1.润滑油的作用

在滚动转子式制冷压缩机中，润滑油（也称冷冻油）主要有以下几个方面的作用：

（1）润滑作用。带有一定压力的润滑油进入轴承、运动部件摩擦面和间隙，形成一层油膜，可以降低摩擦力，减少磨损，提高压缩机运行的可靠性和寿命。

（2）冷却作用。通过摩擦副的运动将润滑油带入摩擦副进行润滑，同时通过润滑油的流动带走摩擦副产生的摩擦热，降低摩擦副温度，使轴承等运动部件的温度保持在允许范围之内。

（3）密封作用。气缸内的润滑油在滚动转子与气缸内壁、滑片端部等之间形成油膜，起密封作用，可以减少制冷剂气体的泄漏，提高容积效率。

（4）防锈作用。润滑油流经各摩擦面和间隙时，可带走机械杂质和污垢，起防锈和清洗作用。

2.润滑油的要求

在制冷压缩机中，润滑油处于特殊的工作环境中，润滑油与制冷剂直接接触并互溶，少量润滑油随制冷剂一起参与循环，并与电机线圈及密封件等材料密切接触，润滑油在压缩机排气的高温和蒸发器的低温等极端温度条件下工作。

制冷压缩机用的润滑油不同于其他油品，要达到压缩机以及热泵系统的使用要求，除了要满足润滑油的基本特性外，还要重点考虑与制冷剂的互溶性、化学稳定性和材料兼容性等特殊指标。其中，基本特性包括：①粘度及粘度指数；②酸值；③水分；④倾点；⑤闪点；⑥抗泡性；⑦电绝缘性；⑧铜腐蚀性等。与制冷剂的互溶性包括：①润滑油与制冷剂的二层分离温度；②润滑油与制冷剂的溶解度、溶解粘度。化学稳定性包括：①热化学稳定性；②氧化稳定性；③加水分解稳定性。材料兼容性包括：①与有机材料或试剂的兼容性；②与金属材料的兼容性等。下面介绍几项主要指标。

（1）粘度及粘度指数

粘度是流体润滑条件下决定润滑性的重要指标。粘度决定了滑动轴承中油膜的承载能力、摩擦功耗及密封能力。粘度越大，承载力越强，密封性越好，但流动阻力较大，压缩机起动克服的阻力也大，会导致压缩机的功耗增大。粘度太小则难以建立起一定承载刚度的油膜，会加快机械磨损。

由于润滑油的种类也不同，制冷剂与润滑油的互溶性有较大差异，因此不同的制冷剂使用的润滑油粘度不同，相同制冷剂选择的润滑油类型也不同，所需要的粘度也有较大差别。

润滑油的粘度通常采用40℃时的运动粘度（单位为mm²/s），常用的粘度等级有VG15、VG22、VG32、VG56、VG68、VG100等。表3.4所示为几种常用制冷剂要求的润滑油粘度等级。

表3.4　常用制冷剂要求的润滑油粘度等级

一般来说，润滑油的粘度随温度的升高而降低，随压力的升高而增加。润滑油的这种特性对于实用性具有重要意义，通常希望润滑油在温度变化时粘度的变化尽量小。

衡量润滑油粘度随温度变化的指标为粘度指数VI（Viscosity Index），计算方法参考GB/T 1995—1998《石油产品粘度指数计算法》，滚动转子式制冷压缩机中使用的润滑油在100℃时的运动粘度通常在2～70mm²/s之间，粘度指数计算方法分为两种。

1）当润滑油的粘度指数小于和等于100时，计算公式为

式中　U——试样40℃时的运动粘度，单位为mm²/s；

L——与试样100℃时的运动粘度相同，粘度指数为0的油品在40℃时的运动粘度，单位为mm²/s，可通过GB/T 1995—1998查表或线性内插法计算得到；

H——与试样100℃时的运动粘度相同，粘度指数为100的油品在40℃的运动粘度，单位为mm²/s，可通过GB/T 1995—1998查表或线性内插法计算得到。

2）当润滑油的粘度指数大于和等于100时，计算公式为

其中

式中　Y——试样100℃时的运动粘度，单位为mm²/s。

在空气源热泵系统中，不同工况条件对润滑油粘度的要求不同，在实际应用中，由于压缩机中的润滑油与制冷剂混合，因此，更关注的是润滑油与制冷剂混合物的粘度，而不仅仅是润滑油本身的粘度。

