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本文通過(guò)制定空調(diào)的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)（RET），通過(guò)設(shè)置應(yīng)力工作負(fù)載和溫度的變化對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行功率變化研究分析。從強(qiáng)化試驗(yàn)導(dǎo)致壓縮機(jī)的功率波動(dòng)問(wèn)題引出不同型號(hào)潤(rùn)滑油的溶解度以及油溫過(guò)熱度大小對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠性影響，通過(guò)理論分析與調(diào)節(jié)系統(tǒng)油溫過(guò)度來(lái)提升壓縮機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

 

引言

 

空調(diào)設(shè)計(jì)需要考慮在各種工況下減少壓縮機(jī)液擊問(wèn)題，液擊問(wèn)題影響壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重甚至加速壓縮機(jī)的磨損縮短壓縮機(jī)壽命，因此在設(shè)計(jì)空調(diào)階段要全面考評(píng)各種工況下是否出現(xiàn)液擊現(xiàn)象。本文主要通過(guò)可靠性理論強(qiáng)化試驗(yàn)，通過(guò)外部施加負(fù)載，溫度變化等應(yīng)力可靠性實(shí)驗(yàn)加快驗(yàn)證系統(tǒng)是否出現(xiàn)液擊問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和潤(rùn)滑油特性分析，提出不同型號(hào)潤(rùn)滑油的溶解度特性以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過(guò)熱度來(lái)保證壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。

 

潤(rùn)滑油稀釋的產(chǎn)生及機(jī)理

 

壓縮機(jī)潤(rùn)滑油稀釋是指腔體內(nèi)的潤(rùn)滑油溶入較多制冷劑，溶解的制冷劑沖刷原有的油膜，潤(rùn)滑效果和黏度降低，增大磨損。回液是指液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮損壞的現(xiàn)象。回液較嚴(yán)重時(shí)，潤(rùn)滑油不能起到潤(rùn)滑作用，還會(huì)增大磨耗，這種異常磨損會(huì)增加其故障率。

 

當(dāng)溫度一定時(shí)，壓力越高制冷劑溶解量越多；當(dāng)壓力一定時(shí)，溫度越高制冷劑溶解量越小。隨著壓力的升高，越接近潤(rùn)滑油在該溫度下的溶解飽和狀態(tài)，制冷劑越難溶入潤(rùn)滑油中，是一種非線性的溶解比例關(guān)系。該狀態(tài)參數(shù)主要是根據(jù)潤(rùn)滑油在不同溫度下與制冷劑的互溶程度，綜合來(lái)說(shuō)高溫情況下制冷劑溶解量要少，低溫情況下制冷劑溶解量要多。潤(rùn)滑油與制冷劑互溶后的物理性質(zhì)改變情況做判斷，混合的比例不一樣反映出來(lái)的油溫過(guò)熱度也不一樣。

 

高壓腔壓縮機(jī)：油溫過(guò)熱度=潤(rùn)滑油實(shí)際溫度-排氣壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度；對(duì)于高壓腔壓縮機(jī)，因?yàn)槠鋵?duì)制冷劑進(jìn)行壓縮后排出的高溫、高壓氣體首先儲(chǔ)存在壓縮機(jī)腔體內(nèi)，若此時(shí)經(jīng)過(guò)壓縮后的制冷劑氣體壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度比壓縮機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油的溫度要高，則高溫、高壓氣體就會(huì)被潤(rùn)滑油冷凝，并與潤(rùn)滑油溶合，使?jié)櫥拖♂尅?/span>

 

低壓腔壓縮機(jī)：油溫過(guò)熱度=潤(rùn)滑油實(shí)際溫度-吸氣壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度；對(duì)于低壓腔壓縮機(jī)，因?yàn)閴嚎s機(jī)吸氣，其內(nèi)的低溫、低壓氣體先儲(chǔ)存在壓縮機(jī)腔體內(nèi)，若此時(shí)經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)前的制冷劑氣體壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度比壓縮機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油的溫度要高，則回到壓縮腔內(nèi)的低溫、低壓氣體就會(huì)被潤(rùn)滑油冷凝，并與潤(rùn)滑油溶合，使?jié)櫥拖♂尅?/span>

 

壓縮機(jī)運(yùn)行可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)

 

01 油溫過(guò)熱度的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

 

實(shí)驗(yàn)方法：選取制冷量為三匹的變頻A空調(diào)柜機(jī)，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)，測(cè)試高負(fù)荷制熱測(cè)試，工況穩(wěn)定后按最高風(fēng)檔運(yùn)行10min，再轉(zhuǎn)最低風(fēng)檔運(yùn)行10min，然后再轉(zhuǎn)最高風(fēng)檔運(yùn)行10min，如此反復(fù)4次濕球溫度結(jié)果見表1。

