旋葉式汽車空調(diào)壓縮機啟動特性瞬態(tài)分析

1、旋葉式汽車車空調(diào)壓壓縮機啟啟動特性性瞬態(tài)分分析旋葉式汽車車空調(diào)壓壓縮機啟啟動特性性瞬態(tài)分分析 作者：彭躍躍 束鵬鵬程 李李連生 HYPERLINK /neteaseivp/resource/paper/index.jsp?cu=macwang 簡介： 在在汽車空空調(diào)試驗驗臺上,測試了了標準工工況下旋旋葉式汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機機從啟動動到穩(wěn)定定過程中中,吸排排氣溫度度、吸排排氣壓力力、制冷冷量及CCOP 等參數(shù)數(shù)隨時間間的變化化關系曲曲線。分分析了影影響其啟啟動過程程的主要要因素,并提出出了一些些合理措措施。關關鍵字：旋葉壓壓縮機 啟動 瞬態(tài)特特性 中圖分類號號: TB6652 文獻獻標識碼碼:

2、A1 引言汽車空空調(diào)(尤尤其是核核心部件件的汽車車空調(diào)壓壓縮機) 對改改善車室室內(nèi)溫度度環(huán)境起起著重要要作用。旋旋葉式汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機機以其質(zhì)質(zhì)量輕、部部件少、結(jié)結(jié)構(gòu)緊湊湊、容積積效率高高、啟動動力矩小小、運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等等優(yōu)點,成為小小型汽車車空調(diào)用用壓縮機機的新一一代產(chǎn)品品1 ,2 。盡管旋旋葉式汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機機已經(jīng)批批量生產(chǎn)產(chǎn),但是是對其研研究還主主要是理理論分析析和試驗驗。理論論分析包包括機型型設計和和工作過過程數(shù)值值模擬計計算等方方面;試試驗主要要是為了了驗證實實際工作作工況與與設計工工況之間間的差異異, 發(fā)發(fā)現(xiàn)并尋尋找解決決問題的的方法和和途徑。因因此到目目前為止止,對旋旋葉式汽

3、汽車空調(diào)調(diào)壓縮機機啟動瞬瞬態(tài)特性性的研究究還很少少。本文結(jié)結(jié)合試驗驗, 得得出了汽汽車空調(diào)調(diào)旋葉壓壓縮機吸吸排氣溫溫度、壓壓力、制制冷量及及COPP 隨時時間的變變化關系系曲線,并對旋旋葉壓縮縮機啟動動特性進進行了較較為詳細的的分析。由由于汽車車空調(diào)壓壓縮機在在汽車發(fā)發(fā)動機怠怠速情況況或者行行車過程程中突然然啟動時時, 對對汽車發(fā)發(fā)動機輸輸出功率率的影響響比較大大, 因因此對旋旋葉壓縮縮機啟動動特性的的研究將將有助于于汽車空空調(diào)壓縮縮機的設設計和改改進,使使汽車空空調(diào)啟動動對汽車車行駛性性能的影影響降低低到最低低程度,從而提提高了乘乘車的舒舒適性。2 測測試系統(tǒng)統(tǒng)2.11 試驗驗方法和和測量工

4、工況在標準準工況下下進行壓壓縮機的的性能測測試, 試驗方方法按照照GB/ T 57773 - 19986 和QCC/ TT 6660 - 20000汽汽車空調(diào)調(diào)(HFFC1334a) 用壓壓縮機試試驗方法法的規(guī)規(guī)定33 ,44 ,在汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機機性能測測試試驗驗臺上完完成。測測量結(jié)果果通過數(shù)數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)直直接在計計算機上上記錄,數(shù)據(jù)采采集間隔隔時間為為20ss ,從從而實現(xiàn)現(xiàn)對壓縮縮機運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)工況的的瞬態(tài)監(jiān)監(jiān)測。壓壓縮機由由變速電電機驅(qū)動動,也可可按需要要調(diào)定電電機,電電機和壓壓縮機之之間用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩矩計連接接起來(轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩計用用于測量量輸入壓壓縮機的的軸功率率) 。試驗在在標準工工況

