单元机在寒冷、高落差、长连接管下开发方案的探讨

摘要：本文主要就毛细管系统的小单元机在寒冷地区，在高落差、长连接管条件下的开发应用做了简单的介绍。对于系统可靠性要求的回油、回液进行了一些研究，并对于此类机组的开发提出了自己的一些解决方案，通过实施这些措施解决了系统的回油、回液的可靠性，提高了商用轻型小单元机的适应能力。

关键词：毛细管系统 单元机 回液 回油 高落差

1、前言

随着商业经济的飞速发展，目前小型单元机以其突出的优点！逐步占领市场！ 为众多用户和设计人员所接收与关注，“小型中央空调适用于人员相对固定、 负荷变化不大的办公娱乐场所”[1]。市场上对于轻型商用空调的需求量愈来愈大，随之而来的对于此类空调可靠性的要求也不断提高，为此提高轻型商用小单元机的市场适应能力势在必行，特别是开发用在北方寒冷地区，这种高落差、长连接管的机组。

目前，热泵型（制冷、制热两用）空调要求冬季适应的环境温度一般在—7℃左右，空调在制热模式下，室外换热器在这种环境下换热效果很差，工作一段时间后室外机会结霜，当结霜达到一定程度，空调需进行除霜工作，除霜时往往会有过量的液态制冷剂进入压缩机，形成湿压缩即“液击”现象，而这种液击现象已成为目前空调压缩机发生故障一个主要原因[2]。压缩机液击可分为液态制冷剂液击和液态油液击，主要指较大量的液态油或制冷剂进入压缩机气缸或涡旋盘间，造成压缩机在运行过程中振动及噪声加大、电流急巨增加，个别情况下会造成铜管振裂、振断、压缩机无法启动或堵转等现象。对于旋转式压缩机来说，严重时甚致会造成压缩机气缸损坏，泵体紧固螺栓松动、丧失冷媒气体压缩能力等[3]。

另外在这种寒冷的环境下，温度逐渐下降时， 油溶解度便不断减小[4]，增加压缩机的机械磨损。在20m以上高落差的情况下，回油将会很困难，因此，如何防止空调压缩机产生液击现象、提高回油能力是技术人员在进行系统设计时常碰到的一个问题，由于它对空调系统运行的安全可靠性及压缩机的使用寿命起着关键性作用，所以应该引起广泛的重视[5]。

2、可靠性探讨

为了探讨应用于北方寒冷地区、高落差、长连接管的单元机的回油、回液的可靠性，以及采取的提高其可靠性的方案，本文以12KW的机组作为对象，以25m高落差，50m长连接管作为研究的标准条件，来研究提高此类机组的可靠性的方案。

1）、商用小单元机系统节流机构基本上都是毛细管系统，毛细管具有简单、可靠、价廉等特点，在空调装置中得到广泛应用[6]。随着毛细管长度的增大，毛细管的质量流量迅速下降[7]，为了降低系统回液情况，将12KW的单元机的毛细管加长，由TP2Yφ2.8Xφ1.63X400X2T15增加到1 TP2Yφ2.8Xφ1.63X550X2T15，实验摸底数据如下：

名义制冷数据

分析上面名义制热数据，蒸总出温度较普通机组高，可判断此机组配置在同样排气温度下，冷媒流量较普通机组大。但由于是长连接管，冷媒到内机时，温降大，能力折损大。制冷流量偏小，制热流量偏大

从数据上看出，对比与短连接管机组，机组在此配置下有以下几个特点：制冷能力低，因为长连接管压损大，致使在蒸发器蒸发压力上升蒸发温度上升，换热温差减小，换热量减少。排气压力稍微偏高，吸气压力偏低，高低压差大 可以把机组抽象成外机不变、减小内机配短连接管的情形；在抽象配置下，将调整节流及冷媒灌注量，使排气温度为合适的值（81℃），因为内机偏小，冷媒蒸发量少，不足以撑起低压所以低压偏低。吸气温度低，吸气过热度小，制热能力低，蒸总进温度偏高。

