陳亮，劉雪峰，李建新

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影響冷媒加注機加注量穩(wěn)定性的因素研究

陳亮，劉雪峰，李建新

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

通過對冷媒加注機的計量原理和冷媒的物理特性進行分析，并經(jīng)過數(shù)據(jù)驗證，研究了影響冷媒加注機加注量穩(wěn)定性的主要因素，為設備的使用維護提供技術依據(jù)。

冷媒加注機；加注量；穩(wěn)定性；研究

引言

冷媒加注機是汽車制造企業(yè)廣泛應用的加注設備，其加注量的穩(wěn)定性直接影響汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能。加注機穩(wěn)定性差，就會引起制冷劑加注量異常，一方面會造成空調(diào)制冷效果差，另一方面會縮短壓縮機的使用壽命，甚至造成壓縮機燒毀。本文以各汽車制造企業(yè)普遍使用的冷媒加注機為對象，研究了影響冷媒加注量穩(wěn)定性的相關因素。

1 冷媒加注機的測量原理

為了保證加注量的精確，冷媒加注機常使用Endress+ Hauser公司的80A型質(zhì)量流量計對加注的冷媒質(zhì)量進行測量，該型號的流量計基于科氏力測量原理。

科氏力是在旋轉(zhuǎn)運動的系統(tǒng)中做直線運動的物體所受到的力，其大小與運動物體的質(zhì)量Δm、徑向速度v和角速度ω相關：

在質(zhì)量流量計中，使用測量管振動替代旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的角速度ω。

流體流經(jīng)測量管，測量管振動。振動測量管（如圖1所示）受科氏力影響，產(chǎn)生形變，導致測量管兩端出現(xiàn)相位差。

圖1 測量管

測量管內(nèi)無流體流過（流量為0）時， A點和B點同相位，無相位差。

測量管內(nèi)有流體通過時，會使測量管在入口處振動加速，在出口處振動減速，產(chǎn)生相位差。質(zhì)量流量越大，相位差也越大。質(zhì)量流量計中的電磁式相位傳感器記錄測量管在前后兩端的振動相位，計算出角速度ω和徑向速度v。流量計測量出科氏力FC以及角速度ω、徑向速度v，就可以計算出流體的質(zhì)量為：

流量計將流體質(zhì)量以脈沖信號的形式輸出給PLC，PLC通過內(nèi)部運算，最終完成冷媒加注量的計量。

2 冷媒（R134a）的物理特性

冷媒（R134a）的飽和溫度-壓力曲線如圖2所示，外界條件處于曲線右下側(cè)時，冷媒是液態(tài)，外界條件處于曲線左上側(cè)時，冷媒是氣態(tài)。根據(jù)曲線變化趨勢，溫度越高，液化時需要的壓力就越大；反之，壓力就越小。

圖2 R134a飽和溫度-壓力曲線

冷媒加注機現(xiàn)場使用環(huán)境溫度在0℃~50℃之間，此溫度區(qū)間R134a的飽和溫度-壓力對照表如表1所示。

表1 R134a飽和溫度-壓力對照表

3 影響冷媒計量穩(wěn)定性的因素

根據(jù)科氏力流量計的使用要求，測量介質(zhì)不能氣液混合，并需要充滿測量管，否則會引起較大的測量誤差，甚至計量錯誤。因此，要求冷媒加注機內(nèi)的冷媒處于完全液態(tài)，即環(huán)境溫度和絕對壓力要在R134a飽和溫度-壓力曲線的右下側(cè)。

經(jīng)過以上的分析，在PLC算法確定的情況下，影響冷媒加注穩(wěn)定性的主要因素就歸結為一定環(huán)境溫度下加注系統(tǒng)的壓力。只有在加注全過程中，保持足夠的壓力，使冷媒完全液化，充滿測量管，才滿足計量穩(wěn)定、準確。

4 影響加注系統(tǒng)壓力的因素

影響加注系統(tǒng)壓力的因素主要包括加注系統(tǒng)密封性、儲能器內(nèi)氣囊的充氣壓力等。

4.1 加注系統(tǒng)密封性

如果冷媒加注機的加注系統(tǒng)密封性差，會導致冷媒泄漏，壓力降低。加注系統(tǒng)包括加注泵、儲能器、流體閥、流量計、電磁閥、管路和閥塊等，其密封性不僅包含各元件與管路接頭之間的密封性，也包含元器件內(nèi)部自身的密封性。

加注泵是加注系統(tǒng)最重要的元器件，當儲能器內(nèi)的壓力低于設定值時，加注泵開始工作，給儲能器里補充冷媒，直至壓力達到設定值。如果加注泵的密封圈等內(nèi)部器件磨損，一方面會導致補充冷媒時，外界空氣進入泵內(nèi)，進而進入儲能器；另一方面，會導致泵停止工作后，儲能器及管路中的冷媒緩慢泄漏，壓力降低，造成冷媒氣化。因此，加注泵需要及時潤滑和更換密封圈，保證密封性良好。

