譚秋暉 宋月平
南京天加環(huán)境科技有限公司
空調(diào)器在實際安裝過程中,由于安裝不規(guī)范,存在幾類問題:①采用室外機自帶冷媒對連接管及室內(nèi)機排空行為,導(dǎo)致冷媒缺失。②連接管喇叭口螺紋密封處裝配不到位,導(dǎo)致冷媒泄露。③連接管穿墻時未做好密封進(jìn)入異物,導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞低冷媒量運行。④安裝調(diào)試時未打開截止閥,導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞無冷媒循環(huán)運行等。隨著制冷系統(tǒng)的缺失或泄露或堵塞,造成冷媒循環(huán)量的減少,使壓縮機排氣溫度變高,使壓縮機內(nèi)部持續(xù)高溫并降低潤滑油的潤滑能力,最終導(dǎo)致汽缸部件嚴(yán)重磨損卡死[1]。
在現(xiàn)有壓縮機缺冷媒保護(hù)方案中,多數(shù)是在制冷系統(tǒng)上增加壓力傳感器來進(jìn)行判斷。比如在制冷系統(tǒng)上增加高低壓壓力傳感器,對制冷系統(tǒng)運行壓力參數(shù)進(jìn)行逐時監(jiān)控,從而判斷系統(tǒng)是否存在泄漏[2],因空調(diào)器產(chǎn)品價格競爭激烈,空調(diào)器室外機并沒有電控主板,一些主要的保護(hù)元器件如排氣溫度傳感器、低壓壓力開關(guān)也被省去,故增加壓力傳感器會帶來成本大幅上漲。主要依靠壓縮機內(nèi)置保護(hù)器進(jìn)行自我保護(hù),壓縮機內(nèi)置保護(hù)器采用雙金屬彈片結(jié)構(gòu),壓縮機電機和排氣溫度共同影響內(nèi)置保護(hù)器的動作狀態(tài)。當(dāng)壓縮機電流和排溫同時達(dá)到一定條件時才能使內(nèi)置保護(hù)器動作[3],而在低冷媒循環(huán)量下,壓縮機排氣溫度在 140 ℃以上才會觸發(fā)內(nèi)置保護(hù)器動作,此時壓縮機潤滑油會出現(xiàn)碳化影響壓縮機運行[4],故該方案的可靠性大大降低。因此在現(xiàn)有技術(shù)條件下,沒有室外機排氣溫度或低壓壓力等參數(shù)難以判斷空調(diào)器是否在低冷媒循環(huán)量下超負(fù)荷運行。
為避免壓縮機在低冷媒循環(huán)量下運行,防止壓縮機的損壞,在空調(diào)器現(xiàn)有配置前提下,提供一種經(jīng)濟有效的缺冷媒保護(hù)方案顯得非常重要。
以天加 1.5 匹定頻風(fēng)管機 TSA/R15KRDC 為例,制冷系統(tǒng)主要零部件如圖 1 所示,有壓縮機-1,四通閥-2,氣分-3,室外換熱器-4,節(jié)流毛細(xì)管-5,室內(nèi)換熱器-6,其中室外機接節(jié)流毛細(xì)管和四通閥分別有2個截止閥-7,通過2 根連接銅管-8 與室內(nèi)機2 個銅管接頭連接成完整的制冷系統(tǒng)。在室內(nèi)機回風(fēng)處安裝溫度傳感器-9 檢測回風(fēng)溫度T1,在室內(nèi)機換熱器上安裝溫度傳感器-10 檢測盤管溫度T2。
圖1 制冷系統(tǒng)主要零部件
空調(diào)器在制冷運行中,當(dāng)冷媒缺少到一定程度時才會導(dǎo)致壓縮機潤滑油碳化,本文根據(jù)在在制冷運行模式下,通過檢測室內(nèi)回風(fēng)溫度Th、蒸發(fā)器盤管溫度Ti、壓縮機運行時間t,計算系統(tǒng)冷媒保有量是否滿足需求,進(jìn)行缺冷媒故障判斷。缺冷媒故障主要有兩種情況:
第一種,當(dāng)系統(tǒng)完全堵塞,如室外機截止閥沒有打開,此時系統(tǒng)無冷媒循環(huán),判斷壓縮機啟動后,Th與Ti溫差很小時,則缺冷媒故障條件成立?;虍?dāng)系統(tǒng)冷媒完全沒有時,此時系統(tǒng)無冷媒循環(huán),判斷Th與Ti溫差很小時,則缺冷媒故障條件成立。
