浅谈军用空调制冷系统管路抗振动、抗冲击工艺措施

方 伟 郭立芝

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

随着现代通信技术和武器装备的发展，许多通信设备普遍采用集成电路、CPU控制、液晶显示等高新技术，这些设备对其工作环境，特别是温度要求比较苛刻，而装车后通信车及其车载设备必须满足《军用通信车通用规范》的要求，即通信车应能在（-40～+55）℃的环境条件下正常工作，应能在（-50～+70）℃的环境条件下贮存。这样车载通信设备的温度敏感性与通信车的环境适应性就产生了矛盾，为解决上述问题，军用空调由此诞生了。

军用空调技术是从民用空调技术基础上发展起来的。所以早期军用空调设备基本上是由民用空调器改制而成，只是从抗振角度出发，将民用空调的自攻螺钉改成了螺栓连接；为适应车载方式，压缩机采用了机械限位措施；为增加空调设备耐高温性能，加大了冷凝面积和冷凝风量，为适应低温要求，取消热泵制热方式而采用简单的电加热方式。

以上几项技术创新，基本奠定了军用空调技术的基础。经过以上技术处理后的民用空调也就基本具有军用空调设备的几大特征，即抗振、抗冲击，耐高温、低温等。这是军用空调技术发展的第一阶段，即改型军用空调技术阶段。此阶段还局限于方舱用军用空调领域。

自1992年开展根据用户需要而专门设计匹配，军用空调技术发展进入到第二阶段。为进一步消除压缩机的过振动对进出口管的影响，避震金属软管得到了广泛的运用，压缩机限位机构由金属板卡箍改为柔性的钢丝绳结构。

自1998年初开展某型号配套军用空调设备开始，军用空调技术发展进入到第三个阶段，即全面发展阶段。某型号项目成功后，标志军用空调技术由单一的方舱空调技术向装甲空调技术转化成功。到2000年底，通过持续12年的技术探索和创新，已掌握了方舱、装甲、坦克、汽车等多种军用空调研制技术以及在抗冲击、抗振动方面的经验，为公司后续的快速发展积累了宝贵的技术基础。

本文针对军用空调系统管路出现的常见管路断裂问题进行了原因分析，结合军用空调在抗冲击、抗振动方面的实践和摸索，相应提出解决该问题的有效工艺措施。

1 制冷系统管路存在的常见管路断裂问题

1.1 刚性连接引起的管路断裂问题

系统管路因刚性连接方式受到振动而导致蒸发器管路根部断裂的典型事例（图1）。军用空调制冷运行时，由于压缩机转动部件的质量中心偏离转轴中心而产生振动，该振动以弹性波形式传给与其连接的制冷系统管路，从而导致系统管路中的排气管或回汽管（压缩机出管与进管名称）长时间受力振动，当振动达到系统管路疲劳极限时，排气管或回汽管就会出现断裂，从而引起制冷剂泄漏而无法正常工作。

图1 某型号军用空调换热器管路根部断裂位置示意图

1.2 制冷元件未固定引起的管路断裂问题

制冷元件未固定导致制冷元件根部断裂的典型事例（图2）。车辆在行驶过程中，因路况恶劣，军用空调会受到车辆传导过来的间歇式振动或冲击，当冲击振动幅度超过管路允许的变形极限时，系统管路薄弱环节就会出现断裂现象，进而导致制冷剂泄漏而无法正常工作。

图2 某型号军用空调视镜紫铜管焊接处断裂位置示意图

1.3 设计缺陷引起的管路断裂问题

排气管走向设计不合理导致排气管断裂的典型事例（图3）。军用空调制冷运行时，制冷系统管路受到来自压缩机的振动，制冷系统管路在压缩机工作时一直处于受力状态。如果制冷系统管路走向设计不合理或管路折弯半径设计过小时，在制冷系统管路与压缩机或其它制冷元件的焊接处为薄弱处，受力大增，会较快达到疲劳极限而出现管路断裂或撕裂现象。

