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，釋放后能夠積累，最終會產(chǎn)生明顯的溫室效應(yīng)。自從挪威的PettersonJ和LorentzenG論述了自然工質(zhì)CO2用于汽車空調(diào)系統(tǒng)的可能性并進行試驗研究后，CO2逐漸成為替代HFC134a的熱點選擇。然而，要實現(xiàn)HFC134a的完全替代還存在不少技術(shù)難點，用于CO2空調(diào)壓縮機的潤滑油的研制就是其中之一。1.常用合成潤滑油目前的跨臨界CO2制冷系統(tǒng)中常選用的是如下幾種合成潤滑油，目前對它們的對比研究也比較多。PAG（Polyalkyleneglycol）即聚亞烴基乙二醇油，該類潤滑油傾點較低，有良好的低溫流動性和潤滑性。PAG油極性較強，同合成橡膠相容，該類油最大的缺點是吸濕性強。POE（Polyolester）即脂類油，可分為直碳鏈酸和支碳鏈酸,直碳鏈酸合成的POE油潤滑性的互溶性較好，但抗水解穩(wěn)定性較差，腐蝕性較強；支碳鏈酸合成的POE油除了潤滑性能略差之外，其他性能均較好。POE油能由可再生的有機酸和醇合成，而且可以生物降解，環(huán)保性能優(yōu)越。該類油最大的缺陷是容易水解。PVE（Polyvinylether）即聚乙烯醚類潤滑油，是近年來新開發(fā)的空調(diào)壓縮機用潤滑油，其潤滑性能好，絕緣性能優(yōu)越，雖然有一定的吸濕性，但不會發(fā)生水解。烷基苯類潤滑油AB（Alkylbenzene）是合成的芳香族碳氫化合物，該類潤滑油有非常高的抗磨損、抗污染和抗水解性能，密封和絕緣性能優(yōu)越。聚烯烴類潤滑油PAO（Poly-alphaolefin）的潤滑性能和穩(wěn)定性能優(yōu)越，而且低溫流動性好，不水解，目前已廣泛應(yīng)用于航空航天和軍用裝置中。2.合成潤滑油性能比較潤滑油的性能主要有粘度，穩(wěn)定性，與制冷劑的互溶性，使用壽命以及對換熱器性能的影響等，各種特性之間又常常是相互影響的，以下分別比較上述幾種合成潤滑油的性能。2.1粘度與潤滑性能潤滑油的粘度與其潤滑性能有著密切的聯(lián)系。粘度太小，不但在摩擦面不易形成正常的油膜，加速機械磨損，而且機械密封性也不好，使制冷劑容易泄漏。粘度太大，其流動阻力增加，摩擦功和摩擦熱增加，使壓縮機消耗功率增大，且易造成發(fā)動機熄火。一般而言，粘度隨著溫度的升高而下降，潤滑性也隨之降低。如圖1所示，PAG油的粘度隨溫度變化幅度最小，即粘溫性能較好，這對壓縮機在高溫下的運轉(zhuǎn)非常有利；而POE油的粘度隨溫度的變化較大，在選用時需要注意保證高溫下能提供足夠潤滑。在實際應(yīng)用過程中，部分制冷劑會溶于潤滑油中，而制冷劑的粘度一般都遠小于潤滑油，因此會造成潤滑油粘度降低，潤滑性能下降。圖2反映的是當(dāng)潤滑油中CO2的質(zhì)量含量為10%時的粘度變化情況，從中可以看出PAG油的粘度受CO2溶解的影響最小，AB油受影響最大；而隨著溫度的升高，CO2溶解的影響，部分原因可能是潤滑油的粘度隨溫度升高而降低。利用“BallonDisk”方法進行潤滑性能測試時發(fā)現(xiàn)，在亞臨界區(qū)域運行時，幾種油的潤滑性能相近，PAG油稍好；而在超臨界區(qū)域，POE油的潤滑性能明顯下降，見圖3。圖1潤滑油粘度隨溫度的變化關(guān)系[1]圖2CO2的溶解對潤滑油粘度的影響[2]圖3三種潤滑油的潤滑性能比較[3]2.2穩(wěn)定性與使用壽命脖潤滑油的穩(wěn)定嚼性包括熱穩(wěn)定鳴性和化學(xué)穩(wěn)定朋性。由診于院CO上2筆汽車空調(diào)高壓議側(cè)的工作壓力答和溫度比較高緒，潤滑油不能傾分解，不能與市系統(tǒng)中的材料睡發(fā)生化學(xué)反應(yīng)勸而腐蝕系統(tǒng)部簡件。此外，潤鏈滑油的吸水性漂要弱，水解作臥用要小。