第二種,當(dāng)系統(tǒng)保有冷媒量很少時,制冷模式下壓縮機啟動后,室內(nèi)換熱器的氣態(tài)冷媒會迅速被吸回壓縮機,此時室內(nèi)換熱器中冷媒壓力降低,迫使液態(tài)冷媒蒸發(fā)成氣態(tài),冷媒相變迅速吸熱使Ti降低,隨著冷媒被壓縮機壓縮后經(jīng)過冷凝過程和膨脹過程后,低溫低壓的冷媒進(jìn)入室內(nèi)換熱器換熱,因冷媒循環(huán)量不足,使冷媒在蒸發(fā)器前段就已經(jīng)過熱,使Ti升高并維持在一個相對穩(wěn)定狀態(tài)。判斷Th與Ti溫差出現(xiàn)先變大后變小時,則缺冷媒故障條件成立。
控制方案包含以下步驟[5]:
1)空調(diào)器制冷運行,壓縮機啟動。
2)通過盤管溫度傳感器檢測室內(nèi)換熱器中部溫度Ti;通過環(huán)境溫度傳感器檢測室內(nèi)機回風(fēng)溫度Th;空調(diào)控制器記錄壓縮機累計運行時間t。
3)若Th-Ti≤T2,持續(xù)時間≥t4,轉(zhuǎn)步驟 8);否則,轉(zhuǎn)步驟 2);其中:T2為第二溫度預(yù)設(shè)閥值;t4為第四壓縮機累計運行時間預(yù)設(shè)閥值。
4)若t≤t5,轉(zhuǎn)步驟5);否則,轉(zhuǎn)步驟 2);其中:t5為第五壓縮機累計運行時間預(yù)設(shè)閥值。
5)若 (Th-Ti)max-(Th-Ti)min≥T1,轉(zhuǎn)步驟 6);否則,轉(zhuǎn)步驟2);其中:T1為第一溫度預(yù)設(shè)閥值。
6)若 0<tmin-tmax≤t3,轉(zhuǎn)步驟 7);否則,轉(zhuǎn)步驟 2);其中:tmax為Th與Ti溫差最大值發(fā)生時的壓縮機累計運行時間;tmin為Th與Ti溫差最小值發(fā)生時的壓縮機累計運行時間;t3為第三壓縮機累計運行時間預(yù)設(shè)的閥值。
7)若tmax≥t1,且tmin≤t2,轉(zhuǎn)步驟 8);否則,轉(zhuǎn)步驟2);其中:t1為第一壓縮機累計運行時間預(yù)設(shè)閥值;t2為第二壓縮機累計運行時間預(yù)設(shè)閥值。
8)空調(diào)控制器顯示故障,代碼為缺冷媒保護(hù);同時,壓縮機關(guān)機。
所述T1為 0.5~10 ℃;T2為 0.5~5 ℃;t1為 1~180s;t2為 10~300s;t3為 1~180s;t4為 5~360s;t5為 1~20min。所述t1<t2。
通過參考 GB/T 18836-2017《風(fēng)管送風(fēng)式空調(diào)(熱泵)機組》,制冷試驗特征工況表如表1 所示,以名義制冷工況、最大制冷工況為特征試驗工況,增加室內(nèi)干球32 ℃濕球30.5 ℃,室外46 ℃的極限環(huán)溫工況。
表1 制冷試驗特征工況表
系統(tǒng)無冷媒循環(huán)試驗采用表 1 中的名義制冷試驗條件,通過堵塞室外機截止閥、將室外機冷媒全部排空兩種試驗方法來進(jìn)行,分別記錄有缺冷媒保護(hù)和無缺冷媒保護(hù)下的排氣溫度,壓縮機底部溫度,室內(nèi)回風(fēng)溫度,室內(nèi)盤管溫度,壓縮機累計運行時間參數(shù)。
系統(tǒng)少冷媒循環(huán)試驗采用表 1 中三種試驗條件,通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)保有冷媒量百分比至 100%、80%、60%、50%、40%、30%、20%進(jìn)行測試,分別記錄有缺冷媒保護(hù)和無缺冷媒保護(hù)下的排氣溫度、壓縮機底部溫度、室內(nèi)回風(fēng)溫度、室內(nèi)盤管溫度、壓縮機累計運行時間參數(shù)。
