制冰機(jī)熱氣除霜對壓縮機(jī)可靠性影響研究

徐延輝

華意壓縮機(jī)股份有限公司 江西省景德鎮(zhèn) 333001

1 引言

制冰機(jī)是一種將水通過蒸發(fā)器由制冷系統(tǒng)制冷劑冷卻后生成冰的制冷機(jī)械設(shè)備。根據(jù)蒸發(fā)器的原理和生產(chǎn)方式的不同，生成的冰塊形狀也不同。隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，用冰的行業(yè)越來越多，對冰的質(zhì)量要求越來越高，對制冰機(jī)的“高性能”、“低故障率”、“衛(wèi)生性”等方面的要求也越來越迫切。由于生產(chǎn)成本控制需要，制冰機(jī)脫冰主要采用熱氣除霜來實(shí)現(xiàn)脫冰，因此制冰機(jī)壓縮機(jī)可靠性也成為各大廠商共同關(guān)注的焦點(diǎn)，本文主要就制冰機(jī)熱氣除霜對壓縮機(jī)可靠性影響進(jìn)行闡述。

2 制冰機(jī)工作原理

制冰機(jī)制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、干燥過濾器、膨脹閥（毛細(xì)管）、蒸發(fā)器組成[1]，如圖1所示。制冰機(jī)工作原理：壓縮機(jī)將低溫低壓的制冷劑蒸汽壓縮成高溫高壓蒸汽，再排入冷凝器。在冷凝器中制冷劑不斷向周圍空間放熱，逐步凝結(jié)成低溫高壓液體。這些高壓液體通過膨脹閥（毛細(xì)管）節(jié)流降壓后流入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器里連續(xù)不斷地汽化，吸熱降溫，變成低溫低壓的氣體后經(jīng)過回氣管再次回到壓縮機(jī)，形成制冷循環(huán)[2]。同時(shí)水泵將水從水槽中吸上去，流水在冰板上結(jié)冰，冰厚度傳感器感知冰厚度并結(jié)束制冰周期，冷凝風(fēng)機(jī)和水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，開始脫冰周期，壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽經(jīng)過電磁閥進(jìn)入蒸發(fā)器，通過對蒸發(fā)器加熱，使冰板表面的冰融化，冰依靠自身的重力作用，滑落到儲冰箱內(nèi)，形成一個(gè)完整的制冰、脫冰工作過程[3]。

圖1 制冰機(jī)制冷系統(tǒng)

圖2 液擊產(chǎn)生的閥片破裂示意圖

圖3 GPY12RA在匹配一款制冰機(jī)40℃環(huán)溫、35℃水溫制冷曲線

3 熱氣除霜期間制冰機(jī)的表現(xiàn)

通過制冰機(jī)工作原理，我們了解到制冰機(jī)脫冰主要通過熱氣除霜實(shí)現(xiàn)，熱氣除霜過程中由于壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽通過電磁閥直接進(jìn)入蒸發(fā)器再返回壓縮機(jī)，因此壓縮機(jī)存在一定的液擊風(fēng)險(xiǎn)。熱氣除霜期間制冰機(jī)表現(xiàn)出來的現(xiàn)象主要有：

（1）壓縮機(jī)產(chǎn)生異常噪聲或噪聲增大；

（2）吸氣管溫度降低幅度過大；

（3）結(jié)霜現(xiàn)象發(fā)生；

（4）能耗增大；

（5）液擊，壓縮機(jī)損壞，沒有吸排氣壓力。

其中液擊易導(dǎo)致制冰機(jī)壓縮機(jī)閥片破裂如圖2所示，對制冰機(jī)壓縮機(jī)產(chǎn)生不可修復(fù)的損壞，也是本文重點(diǎn)闡述的內(nèi)容。

圖4 GPY12RA壓力范圍

4 不同環(huán)境中壓縮機(jī)的運(yùn)行工況測試

要了解熱氣除霜對壓縮機(jī)可靠性的影響，我們應(yīng)先了解壓縮機(jī)在制冰機(jī)制冰、脫冰期間工作循環(huán)過程。GPY12RA（HMBP）匹配一款名義制冰量60kg/24h方冰制冰機(jī)，充注合適的制冷劑量、增加儲液器（不帶儲液器則將壓縮機(jī)吸氣管與工藝管互換），高溫運(yùn)行工況40℃環(huán)溫、35℃進(jìn)水溫度制冷曲線見圖3，壓力范圍見圖4。SOA（Safe Operating Area）為應(yīng)用工況HMBP R134a壓縮機(jī)安全工作區(qū)。從圖3、圖4可以看出，制冰期間壓縮機(jī)能正常工作在SOA范圍內(nèi)，但熱氣除霜脫冰期間壓縮機(jī)已工作在SOA工作范圍外，且壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽通過電磁閥直接進(jìn)入蒸發(fā)器再返回壓縮機(jī)，因此壓縮機(jī)存在一定的液擊風(fēng)險(xiǎn)。

