| 标题 | 特种空调的压缩机选型 |
| 范文 | 摘 要：通过对特种空调制冷系统进行空调工况、高温工况下的热力计算，同时对比选用不同制冷剂，根据压缩机最大轴功，完成相适应的制冷剂和压缩机选择。 关键词：特种空调；压缩机；热力计算；选型 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 在小型特种空调的使用中，由于环境较为恶劣，因此压缩机的选型尤为重要，选择适用的压缩机，将会使空调适应使用环境，提高空调的可靠性。 小型特种空调的使用环境温度一般均在20至55℃之间，个别设备的使用环境高达65℃。同时适用场合亦较为多样，有向工作人员提供舒适性处理空气的，亦有专为电子设备降温的。 在这种空调的设计中，由于使用方对空间结构要求苛刻，设备要求体积小，重量不能过重，同时用电量不能超出电源能力，因此选用压缩机尤为重要。很多在使用过程中出现的故障均是由于压缩机选用不当，造成空调无法使用。比如：无法在高温环境下制冷工作；空调使用寿命短，使用12年就出现压缩机烧毁故障等。这些现象很多原因均是由于压缩机选用时只考虑了空调的性能保障，忽视了高温或及超高温环境下空调工作时，压缩机耗电的巨大变化，使压缩机电机长时间在超载状态下工作，致使电机烧毁。 目前大多数空调通过制冷系统的改进设计，使用各种电磁阀旁通制冷剂或使用变频压缩机进行制冷系统的匹配，对上述问题进行改善。但由于加入大量电子元器件和电子设备，繁复的空调控制逻辑，降低了空调的可靠性，在复杂环境下，特别是恶劣的电磁环境，使空调故障率反而加大。 2 选型思路 2.1 设计要求 以下为使用方提出空调的性能要求和使用环境温度要求，同时要求采用分体结构形式。 1）制冷量：2800W；2）电源：～220V/50Hz；3）制冷剂分别为：R22、R134a、R407C； 4）制冷工作温度：+15oC～+50oC； 5）储存环境温度：45oC～+70oC。 压缩机在SL232系列压缩机或同类规格型号中选用。空調在使用R22制冷剂制冷量3.2kW的特种空调设备基础上改型设计。 2.2 理论计算 由于特种空调生产量小，因此采用T1类工况的全封闭滚动转子式制冷压缩机，进行空调的设计。压缩机为滚动转子式压缩机，理论排量23.2cc/min，压缩机使用单相电，额定消耗功率1230W。 使用Coolpack软件进行理论计算，制冷工质分别为R134a和R22 、R407C，制冷系统热力循环如图1，计算结果见表1、2、3、4、5、6等数据，压缩机选型公式为： 通过公式计算得出各种工况下压缩机理论功耗，选择理论排气量相等或相近的压缩机，通过各种压缩机规格书中相应压缩机的制冷量及输入功率与理论计算得出的制冷量及最大功耗对比 ，选择制冷量满足空调使用要求、规格书中压缩机输入功率与理论计算压缩机最大功耗相近的一款压缩机，作为空调备选压缩机。在同一台空调上，通过压缩机与制冷系统联机试验，最终确定压缩机选型。 由制冷系统热力计算，可以得出，选用该型号系列压缩机，使用R134a制冷剂时，压缩机的轴功能够满足空调在要求的温度环境内正常工作，制冷系统无需增加卸载、旁通等辅助制冷器件，以保证制冷装置在极限温度环境下正常工作，减少制冷装置器件使用数量，提高设备可靠性，简化了制冷系统和控制逻辑的设计。 3 试验验证 空调首先使用制冷剂R22，按照要求，进行性能试验。验证试验工况按表7中额定制冷、高温，超高温为设计保证。在完成使用制冷剂R22的实验后，更换使用制冷剂R134a和R407c压缩机进行匹配试验，完成空调的试验考核，确定压缩机的选型。 在空调的设计中，采用分体结构形式，冷凝器使用铜管翅片形式，紫铜管规格为φ9.52×0.35，使用轴流风扇进行强制散热。蒸发器使用铜管翅片形式，紫铜管规格为φ6.35×0.35，使用贯流风扇进行强制散热，节流器使用毛细管。 在空调原系统上使用R22进行了额定制冷量、高温、电源适应性试验，相关数据详见表8。 在原制冷系统上更换使用R134a制冷剂的压缩机，进行匹配试验，充灌R134a制冷剂550g；更换加长长度的毛细管进行额定制冷量的试验，相关数据详见表9。 