旋葉式汽車空調(diào)壓縮機(jī)啟動(dòng)特性瞬態(tài)分析

1、旋葉式汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機(jī)機(jī)啟動(dòng)特特性瞬態(tài)態(tài)分析旋葉式汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機(jī)機(jī)啟動(dòng)特特性瞬態(tài)態(tài)分析作者：彭彭躍 束束鵬程 李連生生 HYPERLINK /neteaseivp/resource/paper/index.jsp?cu=macwang 簡(jiǎn)介： 在汽車車空調(diào)試試驗(yàn)臺(tái)上上,測(cè)試試了標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)工況下下旋葉式式汽車空空調(diào)壓縮縮機(jī)從啟啟動(dòng)到穩(wěn)穩(wěn)定過程程中,吸吸排氣溫溫度、吸吸排氣壓壓力、制制冷量及及COPP 等參參數(shù)隨時(shí)時(shí)間的變變化關(guān)系系曲線。分析了了影響其其啟動(dòng)過過程的主主要因素素,并提提出了一一些合理理措施。關(guān)鍵字字：旋葉葉壓縮機(jī)機(jī) 啟動(dòng)動(dòng) 瞬態(tài)態(tài)特性 中圖分類類號(hào): TB6652 文獻(xiàn)獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼碼

2、: A1 引引言汽車車空調(diào)(尤其是是核心部部件的汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機(jī)機(jī)) 對(duì)對(duì)改善車車室內(nèi)溫溫度環(huán)境境起著重重要作用用。旋葉葉式汽車車空調(diào)壓壓縮機(jī)以以其質(zhì)量量輕、部部件少、結(jié)構(gòu)緊緊湊、容容積效率率高、啟啟動(dòng)力矩矩小、運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn),成為為小型汽汽車空調(diào)調(diào)用壓縮縮機(jī)的新新一代產(chǎn)產(chǎn)品11 ,22 。盡管管旋葉式式汽車空空調(diào)壓縮縮機(jī)已經(jīng)經(jīng)批量生生產(chǎn),但但是對(duì)其其研究還還主要是是理論分分析和試試驗(yàn)。理理論分析析包括機(jī)機(jī)型設(shè)計(jì)計(jì)和工作作過程數(shù)數(shù)值模擬擬計(jì)算等等方面;試驗(yàn)主主要是為為了驗(yàn)證證實(shí)際工工作工況況與設(shè)計(jì)計(jì)工況之之間的差差異, 發(fā)現(xiàn)并并尋找解解決問題題的方法法和途徑徑。因此此到目前前為止,對(duì)旋

3、葉葉式汽車車空調(diào)壓壓縮機(jī)啟啟動(dòng)瞬態(tài)態(tài)特性的的研究還還很少。本文文結(jié)合試試驗(yàn), 得出了了汽車空空調(diào)旋葉葉壓縮機(jī)機(jī)吸排氣氣溫度、壓力、制冷量量及COOP 隨隨時(shí)間的的變化關(guān)關(guān)系曲線線,并對(duì)對(duì)旋葉壓壓縮機(jī)啟啟動(dòng)特性性進(jìn)行了了較為詳細(xì)細(xì)的分析析。由于于汽車空空調(diào)壓縮縮機(jī)在汽汽車發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)怠速速情況或或者行車車過程中中突然啟啟動(dòng)時(shí), 對(duì)汽汽車發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)輸出出功率的的影響比比較大, 因此此對(duì)旋葉葉壓縮機(jī)機(jī)啟動(dòng)特特性的研研究將有有助于汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機(jī)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)和改進(jìn)進(jìn),使汽汽車空調(diào)調(diào)啟動(dòng)對(duì)對(duì)汽車行行駛性能能的影響響降低到到最低程程度,從從而提高高了乘車車的舒適適性。2 測(cè)試試系統(tǒng)2.1 試試驗(yàn)方法法和測(cè)量量工

4、況在標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)工況況下進(jìn)行行壓縮機(jī)機(jī)的性能能測(cè)試, 試驗(yàn)驗(yàn)方法按按照GBB/ TT 57773 - 119866 和QQC/ T 6660 - 220000汽車車空調(diào)(HFCC1344a) 用壓縮縮機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)方法的規(guī)定定3 ,4 ,在汽車車空調(diào)壓壓縮機(jī)性性能測(cè)試試試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)上完成成。測(cè)量量結(jié)果通通過數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)直接接在計(jì)算算機(jī)上記記錄,數(shù)數(shù)據(jù)采集集間隔時(shí)時(shí)間為220s ,從而而實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)壓縮機(jī)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工工況的瞬瞬態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)。壓縮縮機(jī)由變變速電機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng),也可按按需要調(diào)調(diào)定電機(jī)機(jī),電機(jī)機(jī)和壓縮縮機(jī)之間間用轉(zhuǎn)速速轉(zhuǎn)矩計(jì)計(jì)連接起起來(轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩矩計(jì)用于于測(cè)量輸輸入壓縮縮機(jī)的軸軸功率) 。試驗(yàn)驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)工況下下進(jìn)

