高压腔日立压缩机使用方面的注意事项

涡旋压缩机应用技术交流 广州日立压缩机有限公司2020 4 14 2 交流内容概要 一 涡旋压缩机的发展与特点二 日立涡旋压缩机的结构特点三 日立涡旋压缩机的应用 3 一 涡旋压缩机的发展与特点 4 涡旋压缩机工作原理 5 低压腔 中压腔 高压腔 中央排气口 涡旋压缩机是怎样工作的 6 涡旋压缩机的发展历史 1905年法国人LeonCreux提出涡旋机械的工作原理 并申请美国专利 但是由于零件的精度要求与轴向力的平衡制约了其产业化 70年代 高精度数控铣床的涌现和世界能源危机的加剧 促进了涡旋压缩机的发展 在1972年美国的ArthurDLittle公司成功开发出压缩氦气的涡旋压缩机 并应用在远洋海轮上 标志着涡旋压缩机实用化年代的到来 80年代 涡旋压缩机首先在空调压缩机技术领域取得商业应用 81年 三电 三菱重工推出汽车空调用涡旋压缩机 83年 日立推出柜式空调用全封闭涡旋压缩机 87年 谷轮开始生产空调压缩机 90年代 涡旋压缩机的系列化产品相继问世 日本松下电器公司生产出家用空调用小型全封闭压缩机 东芝公司推出列车空调用压缩机 Carrier公司推出在冷水机组上并联使用的涡旋压缩机 涡旋空气压缩机也得到一定的发展 7 各类空调压缩机制冷量大小及国内主要生产企业 8 优点 结构简单 体积小 重量轻 与活塞压缩机比 零件减少90 体积减小40 重量减轻15 无吸排气阀 减少了易损件 降低吸排气阻力损失 降低噪音与振动 易于实现变转速无余隙容积 容积效率提高不直接接触 采用油膜密封 摩擦损失小 机械效率高多压缩室同时工作 工作连续 压缩力矩变化平稳缺点 精度要求高 形位公差都在微米级无排气阀 变工况性能欠佳工作腔不易实施外部冷却 压缩过程的热量难排出 因此只能够压缩绝热指数小的气体或者内冷却大排量涡旋压缩机难实现 受齿高限制 排量大直径大 不平衡旋转质量增大 机器不紧凑且重量增加 涡旋压缩机总体特点 9 效率高的特点 与其他结构压缩机相比 涡旋式压缩机无余隙容积 所以容积效率高 高精密机加工设备 保证涡旋加工精度 泄漏小 10 低振动 低噪音特点 涡旋压缩机 动盘旋转一周时 吸气 压缩 排气过程是连续进行的 而且 各级压力腔对称分布 回转速度低 因此 其旋转一周时的压缩扭力变化很小 左图表示 往复式 旋转及涡旋式压缩机的扭力变化 涡旋压缩机与其他压缩机相比较之下 扭力变化幅度仅有1 10 非常小 所以其运行时振动 噪音均很小 11 高可靠性特点 和其他压缩机相比 涡旋压缩机是连续吸气 压缩 排气循环工作过程 因此 不需吸 排气阀 从而无阀故障 压缩不良 而具有更高的可靠性 高压腔与低压腔涡旋压缩机的划分 主要是对全封闭涡旋压缩机中 电机所处在的工作环境温度进行区分 电机处于排气侧 壳体内为排气压力 称为高压腔 一般以HITACHI为代表 电机处于回气侧 壳体内为回气压力 称为低压腔 一般以COPELAND为代表 两种结构的涡旋压缩机 与其结构对应具有相应的特点 且各具优缺点 高压腔涡旋压缩机与低压腔涡旋压缩机特点 13 典型高压腔涡旋压缩机结构 日立 排气口 吸气口 定盘 动盘 机架 曲轴 电机 定 转子 壳体 防自转滑环 主轴承 内置式过流 过热保护器 压差供油 14 典型低压腔涡旋压缩机结构 谷轮 排气口 吸气口 定盘 动盘 机架 曲轴 电机 定 转子 壳体 防自转滑环 主轴承 离心供油 壳体内高低压分隔板 15 高压腔结构 Hitachi 低压腔结构 优点 具有较大的排气缓冲容积 振动小 输气均匀吸气预热小 容积效率高 直接吸气 润滑得到可靠保证 