旋叶式汽车空调压缩机启动特性瞬态分析

1、旋叶式汽汽车空调调压缩机机启动特特性瞬态态分析旋叶式汽汽车空调调压缩机机启动特特性瞬态态分析作者：彭彭跃 束束鹏程 李连生生 HYPERLINK /neteaseivp/resource/paper/index.jsp?cu=macwang 简介： 在汽车车空调试试验台上上,测试试了标准准工况下下旋叶式式汽车空空调压缩缩机从启启动到稳稳定过程程中,吸吸排气温温度、吸吸排气压压力、制制冷量及及COPP 等参参数随时时间的变变化关系系曲线。分析了了影响其其启动过过程的主主要因素素,并提提出了一一些合理理措施。关键字字：旋叶叶压缩机机 启动动 瞬态态特性 中图分类类号: TB6652 文献献标识码码

2、: A1 引引言汽车车空调(尤其是是核心部部件的汽汽车空调调压缩机机) 对对改善车车室内温温度环境境起着重重要作用用。旋叶叶式汽车车空调压压缩机以以其质量量轻、部部件少、结构紧紧凑、容容积效率率高、启启动力矩矩小、运运转平稳稳等优点点,成为为小型汽汽车空调调用压缩缩机的新新一代产产品11 ,22 。尽管管旋叶式式汽车空空调压缩缩机已经经批量生生产,但但是对其其研究还还主要是是理论分分析和试试验。理理论分析析包括机机型设计计和工作作过程数数值模拟拟计算等等方面;试验主主要是为为了验证证实际工工作工况况与设计计工况之之间的差差异, 发现并并寻找解解决问题题的方法法和途径径。因此此到目前前为止,对旋

3、叶叶式汽车车空调压压缩机启启动瞬态态特性的的研究还还很少。本文文结合试试验, 得出了了汽车空空调旋叶叶压缩机机吸排气气温度、压力、制冷量量及COOP 随随时间的的变化关关系曲线线,并对对旋叶压压缩机启启动特性性进行了了较为详细细的分析析。由于于汽车空空调压缩缩机在汽汽车发动动机怠速速情况或或者行车车过程中中突然启启动时, 对汽汽车发动动机输出出功率的的影响比比较大, 因此此对旋叶叶压缩机机启动特特性的研研究将有有助于汽汽车空调调压缩机机的设计计和改进进,使汽汽车空调调启动对对汽车行行驶性能能的影响响降低到到最低程程度,从从而提高高了乘车车的舒适适性。2 测试试系统2.1 试试验方法法和测量量工

4、况在标标准工况况下进行行压缩机机的性能能测试, 试验验方法按按照GBB/ TT 57773 - 119866 和QQC/ T 6660 - 220000汽车车空调(HFCC1344a) 用压缩缩机试验验方法的规定定3 ,4 ,在汽车车空调压压缩机性性能测试试试验台台上完成成。测量量结果通通过数据据采集系系统直接接在计算算机上记记录,数数据采集集间隔时时间为220s ,从而而实现对对压缩机机运转工工况的瞬瞬态监测测。压缩缩机由变变速电机机驱动,也可按按需要调调定电机机,电机机和压缩缩机之间间用转速速转矩计计连接起起来(转转速转矩矩计用于于测量输输入压缩缩机的轴轴功率) 。试验验在标准准工况下下进

5、行,具体参参数如下下:压缩缩机转速速为18800rr/ mmin ;吸气气压力为为0. 1800MPaa ,对对应的饱饱和温度度为- 1. 1 ;排气压压力为11. 6694MMPa ,对应应的饱和和温度为为62. 8 ;吸气温温度为77. 22 ;制冷剂剂过冷温温度为557. 8 。2.2 汽汽车空调调压缩机机测试系系统测试试系统的的制冷系系统由立立式盘管管式量热热器、立立式盘管管式冷凝凝器、开开度可调调节的膨膨胀阀、被测压压缩机、油气分分离器及及干燥过过滤器等等部件组组成,如如图1 所示。如图图1 所所示,量量热器、冷凝器器的外壳壳均为与与环境绝绝热的压压力容器器, 量量热器和和冷凝器器内

