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    油温过热度对压缩机运行可靠性分析

    时间：2023-01-26 17:05:04来源：百花范文网本文已影响人

    余雄辉，黄慧康，钟绿草

    （珠海格力电器股份有限公司，珠海 519070）

    空调设计需要考虑在各种工况下减少压缩机液击问题，液击问题影响压缩机稳定运行，严重甚至加速压缩机的磨损缩短压缩机寿命，因此在设计空调阶段要全面考评各种工况下是否出现液击现象。本文主要通过可靠性理论强化试验[1]，通过外部施加负载，温度变化等应力可靠性实验加快验证系统是否出现液击问题[2]。通过实验现象和润滑油特性分析，提出不同型号润滑油的溶解度特性以及调节系统的过热度来保证压缩机平稳运行。

    压缩机润滑油稀释是指腔体内的润滑油溶入较多制冷剂，溶解的制冷剂冲刷原有的油膜，润滑效果和黏度降低，增大磨损。回液是指液态制冷剂进入压缩机压缩损坏的现象。回液较严重时，润滑油不能起到润滑作用，还会增大磨耗，这种异常磨损会增加其故障率[2]。

    当温度一定时，压力越高制冷剂溶解量越多；
    当压力一定时，温度越高制冷剂溶解量越小。随着压力的升高，越接近润滑油在该温度下的溶解饱和状态，制冷剂越难溶入润滑油中，是一种非线性的溶解比例关系[2]。该状态参数主要是根据润滑油在不同温度下与制冷剂的互溶程度，综合来说高温情况下制冷剂溶解量要少，低温情况下制冷剂溶解量要多。润滑油与制冷剂互溶后的物理性质改变情况做判断，混合的比例不一样反映出来的油温过热度也不一样[3]。

    高压腔压缩机：油温过热度=润滑油实际温度-排气压力对应的饱和温度；
    对于高压腔压缩机，因为其对制冷剂进行压缩后排出的高温、高压气体首先储存在压缩机腔体内，若此时经过压缩后的制冷剂气体压力对应的饱和温度比压缩机内润滑油的温度要高，则高温、高压气体就会被润滑油冷凝，并与润滑油溶合，使润滑油稀释。

    低压腔压缩机：油温过热度=润滑油实际温度-吸气压力对应的饱和温度；
    对于低压腔压缩机，因为压缩机吸气，其内的低温、低压气体先储存在压缩机腔体内，若此时经过压缩机前的制冷剂气体压力对应的饱和温度比压缩机内润滑油的温度要高，则回到压缩腔内的低温、低压气体就会被润滑油冷凝，并与润滑油溶合，使润滑油稀释[4]。

    2.1 油温过热度的实验现象分析

    实验方法：选取制冷量为三匹的变频A空调柜机，双转子压缩机，测试高负荷制热测试，工况稳定后按最高风档运行10 min，再转最低风档运行10 min，然后再转最高风档运行10 min，如此反复4次湿球温度结果见表1。

    表1 实验结果

    实验现象：制热高负荷工况1、2，均出现出现功率波动，最大功率波动300 W左右。图1为高负荷制热工况1。

    图1 运行曲线

    实验记录数据选取计算过热度如表2。

    表2 过热度数据

    对其油温过热度进行分析，发现T空调整个运行过程中，压缩机底部过热度均大于0 ℃。过热度数据分析表如表3。

    通过数据分析，T柜机空调压缩机运行过程油温过热度均大于0 ℃，未出现功率波动情况。A柜机空调出现功率波动较大时压缩机油温过热度均为0 ℃以下；
    因此可以确认油温过热度大小是影响了功率的波动的原因。然而，A空调与T空调相比较运行频率控制参数一致，排量相同，区别在于压缩机的厂家不同。那么两者为什么会有所差异，通过对比分析，发现两者使用润滑油不一样。

    经核实A空调压缩机使用的是FW50S润滑油，T空调压缩机使用FW68DA润滑油，查看两者润滑油参数，发现两者与冷媒溶解度不一样。FW68DA高压在3 Mpa，油温50 ℃左右溶解度为40 %，而润滑油FW50S则在同等条件下溶解度已经接近100 %，处于随时可能波动状态（导致出现波动情况不稳定，因为压力一变化有时不复现）。润滑油的溶解曲线如图3。