可以采用压力供油润滑 压缩机中可以有较多的润滑油起良好的润滑 冷却及液体阻塞作用直接吸气不存在液体制冷剂对润滑油膜的破坏作用承受轴向气体力的能力较好 螺钉只起紧固作用 吸气段具有较大的缓冲容积电机的工作环境较好 低温 低压 壳体大部分低压 气密性及受力较好抗液击的能力较强 对进入管道中的异物 杂质抵抗能力较强 高压腔涡旋压缩机与低压腔涡旋压缩机特点对比 16 高压腔结构 Hitachi 低压腔结构 缺点 较小的吸气缓冲容积 吸气消音效果较差抗液击的能力较差高压壳体对气密性及强度要求较高电机工作环境恶劣 直接吸气容易因杂质 异物损坏压缩机 较强的吸气预热造成容积效率下降较小的排气缓冲容积 噪音 振动较大压缩机中油量必须严格控制 润滑密封效果较差液体制冷剂有可能破坏润滑油膜 造成轴承润滑恶化壳体内高 低压腔的存在 增加了密封的难度 根据ComparisonofTheHighSideandLowSideScrollCompressorDesign H Richardson USA ICECP 1992整理 高压腔涡旋压缩机与低压腔涡旋压缩机特点对比 17 二 日立涡旋压缩机的结构特点 18 各涡旋厂家5HP机性能对比 工况 ARI 19 日立高压腔涡旋压缩机结构 排气口 吸气口 定盘 动盘 机架 曲轴 电机 定 转子 壳体 防自转滑环 主轴承 内置式过流 过热保护器 压差供油 20 压缩机内部的气体流路 吸气管 动定涡旋盘形成的压缩腔压缩 排出到外壳形成的腔体 经过油分离器油分离后进入电机室 冷却电机后从排气管排出 1 气体直接进入压缩腔压缩 避免形成高压与低压的二个腔体 减少压缩机的零件 2 直接吸气减少气体的过热度 提高压缩机容积效率 提升压缩机的性能 3 排气腔体较大 能够有效缓冲排气 降低排气脉动 减小噪音与振动 4 直接吸气不存在液体制冷剂对润滑油膜的破坏作用 提高压缩机工作可靠性 说明 日立高压腔涡旋压缩机的特点 21 压缩机内部的油路 处于高压 Pd 油池的油 进入主轴承 在压差 Pd Pb 作用经曲轴油孔到上轴承 进入压力为Pb的背压腔 通过中压孔进入压缩腔 1 油路简单 与压缩机运行的转速无关 只要压缩机开始工作 形成排气压力与中间压力 建立压差 Pd Pb 0 98kgf cm2后 在压差的作用下就可以稳定可靠的供油润滑 能够切实解决压缩机变频运转的润滑 2 压差供油 使压缩机运动部件润滑更加可靠 更好的冷却 液体阻塞作用 从而使压缩机工作可靠性更高 效率更高 说明 在压差 Pd Pb 作用经曲轴油孔到下轴承 随排气排出压缩腔 经油分离器油分离 日立高压腔涡旋压缩机的特点 22 动盘 定盘 机架 中间压力孔 引入中间压力到背压腔 动态平衡轴向气体力 调压机构 根据吸气压力快速动态的调整背压腔压力 适应轴向力平衡的需要 中间压力伺服机构 1 中间压力的引入 有效平衡了轴向气体力 保证了动定涡旋盘的轴向密封 2 背压腔的设置保证了压缩机具有轴向柔性 提高了压缩机适应异常运转的能力 保证了压缩机的可靠性 说明 日立高压腔涡旋压缩机的特点 23 内置翅片式油分离器 翅片挡板 有效的降低冷媒的含油率 优化了气体流路 更好的冷却电机 管壳 日立高压腔涡旋压缩机的特点 保护器 紧贴于电机绕组上端部 直接感知电机绕组的温度 接于电机绕组的中性点 直接感知电机的电流 有效保护压缩机 内置保护器结构原理图 内置保护器安装示意图 内置保护器使用原理图 无内置保护器的绕组图 内置保护器的绕组图 保护器 日立高压腔涡旋压缩机的特点 25 内置保护器的保护特性 特性 内置保护器的动作保护特性 特性 内置保护器的动作保护特性 28 