6、的系系统盘管管呈等直直径螺旋旋状,处处于第二二制冷剂剂的蒸汽汽中(量量热器) 及系系统工质质的冷凝凝液体中中(冷凝凝器) 。量热热器中, 系统统工质在在管内蒸蒸发, 管外是是第二制制冷剂RR12 蒸汽,电加热热器浸没没在第二二制冷剂剂的液体体中;冷冷凝器中中,系统统工质在在管外冷冷凝,水水在管内内流动。压缩机机的制冷冷量等于于量热器器中的电电加热量量。3旋旋叶压缩缩机性能能瞬态分分析3.1 吸吸排气压压力压缩缩机启动动前,滑滑片在润润滑油的的粘性作作用下,粘附在在滑槽中中间, 滑片端端部与气气缸内壁壁面分离离。由于于各个压压缩腔之之间相通通,使得得吸排气气压力均均衡。关闭闭平衡阀阀, 进进行性

7、能能测试。压缩机机启动后后,R1134aa 蒸汽汽被压缩缩,吸排排气压力力迅速上上升,但但是由于于滑片在在甩出滑滑槽时受受到润滑滑油粘度度引起的的粘性阻阻力的影影响,不不能实现现启动瞬瞬间就完完全甩出出滑槽从从而与气气缸壁面面达到很很好的压压力接触触。这就就造成前前后压缩缩腔之间间的气体体泄漏量量很大,要达到到稳定需需要一段段时间的的运转。这个过过程是渐渐缓的,所以排排气压力力升高速速度先快快后慢。随着压压缩机的的运转,缸体表表面和润润滑油的的温度升升高,制制冷剂蒸蒸汽在较较高温度度下被压压缩,排排气压力力继续升升高直到到标定压压力值11. 6694 MPaa 。整整个过程程约需99minn。

8、吸、排气压压力随时时间的变变化关系系如图22 所示示。对于于吸气压压力来说说,由于于启动初初期泄露露量很大大,前面面高压腔腔泄漏过过来的气气体与后后面低压压腔的气气体混和和,使得得低压腔腔的气体体压力升升高,这这个作用用一直向向后延续续到吸气气孔口, 从而而导致吸吸气压力力也跟着着上升,而且上上升速率率接近排排气压力力。上述述分析可可以直观观地从图图2 启启动瞬间间到1mmin 左右的的那段直直线看出出。当滑滑片在离离心力、摩擦力力、气体体力以及及背压力力等各种种作用力力的综合合作用下下紧贴气气缸壁形形成良好好的压力力接触后后,高压压腔到低低压腔的的泄漏量量就变得得非常小小,因此此吸气压压力就

9、开开始回落落。同时时由于量量热器的的电加热热量上升升,空调调系统中中流动的的制冷剂剂开始完完全蒸发发,进入入压缩机机吸气孔孔口的吸吸气压力力也随之之降低,最终吸吸气压力力达到00. 1180MMPa 。吸气气压力达达到稳定定的时间间比排气气压力要要短得多多,只需需要5mmin 左右即即可完成成。3.2 吸吸排气温温度与吸吸排气压压力的变变化相似似,吸排排气温度度的变化化也是一一个逐步步升高最最终达到到稳态的的过程。唯一不不同的就就是温度度的升高高没有压压力变化化快,而而且温度度在稳定定值上下下波动较较大。如如图3 所示,吸排气气温度在在启动115miin 以以后才趋趋于稳定定。其主主要原因因是

10、由于于旋叶压压缩机启启动前期期,系统统处于环环境温度度,在压压缩机运运转过程程中,工工作基元元封闭控控制容积积里的工工质要与与外界发发生热交交换。气气缸内的的热交换换过程较较复杂。将工质质在气缸缸内的热热交换分分为两类类5 :(11) 工工质与所所接触气气缸壁的的热交换换。(22) 工工质与润润滑油的的热交换换。缸体体壁面的的温度与与排气温温度同步步上升, 当压压缩工质质向外界界的热交交换达到到稳态时时,排气气温度也也趋于稳稳定。吸气气温度开开始有一一段上升升过程, 这主主要是由由于高压压腔泄露露出来的的高压、高温气气体与吸吸入的制制冷剂蒸蒸汽混和和,使吸吸气温度度升高。随着泄泄露量的的减小,