5、行,具體參參數(shù)如下下:壓縮縮機(jī)轉(zhuǎn)速速為18800rr/ mmin ;吸氣氣壓力為為0. 1800MPaa ,對(duì)對(duì)應(yīng)的飽飽和溫度度為- 1. 1 ;排氣壓壓力為11. 6694MMPa ,對(duì)應(yīng)應(yīng)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 。2.2 汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機(jī)機(jī)測(cè)試系系統(tǒng)測(cè)試試系統(tǒng)的的制冷系系統(tǒng)由立立式盤管管式量熱熱器、立立式盤管管式冷凝凝器、開開度可調(diào)調(diào)節(jié)的膨膨脹閥、被測(cè)壓壓縮機(jī)、油氣分分離器及及干燥過過濾器等等部件組組成,如如圖1 所示。如圖圖1 所所示,量量熱器、冷凝器器的外殼殼均為與與環(huán)境絕絕熱的壓壓力容器器, 量量熱器和和冷凝器器內(nèi)

6、的系系統(tǒng)盤管管呈等直直徑螺旋旋狀,處處于第二二制冷劑劑的蒸汽汽中(量量熱器) 及系系統(tǒng)工質(zhì)質(zhì)的冷凝凝液體中中(冷凝凝器) 。量熱熱器中, 系統(tǒng)統(tǒng)工質(zhì)在在管內(nèi)蒸蒸發(fā), 管外是是第二制制冷劑RR12 蒸汽,電加熱熱器浸沒沒在第二二制冷劑劑的液體體中;冷冷凝器中中,系統(tǒng)統(tǒng)工質(zhì)在在管外冷冷凝,水水在管內(nèi)內(nèi)流動(dòng)。壓縮機(jī)機(jī)的制冷冷量等于于量熱器器中的電電加熱量量。3旋旋葉壓縮縮機(jī)性能能瞬態(tài)分分析3.1 吸吸排氣壓壓力壓縮縮機(jī)啟動(dòng)動(dòng)前,滑滑片在潤(rùn)潤(rùn)滑油的的粘性作作用下,粘附在在滑槽中中間, 滑片端端部與氣氣缸內(nèi)壁壁面分離離。由于于各個(gè)壓壓縮腔之之間相通通,使得得吸排氣氣壓力均均衡。關(guān)閉閉平衡閥閥, 進(jìn)進(jìn)行性

7、能能測(cè)試。壓縮機(jī)機(jī)啟動(dòng)后后,R1134aa 蒸汽汽被壓縮縮,吸排排氣壓力力迅速上上升,但但是由于于滑片在在甩出滑滑槽時(shí)受受到潤(rùn)滑滑油粘度度引起的的粘性阻阻力的影影響,不不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)啟動(dòng)瞬瞬間就完完全甩出出滑槽從從而與氣氣缸壁面面達(dá)到很很好的壓壓力接觸觸。這就就造成前前后壓縮縮腔之間間的氣體體泄漏量量很大,要達(dá)到到穩(wěn)定需需要一段段時(shí)間的的運(yùn)轉(zhuǎn)。這個(gè)過過程是漸漸緩的,所以排排氣壓力力升高速速度先快快后慢。隨著壓壓縮機(jī)的的運(yùn)轉(zhuǎn),缸體表表面和潤(rùn)潤(rùn)滑油的的溫度升升高,制制冷劑蒸蒸汽在較較高溫度度下被壓壓縮,排排氣壓力力繼續(xù)升升高直到到標(biāo)定壓壓力值11. 6694 MPaa 。整整個(gè)過程程約需99minn。

8、吸、排氣壓壓力隨時(shí)時(shí)間的變變化關(guān)系系如圖22 所示示。對(duì)于于吸氣壓壓力來說說,由于于啟動(dòng)初初期泄露露量很大大,前面面高壓腔腔泄漏過過來的氣氣體與后后面低壓壓腔的氣氣體混和和,使得得低壓腔腔的氣體體壓力升升高,這這個(gè)作用用一直向向后延續(xù)續(xù)到吸氣氣孔口, 從而而導(dǎo)致吸吸氣壓力力也跟著著上升,而且上上升速率率接近排排氣壓力力。上述述分析可可以直觀觀地從圖圖2 啟啟動(dòng)瞬間間到1mmin 左右的的那段直直線看出出。當(dāng)滑滑片在離離心力、摩擦力力、氣體體力以及及背壓力力等各種種作用力力的綜合合作用下下緊貼氣氣缸壁形形成良好好的壓力力接觸后后,高壓壓腔到低低壓腔的的泄漏量量就變得得非常小小,因此此吸氣壓壓力就