制热低温放置启动实验，视液镜观察系统运行回油、回液可靠性实验现象：

120%（R22/7680g）制热低温（20/—；—15/—）放置带液启动。现象描述，在该低温工况下放置10小时后，压缩机液位18cm气分液位17cm；上电运行机组，前3分钟，压缩机液位18cm且满泡，稳定运行时，液位为21cm；机组运行前3分钟气分液位为15cm且满泡，稳定运行时，液位为17cm。机组上电运行后，长时间运行都无法抽干压缩机内的冷媒，回液严重，冷冻油被冷媒稀释，压缩机可能缺油运行，工作环境恶劣，判断运行不良。

总的来说，该机组在各高低温工况及冷媒灌注量（80～120%）下，系统温度压力均较为正常，回油回液性能正常，能保证较高的可靠性。只是在低温放置带液启动实验中，大量回液，冷冻油被稀释，压缩机运行在恶劣状态。

2）、但是毛细管对于系统的过热度的调节就非常局限。为了解决此类局限性，更好的提高空调系统的可靠性，必须通过其他措施辅助调节。因此为了减少系统回液，在标准要求的范围内减小气液分离器的回油孔，回油孔调整为Φ1.2mm，可参考[8]；加灌冷冻油，提高系统在此长连接管条件下的系统含油量。

试验现象描述：

机组运行名义制冷，能力8000W左右，正常；汽分总是满泡，异常；压缩机油位10cm，正常。排气温度93℃，偏高。

机组运行名义制热，能力在11200W左右，正常；汽分液位4cm，正常；压缩机油位10cm，正常；排气温度83℃，正常。

机组运行最大制冷（低电压），工况稳定后，运行30分钟，停机3分钟，机组能正常再启动运行，期间不出现任何保护而停机的现象。排气压力为为28.18（最大值）排气压力波动小，与上次测试数据比较，压力约高1kgf/cm2；排气温度范围117～124℃，排气温度偏高，最大排气温度124℃以波峰的形式出现，维持时间与几秒；

机组运行最大制热（低电压），工况稳定后，运行30分钟，停机3分钟，机组能正常再启动运行，期间不出现任何保护而停机的现象。排气压力在21.1～25kgf/cm2之间波动，当出现防高温而外风机停机时，排气压力取下值（上次配置试验未出现防高温）；排气温度范围100.7～114.9℃，排气温度正常。

总的来说，机组在低温带液启动试验过程中，压缩机油液无分层，颜色泛黄，油位一直保持在7～8cm，可见系统回油没有任何问题。系统运行40min过程中，回液正常，只是在带液启动的瞬间有冲刷现象。因此认为此种方案能够满足机组在此类环境下的可靠性。

3、总结

在寒冷环境，高落差、长连接管的条件下，系统回液严重，机组带液启动机率大大增加。另外系统的阻力增大，油溶解度下降，机组的能力损失很大，而且回油将会更加困难，这势必会对系统造成巨大损伤。通过此次研究，以及对于售后安装工程的总结，保障单元机在此类恶劣环境下的系统可靠性，简单有效的方案有：一、在满足系统可靠性的条件下，通过调节毛细管，调节冷媒流量及过热度，提高回油能力；二、在设计标准范围内，调节汽分回油孔的孔径，调节回液量；三、工程安装要在适当距离增加回油弯，提高机组回油能力。

参考文献：

[1]张洁，张永. 小型风管机的设计与安装[J]. 建筑工人. 2005 （01）

[2]汪厚泰. 空调气液分离器优化设计研究[J]. 家电科技. 2010 （08）

[3]吴进. 分体式房间空调器液击情况的分析与对策. 家电科技.2005（08）

[4]胡洁等. 房间空调器用滚动转子式压缩机回油问题的研究. 制冷技术.2000（02）

[5]汪厚泰. 空调气液分离器优化设计研究[J]. 家电科技. 2010 （08）

[6]Melo C， Ferreira RTS， Neto BC， Goncalves JM，Mezavila MM. An experimental analysis of adiabatic capillary tubes. Applied Thermal Engineering， 1999，19（6）： 669～684.

[7]周德信等. 采用R22、R134a两种制冷剂的毛细管特性对比研究. 制冷与空调. 2004（03）

[8]汪厚泰. 空调气液分离器优化设计研究[J]. 家电科技. 2010 （08）