热泵转子式压缩机在-32℃环境下可靠运行的研究

武滔 张桃 刘湍顺

(美的制冷设备有限公司，广东 佛山 528311)

热泵转子式压缩机在-32℃环境下可靠运行的研究

武滔 张桃 刘湍顺

(美的制冷设备有限公司，广东 佛山 528311)

给予堵转电流能够让转子式压缩机预热，对热泵在极低温环境中启动时有很大好处。本文通过分析压缩机油液面和测试压缩机内部油液的粘度值对比了不同预热方案的优劣，并对转子式压缩机进行单体长运，论证了热泵压缩机在-32℃环境下运行的可靠性。

-32℃；压缩机；预热；粘度

0 前言

我国北方的雾霾与传统习惯的燃煤烧锅炉供暖密切相关，散煤燃烧贡献PM2.5排放量高达14.4%-18.5%，北方取暖方式亟需改变，“煤改电”势在必行，需要逐步用电能（含空气源热泵）、天然气和太阳能等清洁能源替代民用煤。近期，环保部也出台相关文件鼓励空气源热泵在北方取暖市场推广，热泵技术迎来了前所未有的环保和政策机遇。

家用空调是空气源热泵取暖中最直接利用热能的方式，但是一直以来，家用空调在我国更侧重于制冷运行，而在北方超低温环境中运行热泵，特别是在热泵启动前，制冷剂因低温迁移特性大量聚集在压缩机里面，一旦启动后压缩机不能及时得到回油润滑，压缩机很容易因无油摩擦而损毁，所以很有必要在这方面做一些研究，保证热泵的可靠启动和稳定运行。

1 北方环境温度分析

本文对中国北方最有代表性的6个城市的夜间气温（12月至第二年3月共四个月）做分析，6个城市分别为：漠河、鄂伦春（呼伦贝尔）、哈尔滨、长春、沈阳、乌鲁木齐。如下图1所示，中国北方6城市夜晚均温中，除了最寒冷的漠河，其他5个城市的气温都高于-32℃。

下图2所示，六城市夜晚均温各温度段累计天数能看出各地严寒持久性，漠河和鄂伦春的低温恶劣环境都很具有代表性，但考虑到该地区实际使用空调热泵太少，本文最终以哈尔滨的气温为基础开展研究。

图1 中国北方六城市夜晚均温变化图（12月1日至第二年3月31日）

哈尔滨夜间气温在-28℃至-32℃区间的累计天数为4.9天，以家用空调一般使用寿命10年为计，需对整机进行耐久试验时长为：24小时/天×4.9天/年×10年=1176小时，为了试验验证更充分，本研究定为压缩机单体验证1500小时。

图2 中国北方六城市夜晚均温各温度段累计天数分布图（12月1日至第二年3月31日）

2 研究方法

除了传统的观察压缩机油液面变化判断压缩机可靠性，本研究还采用了一种更科学的测试方法，测量压缩机底部的液体粘度，以此判断压缩机运动部件周围的含油量变化。所用测试设备为工业用粘度计，外形如下图3所示，特制压缩机底部开设了相应尺寸的孔，粘度计探头端安装在压缩机孔上，传输线缆可连接电脑显示实时粘度值。

热泵压缩机在经过长时间的低温冷冻后，制冷系统中的冷媒都自动迁移到压缩机里，一方面大量冷媒稀释了润滑油，另一方面极低温降低了润滑油的润滑性，压缩机如果在此时启动将处于无油润滑的状态，对机器磨损最大。但是如果能在启动之前，给压缩机内部提供热量，将会极大改善运动部件的周围润滑性。本文也研究了对压缩机内部以不同热量的给予时，压缩机内部液体的粘度值变化。

3 研究数据及分析

3.1 压缩机油液面分析

在压缩机经过充分时间冷冻后，采用给压缩机通小电流同时堵转的方式让压缩机内部自发热的方式预热，然后启动。无预热直接启动和小电流预热15分钟后启动两种启动方案的压缩机油面变化对比如下表1中所示，预热后启动能很明显的观察到回油快，证明小电流预热是对压缩机启动有好处的。

3.2 压缩机内液体粘度值测试及分析

如下图4所示，同在-32℃条件下，本文测试了7种不同预热方式后启动压缩机的方案，从曲线来看，采取长时间预热或大电流预热方式一定比无预热要更快恢复粘度，并且预热大电流时间短要比小电流时间长更快恢复粘度，不过所有方案的曲线趋势是一样的，都要先经过粘度最低点，一样都是0.4cP。

由下表2可看出，待机60W预热与现用30W预热参数相比，提升油温明显很多，待机预热增益300W预热5分钟和60W预热4小时在15分钟时油粘度值基本一样，可以看出大电流预热是有优势的，达到一样效果但是总耗功少。

3.3 预热引起的电机漆包线温升

在环境温度-32℃条件下，测试压底稳定温度-31.5℃时的压缩机端子电阻为1.4Ω；开启待机预热60W进行预热4小时趋于稳定后，测试压缩机端子电阻为1.5Ω。根据压缩机厂家提供的换算表进行下表3中的计算，得知绕组温度为-17.5℃～-3.1℃，远远低于电机漆包线绝缘安全温度，证明是安全的。

图3 工业用粘度计

表1 两种启动方案的压缩机油面变化对比

图4 不同预热方式启动的压缩机内油液粘度值变化图

表2 不同条件下的压缩机壳体温度和内油温以及对应时间的油粘度值

表3 电机绕组电阻-温度换算

表4 压缩机单体长运1500小时后测试数据

4 压缩机单体可靠性验证

以环境温度-32℃、室内温度20℃对转子式压缩机进行单体可靠性验证试验，经过1500小时长运后，测试数据如下表4所示，性能、噪音、振动均在制品规格值内，且分解泵体间隙、扭矩、磁通量，磨损无异常。

5 结论

通过对转子式压缩机在环境温度-32℃条件下启动运行的实验研究，得到以下结论：

（1）给予压缩机堵转电流，让压缩机内部预热后在启动，在极低温环境下是有好处的；

（2）采取预热大电流时间短要比小电流时间长更快恢复粘度，不过趋势都是一样的，都要先经过粘度最低点，一样都是0.4cP；

（3）对转子式压缩机进行1500小时的单体长运，可以论证热泵转子式压缩机能满足我国极低温气候启动和运行要求。

[1]孟浩, 陈建等.房间空调器滚动转子式压缩机回油问题研究. 制冷技术,2000年第2期

[2]肖彪, 林康,桂祁伟. 热泵空调制热模式缺少制冷剂运行状态研究及识别方法. 日用电器,2015年4期

[3]王春. 两级压缩热泵空调器的回油性能实验研究. 家电科技, 2012年11期

RESEARCH ON RELIABLE OPERATION OF ROTOR COMPRESSOR OF HEAT PUMP IN -32℃ ENVIRONMENT

Wu Tao Zhang Tao Liu Tuanshun
(GD Midea Refrigeration Equipment Co., Ltd. Guangdong Foshan 528311)

Preheating rotor compressor by given locked-rotor current has a lot of benefits for itself when startup in the extremely low temperature environment.This paper contrast the pros and cons of the different preheating scheme through analysis of oil surface and testing of oil viscosity value inside compressor.And monomer of the rotor compressor have run for a long time, that demonstrates the heat pump compressor running in - 32 ℃ environment is OK.

-32℃；Compressor；Preheating；Viscosity