压缩机过载保护功能 内置保护器的动作保护特性 29 压缩机冷媒泄漏保护功能 内置保护器的动作保护特性 30 压缩机缺相运行保护功能 内置保护器的动作保护特性 31 压缩机堵转保护功能及保护器寿命 内置保护器的动作保护特性 32 日立内部供油压缩机剖视图 33 日立内部供油压缩机应用示例 油平衡结构 利用伯努利方程的原理 简单的实现了多联压缩机的油平衡 满足了压缩机多联使用的要求 提高使用的可靠性 34 三 日立涡旋压缩机的应用 35 曲轴箱加热器排气温度保护高低压保护电机保护相序保护真空运行保护气液分离器 系统保护装置的选择与设置 36 当系统热泵设计时 需要加曲轴箱加热器曲轴箱加热器的功率40 80W初次开机前 曲轴箱加热器应通电12 24小时 防止油中溶解过量冷媒 被稀释和轴承应力过大 曲轴箱加热器 37 排气温度要求小于120 C 排气管温度保护器的设定值不高于120 C 如果超过需要增加液旁通措施 排气管感温包的位置距压缩机排气管接口小于15cm 将感温包紧贴管壁 并保温绝热 确保检测准确 排气管温度保护器动作后应为人工复位 如果是自动复位应对一段时间内的保护次数进行限定 并且动作后至少应有30分钟的延时 排气管温度保护器 38 高压保护 需要压力设定值应小于30Kg cm2 推荐28 1Kg cm2高压保护动作后应为人工复位低压保护低压保护动作后应为人工复位压力设定值应不高于0 2Kg cm2 推荐0 15 0 05Kg cm2四通换向阀动作或制热启动时 低压保护有可能误动作 可采取暂时屏蔽的方法 建议时间设置为5分钟左右 高低压保护器 39 可同时感应温度和电流单相 对运行绕组和启动绕组均起保护 有故障时 保护器切断公共端三相 连在Y型电机中心 对三相均起保护 只要其中一相有故障 保护器同时切断三相 包括缺相情况希望另加过流保护器且在压缩机内置保护器之前动作 设定值为1 2 1 4Ie 内置电机保护器 40 相序保护 涡旋压缩机电机和机械结构部分 无限制压缩机反向运转的设计有反转时短时间保护机构部的安全阀设计压缩机反转时 内置保护器约20分钟保护建议压缩机反转不能超过5分钟 需要系统设置相序保护 否则由于压差无法建立与热量无法及时释放 润滑油无法提供给各滑动部位润滑 导致压缩机急剧磨损 使压缩机性能下降 噪音 振动增大 41 不允许作为系统抽真空用长时间低压运行会造成涡旋盘和轴承的损坏 压差没有建立 无法供油润滑 抽空运行保护 42 吸气气液分离器 功能在低负荷时提供储液功能除霜前后提供暂时储液功能回油孔大小将影响回液多少回油孔滤网过小易堵塞回油孔 建议为30目使用热泵系统一般都需要回油孔的孔径一般在1 5mm左右低温制热试验以确定气分的大小及回油孔是否合适 参考值如表 43 吸气气液分离器典型结构示意图 过滤网30目 回油孔 1 5mm 44 压缩机参数测量示意图 45 过热度和过冷度回液控制充注量的限制除霜 系统设计时注意事项 46 最佳过热和过冷度 SH 0 5KSC 6 11K最佳吸气压力降 P11 P1 0 3kgf cm2由以下因素决定制冷剂充注量毛细管长度和直径风量 indoor outdoor 换热面积 indoor outdoor 最佳过热和过冷度 47 高过热度且过冷度低 充注量偏少过热度低且过冷度高 充注量偏多过热度高且过冷度高 毛细管太长过热度低且过冷度低 毛细管太短过热度低且过冷度低且蒸发温度低 室内换热面积偏小或风量不够 测试现象举例 48 短时间的回液是安全的 例 除霜循环 但连续回液必须有限制吸气气液分离器 1 1 2 0mm回油孔加制热辅助毛细管 液击控制 