否則諒，潤滑油的使族用壽命會縮短渴，進而影響系俱統(tǒng)性能，甚至屬損壞壓縮機等北部件。蝴若潤滑油的極伐性較強，其親云水性也較強，桶如粉PA當(dāng)G畢類潤滑油，見瘦圖群4趕。在吩對上PA脆G筒、問PV享E偶和稻PO印E鴿三種潤滑油的駝基礎(chǔ)油進行的陵超臨界條件下內(nèi)的穩(wěn)定性測試去發(fā)現(xiàn)，含水量稍為息100pp棉m助時，分別置意于蛇PA切G鑄油賭便和翻CO沈2監(jiān)混合物輔及母PO慨E春油日和閱CO尚2喪混合物指中膀1盯0擋天之久的銅片期的顏色都發(fā)生嘩了變化，鐵片甜和鋁片的顏色仙無明顯改變，錫這說明這兩種娛油與銅片之間槽有化學(xué)反應(yīng)發(fā)揮生。當(dāng)含水量健為劑2000pp綠m壁時，測試后換的潛PO墾E蜘油的酸值超過翅5mgKO帶H/勇g斗，這很大程度艙上是兆由婦PO陵E汗油水解生成的罷羧酸引起的讓。射PV哪E黃油在測試中表壽現(xiàn)出良好的穩(wěn)肢定性，金屬片塔的顏色無明顯奧變化，酸值也楚可忽略禿[5]踏。上述三種潤飽滑油基礎(chǔ)油的帳疲勞壽命的測文試結(jié)果見乏圖摔5塔，在相同條件溜下暫，云PA升G貞的使用壽命最役長，退化速度惰最慢歷；酒PO青E口使用壽命相對伯較短，準(zhǔn)但旋PV冤E咬的退化速度最有快。衰圖妨4PA查G奸油鑼和握PO描E汽油吸水特性比舊較亦[2]它圖買5PAG,壁PV伍E淹和銅PO蚊E顛油疲勞壽命的攏比較腸[3]姨2.3喊零與制冷劑的互交溶性及其影響籃與制冷劑的互書溶性是選擇潤卡滑油的重要衡販量標(biāo)準(zhǔn)?；ト苋ば允侵笣櫥吐椭评鋭┰谀称⒁粶囟认逻_到扭平衡狀態(tài)時形刻成單相溶液，矩而不出現(xiàn)分層來。這種互溶性娘主要依賴于潤臟滑油與制冷劑睛的極性，通常壇認為極性相近逝的物質(zhì)互溶性孤好，極性差別神大的物質(zhì)互溶脾性差，托即黃“水相似相罪溶端”打原理。當(dāng)制冷壟劑和潤滑油在秀換熱器及管道撓中流動時，如芽果二者不互溶音，則潤滑油就擇有可能附著于焦管壁上，影響句換熱甚至造成愿管道堵塞。測燕試結(jié)果表明折，癢PO棄E駁油葡與火CO舒2笨的互溶性最好鋼，鄭PV駕E英油次之瘦，帳PA糖G侍和拆PA昌O擦油蝕與趟CO應(yīng)2鵝部分互溶，料而亂A笛B遣油反與召CO雕2資則幾乎完全不半互溶，采用時箭需要油分離器黑[3,5]砌。妙制冷劑中潤滑遣油的存在可能戶會影響換熱器釀的效率，主要脈有以下三個因充素：避（腿1仔）改變了液相假時的換熱熱阻鍵（擱2紙）改變了制冷閱劑氣液相之間那的平衡。放（番3換）增加壓力損險失，因為潤滑判油的粘度一般更遠大于制冷劑用。允Zinger堡l藍i輛等測試了潤滑鄭油對超臨界狀押態(tài)倒下才CO托2慨放熱過程的管耽內(nèi)換熱系數(shù)和隸壓降的影響憂[6]冬。制冷劑中含小油量的增加會伍使最大換熱系攤數(shù)降低，但無替論含油或不含影油，最大換熱膏系數(shù)都出現(xiàn)在壓準(zhǔn)臨界溫繼度處。從中也缺可看出，當(dāng)潤鴉滑油含量處在幟較低水平時，瞧換熱系數(shù)會隨桑著其濃度的增等加而上升。作密者在實驗中采瑞用的攀是惱PO像E頓類潤滑油。牌Yunho轉(zhuǎn)Hwan膜g男等通過實驗研紹究了潤滑油屯在剝CO削2販制冷系統(tǒng)部件豐中的滯留現(xiàn)象皆[9]寒，他們在實驗披中采用的奸是遷PA果G寬類潤滑油。無醒論蒸發(fā)器還是甚氣冷器，相同惡的制冷劑質(zhì)量蒼流量慰（紋MF尋R憶）下，潤滑油汁的的濃度越大代，其滯留率（仿在該部件中的燭滯留量與系統(tǒng)孔中潤滑油總量慌的比值）越高約；增加制冷劑可質(zhì)量流量，潤絮滑油的滯留量底會降低，但增拘大到一定值后喜，它對潤滑油暫的滯留量的影并響就很小了，續(xù)見賽圖農(nóng)7投。溫度越低，松潤滑油的粘度臉越大；制冷劑截干度越大，它券在潤滑油中的蹤溶解量越小，鋤對潤滑油粘度民的影響也就越粉小。因此，潤殿滑油在氣冷器鐵中的滯留量遠槍少于吸氣管道辛和蒸發(fā)器擾。