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汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)吸排氣壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系?

汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)吸排氣壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系?高速時(shí)高低壓力怎么變?怠速時(shí)候又怎么變?: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-05-04

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在汽車(chē)空調(diào)試驗(yàn)臺(tái)上,測(cè)試了標(biāo)準(zhǔn)工況下旋葉式汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)從啟動(dòng)到穩(wěn)定過(guò)程中,吸排氣溫度、吸排氣壓力、制冷量及COP 等參數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線(xiàn)。分析了影響其啟動(dòng)過(guò)程的主要因素,并提出了一些合理措施。關(guān)鍵詞:旋葉壓縮機(jī) 啟動(dòng) 瞬態(tài)特性 1 引言汽車(chē)空調(diào)(尤其是核心部件的汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)) 對(duì)改善車(chē)室內(nèi)溫度環(huán)境起著重要作用。旋葉式汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)以其質(zhì)量輕、部件少、結(jié)構(gòu)緊湊、容積效率高、啟動(dòng)力矩小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn),成為小型汽車(chē)空調(diào)用壓縮機(jī)的新一代產(chǎn)品[1 ,2 ] 。盡管旋葉式汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)已經(jīng)批量生產(chǎn),但是對(duì)其研究還主要是理論分析和試驗(yàn)。理論分析包括機(jī)型設(shè)計(jì)和工作過(guò)程數(shù)值模擬計(jì)算等方面;試驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證實(shí)際工作工況與設(shè)計(jì)工況之間的差異, 發(fā)現(xiàn)并尋找解決問(wèn)題的方法和途徑。因此到目前為止,對(duì)旋葉式汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)啟動(dòng)瞬態(tài)特性的研究還很少。本文結(jié)合試驗(yàn), 得出了汽車(chē)空調(diào)旋葉壓縮機(jī)吸排氣溫度、壓力、制冷量及COP 隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線(xiàn),并對(duì)旋葉壓縮機(jī)啟動(dòng)特性進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。由于汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速情況或者行車(chē)過(guò)程中突然啟動(dòng)時(shí), 對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的影響比較大, 因此對(duì)旋葉壓縮機(jī)啟動(dòng)特性的研究將有助于汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)和改進(jìn),使汽車(chē)空調(diào)啟動(dòng)對(duì)汽車(chē)行駛性能的影響降低到最低程度,從而提高了乘車(chē)的舒適性。 2 測(cè)試系統(tǒng) 2.1 試驗(yàn)方法和測(cè)量工況在標(biāo)準(zhǔn)工況下進(jìn)行壓縮機(jī)的性能測(cè)試, 試驗(yàn)方法按照GB/ T 5773 - 1986 和QC/ T 660 - 2000《汽車(chē)空調(diào)(HFC134a) 用壓縮機(jī)試驗(yàn)方法》的規(guī)定[3 ,4 ] ,在汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)上完成。測(cè)量結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接在計(jì)算機(jī)上記錄,數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間為20s ,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況的瞬態(tài)監(jiān)測(cè)。