熱泵轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在-32℃環(huán)境下可靠運(yùn)行的研究

武滔 張?zhí)?劉湍順

(美的制冷設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311)

熱泵轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在-32℃環(huán)境下可靠運(yùn)行的研究

武滔 張?zhí)?劉湍順

(美的制冷設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311)

給予堵轉(zhuǎn)電流能夠讓轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)預(yù)熱，對(duì)熱泵在極低溫環(huán)境中啟動(dòng)時(shí)有很大好處。本文通過(guò)分析壓縮機(jī)油液面和測(cè)試壓縮機(jī)內(nèi)部油液的粘度值對(duì)比了不同預(yù)熱方案的優(yōu)劣，并對(duì)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)進(jìn)行單體長(zhǎng)運(yùn)，論證了熱泵壓縮機(jī)在-32℃環(huán)境下運(yùn)行的可靠性。

-32℃；壓縮機(jī)；預(yù)熱；粘度

0 前言

我國(guó)北方的霧霾與傳統(tǒng)習(xí)慣的燃煤燒鍋爐供暖密切相關(guān)，散煤燃燒貢獻(xiàn)PM2.5排放量高達(dá)14.4%-18.5%，北方取暖方式亟需改變，“煤改電”勢(shì)在必行，需要逐步用電能（含空氣源熱泵）、天然氣和太陽(yáng)能等清潔能源替代民用煤。近期，環(huán)保部也出臺(tái)相關(guān)文件鼓勵(lì)空氣源熱泵在北方取暖市場(chǎng)推廣，熱泵技術(shù)迎來(lái)了前所未有的環(huán)保和政策機(jī)遇。

家用空調(diào)是空氣源熱泵取暖中最直接利用熱能的方式，但是一直以來(lái)，家用空調(diào)在我國(guó)更側(cè)重于制冷運(yùn)行，而在北方超低溫環(huán)境中運(yùn)行熱泵，特別是在熱泵啟動(dòng)前，制冷劑因低溫遷移特性大量聚集在壓縮機(jī)里面，一旦啟動(dòng)后壓縮機(jī)不能及時(shí)得到回油潤(rùn)滑，壓縮機(jī)很容易因無(wú)油摩擦而損毀，所以很有必要在這方面做一些研究，保證熱泵的可靠啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行。

1 北方環(huán)境溫度分析

本文對(duì)中國(guó)北方最有代表性的6個(gè)城市的夜間氣溫（12月至第二年3月共四個(gè)月）做分析，6個(gè)城市分別為：漠河、鄂倫春（呼倫貝爾）、哈爾濱、長(zhǎng)春、沈陽(yáng)、烏魯木齊。如下圖1所示，中國(guó)北方6城市夜晚均溫中，除了最寒冷的漠河，其他5個(gè)城市的氣溫都高于-32℃。

下圖2所示，六城市夜晚均溫各溫度段累計(jì)天數(shù)能看出各地嚴(yán)寒持久性，漠河和鄂倫春的低溫惡劣環(huán)境都很具有代表性，但考慮到該地區(qū)實(shí)際使用空調(diào)熱泵太少，本文最終以哈爾濱的氣溫為基礎(chǔ)開(kāi)展研究。

圖1 中國(guó)北方六城市夜晚均溫變化圖（12月1日至第二年3月31日）

哈爾濱夜間氣溫在-28℃至-32℃區(qū)間的累計(jì)天數(shù)為4.9天，以家用空調(diào)一般使用壽命10年為計(jì)，需對(duì)整機(jī)進(jìn)行耐久試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為：24小時(shí)/天×4.9天/年×10年=1176小時(shí)，為了試驗(yàn)驗(yàn)證更充分，本研究定為壓縮機(jī)單體驗(yàn)證1500小時(shí)。

圖2 中國(guó)北方六城市夜晚均溫各溫度段累計(jì)天數(shù)分布圖（12月1日至第二年3月31日）

2 研究方法

除了傳統(tǒng)的觀(guān)察壓縮機(jī)油液面變化判斷壓縮機(jī)可靠性，本研究還采用了一種更科學(xué)的測(cè)試方法，測(cè)量壓縮機(jī)底部的液體粘度，以此判斷壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件周?chē)暮土孔兓Ｋ脺y(cè)試設(shè)備為工業(yè)用粘度計(jì)，外形如下圖3所示，特制壓縮機(jī)底部開(kāi)設(shè)了相應(yīng)尺寸的孔，粘度計(jì)探頭端安裝在壓縮機(jī)孔上，傳輸線(xiàn)纜可連接電腦顯示實(shí)時(shí)粘度值。

熱泵壓縮機(jī)在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的低溫冷凍后，制冷系統(tǒng)中的冷媒都自動(dòng)遷移到壓縮機(jī)里，一方面大量冷媒稀釋了潤(rùn)滑油，另一方面極低溫降低了潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性，壓縮機(jī)如果在此時(shí)啟動(dòng)將處于無(wú)油潤(rùn)滑的狀態(tài)，對(duì)機(jī)器磨損最大。但是如果能在啟動(dòng)之前，給壓縮機(jī)內(nèi)部提供熱量，將會(huì)極大改善運(yùn)動(dòng)部件的周?chē)鷿?rùn)滑性。本文也研究了對(duì)壓縮機(jī)內(nèi)部以不同熱量的給予時(shí)，壓縮機(jī)內(nèi)部液體的粘度值變化。