    图3 润滑油溶解度曲线图

    FW50S润滑油在压底温度为50 ℃不同压力下溶解情况见表4。

    表4 FW50S溶解度数据

    FW68DA润滑油在压底温度为50 ℃不同压力下溶解情况见表5。

    表5 FW68DA溶解度数据

    从表4、5可以看出，同样在高压3 Mpa，FW50S润滑油溶解度在90 %，而FW68DA溶解度只在40 %，当压力及油温在一定情况下，如果压缩机底部过热度不足，则会使得导致冷媒与润滑油溶解度变大，导致在泵油的过程中将溶解在润滑油中的冷媒一起泵到缸体中，在压缩机进行压缩的时候存在一定的液压缩，对缸体产生冲击,出现功率波动问题[5]。

    2.2 相关整改试验验证

    2.2.1 提高排气值（由原来50 ℃提高到60 ℃提高压缩机底部油温过热度）

    为了获取最佳的模型组合,通过设定随机森林中树的个数以及树的深度的双层循环来训练数据,根据总体准确率进行倒序排列选择优秀参数组合。循环参数范围选择规则如下:①对于树的深度我们选取结果比较稳定的(10,20)这个区间;②随机森林中树的个数太少,会使结果不具代表性,树的个数太大又会使模型太过逼近训练数据的分布,反而丧失了在预测时的准确率。文献[13]建议,随机森林分类性能最接近最优时树的数量为100左右,同时考虑模型的复杂程度与运算时间,我们将树的个数选择在了(80,120)之间。

    将A空调调整目标排气温度为62 ℃，整改前是50 ℃，样机运行4个周期未出现波动情况，整个运行过程中过热度均大于0 ℃，转低风挡后由于高压升高，压底过热度升高，功率曲线运行很稳定，无波动；
    接示波器显示波形很稳，无异常跳动。

    运行曲线如图4。

    图4 稳定运行曲线图

    通过对其油温过热度分析，得出稳定运行油温过热度均大于0 ℃，过热度分析表如表6。

    表6 稳定运行过热度数据表

    接示波器显示压缩机运行波形稳定如图5。

    图5 稳定运行波形曲线图

    2.2.2 调低排气温度为40 ℃（由原来50 ℃降到40 ℃减小压缩机底部油温过热度）

    将调整排气温度为40 ℃，样机运行到第3个周期时出现波动。前期运行过程中过热度均大于0 ℃，后面转风挡后由于高压升高，排气逐渐往目标排气40 ℃运行，电子膨胀阀开大，导致压底过热度降低，功率曲线运行出现波动，接示波器显示波形紊乱。运行曲线如图6。

    图6 稳定运行波形曲线图

    通过对其过热度分析，出现波动情况均为过热度小于0℃，过热度分析表7。

    表7 过热度数据表

    接示波器显示压缩机运行波形（波形紊乱，无规律）如图7。

    图7 出现波动运行波形曲线图

    通过以上实验对比发现，目标排气值降低后（压底过热度低于0）功率出现波动情况。证明了压缩机底部油温过热度与波动之间的直接影响，发现润滑油与冷媒溶解特性以后，需要避开温度值和压力值点在溶解度大的点。因此，变频空调系统回液的控制可以依据过热度进行，确认每个运行状态下过热度的合理范围。过热度不足时可减小膨胀阀步数，过热度过高时增大膨胀阀步数[6]使系统维持一个较为稳定的过热度参数运行。

    本文通过压缩机回液强化实验提出压缩机在特定工况下出现的功率波动问题。如何有效地控制空调系统油温过热度是压缩机可靠性研究的一个重要课题，在设计开发阶段可以往以下几点优化：

    1）不同厂家的压缩机使用的润滑油型号可能不一样，压缩机润滑油的溶解性与温度和压力存在一定关系，首先需要通过润滑油型号找到特性曲线，确定其溶解特性，设计适合的目标排气值。

    2）当压缩机润滑油与冷媒溶解较多时，会存在一定的液击风险，从而导致压缩机功率波动，影响压缩机使用寿命；
    解决方法主要是通过调节减小膨胀阀步数提高排气温度的方法，从而使得油温过热度提高，降低润滑油的溶解度，如果油温过热度过高可以增大膨胀阀步数降低排气温度，调节到一个适合的区间。

    3）变频空调的控制不能单用一个区间内的膨胀阀开度增加或减小方法来解决，也要考虑使用环境如连接管长度，制冷剂追加量等，这些都是不受控的。空调需要不断检测各个参数闭环自调节修正制冷剂的流量状态，减少出现液击问题。

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