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冷库制冷压缩机

 制冷压缩机起动性能的研究由于制冷压缩机的起动过程发生在很短的时间内,因此研究其瞬时性能,系统对时间的响应是其研究的重要一方面。一般通过建立数学模型进行仿真和模拟,再与实验结果进行比较的方法进行研究。确定起动过程中参数的动态变化以及影响其起动转矩,起动电压、电流的因素。由于压缩机类型多样,使用的模型也有所不同。从研究的侧重点,研究情况概括为以下几个方面:   (1)分析压缩机的动力性能,研究其转速变化规律以及压缩机组的时间相应规律。比如研究转矩、气缸压力和起动电压等随时间的变化情况,以及通过测点的位移情况来研究压缩机的振动情况。   (2)研究压缩机的起动转矩,包括摩擦转矩,加速转矩和压缩转矩。分析影响起动转矩大小的因素,如压缩机运动部位的摩擦系数、润滑情况和电磁力的影响,还有长时间停机后制冷剂的迁移也影响起动转矩的大小。研究表明随着电动机效率的提高,电磁力也增大,为此要在压缩机设计中考虑电磁力的影响。   (3)压缩机的结构振动相关研究。如分析多级往复式压缩机中的悬簧在起动过程中产生的瞬时应力大小及其影响因素,以及由此导致的压缩机的振动问题。在转速升至额定转速的过程中,弹簧从脉动变化为自由振动。而且其起动电压和频率对于其产生的应力大小有一定关系。研究结果可以用来指导弹簧的设计。另外研究压缩机起动过程中使用不同电源,单相或三相时曲轴箱和外壳的位移和旋转的情况。   (4)从功耗方面研究,即节能角度。压缩机起动过程比稳态过程耗功要多,如何减少耗功对于节能和提高整个制冷系统的效率都很重要。应该考虑如何缩短起动过程时间。建立模型时要充分考虑其吸气压力温度以及制冷剂和油和压缩机机壳的温度,电功消耗,容积效率和电机效率,运用质量守恒,能量守恒,状态方程,热传递规律,而且不能把等熵压缩过程应到瞬态模型中去。   (5)滑片压缩机的起动过程,由于背压太小,滑片尖端和气缸壁不能保持良好接触密封,而会发生颤振现象。有文献在考虑背压和排气压力的情况下,分析了压缩机起动后滑片的运动特性,结果表明背压腔与排气腔之间通道的流动阻力以及油的粘性都大大影响滑片的运动情况。通过求解起动条件下滑片的运动方程,分析滑片的瞬态运动性能。在考虑排气流量的情况下分析排气压力和背压的变化规律。研究表明增加流向被压的气流量会提高滑片压缩机的起动性能。   (6)研究整个制冷系统或热泵系统的起动瞬时特性。通过研究压缩机起动后系统其它装置的动态响应特性,预测循环的运动特性。数值模拟使用集总参数法或分布式数学模型。   (7)压缩机起动过程供油机理的研究。润滑与摩擦是当前压缩机技术研究的重要方向之一,也是压缩机能耗降低,可靠性提高双重目标的追求。研究压缩机起动过程中供油系统的机理也是其起动性能的一个重要方面。起动过程的供油系统是复杂且动态变化的。有研究指出轴承的未湿时间(dry time)是一个油路设计的重要参数。当压缩机起动时,油泵、油槽和轴承三部分构成了一个完整的供油系统。分析此系统时,有两个重要参数需要考虑,一是油面高度。其油面高度随时间变化而变化,影响着润滑的效果。还有油面的波动情况也至关重要。第二个参数是油的粘性。由于制冷剂在润滑油中的溶解以及电机与润滑油间的热交换,使得油的粘性不断变化。此外,由于环境保护的需要,新的制冷工质不断出现,要求开发与之匹配的润滑油以保证压缩机的良好润滑和可靠运行。在不同润滑油情况下,压缩机的供油和回油情况都有很大的差别,而且油品的选择也是值得研究的。有文献用CFD技术模拟了压缩机起动过程的供油系统,但实验验证等工作需要进一步深入进行。   2.压缩机主要问题的研究方向。   从以上的研究情况可以看出,对于压缩机起动的过程认识有了一定的提高,取得了一些结果,但总的来说研究工作主要集中在建立数学模型,定性研究了起动过程的一些因素和相关特性以及他们之间的相互影响。为全面了解起动过程的性能,需要进一步的深入研究,为此从以下几个方面分析了当前研究中存在的主要问题,并在此基础之上指出了今后的研究方向。   (1)从研究对象看,为减少计算量,目前是将压缩机从系统中分离出来,单独进行研究,无法分析系统与压缩机的相互耦合和作用,以及压缩机泵体和电机的相互匹配,不能反映起动、变转速等非稳定工况下压缩机的瞬态表现。因此应该建立包括压缩机泵体、电机和系统在内的模块化计算机过程模拟程序。完成起动、变速等非稳态热力和动力过程的计算。   (2)从建立的数学模型来看,所建立的数学模型针对性较强,通用性不够,而且所建立的数学模型精度不够。例如在分析动力性能时,对于一些初始参数如驱动力矩、摩擦系数,相对压力的精度控制不够;在研究制冷系统瞬态特性时,换热模型和制冷剂的瞬态流动模型不够精确,没有考虑可能发生两相流的区域;有些模型忽略了管道的压力损失。为此需要更多的实验数据,提高诸如摩擦系数等系数的精度;运用动量方程来计算热交换器和连接管道的摩擦压力损失;增加蒸发器和冷凝器的节点数目提高计算的精度;考虑两相流模型来完善模型。   (3)从研究的方向看,对起动过程动力性能研究较多,而对起动过程中供油系统的研究较少,起动过程中油的流动特性,油的供给以及在系统中的循环,油位的控制,油面波动的影响等各方面都有待于深入研究。虽然有文献开始研究其供油机理,但现在仅局限于CFD的模拟,还需要进行进一步的实验验证和研究。   (4)从研究的深入程度,研究对象以往复式压缩机为多,且以全封闭制冷压缩机为主。今后应该对汽车空调中开启式压缩的起动过程进行研究,以比较与全封闭压缩机起动过程的不同以及无油润滑和有油润滑压缩起起动过程的不同。   (5)为减少起动时的电流冲击和减少电机的起动负载,应该对压缩机起动的转速和频率进行分析。   (6)为保证控制的快速性,缩短系统的响应时间,通过与系统的相互作用,研究起动过程中对系统的作用和压缩机自身动力特性的变化,确定转速的变化率角加速度。   (7)根据起动过程加上各种极限工况下模拟计算结果,确定各零部件的考核内容和指标,保证运转的可靠性。

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