壓縮機(jī)由變速電機(jī)驅(qū)動(dòng),也可按需要調(diào)定電機(jī),電機(jī)和壓縮機(jī)之間用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩計(jì)連接起來(lái)(轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩計(jì)用于測(cè)量輸入壓縮機(jī)的軸功率) 。試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)工況下進(jìn)行,具體參數(shù)如下:壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為1800r/ min ;吸氣壓力為0. 180MPa ,對(duì)應(yīng)的飽和溫度為- 1. 1 ℃;排氣壓力為1. 694MPa ,對(duì)應(yīng)的飽和溫度為62. 8 ℃;吸氣溫度為7. 2 ℃;制冷劑過(guò)冷溫度為57. 8 ℃。 2.2 汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)測(cè)試系統(tǒng) 測(cè)試系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)由立式盤(pán)管式量熱器、立式盤(pán)管式冷凝器、開(kāi)度可調(diào)節(jié)的膨脹閥、被測(cè)壓縮機(jī)、油氣分離器及干燥過(guò)濾器等部件組成,如圖1 所示。如圖1 所示,量熱器、冷凝器的外殼均為與環(huán)境絕熱的壓力容器, 量熱器和冷凝器內(nèi)的系統(tǒng)盤(pán)管呈等直徑螺旋狀,處于第二制冷劑的蒸汽中(量熱器) 及系統(tǒng)工質(zhì)的冷凝液體中(冷凝器) 。量熱器中, 系統(tǒng)工質(zhì)在管內(nèi)蒸發(fā), 管外是第二制冷劑R12 蒸汽,電加熱器浸沒(méi)在第二制冷劑的液體中;冷凝器中,系統(tǒng)工質(zhì)在管外冷凝,水在管內(nèi)流動(dòng)。壓縮機(jī)的制冷量等于量熱器中的電加熱量。 3 旋葉壓縮機(jī)性能瞬態(tài)分析 3.1 吸排氣壓力壓縮機(jī)啟動(dòng)前,滑片在潤(rùn)滑油的粘性作用下,粘附在滑槽中間, 滑片端部與氣缸內(nèi)壁面分離。由于各個(gè)壓縮腔之間相通,使得吸排氣壓力均衡。關(guān)閉平衡閥, 進(jìn)行性能測(cè)試。壓縮機(jī)啟動(dòng)后,R134a 蒸汽被壓縮,吸排氣壓力迅速上升,但是由于滑片在甩出滑槽時(shí)受到潤(rùn)滑油粘度引起的粘性阻力的影響,不能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)瞬間就完全甩出滑槽從而與氣缸壁面達(dá)到很好的壓力接觸。這就造成前后壓縮腔之間的氣體泄漏量很大,要達(dá)到穩(wěn)定需要一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)。這個(gè)過(guò)程是漸緩的,所以排氣壓力升高速度先快后慢。隨著壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),缸體表面和潤(rùn)滑油的溫度升高,制冷劑蒸汽在較高溫度下被壓縮,排氣壓力繼續(xù)升高直到標(biāo)定壓力值1. 694 MPa 。整個(gè)過(guò)程約需9min。吸、排氣壓力隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2 所示。對(duì)于吸氣壓力來(lái)說(shuō),由于啟動(dòng)初期泄露量很大,前面高壓腔泄漏過(guò)來(lái)的氣體與后面低壓腔的氣體混和,使得低壓腔的氣體壓力升高,這個(gè)作用一直向后延續(xù)到吸氣孔口, 從而導(dǎo)致吸氣壓力也跟著上升,而且上升速率接近排氣壓力。上述分析可以直觀(guān)地從圖2 啟動(dòng)瞬間到1min 左右的那段直線(xiàn)看出。當(dāng)滑片在離心力、摩擦力、氣體力以及背壓力等各種作用力的綜合作用下緊貼氣缸壁形成良好的壓力接觸后,高壓腔到低壓腔的泄漏量就變得非常小,因此吸氣壓力就開(kāi)始回落。同時(shí)由于量熱器的電加熱量上升,空調(diào)系統(tǒng)中流動(dòng)的制冷劑開(kāi)始完全蒸發(fā),進(jìn)入壓縮機(jī)吸氣孔口的吸氣壓力也隨之降低,最終吸氣壓力達(dá)到0. 180MPa 。吸氣壓力達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間比排氣壓力要短得多,只需要5min 左右即可完成。 3.2 吸排氣溫度與吸排氣壓力的變化相似,吸排氣溫度的變化也是一個(gè)逐步升高最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過(guò)程。唯一不同的就是溫度的升高沒(méi)有壓力變化快,而且溫度在穩(wěn)定值上下波動(dòng)較大。如圖3 所示,吸排氣溫度在啟動(dòng)15min 以后才趨于穩(wěn)定。