恶劣工况对冷藏车制冷机组可靠性的影响

恶劣工况对冷藏车制冷机组可靠性的影响

罗明英

珠海格力电器股份有限公司 广东省珠海市 519000

摘要：自2019年底开始，由于新冠肺炎的影响，物流车的重要性逐渐凸显出来，它不仅可以运输人们生活必要的蔬菜，水果和肉类等食品，还可以运输医疗药品及疫苗，因此物流车的推广应用直接影响了冷链物流的发展。电动物流车具有低碳、高效能等优点，因此得到了大力推广。换热器作为冷藏系统中的重要部件，其性能直接影响冷藏效果。微通道换热器与传统的翅片管换热器相比，具有结构紧凑的特点，因此在相同的制冷剂充注量下，换热效率更佳，且具有造价较低、质量较轻等特点;但在冷藏工况下，微通道蒸发器会有结霜速度较快、除霜时间较长的弊端，制约了其在冷库制冷系统中的应用。

关键词：冷藏车；制冷机组；可靠性

引言

目前，国际冷链物流运输技术的重要标准为冷链协会ＣＣＡ（与劳氏船级社制定的ＣＣＱＩ标准。在ＣＣＱＩ中，有代表性的是易腐食品的国际运输和运输使用特种设备的协议ＡＴＰ标准ＥＣＥ／ＴＲＡＮＳ／１６５：２００３。该标准最初为法国易腐物品运输协议，目前适用于所有关于易腐产品的运输。在实际使用中，环境温度有时远高于这２个标准的测试温度，而且伴随高环境温度的还有高环境湿度等恶劣工况，另外还有特殊应用条件，例如冷藏车在户外经过阳光曝晒，车厢内温度很高，冷藏车制冷机组会出现无法启动的故障；在低环境温度下，冷藏车制冷机组的蒸发温度很低，制冷剂流量很小，制冷系统回油困难，容易导致压缩机缺油；高环境湿度也是恶劣工况条件之一，通常来说，应先将冷藏车厢内温度降低到货品的运输温度，再将冷藏货品装载在冷藏车厢内；在车厢内高环境湿度条件下，车厢温度降低到设定温度所需时间会大幅延长；对于某些特殊应用，如当环境温度与冷藏车厢内的实测温度差值较小时，冷藏车制冷机组负荷很小，冷藏车制冷机组需要通过频繁启停满足冷藏车厢内的温度需求，此时冷藏车厢内的温度会出现波动。

1电动冷藏车制冷系统

结合冷藏车的结构，根据制冷系统循环原理，开发了电动冷藏车制冷系统，如图1所示。该系统由活塞式压缩机、库外平行流式换热器、单向阀、储液罐、主路膨胀阀、库内平行流式换热器、补路膨胀阀、经济器(中间换热器)、截止阀等部件组成。冷藏车制冷系统工作原理如下，系统循环分成两路:(1)主路循环:压缩机排气口—库外平行流式换热器—经济器—主路电子膨胀阀—库内平行流式换热器—压缩机吸气口;(2)补路循环:压缩机排气口—库外平行流式换热器—经济器—补路电子膨胀阀—经济器—压缩机吸气口。

图1制冷系统图

2系统循环原理

冷藏系统工作原理如下，系统制冷循环分成两路:(1)主路循环:压缩机排气口—车外平行流式换热器—经济器—主路电子膨胀阀—车内管式蒸发器—压缩机吸气口;(2)补路循环:压缩机排气口—车外平行流式换热器—经济器—补路电子膨胀阀—经济器—压缩机吸气口。中压补气原理理论循环如图2所示。电动压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽经车内冷凝器冷凝(状态点5)，在经济器后流至两支回路，一支回路(状态点3)流经主路膨胀阀(状态点4)、车外蒸发器(状态点1)、气液分离器后进入压缩机;另一支回路通过补路膨胀阀节流后(状态点6)再次流经经济器(状态点7)，最后进入中压补气口(状态点7)与压缩到中间压力的主路制冷剂(状态点9)汇合，最后汇合后(状态点8)的制冷剂被压缩排出(状态点2’)，完成一个完整的中压补气制冷循环。通过经济器的设置，系统蒸发器进出口循环工质焓差变大了，即由原来的h1－h6()'增加为h1－h4()，进而系统蒸发器制冷能力加强。