49 压缩机匹配时的检查要点标准制冷工况下制冷过负荷工况最小制冷工况影响EER主要因素不合格项目微调与整改 系统匹配时注意事项 50 日立压缩机匹配检查要点 51 涡旋压缩机匹配试验检查清单 日立压缩机匹配检查要点 52 排气温度目标值 85 95 高于目标值 则应该减短毛细管 加大室外机风量或追加冷媒 低于目标值 则加长毛细管 减少冷媒 但如果匹配的是高效制冷系统 排气温度较低 一般在70 80 冷凝器中部温度目标值 45 50 左右 过冷度目标值在5 10 左右冷凝器出口最低在37 38 若过低则与环境35 温差太小 换热量很少 冷凝器中部温度高于目标值 则应该减短毛细管 加大室外机风量或加大冷凝器 冷凝器中部温度低于目标值 则应该加长毛细管 追加冷媒 蒸发器中部温度目标值 8 12 左右 过热度目标值在0 1 左右蒸发器中部温度值高于目标值则加长毛细管 蒸发器中部温度值低于目标值则减短毛细管 加大室内机风量或加大蒸发器 蒸发器过热度值高于目标值则减短毛细管 增加冷媒 蒸发器过热度值低于目标值则加长毛细管 加大室内机风量 减少冷媒或加大蒸发器 标准制冷工况下 53 压缩机回气温度比蒸发器出口温度可高出1 2 左右 若回气温度高出出口温度较大 比如出口为10 而压缩机回气有20 这个是压缩机排气温度上升的原因 应该减短毛细管或增加冷媒 若回气温度低于出口温度很多 比如出口为10 而压缩机回气有5 这个是压缩机排气温度下降的原因 这时候冷媒在蒸发器中不能充分蒸发而导致能力不足 应该加长毛细管或减少冷媒 调试匹配中 对策中的 增加冷媒 仅作为最后的手段 此方法应该尽量避免 保证高压侧压力不超过26 5bar 26 5bar对应冷凝器中部温度65 左右 压缩机排气温度一般要在115 以下 不要超过125 压缩机电机的线圈温度比排气温度高10 左右 温度过高的话可能烧线圈 排气温度过高时可减短毛细管或加大冷凝器或增加冷媒 注意减短毛细管时可能会使标准工况下能力下降 标准制冷工况下 54 过负荷工况下 高压侧压力不超过26 5kgf cm2 压缩机排气温度一般要在115 以下 不要超过125 压缩机电机的线圈温度比排气温度高15 左右 温度过高的话可能导致绝缘老化加剧甚至烧线圈 排气温度过高时可减短毛细管或加大冷凝器或增加冷媒 注意减短毛细管时可能会使标准工况下能力下降 若内置保护器 IP InternalProtector 动作 则应该加大外侧风量 如果可能的话还可减短毛细管 并减少冷媒 或加大冷凝器 如图所示的IP曲线 当电流为I1时只要压缩机温度小于t1压缩机的IP是不会动作的 或者 当压缩机温度是t1时 压缩机的电流小于I1时 IP不会动作 55 最小制冷工况 蒸发器温度不能低于0 到0 以下时 蒸发器上附着的除湿水份会开始冻结成冰 不能制冷 甚至当冰成块掉下来的时候可能打坏风轮 空调器的防冻结功能 当检测到蒸发器的温度T2连续一段时间低于某温度值时 压缩机停止工作 等到T2上升到某温度时才开始工作 确保压缩机壳体底部温度高于冷凝器温度10 15 以上 若不能保证 压缩机油会被冷媒稀释 润滑油会失去机能 破坏油膜 这样压缩机滑动部分开始磨损 最终造成不能运转 甚至导致压缩机液击 56 影响EER主要因素 从制冷系统上说 降低冷凝温度Tk和升高蒸发温度T0都可以使EER上升 采用高效的压缩机 采用直流变频压缩机代替普通定速压缩机或交流变频压缩机适当加大冷凝器 加大室外机的风量 使Tk下降 适当加大蒸发器 加大室内机的风量 使T0上升 但加大内外机风量的同时要考虑风机功率的增加 从整机上说 不一定是风量越大