特種空調(diào)的壓縮機(jī)選型

摘 要：通過(guò)對(duì)特種空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行空調(diào)工況、高溫工況下的熱力計(jì)算，同時(shí)對(duì)比選用不同制冷劑，根據(jù)壓縮機(jī)最大軸功，完成相適應(yīng)的制冷劑和壓縮機(jī)選擇。

關(guān)鍵詞：特種空調(diào)；壓縮機(jī)；熱力計(jì)算；選型

Abstract：Through heating calculation of air conditioner chamber、high temperature air conditioner chamber for special air conditioner， complete the selection of special air conditioner compressor ，according to comparative analysis the maximum work of compressor.

Key words：special air conditioner；compressor；heating calculation；type selection

1 概述

在小型特種空調(diào)的使用中，由于環(huán)境較為惡劣，因此壓縮機(jī)的選型尤為重要，選擇適用的壓縮機(jī)，將會(huì)使空調(diào)適應(yīng)使用環(huán)境，提高空調(diào)的可靠性。

小型特種空調(diào)的使用環(huán)境溫度一般均在20至55℃之間，個(gè)別設(shè)備的使用環(huán)境高達(dá)65℃。同時(shí)適用場(chǎng)合亦較為多樣，有向工作人員提供舒適性處理空氣的，亦有專為電子設(shè)備降溫的。

在這種空調(diào)的設(shè)計(jì)中，由于使用方對(duì)空間結(jié)構(gòu)要求苛刻，設(shè)備要求體積小，重量不能過(guò)重，同時(shí)用電量不能超出電源能力，因此選用壓縮機(jī)尤為重要。很多在使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障均是由于壓縮機(jī)選用不當(dāng)，造成空調(diào)無(wú)法使用。比如：無(wú)法在高溫環(huán)境下制冷工作；空調(diào)使用壽命短，使用12年就出現(xiàn)壓縮機(jī)燒毀故障等。這些現(xiàn)象很多原因均是由于壓縮機(jī)選用時(shí)只考慮了空調(diào)的性能保障，忽視了高溫或及超高溫環(huán)境下空調(diào)工作時(shí)，壓縮機(jī)耗電的巨大變化，使壓縮機(jī)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在超載狀態(tài)下工作，致使電機(jī)燒毀。

目前大多數(shù)空調(diào)通過(guò)制冷系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，使用各種電磁閥旁通制冷劑或使用變頻壓縮機(jī)進(jìn)行制冷系統(tǒng)的匹配，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行改善。但由于加入大量電子元器件和電子設(shè)備，繁復(fù)的空調(diào)控制邏輯，降低了空調(diào)的可靠性，在復(fù)雜環(huán)境下，特別是惡劣的電磁環(huán)境，使空調(diào)故障率反而加大。

2 選型思路

2.1 設(shè)計(jì)要求

以下為使用方提出空調(diào)的性能要求和使用環(huán)境溫度要求，同時(shí)要求采用分體結(jié)構(gòu)形式。

1）制冷量：2800W；2）電源：～220V/50Hz；3）制冷劑分別為：R22、R134a、R407C；

4）制冷工作溫度：+15oC～+50oC； 5）儲(chǔ)存環(huán)境溫度：45oC～+70oC。

壓縮機(jī)在SL232系列壓縮機(jī)或同類規(guī)格型號(hào)中選用。空調(diào)在使用R22制冷劑制冷量3.2kW的特種空調(diào)設(shè)備基礎(chǔ)上改型設(shè)計(jì)。

2.2 理論計(jì)算

由于特種空調(diào)生產(chǎn)量小，因此采用T1類工況的全封閉滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)，進(jìn)行空調(diào)的設(shè)計(jì)。壓縮機(jī)為滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，理論排量23.2cc/min，壓縮機(jī)使用單相電，額定消耗功率1230W。

使用Coolpack軟件進(jìn)行理論計(jì)算，制冷工質(zhì)分別為R134a和R22 、R407C，制冷系統(tǒng)熱力循環(huán)如圖1，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、2、3、4、5、6等數(shù)據(jù)，壓縮機(jī)選型公式為：