4.2 儲能器內(nèi)氣囊的充氣壓力

儲能器可以保證管路內(nèi)冷媒的壓力穩(wěn)定，防止出現(xiàn)大幅波動。如果儲能器內(nèi)的氣囊壓力不足，會導致加注時冷媒壓力波動較大，冷媒氣液混合；氣囊壓力過大，會導致內(nèi)部儲能器內(nèi)部冷媒儲存量過少，無法完成一個加注循環(huán)。因此需要保證氣囊保持一定的充氣壓力。

4.3 環(huán)境溫度的控制

從R134a飽和溫度-壓力曲線上看，環(huán)境溫度越高，需要的壓力也就越大（當溫度為30℃時，臨界壓力是0.770 MPa，溫度為50℃時，臨界壓力已達到1.32MPa），對加注機加注系統(tǒng)元器件的耐壓要求就越高。

通過現(xiàn)場測量，在室溫20℃的情況下，泵連續(xù)工作15分鐘，在無冷卻系統(tǒng)的情況下，泵體溫度會上升至40℃，有冷卻系統(tǒng)（冷卻系統(tǒng)的溫度設定26℃）冷卻的情況下，泵體溫度會保持在30℃左右。因此，需要給加注管路特別是加注泵配備冷卻系統(tǒng)，保證泵在工作時（特別是在夏天），溫度不超過40℃。

4.4 冷媒加注機參數(shù)整定

經(jīng)過以上分析，冷媒加注機需要重點關注的參數(shù)是儲能器氣囊壓力、管路壓力，重點關注的部位是加注泵、管路、儲能器和冷卻系統(tǒng)。

冷卻系統(tǒng)的溫度一般設定在26℃，此時加注泵的溫度在春秋季節(jié)保持在30℃左右，夏季在35℃左右，冬季會低于30℃。根據(jù)R134a的飽和溫度-壓力對照表，管路內(nèi)壓力需要在0.9MPa（對應35℃時的臨界壓力）以上，因此儲能器氣囊壓力設定為0.9 MPa左右。

在加注過程中，由于儲能器內(nèi)的冷媒加注進汽車空調(diào)內(nèi)，管路內(nèi)部冷媒減少，壓力會降低。經(jīng)過現(xiàn)場測量，加注量為750g時，冷媒加注機進行一個工作循環(huán)，管路內(nèi)壓力會降低0.23MPa左右。因此，冷媒加注機加注完成后，管路內(nèi)的壓力要保持在0.9MPa以上，可以計算出理論起始壓力要在1.13MPa以上，才能保證管路內(nèi)的冷媒處于液態(tài)。

經(jīng)過現(xiàn)場測量，加注機在儲能壓力低于1MPa時，流量計就會提示“EMPTY PIPE”報警，提示測量管內(nèi)未滿管或有氣體，因此需要提高儲能壓力。同時，為了防止溫度出現(xiàn)極端情況，并考慮到部分車型冷媒加注量會超過1000g，因此將冷媒加注機的管路儲能壓力整定在1.5MPa左右。

整定后冷媒加注機的具體參數(shù)是：

（1）冷卻系統(tǒng)溫度26℃

（2）儲能器氣囊壓力：0.9MPa

（3）管路儲能壓力：1.5MPa

5 總結

圖3 R134a冷媒加注機的過程能力

參數(shù)整定后，對冷媒加注機進行了加注量跟蹤測試，設定加注量750g，共測量了112組加注數(shù)據(jù)。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，冷媒加注機的過程能力符合正態(tài)分布，如圖3所示。

加注量樣本的平均值

標準差

偏離量

過程能力指數(shù)

過程能力屬于1級，加注過程能力比較充分，加注量穩(wěn)定性較好。

通過對分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在冷媒加注機的使用維護過程中需要重點關注管路儲能壓力、儲能器氣囊壓力和冷卻系統(tǒng)運行情況，確保以上三個因素在可控范圍內(nèi)，保證冷媒加注機加注量的穩(wěn)定性。

[1] 技術資料Proline Promass 80A,83A科氏力質(zhì)量流量測量系統(tǒng), 2012,Endress+Hauser SC China.

[2] 中國質(zhì)量協(xié)會.質(zhì)量管理小組理論與方法[M],北京:中國質(zhì)檢出版社, 2016.

Research on Factors affecting the Flow Calculation Stability of Refrigerant filling Machine

Chen Liang, Liu Xuefeng, Li Jianxin

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710200 )

Through the analysis of the measurement principle of the refrigerant filling machine and the physical characteristics of the refrigerant, and through the data verification, the main factors affecting the stability of the flow calculation of the refrigerant vacuum filling machine are studied. And the technical basis for the maintenance of the equipment is provided.

Refrigerant filling Machine; Flow Calculation; Stability; Research

B

1671-7988(2018)16-41-03

U461.6

B

1671-7988(2018)16-41-03

CLC NO.: U461.6

陳亮，設備技術工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車總裝配廠。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.015