（2）倾点

倾点是用来衡量润滑油低温流动性的指标，具体指在试验条件下被冷却的润滑油能够流动的最低温度。在低温空气源热泵中，要求润滑油在低温下有良好的流动性。而润滑油的流动性随温度的下降而降低，如果润滑油的倾点高，则会造成低温下流动性不良，堵塞膨胀阀孔或沉积在蒸发器中，影响换热性能，或凝固在压缩机油池的底部，起不到润滑作用。

（3）水分

润滑油的吸水性用饱和水分含量来衡量。如果润滑油具有较强的亲水性，则会将一定量的水分带入系统，水分含量较大时会直接影响润滑油的酸值水平。除此之外，水分在节流阀中易形成冰晶而堵塞系统，从而形成冰堵现象，水分的含量需要严加控制。因而在采用亲水性润滑油的系统中，必须安装干燥过滤器。

（4）酸值

酸值是表征润滑油中含有酸性物质的指标，以中和油样中的全部酸性组分所需的氢氧化钾的毫克数表示，单位为mgKOH/g。

根据酸值可以粗略地判断润滑油对金属的腐蚀性质。油中有机酸含量越少，在低温和无水条件下，对金属的腐蚀作用越小，但当有机酸的含量多且有水分时，对金属的腐蚀作用增强。有机酸的分子量越小，腐蚀能力越强，特别是当有水分存在时，即使是微量的低分子酸也有强烈的腐蚀作用。润滑油中的环烷酸虽属弱酸，但在有水存在时，对于某些有色金属也有腐蚀作用，腐蚀的结果是生成金属皂类，这些皂类会加速润滑油的劣化。同时，皂类渐渐集中在润滑油中成为沉积物，破坏润滑油的润滑性能。一般来说，运行中润滑油的酸值越大，表明润滑油的变质程度越深，因此，可以使用酸值的大小来判断使用中润滑油的变质程度。

（5）与制冷剂的互溶性(www.daowen.com)

如果润滑油与制冷剂的互溶性好，则在换热器传热管内表面不易形成油膜，有利于换热。如果润滑油与制冷剂的互溶性不好，则会造成蒸发温度降低（在蒸发压力不变的前提下），蒸发器的换热性能下降。另外，互溶性较好时，在换热器内不会发生池积现象，有利于压缩机回油。但互溶会使润滑油变稀，降低润滑油的粘度，导致压缩机内油膜过薄，影响压缩机润滑。

（6）化学稳定性

热化学稳定性表示润滑油耐高温的能力，氧化稳定性反映润滑油的抗老化性能，加水分解稳定性表示润滑油在水和金属（主要是铜）作用下的稳定性。在制冷剂、润滑油、金属共存的系统中，不可避免混入少量空气或水分，高温会促使润滑油发生分解，空气、水分会加速润滑油的劣化速率，生成沉积物和焦炭。当润滑油为合成酯时，水分的存在会引起润滑油发生水解，生成酸性物质腐蚀零件。

（7）材料兼容性

润滑油灌注在封闭的压缩机中，要求润滑油及制冷剂的混合物能够兼容压缩机中的有机高分子材料和各种金属材料，并且与微量的金属加工剂之间有优良的兼容性。在高温、高压密封条件下，高分子材料以及金属材料（主要指Fe、Cu、Al）不能发生老化、变质、溶解或腐蚀，润滑油中不能出现杂质或沉淀物质。

除了以上几项指标外，还有一些其他的理化性能指标。只有润滑油的这些指标均符合要求，才能应用于空气源热泵系统中。

3.润滑油选择方法

（1）润滑油的主要类型

在滚动转子式制冷压缩机中使用的润滑油主要有矿物油和合成油两类。

1）矿物油。

矿物油使用原油作为原材料，原油经过蒸馏、溶剂提炼和脱蜡炼制工艺后，即可得到各种粘度矿物油的“半成品”，在这些半成品中加入各种添加剂，改进特性后，便得到各种规格的矿物油。矿物油分为环烷基矿物油和石蜡基矿物油两种，主要添加剂包括减磨剂、抗水剂、分散剂、抗泡剂、抗氧化剂、防锈剂等。