其主要原因是由于旋葉壓縮機(jī)啟動(dòng)前期,系統(tǒng)處于環(huán)境溫度,在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,工作基元封閉控制容積里的工質(zhì)要與外界發(fā)生熱交換。氣缸內(nèi)的熱交換過(guò)程較復(fù)雜。將工質(zhì)在氣缸內(nèi)的熱交換分為兩類(lèi)[5] : (1) 工質(zhì)與所接觸氣缸壁的熱交換。 (2) 工質(zhì)與潤(rùn)滑油的熱交換。缸體壁面的溫度與排氣溫度同步上升, 當(dāng)壓縮工質(zhì)向外界的熱交換達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí),排氣溫度也趨于穩(wěn)定。吸氣溫度開(kāi)始有一段上升過(guò)程, 這主要是由于高壓腔泄露出來(lái)的高壓、高溫氣體與吸入的制冷劑蒸汽混和,使吸氣溫度升高。隨著泄露量的減小,吸氣溫度開(kāi)始回落到蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度,并在此數(shù)值上下波動(dòng)。 3.3 制冷量及COP 由于高溫、高壓氣體泄露到低壓、低溫的側(cè)基元容積中,兩者的混和加熱作用使基元容積中的氣體在較高溫度下壓縮, 增加了該基元容積向其低壓側(cè)的泄露量, 最終使壓縮機(jī)的吸入氣體量減少,從而導(dǎo)致制冷量減少。所以在旋葉壓縮機(jī)啟動(dòng)后,其制冷量不是瞬間達(dá)到設(shè)計(jì)值,而是逐步上升。當(dāng)上升到設(shè)計(jì)值附近,由于壓縮過(guò)程中的各種氣體干擾因素, 使得制冷量會(huì)隨時(shí)間上下波動(dòng)而趨于穩(wěn)定。制冷量Q0 隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖4 , COP 隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線(xiàn)如圖5 所示。 3.4 電機(jī)轉(zhuǎn)速試驗(yàn)是在標(biāo)準(zhǔn)工況下進(jìn)行, 電機(jī)轉(zhuǎn)速為1800r/ min。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線(xiàn)如圖6 所示[6 ] ,由圖可見(jiàn)約需15s 電機(jī)的速度才可以達(dá)到1800 r/ min 的穩(wěn)定狀態(tài)。旋葉式壓縮機(jī)制冷量與轉(zhuǎn)速n 的關(guān)系為: 式中 Vs ---實(shí)際輸氣量,cm3/ r qv ---單位容積的制冷量,kJ / m3 n ---轉(zhuǎn)速, r/ min 由于壓縮機(jī)的制冷量和轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系, 而且限于測(cè)量系統(tǒng)的前20s 采樣時(shí)間未到, 因此在這段時(shí)間內(nèi),可從理論上近似地認(rèn)為壓縮機(jī)的制冷量隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線(xiàn)與電機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線(xiàn)相似。但是由于滑片克服潤(rùn)滑油粘性阻力需要較大的離心力, 加上啟動(dòng)初期制冷劑氣體泄露很?chē)?yán)重, 所以在轉(zhuǎn)速達(dá)到1800r/ min 的過(guò)程中及其稍后的1min 時(shí)間內(nèi),旋葉式壓縮機(jī)的制冷量為零。上述分析在圖4、5 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)起始階段得到了很好的驗(yàn)證。 4 結(jié)論 (1) 旋葉式汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)在啟動(dòng)到穩(wěn)定的過(guò)程中,吸排氣壓力、吸排氣溫度和制冷量的變化都是逐步升高, 直到穩(wěn)定。其中, 吸氣壓力約需5min ,排氣壓力約需9min 就可以達(dá)到穩(wěn)定;而吸排氣溫度的變化速度比較緩慢,約需要15min 才趨于穩(wěn)定;制冷量達(dá)到穩(wěn)定大約需要8min。 (2) 壓縮機(jī)啟動(dòng)初期,滑片與氣缸壁面不能形成良好的壓力接觸,所以泄漏嚴(yán)重,這是影響啟動(dòng)過(guò)程的主要因素, 在吸排氣壓力參數(shù)變化上可以得到很好的驗(yàn)證(影響吸排氣溫度的主要因素是氣缸內(nèi)的熱交換) 。 (3) 為了使旋葉壓縮機(jī)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定,可以使用粘度較小的潤(rùn)滑油,減小啟動(dòng)初期的泄漏量;同時(shí)盡量在環(huán)境溫度較高的情況下啟動(dòng),減少基元控制容積中的傳熱量: 回答者：網(wǎng)友

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