 

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

 

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：制熱高負(fù)荷工況1、2，均出現(xiàn)出現(xiàn)功率波動(dòng)，最大功率波動(dòng)300W左右。圖1為高負(fù)荷制熱工況1。

 

 

圖1 運(yùn)行曲線

 

實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)選取計(jì)算過(guò)熱度 如表2。

 

表2 過(guò)熱度數(shù)據(jù)

 

觀察出現(xiàn)功率波動(dòng)情況下的壓縮機(jī)油溫過(guò)熱度，發(fā)現(xiàn)過(guò)熱度均為負(fù)值。

 

對(duì)比另一型號(hào)T空調(diào)柜機(jī)，運(yùn)行控制參數(shù)相同，制冷量為3匹空調(diào)柜機(jī)測(cè)試相同實(shí)驗(yàn)，功率無(wú)明顯波動(dòng)出現(xiàn)。運(yùn)行曲線如圖2。

 

 

圖2 運(yùn)行曲線

 

對(duì)其油溫過(guò)熱度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)T空調(diào)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，壓縮機(jī)底部過(guò)熱度均大于0℃。過(guò)熱度數(shù)據(jù)分析表如表3。

 

表3 過(guò)熱度數(shù)據(jù)

 

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，T柜機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程油溫過(guò)熱度均大于0℃，未出現(xiàn)功率波動(dòng)情況。A柜機(jī)空調(diào)出現(xiàn)功率波動(dòng)較大時(shí)壓縮機(jī)油溫過(guò)熱度均為0℃以下；因此可以確認(rèn)油溫過(guò)熱度大小是影響了功率的波動(dòng)的原因。然而，A空調(diào)與T空調(diào)相比較運(yùn)行頻率控制參數(shù)一致，排量相同，區(qū)別在于壓縮機(jī)的廠家不同。那么兩者為什么會(huì)有所差異，通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩者使用潤(rùn)滑油不一樣。

 

經(jīng)核實(shí)A空調(diào)壓縮機(jī)使用的是FW50S潤(rùn)滑油，T空調(diào)壓縮機(jī)使用FW68DA潤(rùn)滑油，查看兩者潤(rùn)滑油參數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩者與冷媒溶解度不一樣。FW68DA高壓在3Mpa，油溫50℃左右溶解度為40%，而潤(rùn)滑油FW50S則在同等條件下溶解度已經(jīng)接近100%，處于隨時(shí)可能波動(dòng)狀態(tài)（導(dǎo)致出現(xiàn)波動(dòng)情況不穩(wěn)定，因?yàn)閴毫σ蛔兓袝r(shí)不復(fù)現(xiàn)）。潤(rùn)滑油的溶解曲線如圖3。

 

1 FW68DA橫坐標(biāo)為溶解百分比，縱坐標(biāo)左側(cè)為壓力，右側(cè)為溫度；

2 FW50S橫坐標(biāo)為溫度，上方斜線為壓力，縱坐標(biāo)左側(cè)為溶解量，右側(cè)為溶解百分比。

圖3 潤(rùn)滑油溶解度曲線

 

FW50S潤(rùn)滑油在壓底溫度為50℃不同壓力下溶解情況見表4。

 

表4 FW50S溶解度數(shù)據(jù)

 

FW68DA潤(rùn)滑油在壓底50℃不同壓力下溶解情況見表5。

 

表5 FW68DA溶解度數(shù)據(jù)

 

從表4、5可以看出，同樣在高壓3Mpa，F(xiàn)W50S潤(rùn)滑油溶解度在90%，而FW68DA溶解度只在40%，當(dāng)壓力及油溫在一定情況下，如果壓縮機(jī)底部過(guò)熱度不足，則會(huì)使得導(dǎo)致冷媒與潤(rùn)滑油溶解度變大，導(dǎo)致在泵油的過(guò)程中將溶解在潤(rùn)滑油中的冷媒一起泵到缸體中，在壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮的時(shí)候存在一定的液壓縮，對(duì)缸體產(chǎn)生沖擊,出現(xiàn)功率波動(dòng)問(wèn)題。 

 

02  相關(guān)整改試驗(yàn)驗(yàn)證

 

1.提高排氣值（由原來(lái)50℃提高到60℃提高壓縮機(jī)底部油溫過(guò)熱度）

 

將A空調(diào)調(diào)整目標(biāo)排氣溫度為62℃，整改前是50℃，樣機(jī)運(yùn)行4個(gè)周期未出現(xiàn)波動(dòng)情況，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中過(guò)熱度均大于0℃，轉(zhuǎn)低風(fēng)擋后由于高壓升高，壓底過(guò)熱度升高，功率曲線運(yùn)行很穩(wěn)定，無(wú)波動(dòng)；接示波器顯示波形很穩(wěn)，無(wú)異常跳動(dòng)。運(yùn)行曲線如圖4。