图3 某型号军用空调排气管根部断裂位置示意图

2 解决管路断裂的工艺措施

2.1 解决压缩机振动引起的排气管或回汽管断裂的工艺措施

振源产生振动，通过介质传至受振对象，从而引起管路震裂。因此，减弱压缩机传给支撑结构的振动及限制压缩机振幅是解决该问题最直接、最有效的工艺措施。

2.1.1 压缩机传给支撑结构的控制

图4为军用空调压缩机和管路由刚性连接调整为弹性连接的典型结构。为减弱压缩机传给支撑结构的振动，可以在压缩机与支撑结构之间安装弹性构件，如弹簧、橡胶垫等，军用空调压缩机安装时采用橡胶减震块，且效果最佳。当压缩机安装橡胶减震块后，压缩机本身的振动会显著增强，这对具有刚性连接的系统管路和压缩机本身非常不利，可能导致系统管路或压缩机损坏，因此适当限制橡胶减震块的振幅，以及在压缩机进出口处采用安装金属软管或减震环等工艺措施来解决压缩机振动引起管路断裂的问题。如图4，图中压缩机安装橡胶减震垫后，采用限位销控制压缩机振幅，再采用锁紧螺母防松，此结构基本解决了压缩机传给支撑结构引起的冲击振动；在压缩机进、出口处安装金属软管，此结构将排气管、回汽管与压缩机刚性连接变更为弹性连接，进而从根本上解决了压缩机自身振动引起排气管或回汽管因刚性连接产生的断裂。

图4 某型号军用空调压缩机和管路弹性连接结构示意图

2.1.2 压缩机振幅的控制

压缩机为细长型部件，其在振动过程中和随车行驶过程中，压缩机会产生一定的摆动，因此必须控制压缩机摆动的幅度。如图5，图中压缩机限位卡组件、钢丝绳与压缩机间隙均调整为3～5 mm（钢丝绳通过锁紧螺母固定在压机限位卡组件上），从而有效控制了压缩机摆幅。

图5 某型号军用空调控制压缩机摆幅结构示意图

按GJB 1913A-2006《军用方舱空调设备通用规范》中的振动和冲击试验要求进行试验验证，上述工艺结构有效解决了因压缩机振动而造成排汽管或回汽管被震裂的问题。

2.2 解决系统管路薄弱环节因受到冲击而断裂的工艺措施

车辆在行驶过程中，军用空调系统管路会受到严重的冲击。长期下去，当系统管路（基本为紫铜管）达到其疲劳极限时，在管路焊接处就会很容易被震裂或被震变形。为解决该问题，本文提出了3项解决工艺措施：

1）加大系统管路壁厚。根据大量实践，制冷系统管路壁厚一般采用1 mm（民用空调一般0.75 mm），以此增加系统管路的强度与刚度，提高系统管路抗振动、抗冲击的能力。

2）在系统管路薄弱环节加装管夹。军用空调蒸发器、冷凝器沿用民用空调的蒸发器、冷凝器结构，其壁厚较薄，只有0.35 mm，是整个制冷系统较薄弱环节。根据近几年冲击、振动试验表明，试验失败十之八九是蒸发器、冷凝器进出管根部断裂。为解决上述问题，现采取蒸发器和冷凝器进出管固定方式，即将进出管路固定到框架或者蒸发器、冷凝器管板上，避免管路在冲击振动中发生位移，导致进出管根部断裂，从而有效解决了蒸发器、冷凝器进出管根部断裂问题。

3）系统管路跨度过大或管路之间互相接触摩擦。管路之间跨度过大，在冲击振动过程中，管路摆动过大，会导致管路容易震裂。一般在管路最容易摆动的位置加管路支架，用管卡将管路固定到支架上，限制管路在冲击、振动过程中的摆动幅度。对管路与管路之间的摩擦问题，一般采用橡塑泡沫管隔振，以此防止管路之间、管路与接触零件之间发生摩擦而导致管路破裂或变形等质量问题。