9、開開始回落落。同時(shí)時(shí)由于量量熱器的的電加熱熱量上升升,空調(diào)調(diào)系統(tǒng)中中流動(dòng)的的制冷劑劑開始完完全蒸發(fā)發(fā),進(jìn)入入壓縮機(jī)機(jī)吸氣孔孔口的吸吸氣壓力力也隨之之降低,最終吸吸氣壓力力達(dá)到00. 1180MMPa 。吸氣氣壓力達(dá)達(dá)到穩(wěn)定定的時(shí)間間比排氣氣壓力要要短得多多,只需需要5mmin 左右即即可完成成。3.2 吸吸排氣溫溫度與吸吸排氣壓壓力的變變化相似似,吸排排氣溫度度的變化化也是一一個(gè)逐步步升高最最終達(dá)到到穩(wěn)態(tài)的的過程。唯一不不同的就就是溫度度的升高高沒有壓壓力變化化快,而而且溫度度在穩(wěn)定定值上下下波動(dòng)較較大。如如圖3 所示,吸排氣氣溫度在在啟動(dòng)115miin 以以后才趨趨于穩(wěn)定定。其主主要原因因是

10、由于于旋葉壓壓縮機(jī)啟啟動(dòng)前期期,系統(tǒng)統(tǒng)處于環(huán)環(huán)境溫度度,在壓壓縮機(jī)運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)過程程中,工工作基元元封閉控控制容積積里的工工質(zhì)要與與外界發(fā)發(fā)生熱交交換。氣氣缸內(nèi)的的熱交換換過程較較復(fù)雜。將工質(zhì)質(zhì)在氣缸缸內(nèi)的熱熱交換分分為兩類類5 :(11) 工工質(zhì)與所所接觸氣氣缸壁的的熱交換換。(22) 工工質(zhì)與潤(rùn)潤(rùn)滑油的的熱交換換。缸體體壁面的的溫度與與排氣溫溫度同步步上升, 當(dāng)壓壓縮工質(zhì)質(zhì)向外界界的熱交交換達(dá)到到穩(wěn)態(tài)時(shí)時(shí),排氣氣溫度也也趨于穩(wěn)穩(wěn)定。吸氣氣溫度開開始有一一段上升升過程, 這主主要是由由于高壓壓腔泄露露出來的的高壓、高溫氣氣體與吸吸入的制制冷劑蒸蒸汽混和和,使吸吸氣溫度度升高。隨著泄泄露量的的減小,

11、吸氣溫溫度開始始回落到到蒸發(fā)器器的蒸發(fā)發(fā)溫度,并在此此數(shù)值上上下波動(dòng)動(dòng)。3.3 制制冷量及及COPP由于于高溫、高壓氣氣體泄露露到低壓壓、低溫溫的側(cè)基基元容積積中,兩兩者的混混和加熱熱作用使使基元容容積中的的氣體在在較高溫溫度下壓壓縮, 增加了了該基元元容積向向其低壓壓側(cè)的泄泄露量, 最終終使壓縮縮機(jī)的吸吸入氣體體量減少少,從而而導(dǎo)致制制冷量減減少。所所以在旋旋葉壓縮縮機(jī)啟動(dòng)動(dòng)后,其其制冷量量不是瞬瞬間達(dá)到到設(shè)計(jì)值值,而是是逐步上上升。當(dāng)當(dāng)上升到到設(shè)計(jì)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(huì)會(huì)隨時(shí)間間上下波波動(dòng)而趨趨于穩(wěn)定定。制冷冷量Q00 隨時(shí)時(shí)間的變變化關(guān)系系

