房間空氣調(diào)節(jié)過濾器可靠性設(shè)計探討

程世全 莫善軍

（中山大學 廣州 5102752）

引言

為保證房間空調(diào)器可靠工作。其制冷系統(tǒng)設(shè)計成為一個全封閉系統(tǒng)，防止外部水分、雜質(zhì)、空氣進入系統(tǒng)內(nèi)部。房間空調(diào)器制冷系統(tǒng)的核心部件壓縮機在使用中經(jīng)常出現(xiàn)故障，其中卡死、堵轉(zhuǎn)占比超過40 %，卡死、堵轉(zhuǎn)很大一部分原因是因為系統(tǒng)雜質(zhì)進入到氣缸部位，由于壓縮機氣缸部位最小間隙約20 μm，極易被大于20 μm的雜質(zhì)卡死；電子膨脹閥、節(jié)流閥芯、毛細管作為房間空調(diào)器最主要的節(jié)流部件，它們的內(nèi)部孔徑也在0.3 ～1.9 mm不等，相對來說尺寸都比較小，都存在被制冷系統(tǒng)中的雜質(zhì)堵塞隱患，所以制冷系統(tǒng)中過濾器的設(shè)計至關(guān)重要。過濾器的設(shè)計不但跟過濾器的過濾面積有關(guān)，還跟過濾網(wǎng)的目數(shù)有關(guān)，過濾器過濾面積越大，目數(shù)越大，越容易過濾掉細小系統(tǒng)雜質(zhì)。一般認為，排量小的壓縮機需要目數(shù)比較大的過濾網(wǎng)，排量大的壓縮機，因為馬力大，雜質(zhì)通過率高，可以選擇目數(shù)較小的過濾網(wǎng)[1]。如果雜質(zhì)過多，超出過濾網(wǎng)設(shè)計的允許范圍，什么形式的過濾器也會堵塞。房間空調(diào)器過濾器設(shè)計選型不合理，將會造成系統(tǒng)臟堵，壓縮機卡缸、堵轉(zhuǎn)等故障，影響房間空調(diào)器的正常使用。

本文通過量化計算制冷系統(tǒng)所有零部件按設(shè)計標準要求制造可能產(chǎn)生的最大雜質(zhì)量，以及過濾器過濾面積，判斷制冷系統(tǒng)的過濾器設(shè)計選型是否合理，同時指導制冷系統(tǒng)高可靠性過濾器設(shè)計，指出了設(shè)計可靠的過濾器技術(shù)方向。

1 過濾器在空調(diào)系統(tǒng)中的簡介

過濾器是空調(diào)系統(tǒng)中必不可少的零件。過濾器主要是過濾雜質(zhì)，防止雜質(zhì)進入四通閥、壓縮機、毛細管，分流器等重要制冷部件，同時也要防止雜質(zhì)堵塞過濾器。所以設(shè)計過濾器就要慎重，既要起到過濾作用，提高空調(diào)產(chǎn)品可靠性，又要兼顧設(shè)計經(jīng)濟性，提高生產(chǎn)效率等。

一個設(shè)計合理、高可靠性系統(tǒng)一般有4個過濾器，分別為：排氣過濾器、回氣過濾器、節(jié)流部件前過濾器、節(jié)流部件后過濾器?？紤]系統(tǒng)成本及系統(tǒng)大小，房間空調(diào)器一般省略了回氣過濾器和排氣過濾器，只保留節(jié)流部件前過濾器與節(jié)流部件后過濾器。

2 過濾網(wǎng)堵塞原因

造成過濾網(wǎng)堵塞的原因有各種各樣[2]，本文分析主要有以下幾種：

1）過濾網(wǎng)設(shè)計不合理。沒有根據(jù)機組的能力段大小設(shè)計合適目數(shù)的過濾網(wǎng)，沒有從過濾網(wǎng)面積、過濾網(wǎng)目數(shù)、過濾網(wǎng)形狀等設(shè)計合適的過濾器。

2）空調(diào)器在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生較多的雜質(zhì)，殘留及粘結(jié)在各個零部件的中雜質(zhì)經(jīng)過冷媒?jīng)_刷后轉(zhuǎn)移、脫落，并且經(jīng)過一段時間累積，不斷循環(huán)后集中在過濾網(wǎng)上造成系統(tǒng)堵塞。