通過(guò)公式計(jì)算得出各種工況下壓縮機(jī)理論功耗，選擇理論排氣量相等或相近的壓縮機(jī)，通過(guò)各種壓縮機(jī)規(guī)格書(shū)中相應(yīng)壓縮機(jī)的制冷量及輸入功率與理論計(jì)算得出的制冷量及最大功耗對(duì)比 ，選擇制冷量滿足空調(diào)使用要求、規(guī)格書(shū)中壓縮機(jī)輸入功率與理論計(jì)算壓縮機(jī)最大功耗相近的一款壓縮機(jī)，作為空調(diào)備選壓縮機(jī)。在同一臺(tái)空調(diào)上，通過(guò)壓縮機(jī)與制冷系統(tǒng)聯(lián)機(jī)試驗(yàn)，最終確定壓縮機(jī)選型。

由制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算，可以得出，選用該型號(hào)系列壓縮機(jī)，使用R134a制冷劑時(shí)，壓縮機(jī)的軸功能夠滿足空調(diào)在要求的溫度環(huán)境內(nèi)正常工作，制冷系統(tǒng)無(wú)需增加卸載、旁通等輔助制冷器件，以保證制冷裝置在極限溫度環(huán)境下正常工作，減少制冷裝置器件使用數(shù)量，提高設(shè)備可靠性，簡(jiǎn)化了制冷系統(tǒng)和控制邏輯的設(shè)計(jì)。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

空調(diào)首先使用制冷劑R22，按照要求，進(jìn)行性能試驗(yàn)。驗(yàn)證試驗(yàn)工況按表7中額定制冷、高溫，超高溫為設(shè)計(jì)保證。在完成使用制冷劑R22的實(shí)驗(yàn)后，更換使用制冷劑R134a和R407c壓縮機(jī)進(jìn)行匹配試驗(yàn)，完成空調(diào)的試驗(yàn)考核，確定壓縮機(jī)的選型。

在空調(diào)的設(shè)計(jì)中，采用分體結(jié)構(gòu)形式，冷凝器使用銅管翅片形式，紫銅管規(guī)格為φ9.52×0.35，使用軸流風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制散熱。蒸發(fā)器使用銅管翅片形式，紫銅管規(guī)格為φ6.35×0.35，使用貫流風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制散熱，節(jié)流器使用毛細(xì)管。

在空調(diào)原系統(tǒng)上使用R22進(jìn)行了額定制冷量、高溫、電源適應(yīng)性試驗(yàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表8。

在原制冷系統(tǒng)上更換使用R134a制冷劑的壓縮機(jī)，進(jìn)行匹配試驗(yàn)，充灌R134a制冷劑550g；更換加長(zhǎng)長(zhǎng)度的毛細(xì)管進(jìn)行額定制冷量的試驗(yàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表9。

由此得出結(jié)論：使用直徑為φ12.7的銅管作為連接管，使系統(tǒng)的性能有一定的提高，因此在使用連接管時(shí)可使用φ12.7的回氣連接管代替原系統(tǒng)選擇的φ9.52的回氣連接管用以提高系統(tǒng)的性能。

根據(jù)前期進(jìn)行的各種匹配試驗(yàn)，最終確定制冷系統(tǒng)充灌R134a制冷劑。制冷系統(tǒng)的最終狀態(tài)：R134a的充灌量為1600g，毛細(xì)管使用3.0×900，回氣連接管使用直徑為φ12.7的銅管，以此狀態(tài)進(jìn)行了高溫試驗(yàn)考核，相關(guān)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表11：

使用R134a制冷劑，所選用的全封閉壓縮機(jī)能夠滿足空調(diào)的使用要求。高溫性能良好。

用R22制冷系統(tǒng)充灌R407C制冷劑時(shí)制冷系統(tǒng)的最終狀態(tài)：R407C的充灌量為1800g，毛細(xì)管使用3.0×900，回氣連接管使用直徑為φ12.7的銅管，以此狀態(tài)進(jìn)行了空調(diào)工況制冷性能測(cè)試，隨后按高溫工況進(jìn)行高溫試驗(yàn)，在高溫試驗(yàn)中，考慮到在熱力計(jì)算中，制冷系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)冷凝壓力超限現(xiàn)象，故采用逐步升高冷凝側(cè)進(jìn)風(fēng)溫度，同時(shí)檢測(cè)壓縮機(jī)排氣壓力，保證試驗(yàn)順利進(jìn)行。性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表12，高溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表13：