3 研究數(shù)據(jù)及分析

3.1 壓縮機(jī)油液面分析

在壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)充分時(shí)間冷凍后，采用給壓縮機(jī)通小電流同時(shí)堵轉(zhuǎn)的方式讓壓縮機(jī)內(nèi)部自發(fā)熱的方式預(yù)熱，然后啟動(dòng)。無(wú)預(yù)熱直接啟動(dòng)和小電流預(yù)熱15分鐘后啟動(dòng)兩種啟動(dòng)方案的壓縮機(jī)油面變化對(duì)比如下表1中所示，預(yù)熱后啟動(dòng)能很明顯的觀(guān)察到回油快，證明小電流預(yù)熱是對(duì)壓縮機(jī)啟動(dòng)有好處的。

3.2 壓縮機(jī)內(nèi)液體粘度值測(cè)試及分析

如下圖4所示，同在-32℃條件下，本文測(cè)試了7種不同預(yù)熱方式后啟動(dòng)壓縮機(jī)的方案，從曲線(xiàn)來(lái)看，采取長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱或大電流預(yù)熱方式一定比無(wú)預(yù)熱要更快恢復(fù)粘度，并且預(yù)熱大電流時(shí)間短要比小電流時(shí)間長(zhǎng)更快恢復(fù)粘度，不過(guò)所有方案的曲線(xiàn)趨勢(shì)是一樣的，都要先經(jīng)過(guò)粘度最低點(diǎn)，一樣都是0.4cP。

由下表2可看出，待機(jī)60W預(yù)熱與現(xiàn)用30W預(yù)熱參數(shù)相比，提升油溫明顯很多，待機(jī)預(yù)熱增益300W預(yù)熱5分鐘和60W預(yù)熱4小時(shí)在15分鐘時(shí)油粘度值基本一樣，可以看出大電流預(yù)熱是有優(yōu)勢(shì)的，達(dá)到一樣效果但是總耗功少。

3.3 預(yù)熱引起的電機(jī)漆包線(xiàn)溫升

在環(huán)境溫度-32℃條件下，測(cè)試壓底穩(wěn)定溫度-31.5℃時(shí)的壓縮機(jī)端子電阻為1.4Ω；開(kāi)啟待機(jī)預(yù)熱60W進(jìn)行預(yù)熱4小時(shí)趨于穩(wěn)定后，測(cè)試壓縮機(jī)端子電阻為1.5Ω。根據(jù)壓縮機(jī)廠(chǎng)家提供的換算表進(jìn)行下表3中的計(jì)算，得知繞組溫度為-17.5℃～-3.1℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電機(jī)漆包線(xiàn)絕緣安全溫度，證明是安全的。

圖3 工業(yè)用粘度計(jì)

表1 兩種啟動(dòng)方案的壓縮機(jī)油面變化對(duì)比

圖4 不同預(yù)熱方式啟動(dòng)的壓縮機(jī)內(nèi)油液粘度值變化圖

表2 不同條件下的壓縮機(jī)殼體溫度和內(nèi)油溫以及對(duì)應(yīng)時(shí)間的油粘度值

表3 電機(jī)繞組電阻-溫度換算

表4 壓縮機(jī)單體長(zhǎng)運(yùn)1500小時(shí)后測(cè)試數(shù)據(jù)

4 壓縮機(jī)單體可靠性驗(yàn)證

以環(huán)境溫度-32℃、室內(nèi)溫度20℃對(duì)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)進(jìn)行單體可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)1500小時(shí)長(zhǎng)運(yùn)后，測(cè)試數(shù)據(jù)如下表4所示，性能、噪音、振動(dòng)均在制品規(guī)格值內(nèi)，且分解泵體間隙、扭矩、磁通量，磨損無(wú)異常。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在環(huán)境溫度-32℃條件下啟動(dòng)運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)研究，得到以下結(jié)論：

（1）給予壓縮機(jī)堵轉(zhuǎn)電流，讓壓縮機(jī)內(nèi)部預(yù)熱后在啟動(dòng)，在極低溫環(huán)境下是有好處的；

（2）采取預(yù)熱大電流時(shí)間短要比小電流時(shí)間長(zhǎng)更快恢復(fù)粘度，不過(guò)趨勢(shì)都是一樣的，都要先經(jīng)過(guò)粘度最低點(diǎn)，一樣都是0.4cP；

（3）對(duì)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)進(jìn)行1500小時(shí)的單體長(zhǎng)運(yùn)，可以論證熱泵轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)能滿(mǎn)足我國(guó)極低溫氣候啟動(dòng)和運(yùn)行要求。

[1]孟浩, 陳建等.房間空調(diào)器滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)回油問(wèn)題研究. 制冷技術(shù),2000年第2期

[2]肖彪, 林康,桂祁偉. 熱泵空調(diào)制熱模式缺少制冷劑運(yùn)行狀態(tài)研究及識(shí)別方法. 日用電器,2015年4期

[3]王春. 兩級(jí)壓縮熱泵空調(diào)器的回油性能實(shí)驗(yàn)研究. 家電科技, 2012年11期

RESEARCH ON RELIABLE OPERATION OF ROTOR COMPRESSOR OF HEAT PUMP IN -32℃ ENVIRONMENT

Wu Tao Zhang Tao Liu Tuanshun
(GD Midea Refrigeration Equipment Co., Ltd. Guangdong Foshan 528311)

Preheating rotor compressor by given locked-rotor current has a lot of benefits for itself when startup in the extremely low temperature environment.This paper contrast the pros and cons of the different preheating scheme through analysis of oil surface and testing of oil viscosity value inside compressor.And monomer of the rotor compressor have run for a long time, that demonstrates the heat pump compressor running in - 32 ℃ environment is OK.

-32℃；Compressor；Preheating；Viscosity