3）安裝、維修等環(huán)節(jié)產(chǎn)生較多的雜質(zhì)?？照{(diào)預埋管產(chǎn)生的雜質(zhì)、多次焊接加長連接管產(chǎn)生雜質(zhì)、維修壓縮機等環(huán)節(jié)產(chǎn)生雜質(zhì)。

造成壓縮機卡缸、堵轉(zhuǎn)的原因也各種各樣，一般有以下幾種，其中一種是系統(tǒng)雜質(zhì)：

①壓縮機機械加工、裝配時殘留大尺寸雜質(zhì)，雜質(zhì)沒有被壓縮機底部磁鐵吸??；

②系統(tǒng)進水后高溫下產(chǎn)生化學反應，氣缸鍍銅；

③系統(tǒng)設(shè)計時隨意取消本應配置的過濾器；

④過濾器設(shè)計選型不合理，雜質(zhì)轉(zhuǎn)移到壓縮機缸體；

⑤制冷部件加工雜質(zhì)等。

3 空氣調(diào)節(jié)調(diào)器常用過濾器情況

本文以當前房間空調(diào)器設(shè)計普遍采用的幾款過濾器為載體進行解剖分析。序號為閥芯不可換帶濾網(wǎng)節(jié)流閥1、2（過濾器）、閥芯可換帶濾網(wǎng)節(jié)流閥3，見圖1（圖1為解剖圖）。

1號、2號3號過濾器直徑、濾網(wǎng)面積、濾網(wǎng)有效面積如表1所示。

4 房間空調(diào)器制冷系統(tǒng)各部件雜質(zhì)理論計算及各部件實測雜質(zhì)含量情況

本文參考某企業(yè)換熱器、壓縮機、管路部件設(shè)計標準與部件檢驗技術(shù)條件要求，以三匹定頻柜式房間空調(diào)器，型號：KFR-71L/BP3DN1Y為計算示例，對其制冷系統(tǒng)中的固體雜質(zhì)含量進行理論計算，并從設(shè)計、制造和安裝維修三個環(huán)節(jié)探討制冷系統(tǒng)的雜質(zhì)來源，根據(jù)計算和測試數(shù)據(jù)，驗證過濾器設(shè)計的合理性。

圖1 解剖圖

表1 過濾器部分參數(shù)

圖2 過濾網(wǎng)局部放大圖

4.1 制冷系統(tǒng)各部件固體雜質(zhì)含量計算

該三匹定頻柜機采用采用MZ定速旋轉(zhuǎn)式壓縮機（型號為PH440），閥芯不可換帶濾網(wǎng)節(jié)流閥1(該部件同時肩負制冷系統(tǒng)節(jié)流與過濾作用)，室外熱交換器直徑Φ9.52，25根長U管，室內(nèi)熱交換器直徑Φ7，40根長U管，室外連接管長度4 m，規(guī)格分別為Ф6×0.5/Ф16×0.75，其它配管總長度約3.5 m，規(guī)格16×0.75的銅管等配置。

按照某企業(yè)設(shè)計規(guī)范和部件檢驗技術(shù)條件要求，計算制冷系統(tǒng)允許的最大雜質(zhì)含量。

1）壓縮機雜志含量：MZ定速旋轉(zhuǎn)式壓縮機型號為PH440，《壓縮機選型設(shè)計規(guī)范》標準、GB/T 15765《房間空氣調(diào)節(jié)器用全封閉電動機-壓縮機》以及PH440壓縮機規(guī)格書求，其內(nèi)部含塵量≤45 mg。

計算取雜質(zhì)量為45 mg。

2）室外熱交換器：室外熱交換器長U管直徑為Φ9.52，25根，每根長度2 m，共50 m，根據(jù)其內(nèi)部螺紋結(jié)構(gòu)形式，計算展開內(nèi)表面積為2.1 m2。

按照《熱交換器設(shè)計規(guī)范》標準清潔度要求固體雜質(zhì)含量≤14 mg/m2，故其最大允許固體雜質(zhì)含量為14×2.1=29.4 mg。

3）機內(nèi)配管：按規(guī)格Ф16×0.75銅管計算，長度3.5 m，其內(nèi)表面積為0.16 m2?！躲~制管路通用件技術(shù)條件》清潔度標準要求固體雜質(zhì)≤38 mg/m2，