5、下進進行,具具體參數(shù)數(shù)如下:壓縮機機轉(zhuǎn)速為為18000r/ miin ;吸氣壓壓力為00. 1180MMPa ,對應應的飽和和溫度為為- 11. 11 ;排氣壓壓力為11. 6694MMPa ,對應應的飽和和溫度為為62. 8 ;吸氣溫溫度為77. 22 ;制冷劑劑過冷溫溫度為557. 8 。2.22 汽車車空調(diào)壓壓縮機測測試系統(tǒng)統(tǒng)測試系系統(tǒng)的制制冷系統(tǒng)統(tǒng)由立式式盤管式式量熱器器、立式式盤管式式冷凝器器、開度度可調(diào)節(jié)節(jié)的膨脹脹閥、被被測壓縮縮機、油油氣分離離器及干干燥過濾濾器等部部件組成成,如圖圖1 所所示。如圖11 所示示,量熱熱器、冷冷凝器的的外殼均均為與環(huán)環(huán)境絕熱熱的壓力力容器, 量熱熱

6、器和冷冷凝器內(nèi)內(nèi)的系統(tǒng)統(tǒng)盤管呈呈等直徑徑螺旋狀狀,處于于第二制制冷劑的的蒸汽中中(量熱熱器) 及系統(tǒng)統(tǒng)工質(zhì)的的冷凝液液體中(冷凝器器) 。量量熱器中中, 系系統(tǒng)工質(zhì)質(zhì)在管內(nèi)內(nèi)蒸發(fā), 管外外是第二二制冷劑劑R122 蒸汽汽,電加加熱器浸浸沒在第第二制冷冷劑的液液體中;冷凝器器中,系系統(tǒng)工質(zhì)質(zhì)在管外外冷凝,水在管管內(nèi)流動動。壓縮縮機的制制冷量等等于量熱熱器中的的電加熱熱量。3 旋旋葉壓縮縮機性能能瞬態(tài)分分析3.11 吸排排氣壓力力壓縮機機啟動前前,滑片片在潤滑滑油的粘粘性作用用下,粘粘附在滑滑槽中間間, 滑滑片端部部與氣缸缸內(nèi)壁面面分離。由由于各個個壓縮腔腔之間相相通,使使得吸排排氣壓力力均衡。關

7、閉平平衡閥, 進行行性能測測試。壓壓縮機啟啟動后,R1334a 蒸汽被被壓縮,吸排氣氣壓力迅迅速上升升,但是是由于滑滑片在甩甩出滑槽槽時受到到潤滑油油粘度引引起的粘粘性阻力力的影響響,不能能實現(xiàn)啟啟動瞬間間就完全全甩出滑滑槽從而而與氣缸缸壁面達達到很好好的壓力力接觸。這這就造成成前后壓壓縮腔之之間的氣氣體泄漏漏量很大大,要達達到穩(wěn)定定需要一一段時間間的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。這個個過程是是漸緩的的,所以以排氣壓壓力升高高速度先先快后慢慢。隨著著壓縮機機的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),缸體體表面和和潤滑油油的溫度度升高,制冷劑劑蒸汽在在較高溫溫度下被被壓縮,排氣壓壓力繼續(xù)續(xù)升高直直到標定定壓力值值1. 6944 MPPa 。整整個過

8、程程約需99minn。吸、排排氣壓力力隨時間間的變化化關系如如圖2 所示。對對于吸氣氣壓力來來說,由由于啟動動初期泄泄露量很很大,前前面高壓壓腔泄漏漏過來的的氣體與與后面低低壓腔的的氣體混混和,使使得低壓壓腔的氣氣體壓力力升高,這個作作用一直直向后延延續(xù)到吸吸氣孔口口, 從從而導致致吸氣壓壓力也跟跟著上升升,而且且上升速速率接近近排氣壓壓力。上上述分析析可以直直觀地從從圖2 啟動瞬瞬間到11minn 左右右的那段段直線看看出。當當滑片在在離心力力、摩擦擦力、氣氣體力以以及背壓壓力等各各種作用用力的綜綜合作用用下緊貼貼氣缸壁壁形成良良好的壓壓力接觸觸后,高高壓腔到到低壓腔腔的泄漏漏量就變變得非常

