家用直流变频空调器用转子式压缩机安全运行范围的确定方法及试验验证...
家用直流变频空调器用转子式压缩机安全运行范围的确定方法及试验验证
伦成钢
【摘 要】针对家用直流变频空调器用转子式压缩机产品的安全运行范围,进行了分析和研究,到了安全运行范围的确定方法.通过试验对所确定的安全运行范围进行验证,确认了各极限点的工况特点,保证了产品的可靠性考核要求.
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【期刊名称】《压缩机技术》
【年(卷),期】2019(000)002
【总页数】5页(P38-42)
【关键词】直流变频转子式压缩机;安全运行范围;确定方法;试验验证
【作 者】伦成钢
【作者单位】西安庆安制冷设备股份有限公司,陕西 西安 710075
泉州开元寺
【正文语种】中 文
【中图分类】TH455
1 引言
为进一步提升直流变频转子式压缩机的产品竞争力,结合用户要求,在现有直流机产品和定速机可靠性考核的基础上,进行了直流变频压缩机安全运行范围确定的分析、研究和试验验证工作。
通过分析、研究,明确了直流机产品运行范围确定的依据;通过试验验证,确定了相应极限点试验的可行性和合理性,确定了直流变频压缩机开发的可靠性考核的可信性。
2 直流变频压缩机安全工作范围的确定
2.1 直流变频压缩机安全工作区域的理论分析
根据直流变频压缩机的实际应用领域(家用空调、冷冻冷藏或热泵等)的工作条件,以及可能遇到的极限高低温热源的温度、制冷剂种类、压缩机结构特点(能够承受的最大压比
、最高排气温度;轴承的最大承载能力、润滑要求等限制)和压缩机的运转速度范围等条件来确定出吸气压力(蒸发温度) 范围和排气压力(冷凝温度) 范围,确定基本的安全运行范围,通过试验确定最终的可靠安全运行范围。
下面以1~3hp家用空调器为例,分别针对采用R407C、R22、R410A三种制冷工质,在T1气候类型条件下,以直流变频转子式压缩机为对象,分析安全工作区域的理论确定方法,并通过试验进行验证。
2.1.1 吸气压力(蒸发温度)范围的确定
万宝山观光果园墙壁裂缝根据家用小型空调器(电机输出功率不大于3hp)在制冷、制热时可能遇到的低温热源的极限温度及换热温差,出蒸发温度范围,确定出如图1所示的吸气压力(蒸发温度)和运转频率(转速)的关系曲线。
图1中,MAX线是指制冷时可能遇到的最大吸气压力(蒸发温度)范围线;MIN线是指制热时可能遇到的最小吸气压力(蒸发温度) 范围线。这样就给定了压缩机设计的吸气压力(蒸发温度)范围。所以,在实际运行时,压缩机的实际吸气压力(蒸发温度) 必须限制
在这2条吸气压力(蒸发温度)线之间的范围内,如果超出,无法确保压缩机安全工作;如果达不到,无法满足空调器的使用要求。
当压缩机运行频率较小时,2条吸气压力(蒸发温度)范围线会发生变化:
在制热运行时,当直流变频压缩机的运转频率(30Hz以下) 较小时,实际运行的系统高低压压差会变小,此时蒸发压力会变高。此种情况表现在MIN线上为区域为FB(nB)至FO(nO)区域间,蒸发温度由-25℃升至-7℃,可近似认为在此区间内蒸发温度值是随压缩机运转频率值变化的一次函数。在制冷运行时,当压缩机运转频率(在45 Hz以下)较小时,实际运行的系统高低压压差会变小,此时蒸发压力会变高。此种情况表现在MAX线上为区域为45Hz(2700 r/min)至FO(nO)区域间,蒸发温度由15℃升至22.6℃,可近似认为在此区间内蒸发温度值是随频率值变化的一次函数。
而当直流变频压缩机运转频率很高(100 Hz以上)时,由于受到产品设计的最大电机轴功率限制,实际运行的系统高低压压差不会很大,此时蒸发压力会变低,虽然转速增大,但是吸气密度下降,使得总功率未超过设计允许的最大电机轴功率限制。此种情况表现在MAX线上为区域为F1(n1)至F2(n2)区域间,蒸发温度由15℃降至-1.6℃,可近似认
为在此区间内蒸发温度值是随频率值变化的一次函数。
2.1.2 排气压力(冷凝温度)范围的确定
根据家用小型空调器(输入功率不大于3hp)在制冷、制热时可能遇到的高温热源的极限温度,到最大冷凝温度:65℃。依据吸气压力(蒸发温度) 范围与运转频率(转速) 关系图(图1),确定出如图2所示的最大排气压力(冷凝温度)和运转频率(转速)的关系曲线。具体方法如下:
在图1所示吸气压力(蒸发温度)范围内,压缩机所允许达到的最高排气压力确定原则:
T1气候类型下、在相应高温热源温度条件下、在任何情况下(无论制热或制冷),满足排气压力最大值小于65℃所对应的最高冷凝压力、电机绕组温度tm≤135℃、排气温度td≤120℃、压缩机相电流峰值不超过直流电机退磁电流值等条件。
在上述这些原则的限制下,通过试验实际测试来获得不同的压缩机在相应运行频率下各自的最大排气压力极限值。
按照以上原则,通过压缩机排气压力试验得出排气压力(冷凝温度) 与运转频率(转速) 关系图(图2)。
2.1.3 直流变频压缩机安全运行范围的确定
在确定了吸气压力(蒸发温度) 与运转频率(转速) 关系图和排气压力(冷凝温度) 与运转频率(转速)关系图后,根据指定的运行频率,按图1、图2所提供的压力~频率对应数值,即可得到压缩机在某一频率下运行的安全运行范围框架(即安全运行范围图中,蒸发压力左右2条线0.23 MPa、1.15 MPa和冷凝压力上面一条最大线4.15 MPa)。至此,安全运行范围图中,该运行频率下的蒸发压力的两纵与冷凝压力的一横3条线确定,运行范围大框架基本确立。
在30~120 Hz的运行范围内,转子式直流变频压缩机所能容许的最大压比为7.5(防止冷媒排气温度过高),最小压比为2(防止冷媒质量流量过大)。据此,以100 Hz运行频率为例进行分析,可得到该运行频率下的运行范围为a-b-c-j-k。同理,对其他主要运转频率都进行分析,根据图1、2中的排气压力、吸气压力范围,对应的运行频率确定出直流变频压缩机允许的安全运行范围图(如图3)。
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其中:f-g-h-i为18Hz运转范围,a-b-c-d-e为30 Hz运转范围,a-b-c-j-k为45~100 Hz运转范围,a-b-i-m-n为120 Hz运转范围。
图1 吸气压力(蒸发温度)与运转频率(转速)关系图(其中:A代表R407C工质;B代表R22工质;C代表R410A工质)
图2 排气压力(冷凝温度)与运转频率(转速)关系图
图3 直流变频压缩机安全运行范围图
甜蜜具现式表1 直流变频压缩机安全运行范围图各极限点的说明(压力为表压,以下同)极限点 pd(MPa) (MPa)ps工况特点最小负荷点LL-a 0.56 0.23 冷凝、蒸发压力(温度)均低,高低压压比小;制冷剂质量流量比较小,吸气温度低,润滑油粘度高。最大压比点HPR-b 2.38 0.23 蒸发压力低,冷凝压力较高;高低压压比最大,制冷剂流量小,单位功率大,排气温度最大,机芯温升高,电机冷却差,滑动部件间由于热膨胀可能导致间隙过小。压缩机内材料可能会产生劣化。最大压差点HPD-c 4.15 0.47 高低压压差最大,高低压压比最大,单位功率大,制冷剂流量较小;泵体内部泄漏大,轴承承载负荷大,零件受力大;噪
声、振动大、可能产生过压缩。最大负荷点HL-j 4.15 1.15 冷凝、蒸发压力均高;负荷大,流量大,电机轴功率最大;考核电机承受最大功率、电流的能力;压缩机各运动副的耐磨性;阀的耐久性等。最大质量流量点HMF-k 2.38 1.15 高低压压比小,流量最大,考核阀系结构的可靠性。
与更高的频率相比,由于在30 Hz运行频率下,在j点电机还未到最大轴功率,可以拓展到d点(此时电机达到该频率下的最大轴功率),所以安全运行范围向右扩大,由45~100 Hz运行频率的ab-c-j-k增大到a-b-c-d-e(即安全运行范围增大了j-k-e-d的面积)。
同理,与其他频率相比,由于120 Hz运行频率下,电机运行受到所能承受的最大轴功率限制,所以安全运行范围向左缩小,由45~100 Hz运行频率的a-b-c-j-k缩小到a-b-i-m-n(即安全运行范围缩小了i-m-n-e-k-j的面积)。
另外,在18 Hz运行频率下,由于转速很低,在空调系统中,压缩机不会维持较高的高压和压比,所以安全运行范围f-g-h-i向下、向右移动。为防止相对质量流量过大,影响润滑,损害泵体零件,要求pd≥ps+0.2,所以有f-i界线。故18 Hz时安全运行范围为f-g-h-i。

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