按照標準計算管路固體雜質(zhì)最大含量總共為1.6×38=6.1 mg。

4）室內(nèi)外連接管：室內(nèi)外連接管長度4 m，規(guī)格分別為Ф6×0.5/Ф16×0.75，計算內(nèi)表面積分別0.063 m2與0.182 m2，《連接管銅管技術(shù)條件》標準清潔度要求固體雜質(zhì)≤15 mg/ m2，連接管最大允許固體雜質(zhì)含量為（0.182+0.063）×15=1.22 mg。

5）室內(nèi)熱交換器，Φ7長U管40根，每根長度0.91 m，展開內(nèi)表面1.20 m2?！稛峤粨Q器設(shè)計規(guī)范》標準清潔度要求固體雜質(zhì)含量≤14 mg/m2，該蒸發(fā)器雜質(zhì)重量為1.2×14=16.8 mg。

4.2 總雜質(zhì)量計算

經(jīng)過分析壓縮機、室外熱交換器、室內(nèi)熱交換器、機內(nèi)配管、室內(nèi)外連接管固體內(nèi)雜質(zhì)成分中包含Cu、Fe、CuO、Fe3O4、絕緣紙及其它，主要成分以Cu、Fe、CuO、Fe3O4材料。根據(jù)以上雜質(zhì)含量計算，該三匹定頻柜機壓縮機、室外熱交換器、室內(nèi)熱交換器、機內(nèi)配管、室內(nèi)外連接管固體總雜質(zhì)最大含量為（45+29.4+6.1+1.22+16.8）=98.52mg。為簡化計算，同時提高過濾器設(shè)計安全系數(shù)，假設(shè)所有的雜質(zhì)都是CuO，查得氧化銅的密度約為6.5g/cm3，因此制冷系統(tǒng)固體雜質(zhì)的總體積為98.52/6.5=15.16mm3。

所選樣機采用閥芯不可換帶濾網(wǎng)節(jié)流閥1，鋼絲濾網(wǎng)目數(shù)100目，鋼絲直徑0.064 mm，網(wǎng)孔通空邊長（0.254-0.064）=0.19 mm，假設(shè)雜質(zhì)均勻地堵住網(wǎng)孔，理論上直徑大于0.19 mm的顆粒就可以堵住一個濾網(wǎng)通孔，本案例假設(shè)雜質(zhì)最大化，所有的雜質(zhì)厚度取0.2 mm的立方體，計算雜質(zhì)占用面積如表2。

以上看基本上按照標準生產(chǎn)的產(chǎn)品，如果按照每個部件的雜質(zhì)取標準允許最大值的話，1號過濾網(wǎng)已經(jīng)被雜質(zhì)占97 %，3號其次，2好最好。

表2 雜質(zhì)計算圖表

表3 雜質(zhì)量抽查表

4.3 實物雜質(zhì)量抽查

結(jié)合某工廠對以上部件的雜質(zhì)量抽查，40多個批次，800多個樣件，超標的有，見表3。

經(jīng)過統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析（次數(shù)據(jù)略），實際雜質(zhì)總量計算跟理論計算非常接近，有部分還是會超標（如表3的21個數(shù)據(jù)）。由此得出，取標準允許雜質(zhì)量上限是有依據(jù)的、客觀存在的。過濾器必須過余量設(shè)計，需要加大2-3倍是基本合理的，而且要盡量余量大。

4.4 安裝和維修過程產(chǎn)生雜質(zhì)

1）安裝時連接有預埋管和管穿墻，如果不封住連接管口，容易導致雜物進到連接管里。此處雜質(zhì)量的多少跟安裝時的防雜質(zhì)保護關(guān)系很大。

2）內(nèi)外機的長連接管，大部分操作都是直接采用火焰焊接，維修時換壓縮機、維修四通閥、閥門等制冷系統(tǒng)零部件基本沒有充氮保護，會產(chǎn)生大量氧化皮。特別是有壓縮機油附屬在焊接的銅管上時更容易產(chǎn)生碳化物雜質(zhì)。

以上這兩部分不能量化，本文暫時不作定量分析。

5 總結(jié)

從以上分析看出：1號過濾器設(shè)計余量明顯不足，3號過濾器設(shè)計在臨界狀態(tài)，2號過濾器還是比較安全可靠。

本文假設(shè)設(shè)計的雜質(zhì)最大化，并且從實際零部件抽查上證明，部件雜質(zhì)量超標使存在的，假設(shè)是有意義的。實際使用的過濾面積要比理論設(shè)計的過濾面積大，建議定為2到3倍的安全系數(shù)。