2）合成油。

合成油与矿物油最本质的区别在于合成油不是在原油的基础上炼制，而是由化工原料通过化学反应生成的，合成油的半成品称为基础油，将基础油中混入相应的添加剂后，即可得到具有所要求特性的合成油，如具有合适的抗氧化、抗水解稳定性，不与制冷剂发生化学反应，可以保护润滑零件的表面等。虽然合成油价格高，但寿命长，且具有更好的润滑性能。

（2）润滑油类型的选择

在滚动转子式制冷压缩机中，润滑油类型的选择主要取决于所使用的制冷剂种类。制冷剂R-22和R-290多选用矿物油，也可用合成油；制冷剂R-410A、R-32和R-134a选用合成油。

滚动转子式制冷压缩机中，常用的合成油有POE和PVE两种类型。

合成润滑油POE（Polyol Ester）为酯类油，是多元醇和脂肪酸的反应产生物脱水得到的，其中脂肪酸可以分为直碳链脂肪酸和支碳链脂肪酸，分子式如图3.29所示。从键能上看，酯基的键能大于碳碳单键，热稳定性更高，因此POE酯类油的热稳定性较好，但酯基对水非常敏感，该类润滑油的使用过程中要严格控制水分指标。

图3.29　POE合成润滑油的分子结构

合成润滑油PVE（Polyvinyl Ether）为聚乙烯醚类油，它由乙烯基醚聚合生成。通过改变烯醚的聚合度m、n来调整PVE油品的粘度、倾点等性能，聚合度越大，分子间作用力越大，PVE油品的粘度随之增大；而醚键的存在赋予PVE极性，因此与极性的氢氟烃（HFC）有较好的相溶性，可以防止毛细管堵塞，并且兼顾EHD（弹性流体动力润滑）区的油膜强度、抗磨损添加剂的有效性等特性。同时，醚键的存在也会导致吸水性增强，但PVE润滑油不发生水解，PVE润滑油的分子结构如图3.30所示。

图3.30　PVE合成润滑油的分子结构

（3）润滑油其他指标的选择

双级压缩变容积比压缩机适用于严寒地区，可在室外温度-35℃的低温环境下运行，由于使用的室外环境温度远低于普通压缩机的空气源热泵，因此，润滑油的选择有所区别，其中，热泵运行时的蒸发温度是主要考虑的因素。归纳起来，重点需要确定以下几个性能指标：

1）低温下润滑油的粘度。

由于润滑油的粘度随着温度的降低而增大，故在低温环境下，润滑油粘度过大将造成压缩机起动困难，运动副摩擦力增大，功耗增加，同时也会造成压缩机回油（包括通过油气分离器回油）困难。因此，双级压缩变容积比压缩机应根据所使用的最低温度，选用粘度稍低一些、粘温性好的润滑油，确保压缩机在整个工况条件下润滑良好。

2）倾点。

对于低温热泵系统来说，润滑油的倾点应越低越好，倾点温度应低于最低蒸发温度5℃以上。

3）浊点。

浊点温度应低于蒸发温度，否则润滑油将析出石蜡，引起节流阀的堵塞或影响传热性能。低温热泵中选用矿物油时，需重点评估。

4）二层分离温度。

制冷剂与润滑油的混合物随温度的变化可能会出现分层现象，因此，对于双级压缩变容积比热泵系统，需重点关注低温二层分离温度。

低温环境下压缩机长时间停机时，一旦润滑油与制冷剂发生二层分离，由于制冷剂的密度大于润滑油而沉在油池底部，所以压缩机起动后会出现一定时间内无油润滑状态，造成压缩机的磨损。低温热泵系统运行中温度最低的部件是蒸发器，因此，低温二层分离最可能发生在这里，如果蒸发器温度低于润滑油与制冷剂混合物的低温二层分离温度，则两相将会形成，由于富油相粘度较高会聚集在蒸发器壁上形成油膜，从而降低换热效率，严重时会导致回到压缩机中的润滑油偏少，造成压缩机内供油不足，使摩擦副的磨损加剧，也会引起压缩机失效。

相比蒸发器，高温二层分离温度对冷凝器的影响较小。在冷凝器中，润滑油与制冷剂混合物的温度较高，混合物液体流动位于湍流区，即使发生二层分离，富油相也很容易被冲刷过冷凝器。

因此，为了保证热泵系统可靠运行，不仅要求润滑油与制冷剂的互溶性好，而且润滑油与制冷剂混合物在不同油比率下的低温二层分离温度要低。对于低温型热泵系统，低温二层分离温度应不高于环境温度。