渦旋高壓腔壓縮機采暖模式排氣過熱度與轉速變化關系的實驗研究

王 亮，許 翔，陳小康

（格力電器（合肥）有限公司，安徽 合肥 230000）

在空調故障當中，壓縮機損壞的故障率占有相當高的比例。常見的有匝間短路、繞組過流、缺氟燒毀、滑片卡死以及磨損等問題。這些問題的出現，除了分析系統缺氟、漏堵和工藝裝配故障外，還有一個重要的運行參考要素——過熱度。所謂過熱度是指介質實際溫度與同一壓力下對應的飽和溫度之差，該參數主要是反映介質的狀態情況。過熱度包括油溫過熱度、吸氣過熱度、排氣過熱度。介質（制冷劑和潤滑油）的狀態對壓縮機運行的可靠性尤為重要，無論在空調的設計或者生產中，都要保證機組在任何運行范圍內都要有足夠的過熱度。本文重點探討高壓腔渦旋壓縮機排氣過熱度的控制和影響因素。

1 過程和現象

對渦旋高壓腔壓縮機進行4組模擬空調出貨檢驗的實驗，實驗序號及采暖轉速分別定義為：①45rps；②50rps；③55rps；④60rps。分別觀察壓縮機不同轉速運行下采集的排氣溫度、壓力對應的飽和溫度和排氣過熱度的變化情況。

如圖1，變頻排氣溫度與排氣口冷媒飽和溫度的關系圖。制熱結束時，排氣溫度由高到低依次為T①＞T②＞T③＞T④。從排氣溫度上升的斜率明顯可以看出：f④＞f③＞f②＞f① 。轉速越高，單位時間冷媒受壓縮做功越多，熱能越大，排氣溫度上升速率越快，對應的飽和溫度也是隨著轉速的提高而升高。

圖1 變頻排氣溫度與排氣口冷媒飽和溫度的關系圖

圖2 過熱度隨轉速變化曲線圖

如圖2，過熱度隨轉速變化曲線圖，設定排氣過熱度0℃線與10℃線。整個制熱過程持續4.5min，當過熱度在10℃線下時，上升速度都很快；過熱度在10℃線以上，上升速度有所減緩。其中，55rps、60rps產生的過熱度在0℃以下的范圍要優于 45rps、50rps。

以上實驗可以得出這樣的結論，如果整機其他條件（結構、冷媒含量、整機溫度、工況等）不變，渦旋高壓腔的過熱度在一定轉速范圍內隨壓縮機轉速的升高而升高。

2 原因分析

渦旋高壓腔壓縮機的結構主要有渦旋盤做功部、電機部、油部幾大部分。在整個運轉過程中，渦旋盤壓縮出的高溫、高壓的冷媒，其中含有一定量的冷凍油，不會立即排出排氣口，經過壓縮機狹窄的壓縮機腔體完成油與冷媒的分離過程后，排向壓縮機排氣口。

排氣過熱度是壓縮機排氣管或冷凝器進口的溫度和實際冷凝壓力對應的飽和溫度之間的溫差。與吸氣過熱度的控制原理不同，排氣過熱度主要是控制油粘度，壓縮機的規格書中一般要求運轉過程中過熱度最好控制在10℃以上。當排氣管溫低于實際冷凝壓力對應的飽和溫度時，排氣冷媒就會液化，重新融于冷凍油中。此現象產生的影響有兩點：①降低油與冷媒的分離率，導致排出的冷媒含有大量的冷凍油，導致壓縮機缺油運作；②液化的冷媒溶于油中，降低冷凍油的粘度。冷凍油在適宜的粘度下才能在壓縮機動作件摩擦面形成保護性油膜，防止摩擦、嚙合受損。

過熱度的變化與冷媒充注量、環境溫度、壓縮機運行轉速都有關系。本文探討的是過熱度與壓縮機運行轉速的變化關系。提高壓縮機運行轉速使排氣上升，實際冷凝壓力對應飽和溫度變化不明顯，所以排氣過熱度上升。但是持續提高排氣溫度也是不可取的，它與制冷劑的絕熱指數、壓縮比(冷凝壓力/蒸發壓力)及吸氣溫度有關。吸氣溫度越高，壓縮比越大，排氣溫度就越高，反之亦然。吸氣壓力不變，排氣壓力升高時，排氣溫度上升;如果排氣壓力不變，吸氣壓力下降時，排氣溫度也要升高。這兩種情況都是因為壓縮比增大引起的。冷凝溫度和排氣溫度過高對壓縮機的運行都是不利的，應該防止。排氣溫度過高會使潤滑油變稀甚至炭化結焦，也會使壓縮機潤滑條件惡化。排氣溫度的高低與壓縮比(冷凝壓力/蒸發壓力)以及吸氣溫度成正比。如果吸氣的過熱溫度高、壓縮比大，則排氣溫度也就高。如果吸氣壓力和溫度不變，當排氣壓力升高時，排氣溫度也升高。

裝載渦旋壓縮機的空調器在出廠檢測的第一次運行磨合要充分考究過熱度變化引起的缺油和油稀釋現象，選擇合適的壓縮機升頻檢驗對保證油的粘度很有必要。

3 結語

壓縮機冷凍油粘度不足是導致壓縮機故障的“殺手”之一。縮短壓縮機排氣過熱度低于0°的時間段是解決冷凍油粘度下降的關鍵。特別是在冬季低溫狀態下，冷凍油隨溫度的降低溶解冷媒能力增強，迅速合理的提升排氣溫度，提高排氣過熱度能有效的提高冷媒與冷凍油的分離率，提高冷凍油的粘度。對于使用渦旋高壓腔壓縮機的空調出貨檢驗，要認真研究引起壓縮機各動作部件摩擦損壞的可能性，設定合理的壓縮機運行邏輯，保證壓縮機的使用壽命。