图2中压补气理论循环

3恶劣工况对冷藏车制冷机组可靠性

3.1高环境温度工况测试

图２所示为高环境温度启动测试结果，可以看出，随着压缩机转速逐渐提升，压缩机排气温度逐渐升高。压缩机转速由８１２ｒ／ｍｉｎ提升至１８１３ｒ／ｍｉｎ，压缩机吸／排气压力变化不大，压缩机吸／排气温度均有不同幅度的增加，尤其是排气温度已经达到１２５．４℃，接近温度保护上限（１３０℃）。因此，在高环境温度条件下，应设定压缩机转速上限，避免出现一开机就高温停机故障。冷藏车制冷机组在高环境温度下压缩机转速上限必须根据其使用环境实际测试得出。图３所示为高环境温度制冷剂过充测试结果，可以看出，随着制冷剂充注量和压缩机转速的提升，压缩机吸气压力降低，排气压力和压比均增大，压缩机吸／排气温度均上升。压缩机达到最大转速２４００ｒ／ｍｉｎ后，制冷剂充注量继续增加。制冷剂充注量达到２．７ｋｇ时，压缩机排气温度达到１２５．６℃（接近压缩机的排气温度保护上限值１３０℃），排气压力达到２８．７ｂａｒ（接近排气压力保护上限值３０ｂａｒ）。因此，冷藏车制冷机组可靠性设计中要根据机组的使用环境确定制冷剂的最大充注量。图４所示为高环境温度边界测试结果，可以看出，随着冷藏车环境温度的升高，压缩机吸气压力几乎不变，排气压力逐渐增大，压缩机吸／排气温度均升高，排气温度最高可达１２５．１℃（接近高温保护上限值的１３０℃）。所以，冷藏车制冷机组的可靠性设计须考虑到这一特定使用场景，尤其是在压缩机高转速满负荷运转条件下，必须通过限定压缩机转速或其他方式避免制冷机组在环境温度逐渐升高的过程中出现高温高压停机故障的产生。

图２冷藏车制冷机组高环境温度启动测试结果

图３冷藏车制冷机组高环境温度制冷剂过充测试结果

图４冷藏车制冷机组高环境温度边界测试结果

3.2低环境温度工况测试

图５所示为低环境温度启动测试结果，可以看出，随着压缩机转速逐渐提升，压缩机吸气压力逐渐降低。压缩机转速提升至２４００ｒ／ｍｉｎ时，压缩机吸气压力已低至１．４ｂａｒ（接近吸气压力保护值１ｂａｒ）。因此，在低环境温度工况下，须设定压缩机转速上限，避免出现一开机就出现低压报警的故障。图６所示为低环境温度边界测试结果，可以看出，在压缩机转速逐渐增大的过程中，压缩机吸气温度变化不大，排气温度逐渐升高；压缩机吸气压力逐步降低。在实际应用中，在低环境温度工况条件下，压缩机内有可能出现异常噪声，或者触发压缩机的低压保护。同时，还须关注蒸发器出口制冷剂的过热度，避免出现因过热度太低而压缩机吸气带液的情况发生。在低环境温度下，须根据机组的使用环境进行相应的低环境温度边界测试，以得到压缩机低压保护数值。

图５冷藏车制冷机组低环境温度启动测试结果

图６冷藏车制冷机组低环境温度边界测试结果

结束语

高环境温度工况对压缩机排气压力和排气温度的影响很大，制冷机组制冷剂过充会导致制冷机组高排气压力和高排气温度进而产生停机故障。低环境温度工况对压缩机吸气压力影响较大，尤其是在压缩机高转速条件下，有可能会触发压缩机吸气压力保护而导致停机。在高／低环境温度工况条件下，须根据运输冷藏车的使用环境，对机组进行高／低环境温度启动测试和高／低环境温度边界测试。

参考文献

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