12、曲線見見圖4 , CCOP 隨時(shí)間間的變化化關(guān)系曲曲線如圖圖5 所所示。3.4 電電機(jī)轉(zhuǎn)速速試驗(yàn)驗(yàn)是在標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)工況況下進(jìn)行行, 電電機(jī)轉(zhuǎn)速速為18800rr/ mmin。電機(jī)的的轉(zhuǎn)速隨隨時(shí)間的的變化關(guān)關(guān)系曲線線如圖66 所示示6 ,由圖可可見約需需15ss 電機(jī)機(jī)的速度度才可以以達(dá)到118000 r/ miin 的的穩(wěn)定狀狀態(tài)。旋葉葉式壓縮縮機(jī)制冷冷量與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n 的關(guān)系系為:式中中Vss 實(shí)際際輸氣量量,cmm3/ rrqqv 單單位容積積的制冷冷量,kkJ / m33nn 轉(zhuǎn)速速, rr/ mmin由于于壓縮機(jī)機(jī)的制冷冷量和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速成正正比關(guān)系系, 而而且限于于測(cè)量系系統(tǒng)的前前20ss 采樣樣時(shí)

13、間未未到, 因此在在這段時(shí)時(shí)間內(nèi),可從理理論上近近似地認(rèn)認(rèn)為壓縮縮機(jī)的制制冷量隨隨時(shí)間的的變化關(guān)關(guān)系曲線線與電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速隨隨時(shí)間的的變化關(guān)關(guān)系曲線線相似。但是由由于滑片片克服潤(rùn)潤(rùn)滑油粘粘性阻力力需要較較大的離離心力, 加上上啟動(dòng)初初期制冷冷劑氣體體泄露很很嚴(yán)重, 所以以在轉(zhuǎn)速速達(dá)到118000r/ minn 的過過程中及及其稍后后的1mmin 時(shí)間內(nèi)內(nèi),旋葉葉式壓縮縮機(jī)的制制冷量為為零。上上述分析析在圖44、5 的試驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲曲線起始始階段得得到了很很好的驗(yàn)驗(yàn)證。4 結(jié)論(11) 旋旋葉式汽汽車空調(diào)調(diào)壓縮機(jī)機(jī)在啟動(dòng)動(dòng)到穩(wěn)定定的過程程中,吸吸排氣壓壓力、吸吸排氣溫溫度和制制冷量的的變化都都是逐步步

14、升高, 直到到穩(wěn)定。其中, 吸氣氣壓力約約需5mmin ,排氣氣壓力約約需9mmin 就可以以達(dá)到穩(wěn)穩(wěn)定;而而吸排氣氣溫度的的變化速速度比較較緩慢,約需要要15mmin 才趨于于穩(wěn)定;制冷量量達(dá)到穩(wěn)穩(wěn)定大約約需要88minn。(22) 壓壓縮機(jī)啟啟動(dòng)初期期,滑片片與氣缸缸壁面不不能形成成良好的的壓力接接觸,所所以泄漏漏嚴(yán)重,這是影影響啟動(dòng)動(dòng)過程的的主要因因素, 在吸排排氣壓力力參數(shù)變變化上可可以得到到很好的的驗(yàn)證(影響吸吸排氣溫溫度的主主要因素素是氣缸缸內(nèi)的熱熱交換) 。(33) 為為了使旋旋葉壓縮縮機(jī)在很很短的時(shí)時(shí)間內(nèi)達(dá)達(dá)到穩(wěn)定定,可以以使用粘粘度較小小的潤(rùn)滑滑油,減減小啟動(dòng)動(dòng)初期的的泄漏量

15、量;同時(shí)時(shí)盡量在在環(huán)境溫溫度較高高的情況況下啟動(dòng)動(dòng),減少少基元控控制容積積中的傳傳熱量。參考文獻(xiàn)獻(xiàn):11王宜宜義,王王軍. 汽車空空調(diào)MM . 西安安交通大大學(xué)出版版社,220000.22 郭郭蓓. 旋葉式式汽車空空調(diào)壓縮縮機(jī)的熱熱動(dòng)力性性能研究究D . 西安交交通大學(xué)學(xué),20000.33GGB/ T 557733219986. 容積積式制冷冷壓縮機(jī)機(jī)性能試試驗(yàn)方法法 SS . 中華華人民共共和國(guó)國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn), 119866.44 QQC/ T 66602220000. 汽車空空調(diào)(HHFC1134aa) 用用壓縮機(jī)機(jī)試驗(yàn)方方法 S . 中中華人民民共和國(guó)國(guó)機(jī)械行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn),20000.55

16、馬馬國(guó)遠(yuǎn),李紅旗旗. 旋旋轉(zhuǎn)壓縮縮機(jī)MM . 機(jī)械械工業(yè)出出版社,20001.66 AAl-BBedooor B OO ,MMousstaffa KK A ,All-Huussaain KM. Prrediictiing thee faatiggue liffe oof ssyncchroonouus mmotoor2ddrivven commpreessoorussingg thhe ccompplexx moodall reeducctioon ttechhniqqueJ . Commputter metthodds iin aapplliedd meechaaniccs aand enggineeeriing , 220000 ,1187 :