9、常小,因因此吸氣氣壓力就就開始回回落。同同時由于于量熱器器的電加加熱量上上升,空空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)中流動動的制冷冷劑開始始完全蒸蒸發(fā),進進入壓縮縮機吸氣氣孔口的的吸氣壓壓力也隨隨之降低低,最終終吸氣壓壓力達到到0. 1800MPaa 。吸吸氣壓力力達到穩(wěn)穩(wěn)定的時時間比排排氣壓力力要短得得多,只只需要55minn 左右右即可完完成。3.22 吸排排氣溫度度與吸排排氣壓力力的變化化相似,吸排氣氣溫度的的變化也也是一個個逐步升升高最終終達到穩(wěn)穩(wěn)態(tài)的過過程。唯唯一不同同的就是是溫度的的升高沒沒有壓力力變化快快,而且且溫度在在穩(wěn)定值值上下波波動較大大。如圖圖3 所所示,吸吸排氣溫溫度在啟啟動155minn 以后

10、后才趨于于穩(wěn)定。其其主要原原因是由由于旋葉葉壓縮機機啟動前前期,系系統(tǒng)處于于環(huán)境溫溫度,在在壓縮機機運轉(zhuǎn)過過程中,工作基基元封閉閉控制容容積里的的工質(zhì)要要與外界界發(fā)生熱熱交換。氣氣缸內(nèi)的的熱交換換過程較較復雜。將將工質(zhì)在在氣缸內(nèi)內(nèi)的熱交交換分為為兩類5 :(1) 工質(zhì)質(zhì)與所接接觸氣缸缸壁的熱熱交換。(2) 工質(zhì)質(zhì)與潤滑滑油的熱熱交換。缸缸體壁面面的溫度度與排氣氣溫度同同步上升升, 當當壓縮工工質(zhì)向外外界的熱熱交換達達到穩(wěn)態(tài)態(tài)時,排排氣溫度度也趨于于穩(wěn)定。吸氣溫溫度開始始有一段段上升過過程, 這主要要是由于于高壓腔腔泄露出出來的高高壓、高高溫氣體體與吸入入的制冷冷劑蒸汽汽混和,使吸氣氣溫度升升高

11、。隨隨著泄露露量的減減小,吸吸氣溫度度開始回回落到蒸蒸發(fā)器的的蒸發(fā)溫溫度,并并在此數(shù)數(shù)值上下下波動。3.33 制冷冷量及CCOP由于高高溫、高高壓氣體體泄露到到低壓、低低溫的側(cè)側(cè)基元容容積中,兩者的的混和加加熱作用用使基元元容積中中的氣體體在較高高溫度下下壓縮, 增加加了該基基元容積積向其低低壓側(cè)的的泄露量量, 最最終使壓壓縮機的的吸入氣氣體量減減少,從從而導致致制冷量量減少。所所以在旋旋葉壓縮縮機啟動動后,其其制冷量量不是瞬瞬間達到到設計值值,而是是逐步上上升。當當上升到到設計值值附近,由于壓壓縮過程程中的各各種氣體體干擾因因素, 使得制制冷量會會隨時間間上下波波動而趨趨于穩(wěn)定定。制冷冷量Q