蒸發(fā)器內(nèi)的劇壓降隨著潤滑副油濃度的增加午而增大，而且傾制冷劑流量越敞低，壓降越大特（壓降比指制案冷劑含油時的格壓降與不含油易時的比值）。那需要注意的是驚，部件的結(jié)構(gòu)猜和系統(tǒng)的布置喬對潤滑油的滯箱留量也有很大牽的影響。希此外，潤滑油氏對制冷系統(tǒng)性脆能智（歲CO灶P解）的影響也是別必須要考慮的袍一個因素。所止尋用的潤滑油暮不能使得系統(tǒng)俱性能大幅降低衣，否則就沒有急達到制冷劑替母代的目的護。停JanHi紋nrich食s皮在實驗中比較爆了旗PA繳G友和直PO怨E醬等幾類潤滑油右對福一今CO現(xiàn)2最汽車空調(diào)系朱統(tǒng)艘CO返P銳的影響。剝在丑5種種不同的工況亦下，采梅用牌PO旋E村類潤滑油時系疤統(tǒng)陽的殺CO寶P臣略高于采壞用紋PA固G膝時，這可能是吧因木為洗PO攤E譯油碗與旁CO厘2索的互溶性較好扔，換熱器的效炊率較高役[8]經(jīng)。3.結(jié)論板通過對幾種合己成潤滑油主要竭性能的比較分調(diào)析可以看出端，卷PA姜G羅類潤滑油穩(wěn)定鉛性好，粘溫性決能優(yōu)越，在超浩臨界條件下能舍夠的潤滑，而忘且使用壽命較錯長。雖然洽與棉CO密2萌的互溶性不揮如述PO妄E弱類潤滑油，但晉二者對制冷系舒統(tǒng)性能的影響賭差別不大。鑒聽于矩PA酬G浸類潤滑油的綜閥合性能最為出心色，可以考慮驅(qū)采用役為仍CO傘2外汽車空調(diào)系統(tǒng)勸用潤滑油。參考文獻畫[1]災(zāi)蔑馬一路太浸,簡管海騎清宋,艷李敏霞等況。蝕CO忠2產(chǎn)跨臨界循環(huán)系豎統(tǒng)潤滑油分懂析積[J紙]細。天津大學(xué)學(xué)樓報棉，承200謎4美，驟37(9允)蔑：南783-78含6.壤[2]IL督K坑Dresde度n促.Phys枯icalp辜ropert伸iesof綠CO胳2洗愁–聚refri析gerato班roil傻mixtur匠es.FU責(zé)CHSre禾port.慘[3]Ya猛suhiro烤Kawagu樣chi,D訂ietmar凍Boenn深inger.語Evalu猜ation臨ofvar析iousc學(xué)ompres杜sorlu東brican米tsfor但CO趕2胞-refri父gerati荒onsys漲tem[C]丟.2004撿VDAW坊inter斗Meetin享g.圾[4]Ke絹nneth雄N.Mars友h,Moh動amedE購.Kand區(qū)il.Re掘viewo指fther島modyna武micpr法operti完esof加refrig杠erants澡+lubr粒icant碌oils[J弟].Flu濾idPha磁seEqu小ilibri貫a199(牧2002):住31滋9棉–飛334.挨[5]Se糧eton,災(zāi)Fahl,堡Hender繞son.So如lubili辭ty,vi隆scosit恭y,bou極ndaryl符ubrica誕tiona翼ndmis刊cibili弟tyof版CO狂2濤andsy螺ntheti戀clubr奉icants滲[C].P豬roceed臨ingsof過the4直th乒IIR-G劉ustav猴L(fēng)orent羽zenco圍nferen扶ceon調(diào)natura疾lwork炎ingfl粥uidsat逝Purdu點e2000喪,417-您425.沖[6]Zi奉ngerli握,Grol蝴l.Inf初luence扒onre徐friger么ation重oilth員eheat煩trans畫feran繪dpres戲sured陽ropsu勒percri癢tical矩CO凱2仇durin局gin-t澇ubeco束oling[梳C].Pr潔oc.In余t.Ref巷ri.Con奴f.,P延urdue葉2000,墊269~27殊8.枝[7]Yun儀hoHwa候ng,Ju鑒n-Pyo輕Lee,R飽einhar京dRade渾rmache腐r.Inv擊es