當(dāng)冷凝側(cè)進(jìn)風(fēng)溫度升高至45℃時(shí)，壓縮機(jī)耗電出現(xiàn)急劇升高現(xiàn)象，隨后，壓縮機(jī)停機(jī)。

4 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)理論計(jì)算以及驗(yàn)證試驗(yàn)，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出：

1）對(duì)于定頻定排量的全封閉制冷壓縮機(jī)，由于其內(nèi)置電機(jī)規(guī)格固定，電機(jī)輸出功率無(wú)法完全適用特種空調(diào)在其要求的全部環(huán)境內(nèi)穩(wěn)定工作，當(dāng)空調(diào)在高溫或超高溫環(huán)境下工作時(shí)，由于室外溫度非常高，造成制冷系統(tǒng)冷凝壓力急劇升高，使壓縮機(jī)耗電隨之升高，當(dāng)超出電機(jī)極限時(shí)，壓縮機(jī)熱保護(hù)，致使空調(diào)無(wú)法正常工作，影響使用。雖然通過(guò)制冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加使用變頻、熱路旁通、卸載等措施，可以改善制冷系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性，但隨之帶來(lái)的是制冷系統(tǒng)、控制邏輯設(shè)計(jì)復(fù)雜，大量使用輔助器件，造成空調(diào)可靠性下降，在使用中，出現(xiàn)故障的概率較簡(jiǎn)單的制冷空調(diào)大大增加。影響用戶使用。

通過(guò)制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算，特別是增加高溫環(huán)境的熱力計(jì)算，同時(shí)加入制冷劑的選擇，可以選擇滿足使用要求的壓縮機(jī)，為制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供有力的理論依據(jù)。由圖2 可以看到，R134a制冷劑，具有良好的高溫性能。同時(shí)選用R134a的壓縮機(jī)，其電機(jī)的耗電，亦能滿足特種空調(diào)各個(gè)環(huán)境工況下的消耗功率使用要求。

2）對(duì)空調(diào)使用R22制冷劑進(jìn)行匹配試驗(yàn)，通過(guò)圖3分析可以看出，在冷凝溫度75℃以下時(shí)，壓縮機(jī)電機(jī)的消耗功率增長(zhǎng)不大，隨著冷凝溫度的繼續(xù)上升，壓縮機(jī)消耗功率會(huì)超過(guò)壓縮機(jī)電機(jī)的設(shè)計(jì)值，空調(diào)將會(huì)出現(xiàn)熱保護(hù)停機(jī)。同時(shí)，制冷系統(tǒng)的冷凝壓力亦會(huì)升高，并超過(guò)制冷系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)壓力3MPa，帶來(lái)安全隱患。

3）通過(guò)圖4 可以分析得出，使用制冷劑R134a，壓縮機(jī)電機(jī)在冷凝溫度升高的過(guò)程中，消耗功率升高的程度并未超過(guò)壓縮機(jī)電機(jī)的設(shè)計(jì)值，空調(diào)的制冷量亦不會(huì)有大的變化，制冷系統(tǒng)可以在實(shí)際要求的各種工況下穩(wěn)定工作，同時(shí)，制冷系統(tǒng)未使用變頻、熱路旁通、卸載等措施，簡(jiǎn)化了制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，空調(diào)的控制邏輯亦隨之簡(jiǎn)單。

4） 通過(guò)圖5 可以分析得出，制冷劑R407C是不能滿足特種空調(diào)使用要求的。當(dāng)冷凝側(cè)的進(jìn)風(fēng)溫度升至45℃時(shí)，制冷系統(tǒng)冷凝壓力就升高超過(guò)3MPa，同時(shí)，壓縮機(jī)電機(jī)的消耗功率急劇升高，電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

5 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的結(jié)果對(duì)比分析，兩者誤差相差不大，因此按上述設(shè)計(jì)思路進(jìn)行特種空調(diào)制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)選型是可行的。在R22制冷系統(tǒng)中改型設(shè)計(jì)使用R134a制冷劑的制冷壓縮機(jī)，制冷劑的充灌量增加約17%，額定制冷量損失約13%，系統(tǒng)的額定制冷消耗功率會(huì)降低約25%，同時(shí)系統(tǒng)的高溫性能有所改善。

特種空調(diào)在高溫環(huán)境下是不能使用R407C制冷劑。

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作者簡(jiǎn)介：李潤(rùn)宸（2004），女，現(xiàn)就讀于天津市天津二中高二（四）班。