根据以上分析，图1、图2的管路断裂问题就迎刃而解了。

2.2.1 军用空调换热器管路根部断裂原因分析

该型号军用空调室内机蒸发器使用的铜管为Φ7X0.27+0.15的紫铜管，管壁厚为0.27 mm；与换热器焊接的紫铜管壁厚为1 mm，考虑到换热器与空调框架采取刚性连接，在振动、冲击过程中，换热器与框架之间不产生相对位移，与换热器焊接的紫铜管由于受振动、冲击作用会与换热器本身产生微小的位移，换热器上的紫铜管因受力产生微小变形，而换热器上紫铜管因其两边的边板固定，焊接点与边板的距离非常近，应力集中在边板与换热器紫铜管接触处，因此导致换热器紫铜管容易在根部出去断裂。

2.2.2 军用空调换热器管路根部断裂问题工艺优化措施

在换热器焊接处增加固定块，固定块与换热器采取刚性连接，再将与换热器焊接的紫铜管与固定块焊接，使换热器紫铜管在振动、冲击中不受力，让应力传递到与换热器焊接的紫铜管，由于与换热器焊接的紫铜管壁厚为1 mm，且该管相对较长，承受应力时比较分散，改进后的军用空调设备按GJB 1913A-2006《军用方舱空调设备通用规范》中的振动和冲击试验要求进行试验验证，没有再次发生管路断裂现象（如图6）。

图6 换热器端部出管固定示意图

2.2.3 军用空调视镜紫铜管焊接处断裂原因分析

视镜处管路因视镜悬空且视镜较重，故该处管路为管路薄弱环节。该处管路在受到较大冲击时，视镜振幅大于两端管路振幅，视镜两端管路焊接处会受到较大应力，待应力集中达到紫铜管疲劳极限时，视镜两端焊接处即会出现断裂。

2.2.4 军用空调视镜紫铜管焊接处断裂问题工艺优化措施

在视镜下方添加视镜架，将视镜架固定在框架上，再用视镜卡将视镜固定在视镜架上，使该处管路随军用空调框架一起振动，消除局部应力产生的疲劳损伤。按GJB 1913A-2006《军用方舱空调设备通用规范》中的振动和冲击试验要求进行试验验证，改进后的军用空调设备没有再次发生管路断裂现在（如图7）。

2.3 解决系统管路因结构设计不合理而断裂的工艺措施

系统管路走向设计不合理，往往容易发生管路断裂。因此，在系统管路与压缩机、气液分离器或其它制冷元件连接时，不能直接连接，应增加“减震弯”，以此增加管路挠度及增强管路吸震能力。因此，图3排气管发生断裂就不难理解了。

2.3.1 军用空调排气管根部断裂原因分析

在军用空调设备随车振动过程中，压缩机随之振动，为保护压缩机内部零件如电机、阀片等不被震坏，在压缩机与空调底盘连接处设置减震橡胶垫，通过压缩机外部的位移来减少压缩机内部的振动。此位移与振动将传递到压缩机刚性连接的排气管上。排气管因设计考虑不周，没有预留“减震弯”，且管路长度过短，折弯半径过小，缺少圆弧弯曲等增加管路挠度的措施；另外，排气管根部距排气管被固定卡卡死处不足200 mm，位移基本被限制。所以排气管吸收振动能力差。当振动的压缩机与基本没有位移且挠度差的排气管刚性连接在一起时，管路连接处必然断裂。

2.3.2 军用空调排气管根部断裂问题工艺优化措施

首先，增加排气管折弯处的折弯半径，在排气管上设置圆弧弯曲，即“减震弯”，以提高管路挠度，增加管路吸震能力；其次，加长排气管根部至排气管固定卡处管路长度，使排气管可以承受一定程度的位移。根据上述工艺措施重新设计压缩机排气管，按GJB 1913A-2006《军用方舱空调设备通用规范》中的振动和冲击试验要求进行试验验证，改进后的排气管没有再次发生断裂现象（如图8）。

图8 新排气管示意图

3 结论

通过以上事例分析，军用空调一般常用的解决管路断裂的工艺措施总结如下：在冷凝器或蒸发器进管与出管端添加管卡；在毛细管上加减振阻尼块；在过滤器、膨胀阀或其他制冷元件处均添加支架和管卡；管路增加减震弯等，以此加强该薄弱处管路抗振动、抗冲击的能力。通过以上改进的工艺措施，军用空调系统管路出现的常见管路断裂问题已得到有效解决。