系統(tǒng)無冷媒循環(huán)試驗結(jié)果如表 2 所示,當(dāng)系統(tǒng)無冷媒循環(huán)時,排氣溫度與壓縮機底部溫度因無冷媒將熱量帶走,溫度持續(xù)升高,在無缺冷媒保護(hù)的機組中,壓縮機累計運行 349s 時,壓縮機底部溫度會達(dá)到140 ℃,潤滑油會開始碳化導(dǎo)致壓縮機磨損加劇以至損壞。通過室內(nèi)回風(fēng)溫度與室內(nèi)盤管溫度的溫差及壓縮機累計運行時間判斷,在壓縮機后溫差幾乎無變化,符合Th-Ti溫差很小的特征,累計運行120s 時可辨別出來,提高壓縮機可靠性。
表2 系統(tǒng)無冷媒循環(huán)試驗結(jié)果
系統(tǒng)變冷媒量循環(huán)試驗結(jié)果如表3 所示,通過不增加缺冷媒保護(hù)的系統(tǒng)在不同冷媒循環(huán)量下和不同環(huán)境工況下運行 30 分鐘,隨著冷媒量降低,壓縮機排氣溫度和底部溫度逐漸升高,當(dāng)冷媒保有量低于 50%時,壓縮機排氣溫度超過140 ℃,潤滑油會開始碳化導(dǎo)致壓縮機磨損加劇以至損壞,壓縮機內(nèi)置保護(hù)時間最快需要壓縮機累計運行813 秒才能觸發(fā),而壓縮機排氣溫度超過140 ℃最快551 秒就會出現(xiàn),期間超負(fù)荷運行會造成壓縮機嚴(yán)重磨損,因此需進(jìn)行程序上的保護(hù),通過壓縮機短時間運行能辨別系統(tǒng)缺冷媒,來提高壓縮機壽命。
表3 系統(tǒng)低冷媒循環(huán)試驗結(jié)果
通過表3 的數(shù)據(jù)分析,在極限環(huán)溫制冷條件下壓縮機排氣溫度和底部溫度上升速率最快,因此在極限環(huán)溫制冷試驗工況條件增加缺冷媒保護(hù)控制,調(diào)節(jié)冷媒保有量至 50%、40%、30%、20%進(jìn)行測試,50%冷媒保有量參數(shù)曲線如圖2 所示,壓縮機啟動后 30 秒,室內(nèi)環(huán)境溫度和室內(nèi)盤管溫度出現(xiàn)最大差值為 5 ℃,而后溫差逐漸上升,至 120s 時溫差為 3.8 ℃,符合Th-Ti溫差先變大再變小特征,從而觸發(fā)缺冷媒保護(hù)停機。40%冷媒、30%冷媒、20%冷媒保有量參數(shù)曲線如圖 3、4、5 所示,40%冷媒保有量下符合Th-Ti溫差先變大再變小的特征,30%以下符合Th-Ti溫差很小的特征,均在壓縮機啟動后120s 觸發(fā)缺冷媒保護(hù)。
圖2 冷媒保有量50%系統(tǒng)狀態(tài)曲線
圖3 冷媒保有量40%系統(tǒng)狀態(tài)曲線
圖4 冷媒保有量30%系統(tǒng)狀態(tài)曲線
圖5 冷媒保有量20%系統(tǒng)狀態(tài)曲線
通過試驗結(jié)果圖2~5 的匯總分析,冷媒保有量在40%~50%時,可通過室內(nèi)環(huán)境溫度和室內(nèi)盤管溫度先變大再變小的趨勢來判斷系統(tǒng)缺冷媒,冷媒保有量在30%以下時,可通過室內(nèi)環(huán)境溫度和室內(nèi)盤管溫度溫差很小的特征,持續(xù)120s 來判斷系統(tǒng)缺冷媒。
1)當(dāng)定頻空調(diào)器在冷媒保有量30%以下運行時,蒸發(fā)器盤管溫度幾乎不會變化。
2)當(dāng)定頻空調(diào)器在冷媒保有量 30%至 50%之間時,蒸發(fā)器盤管溫度會先降低后升高。
3)當(dāng)定頻空調(diào)器在冷媒保有量 60%時,壓縮機處于高溫易損壞的臨界狀態(tài)點。
4)當(dāng)定頻空調(diào)器在冷媒保有量 80%以上時,壓縮機可以正常運行狀態(tài)。
5)在不同的空調(diào)系統(tǒng)中,冷媒充注量和空調(diào)系統(tǒng)容積都不一樣,出現(xiàn)該上述特征的冷媒保有量會不同,設(shè)定保護(hù)參數(shù)值也會發(fā)生變化,本文旨在提供一種采用室內(nèi)環(huán)境溫度,室內(nèi)盤管溫度,壓縮機累計運行時間參數(shù),在不增加額外成本的前提下,針對定頻空調(diào)器提供一種及時的缺冷媒保護(hù)功能,該功能可以縮短壓縮機在低冷媒循環(huán)量下運行時間,提高壓縮機使用壽命。