表1 2000h長運(yùn)GPY12RA壓縮機(jī)整機(jī)性能前后對比

圖5 100天長運(yùn)GPY12RA壓縮機(jī)開殼閥片、閥板零件圖

由于該方冰制冰機(jī)不帶儲液器，為最大限度地避免GPY12RA產(chǎn)生液擊，將GPY12RA壓縮機(jī)吸氣管與工藝管進(jìn)行互換，避免制冷劑直接吸入壓縮機(jī)消音器。制冰機(jī)40℃環(huán)溫、35℃水溫經(jīng)過100天長運(yùn)，長運(yùn)期間盡可能讓壓縮機(jī)不停機(jī)（等效工作壽命約為2400h×2.52×2=30000h≈3.42year），驗(yàn)證壓縮機(jī)在有液體制冷劑情況下，運(yùn)動(dòng)副潤滑狀況變差及所受負(fù)載變大對壓縮機(jī)機(jī)械部件的損壞情況。

長運(yùn)試驗(yàn)結(jié)束后，從表1壓縮機(jī)整機(jī)性能測試結(jié)果來看，長運(yùn)試驗(yàn)后壓縮機(jī)滿足GB/T 9098-2008中6.11試驗(yàn)方法規(guī)定的試驗(yàn)結(jié)束后制冷量和性能系數(shù)（COP）應(yīng)不低于試驗(yàn)前實(shí)測值的95%；噪聲值應(yīng)不大于試驗(yàn)前實(shí)測值3dB(A)，壓縮機(jī)整機(jī)性能滿足要求。整機(jī)性能測試完成后，開殼檢查GPY12RA壓縮機(jī)零部件是否有異常損壞或磨損，從圖5來看，壓縮機(jī)吸、排氣閥片正常，未出現(xiàn)閥片破裂、閥口積炭等現(xiàn)象，其他主要零部件曲軸、活塞、電機(jī)絕緣層等也未見異常損壞，活塞與氣缸、曲拐與連桿大頭、活塞銷與連桿小頭等配合面磨損正常。

5 結(jié)論

從以上GPY12RA壓縮機(jī)開殼檢查來看：通過表1整機(jī)性能對比，以及圖5方冰制冰機(jī)100天長運(yùn)GPY12RA壓縮機(jī)開殼閥片、閥板零件圖，我們可以得出經(jīng)過100天（等效工作壽命約為2400h×2.5×2=30000h≈3.42year）長運(yùn)試驗(yàn)GPY12RA壓縮機(jī)能正常運(yùn)行，且制冷性能滿足要求，因此可以判定GPY12RA壓縮機(jī)可靠性滿足該制冰機(jī)使用要求。該長運(yùn)試驗(yàn)同樣適用于其他不同制冷劑、不同型號壓縮機(jī)在類似結(jié)構(gòu)方冰制冰機(jī)的等效工作壽命，也可以驗(yàn)證壓縮機(jī)可靠性。

雖然制冰機(jī)利用熱氣除霜很容易導(dǎo)致壓縮機(jī)液擊，但在保證合適的制冷劑充注量、增加適當(dāng)?shù)膬σ浩鳎ɑ蛭鼩夤芘c工藝管互換）、正確的壓縮機(jī)選型等前提下，制冰機(jī)壓縮機(jī)液擊可以很大程度避免，可以保證利用熱氣除霜的制冰機(jī)性能可靠。

6 總結(jié)

本文從制冰機(jī)工作原理，以及GPY12RA壓縮機(jī)匹配制冰機(jī)長運(yùn)試驗(yàn)開殼后性能及零件分析，得出制冰機(jī)熱氣除霜對壓縮機(jī)可靠性影響。雖然制冰機(jī)利用熱氣除霜很容易導(dǎo)致壓縮機(jī)液擊，但在增加儲液器、壓縮機(jī)吸氣與工藝管互換、正確的壓縮機(jī)選型，以及準(zhǔn)確的制冷劑充注量，制冰機(jī)壓縮機(jī)液擊可以很大程度避免，可以保證利用熱氣除霜的制冰機(jī)性能可靠。

本文所闡述的制冰機(jī)主要為方冰制冰機(jī)，更多的制冰機(jī)熱氣除霜對壓縮機(jī)可靠性影響需要各大廠家共同研究。

[1].魏華峰，郭光華. 商用制冰機(jī)的性能研究[J].制冷與空調(diào)，2013，13（11）：P106-109.

[2].吳業(yè)正.小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001:P49- 51．

[3].杜建通，宋垚臻．商業(yè)制冰機(jī)的結(jié)構(gòu)及影響其效率的因素［J］.制冷與空調(diào)，2001，1(2):P 52-56．