11、吸气温温度开始始回落到到蒸发器器的蒸发发温度,并在此此数值上上下波动动。3.3 制制冷量及及COPP由于于高温、高压气气体泄露露到低压压、低温温的侧基基元容积积中,两两者的混混和加热热作用使使基元容容积中的的气体在在较高温温度下压压缩, 增加了了该基元元容积向向其低压压侧的泄泄露量, 最终终使压缩缩机的吸吸入气体体量减少少,从而而导致制制冷量减减少。所所以在旋旋叶压缩缩机启动动后,其其制冷量量不是瞬瞬间达到到设计值值,而是是逐步上上升。当当上升到到设计值值附近,由于压压缩过程程中的各各种气体体干扰因因素, 使得制制冷量会会随时间间上下波波动而趋趋于稳定定。制冷冷量Q00 随时时间的变变化关系系

12、曲线见见图4 , CCOP 随时间间的变化化关系曲曲线如图图5 所所示。3.4 电电机转速速试验验是在标标准工况况下进行行, 电电机转速速为18800rr/ mmin。电机的的转速随随时间的的变化关关系曲线线如图66 所示示6 ,由图可可见约需需15ss 电机机的速度度才可以以达到118000 r/ miin 的的稳定状状态。旋叶叶式压缩缩机制冷冷量与转转速n 的关系系为:式中中Vss 实际际输气量量,cmm3/ rrqqv 单单位容积积的制冷冷量,kkJ / m33nn 转速速, rr/ mmin由于于压缩机机的制冷冷量和转转速成正正比关系系, 而而且限于于测量系系统的前前20ss 采样样时

13、间未未到, 因此在在这段时时间内,可从理理论上近近似地认认为压缩缩机的制制冷量随随时间的的变化关关系曲线线与电机机转速随随时间的的变化关关系曲线线相似。但是由由于滑片片克服润润滑油粘粘性阻力力需要较较大的离离心力, 加上上启动初初期制冷冷剂气体体泄露很很严重, 所以以在转速速达到118000r/ minn 的过过程中及及其稍后后的1mmin 时间内内,旋叶叶式压缩缩机的制制冷量为为零。上上述分析析在图44、5 的试验验数据曲曲线起始始阶段得得到了很很好的验验证。4 结论(11) 旋旋叶式汽汽车空调调压缩机机在启动动到稳定定的过程程中,吸吸排气压压力、吸吸排气温温度和制制冷量的的变化都都是逐步步

14、升高, 直到到稳定。其中, 吸气气压力约约需5mmin ,排气气压力约约需9mmin 就可以以达到稳稳定;而而吸排气气温度的的变化速速度比较较缓慢,约需要要15mmin 才趋于于稳定;制冷量量达到稳稳定大约约需要88minn。(22) 压压缩机启启动初期期,滑片片与气缸缸壁面不不能形成成良好的的压力接接触,所所以泄漏漏严重,这是影影响启动动过程的的主要因因素, 在吸排排气压力力参数变变化上可可以得到到很好的的验证(影响吸吸排气温温度的主主要因素素是气缸缸内的热热交换) 。(33) 为为了使旋旋叶压缩缩机在很很短的时时间内达达到稳定定,可以以使用粘粘度较小小的润滑滑油,减减小启动动初期的的泄漏量

15、量;同时时尽量在在环境温温度较高高的情况况下启动动,减少少基元控控制容积积中的传传热量。参考文献献:11王宜宜义,王王军. 汽车空空调MM . 西安安交通大大学出版版社,220000.22 郭郭蓓. 旋叶式式汽车空空调压缩缩机的热热动力性性能研究究D . 西安交交通大学学,20000.33GGB/ T 557733219986. 容积积式制冷冷压缩机机性能试试验方法法 SS . 中华华人民共共和国国国家标准准, 119866.44 QQC/ T 66602220000. 汽车空空调(HHFC1134aa) 用用压缩机机试验方方法 S . 中中华人民民共和国国机械行行业标准准,20000.55

16、马马国远,李红旗旗. 旋旋转压缩缩机MM . 机械械工业出出版社,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 :