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

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，對熱泵在極低溫環(huán)境中啟動時有很大好處。本文通過分析壓縮機(jī)油液面和測試壓縮機(jī)內(nèi)部油液的粘度值對比了不同預(yù)熱方案的優(yōu)劣，并對轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)進(jìn)行單體長運，論證了熱泵壓縮機(jī)在-32℃環(huán)境下運行的可靠性。

-32℃；壓縮機(jī)；預(yù)熱；粘度

0 前言

我國北方的霧霾與傳統(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”勢在必行，需要逐步用電能（含空氣源熱泵）、天然氣和太陽能等清潔能源替代民用煤。近期，環(huán)保部也出臺相關(guān)文件鼓勵空氣源熱泵在北方取暖市場推廣，熱泵技術(shù)迎來了前所未有的環(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，家用空調(diào)在我國更側(cè)重于制冷運行，而在北方超低溫環(huán)境中運行熱泵，特別是在熱泵啟動前，制冷劑因低溫遷移特性大量聚集在壓縮機(jī)里面，一旦啟動后壓縮機(jī)不能及時得到回油潤滑，壓縮機(jī)很容易因無油摩擦而損毀，所以很有必要在這方面做一些研究，保證熱泵的可靠啟動和穩(wěn)定運行。

1 北方環(huán)境溫度分析

本文對中國北方最有代表性的6個城市的夜間氣溫（12月至第二年3月共四個月）做分析，6個城市分別為：漠河、鄂倫春（呼倫貝爾）、哈爾濱、長春、沈陽、烏魯木齊。如下圖1所示，中國北方6城市夜晚均溫中，除了最寒冷的漠河，其他5個城市的氣溫都高于-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)開展研究。

圖1 中國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)間的累計天數(shù)為4.9天，以家用空調(diào)一般使用壽命10年為計，需對整機(jī)進(jìn)行耐久試驗時長為：24小時/天×4.9天/年×10年=1176小時，為了試驗驗證更充分，本研究定為壓縮機(jī)單體驗證1500小時。

圖2 中國北方六城市夜晚均溫各溫度段累計天數(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)的測試方法，測量壓縮機(jī)底部的液體粘度，以此判斷壓縮機(jī)運動部件周圍的含油量變化。所用測試設(shè)備為工業(yè)用粘度計，外形如下圖3所示，特制壓縮機(jī)底部開設(shè)了相應(yīng)尺寸的孔，粘度計探頭端安裝在壓縮機(jī)孔上，傳輸線纜可連接電腦顯示實時粘度值。

熱泵壓縮機(jī)在經(jīng)過長時間的低溫冷凍后，制冷系統(tǒng)中的冷媒都自動遷移到壓縮機(jī)里，一方面大量冷媒稀釋了潤滑油，另一方面極低溫降低了潤滑油的潤滑性，壓縮機(jī)如果在此時啟動將處于無油潤滑的狀態(tài)，對機(jī)器磨損最大。但是如果能在啟動之前，給壓縮機(jī)內(nèi)部提供熱量，將會極大改善運動部件的周圍潤滑性。本文也研究了對壓縮機(jī)內(nèi)部以不同熱量的給予時，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)過充分時間冷凍后，采用給壓縮機(jī)通小電流同時堵轉(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。無預(yù)熱直接啟動和小電流預(yù)熱15分鐘后啟動兩種啟動方案的壓縮機(jī)油面變化對比如下表1中所示，預(yù)熱后啟動能很明顯的觀察到回油快，證明小電流預(yù)熱是對壓縮機(jī)啟動有好處的。

3.2 壓縮機(jī)內(nèi)液體粘度值測試及分析

如下圖4所示，同在-32℃條件下，本文測試了7種不同預(yù)熱方式后啟動壓縮機(jī)的方案，從曲線來看，采取長時間預(yù)熱或大電流預(yù)熱方式一定比無預(yù)熱要更快恢復(fù)粘度，并且預(yù)熱大電流時間短要比小電流時間長更快恢復(fù)粘度，不過所有方案的曲線趨勢是一樣的，都要先經(jīng)過粘度最低點，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小時在15分鐘時油粘度值基本一樣，可以看出大電流預(yù)熱是有優(yōu)勢的，達(dá)到一樣效果但是總耗功少。

3.3 預(yù)熱引起的電機(jī)漆包線溫升

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

圖3 工業(yè)用粘度計

表1 兩種啟動方案的壓縮機(jī)油面變化對比

圖4 不同預(yù)熱方式啟動的壓縮機(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)油溫以及對應(yīng)時間的油粘度值

表3 電機(jī)繞組電阻-溫度換算

表4 壓縮機(jī)單體長運1500小時后測試數(shù)據(jù)

4 壓縮機(jī)單體可靠性驗證

以環(huán)境溫度-32℃、室內(nèi)溫度20℃對轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)進(jìn)行單體可靠性驗證試驗，經(jīng)過1500小時長運后，測試數(shù)據(jù)如下表4所示，性能、噪音、振動均在制品規(guī)格值內(nèi)，且分解泵體間隙、扭矩、磁通量，磨損無異常。

5 結(jié)論

通過對轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在環(huán)境溫度-32℃條件下啟動運行的實驗研究，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，在極低溫環(huán)境下是有好處的；

（2）采取預(yù)熱大電流時間短要比小電流時間長更快恢復(fù)粘度，不過趨勢都是一樣的，都要先經(jīng)過粘度最低點，一樣都是0.4cP；

（3）對轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)進(jìn)行1500小時的單體長運，可以論證熱泵轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)能滿足我國極低溫氣候啟動和運行要求。

[1]孟浩, 陳建等.房間空調(diào)器滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)回油問題研究. 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行狀態(tài)研究及識別方法. 日用電器,2015年4期

[3]王春. 兩級壓縮熱泵空調(diào)器的回油性能實驗研究. 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