12、00 隨時時間的變變化關系系曲線見見圖4 , CCOP 隨時間間的變化化關系曲曲線如圖圖5 所所示。3.44 電機機轉(zhuǎn)速試驗是是在標準準工況下下進行, 電機機轉(zhuǎn)速為為18000r/ miin。電電機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速隨時時間的變變化關系系曲線如如圖6 所示6 ,由由圖可見見約需115s 電機的的速度才才可以達達到18800 r/ minn 的穩(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)態(tài)。旋葉式式壓縮機機制冷量量與轉(zhuǎn)速速n 的的關系為為:式中Vs 實際輸輸氣量,cm33/ rrqvv 單位位容積的的制冷量量,kJJ / m3n 轉(zhuǎn)速, r/ miin由于壓壓縮機的的制冷量量和轉(zhuǎn)速速成正比比關系, 而且且限于測測量系統(tǒng)統(tǒng)的前220s 采樣

13、時時間未到到, 因因此在這這段時間間內(nèi),可可從理論論上近似似地認為為壓縮機機的制冷冷量隨時時間的變變化關系系曲線與與電機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速隨時時間的變變化關系系曲線相相似。但但是由于于滑片克克服潤滑滑油粘性性阻力需需要較大大的離心心力, 加上啟啟動初期期制冷劑劑氣體泄泄露很嚴嚴重, 所以在在轉(zhuǎn)速達達到18800rr/ mmin 的過程程中及其其稍后的的1miin 時時間內(nèi),旋葉式式壓縮機機的制冷冷量為零零。上述述分析在在圖4、55 的試試驗數(shù)據(jù)據(jù)曲線起起始階段段得到了了很好的的驗證。4 結(jié)結(jié)論(1) 旋葉葉式汽車車空調(diào)壓壓縮機在在啟動到到穩(wěn)定的的過程中中,吸排排氣壓力力、吸排排氣溫度度和制冷冷量的變變化都

14、是是逐步升升高, 直到穩(wěn)穩(wěn)定。其其中, 吸氣壓壓力約需需5miin ,排氣壓壓力約需需9miin 就就可以達達到穩(wěn)定定;而吸吸排氣溫溫度的變變化速度度比較緩緩慢,約約需要115miin 才才趨于穩(wěn)穩(wěn)定;制制冷量達達到穩(wěn)定定大約需需要8mmin。(2) 壓縮縮機啟動動初期,滑片與與氣缸壁壁面不能能形成良良好的壓壓力接觸觸,所以以泄漏嚴嚴重,這這是影響響啟動過過程的主主要因素素, 在在吸排氣氣壓力參參數(shù)變化化上可以以得到很很好的驗驗證(影影響吸排排氣溫度度的主要要因素是是氣缸內(nèi)內(nèi)的熱交交換) 。(3) 為了了使旋葉葉壓縮機機在很短短的時間間內(nèi)達到到穩(wěn)定,可以使使用粘度度較小的的潤滑油油,減小小啟動

15、初初期的泄泄漏量;同時盡盡量在環(huán)環(huán)境溫度度較高的的情況下下啟動,減少基基元控制制容積中中的傳熱熱量。參考文文獻:1王宜義義,王軍軍. 汽汽車空調(diào)調(diào)M . 西安交交通大學學出版社社,20000.2 郭蓓蓓. 旋旋葉式汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機機的熱動動力性能能研究D . 西西安交通通大學,20000.3GBB/ TT 577732219886. 容積式式制冷壓壓縮機性性能試驗驗方法 S . 中華人人民共和和國國家家標準, 19986.4 QCC/ TT 66602220000. 汽汽車空調(diào)調(diào)(HFFC1334a) 用壓壓縮機試試驗方法法 SS . 中華華人民共共和國機機械行業(yè)業(yè)標準,20000.5 馬國

16、國遠,李李紅旗. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)壓縮機機M . 機械工工業(yè)出版版社,220011.6 All-Beedooor BB O ,Moousttafaa K A ,Al-Husssaiin KKM. Preedicctinng tthe fattiguue llifee off syynchhronnouss mootorr2drriveen ccomppresssorrusiing thee coompllex moddal redducttionn teechnniquueJJ . CCompputeer mmethhodss inn apppliied mecchannicss annd eengiineeerinng , 20000 ,1887 :53-68.7