由此得出结论：使用直径为φ12.7的铜管作为连接管，使系统的性能有一定的提高，因此在使用连接管时可使用φ12.7的回气连接管代替原系统选择的φ9.52的回气连接管用以提高系统的性能。 根据前期进行的各种匹配试验，最终确定制冷系统充灌R134a制冷剂。制冷系统的最终状态：R134a的充灌量为1600g，毛细管使用3.0×900，回气连接管使用直径为φ12.7的铜管，以此状态进行了高温试验考核，相关数据详见表11： 使用R134a制冷剂，所选用的全封闭压缩机能够满足空调的使用要求。高温性能良好。 用R22制冷系统充灌R407C制冷剂时制冷系统的最终状态：R407C的充灌量为1800g，毛细管使用3.0×900，回气连接管使用直径为φ12.7的铜管，以此状态进行了空调工况制冷性能测试，随后按高温工况进行高温试验，在高温试验中，考虑到在热力计算中，制冷系统会出现冷凝压力超限现象，故采用逐步升高冷凝侧进风温度，同时检测压缩机排气压力，保证试验顺利进行。性能试验数据详见表12，高温试验数据见表13： 当冷凝侧进风温度升高至45℃时，压缩机耗电出现急剧升高现象，随后，压缩机停机。 4 数据分析 通过理论计算以及验证试验，对获得的数据进行分析，可以得出： 1）对于定频定排量的全封闭制冷压缩机，由于其内置电机规格固定，电机輸出功率无法完全适用特种空调在其要求的全部环境内稳定工作，当空调在高温或超高温环境下工作时，由于室外温度非常高，造成制冷系统冷凝压力急剧升高，使压缩机耗电随之升高，当超出电机极限时，压缩机热保护，致使空调无法正常工作，影响使用。虽然通过制冷系统优化设计，增加使用变频、热路旁通、卸载等措施，可以改善制冷系统的环境适应性，但随之带来的是制冷系统、控制逻辑设计复杂，大量使用辅助器件，造成空调可靠性下降，在使用中，出现故障的概率较简单的制冷空调大大增加。影响用户使用。 通过制冷系统热力计算，特别是增加高温环境的热力计算，同时加入制冷剂的选择，可以选择满足使用要求的压缩机，为制冷系统设计提供有力的理论依据。由图2 可以看到，R134a制冷剂，具有良好的高温性能。同时选用R134a的压缩机，其电机的耗电，亦能满足特种空调各个环境工况下的消耗功率使用要求。 2）对空调使用R22制冷剂进行匹配试验，通过图3分析可以看出，在冷凝温度75℃以下时，压缩机电机的消耗功率增长不大，随着冷凝温度的继续上升，压缩机消耗功率会超过压缩机电机的设计值，空调将会出现热保护停机。同时，制冷系统的冷凝压力亦会升高，并超过制冷系统安全设计压力3MPa，带来安全隐患。 3）通过图4 可以分析得出，使用制冷剂R134a，压缩机电机在冷凝温度升高的过程中，消耗功率升高的程度并未超过压缩机电机的设计值，空调的制冷量亦不会有大的变化，制冷系统可以在实际要求的各种工况下稳定工作，同时，制冷系统未使用变频、热路旁通、卸载等措施，简化了制冷系统的设计，空调的控制逻辑亦随之简单。 4） 通过图5 可以分析得出，制冷剂R407C是不能满足特种空调使用要求的。当冷凝侧的进风温度升至45℃时，制冷系统冷凝压力就升高超过3MPa，同时，压缩机电机的消耗功率急剧升高，电机出现堵转现象。 5 结论 通过试验数据与理论计算的结果对比分析，两者误差相差不大，因此按上述设计思路进行特种空调制冷系统压缩机选型是可行的。在R22制冷系统中改型设计使用R134a制冷剂的制冷压缩机，制冷剂的充灌量增加约17%，额定制冷量损失约13%，系统的额定制冷消耗功率会降低约25%，同时系统的高温性能有所改善。 特种空调在高温环境下是不能使用R407C制冷剂。 参考文献： [1]郝熙欢.最小二乘法在压缩机选型中的应用.制冷与空调，2008，12. [2]丁国良，张春路，赵力.制冷空调新工质热物理性质的计算方法与实用图表.上海交通大学出版社，2003. [3]GJB1913A—2006军用方舱空调设备. [4]吴业正.制冷原理与设备.北京：机械工业出版社，1995. 作者简介：李润宸（2004），女，现就读于天津市天津二中高二（四）班。 |
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