 

圖4 穩(wěn)定運(yùn)行曲線圖

 

通過(guò)對(duì)其油溫過(guò)熱度分析，得出穩(wěn)定運(yùn)行油溫過(guò)熱度均大于0℃，過(guò)熱度分析表如表6。

 

表6 穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)熱度數(shù)據(jù)表

 

接示波器顯示壓縮機(jī)運(yùn)行波形穩(wěn)定如圖5。

 

圖5 穩(wěn)定運(yùn)行波形曲線圖

 

2.調(diào)低排氣溫度為40℃（由原來(lái)50℃降到40℃減小壓縮機(jī)底部油溫過(guò)熱度）

將調(diào)整排氣溫度為40℃，樣機(jī)運(yùn)行到第3個(gè)周期時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)。前期運(yùn)行過(guò)程中過(guò)熱度均大于0℃，后面轉(zhuǎn)風(fēng)擋后由于高壓升高，排氣逐漸往目標(biāo)排氣40℃運(yùn)行，電子膨脹閥開大，導(dǎo)致壓底過(guò)熱度降低，功率曲線運(yùn)行出現(xiàn)波動(dòng)，接示波器顯示波形紊亂。運(yùn)行曲線如圖6。

 

 

圖6 穩(wěn)定運(yùn)行波形曲線圖

 

通過(guò)對(duì)其過(guò)熱度分析，出現(xiàn)波動(dòng)情況均為過(guò)熱度小于0℃，過(guò)熱度分析表如表7。

 

表7 過(guò)熱度數(shù)據(jù)表

 

接示波器顯示壓縮機(jī)運(yùn)行波形（波形紊亂，無(wú)規(guī)律）如圖7。

 

 

圖7 出現(xiàn)波動(dòng)運(yùn)行波形曲線圖

 

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)排氣值降低后（壓底過(guò)熱度低于0）功率出現(xiàn)波動(dòng)情況。證明了壓縮機(jī)底部油溫過(guò)熱度與波動(dòng)之間的直接影響，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油與冷媒溶解特性以后，需要避開溫度值和壓力值點(diǎn)在溶解度大的點(diǎn)。因此，變頻空調(diào)系統(tǒng)回液的控制可以依據(jù)過(guò)熱度進(jìn)行，確認(rèn)每個(gè)運(yùn)行狀態(tài)下過(guò)熱度的合理范圍。過(guò)熱度不足時(shí)可減小膨脹閥步數(shù)，過(guò)熱度過(guò)高時(shí)增大膨脹閥步數(shù)使系統(tǒng)維持一個(gè)較為穩(wěn)定的過(guò)熱度參數(shù)運(yùn)行。

 

總結(jié)

 

本文通過(guò)壓縮機(jī)回液強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)提出壓縮機(jī)在特定工況下出現(xiàn)的功率波動(dòng)問(wèn)題。如何有效地控制空調(diào)系統(tǒng)油溫過(guò)熱度是壓縮機(jī)可靠性研究的一個(gè)重要課題，在設(shè)計(jì)開發(fā)階段可以往以下幾點(diǎn)優(yōu)化：

1）不同廠家的壓縮機(jī)使用的潤(rùn)滑油型號(hào)可能不一樣，壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的溶解性與溫度和壓力存在一定關(guān)系，首先需要通過(guò)潤(rùn)滑油型號(hào)找到特性曲線，確定其溶解特性，設(shè)計(jì)適合的目標(biāo)排氣值。

 

2）當(dāng)壓縮機(jī)潤(rùn)滑油與冷媒溶解較多時(shí)，會(huì)存在一定的液擊風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)功率波動(dòng)，影響壓縮機(jī)使用壽命；解決方法主要是通過(guò)調(diào)節(jié)減小膨脹閥步數(shù)提高排氣溫度的方法，從而使得油溫過(guò)熱度提高，降低潤(rùn)滑油的溶解度，如果油溫過(guò)熱度過(guò)高可以增大膨脹閥步數(shù)降低排氣溫度，調(diào)節(jié)到一個(gè)適合的區(qū)間。

 

3）變頻空調(diào)的控制不能單用一個(gè)區(qū)間內(nèi)的膨脹閥開度增加或減小方法來(lái)解決，也要考慮使用環(huán)境如連接管長(zhǎng)度，制冷劑追加量等，這些都是不受控的?？照{(diào)需要不斷檢測(cè)各個(gè)參數(shù)閉環(huán)自調(diào)節(jié)修正制冷劑的流量狀態(tài)，減少出現(xiàn)液擊問(wèn)題。