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汽车空调用变排量压缩机动态特性的试验研究_图文

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|设计研究;文章编黾10“。2971(2002¨6…“。04 L…~.¨?¨~.’ 汽车空调用变排量压缩机动态特性的试验研究
田长青.杨新江.窦春篇.事先庭,彦启森
(清华大学建筑学院建筑技术科学系,北京100084)

摘要:通过大量的试验研究,找出了压缩机转速、排气压力以及负荷变化时对摇扳箱压力、活塞行
程、制冷荆质量流量的影响,为解决变排量压缩机和热力平膨胀阀汽车空调制净系统的稳定

性问题奠定了基础。 关键词:变排量压缩机;动态特性;试验研究;汽车宅调 中图分类号:TH45 文献标识码:A

Experimental investigation into dynamic behavior of
variable displacement compressor for automotive air conditioner
TIAN

Chang—qing,YANG Xin—jiang,DOU Chun—peng,I.1 Xian—ring,YAN Qi-sen

(School

of Architecture,Tsinghua

University,Beijing 100084,China)

Abstract:The aim of this
pro¥ssor

paper is air

to

find

out

the dynamic characteristics of the variable displacement com— The influence of
case

for the automotive

conditioning system
on

the compress。r

rotary

speed.compressor

discharge pressure,and change of load
ant

the

wobble—plate

pressure,piston
can

stroke length and refriger—

mass flow

rate

has been investigated experimentally.which


be

the base for resolving the instability


problem of the automotive air conditioning system with
pansion

variable displacmaaent compressor and

thermal

ex-

valve.

Key words:variable tire
air

di印lacement compressor,dynamic characteristic,experimental investigation,automo—

conditioning



引言 无级变排量摇板式压缩机(以下简称变排量压

势来看,变排量压缩机将会在非独立式汽车空调系 统,尤其是各种豪华型汽车中得到广泛的应用。

缩机,结构见图1)根据汽车空调负荷改变压缩机 行程从而改变压缩机每转~周的排量,以满足车室 内空调要求。它改变了传统的离合器启闭压缩机的 调节方式,实现了系统连续运行。压缩机运行连续 平稳,不会引起汽车发动机局期性的负荷变化;空 调送风温度波动小,有利于提高车内环境的热舒适 性;可以保持几乎恒定且刚好略高于结霜温度的蒸 发温度,防止了蒸发器表面结霜,提高了系统除湿 能力,可以降低能耗,节约燃油Cl一1。从汽车空调 系统由变排量压缩机替代定排量压缩机的发展总趋
图1变排量播板式压缩机

但是在由变排量压缩机和热力平膨胀阀组成的 汽车空凋制冷系统中,出现了系统振荡现象,即制

收稿13期:2002—03—01 基金项目:国家自然科学基金资助项目50176028 作者简介:田长青(1965一).男.副教授.在读博士.从事制冷系统动态性研究及优化配置。

万   方数据

第6期 压缩机技术 .2. ——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————一

冷系统中所有参数,诸如送风温度、制冷剂质量流 量、系统各处制玲剂的温度压力都按照一定的频率 和幅值振荡‘3一“。制冷系统产生周期性振荡对运行 的经济性和安全性都是不利的,也正是这种系统的 不稳定性限制丁变排量制冷系统的推广与应用。 本文通过试验方法对变排量压缩机的动态特性 进行研究,找出压缩机转速、排气压力以及负荷变 化时对摇板箱压力、活塞行程以及制冷剂质量流量
的影响。

流经冷凝器的风量来凋节。空调负荷可以通过改变 蒸发器进风干湿球温度(由室内侧环境室来保证) 和流经蒸发器风量(由4档风扇来控制)来调节。 测量系统主要测量压缩机转速、活塞行程、制 冷剂质量流量、制冷剂温度、制冷剂压力、蒸发器 进出口空气干湿球温度和风量。压缩机转速采用电 涡流传感器测量;活塞行程采用电感式行程传感器 测量;制冷剂质量流量采用自制的孔板流量计加上 压差传感器测爨;制冷剂温度采用经过标定的铜一 康铜热电偶测量,其测温精度为±0.2E;制冷剂 压力采用电压输出型压力传感器测量,其测压精度 为±0.1%;空气干湿球温度采用铂电阻测量,对 每个铂电阻进行标定,得出所有铂电阻的电阻值与 温度值的关系式,然后用于计算测量的温度,这样 可以保证温度测量的误差在0.1℃以内。所有的传 感器产生的电信号全部传送给数字巡检仪,通过巡 检仪和与之连接的计算机采集处理数据。试验时数 据采集周期为1
s。

2试验系统 压缩机动态性能试验系统见图2。该试验系统 建立在实验室原有焓差试验台的两个环境室内。压 缩机和冷凝器放置在室外侧环境室内,蒸发器和热 力膨胀阀放置在室内侧环境室内,这两个环境室可 以保持试验所要求的恒温、恒湿环境。整个试验系 统分试验主体、控制系统和测量系统3部分。

3试验结果与分析 在上述的试验系统中,采用突然改变压缩机转 速、排气压力和空调负荷,以及逐渐改变空调负荷 的方法对研究的变排量压缩机的动态特性进行了试 验研究,并得出了活塞行程变化的规律。 3.1压缩机转速突然变化 突然调节压缩机的电机供电频率,实现压缩机 转速阶跃变化。图3为压缩机转速N。先从1 r/rain突降到1
1压缩机2变频电机3.行程测量装置4.孔板流量计 5挎凝器6玲凝风扇7储液器8热力膨胀闫 9.蒸发器10.蒸发器风扇11排气调节阿 530 920

r/mln,然后又突升到2

010 T/

min时的变化情况。从图3中可以看出,当N,从
1 920

r/rain突降到1

530

r/rain时,排气压力P,。

图2试验系统示意图

和摇板箱压力P。下降.活塞行程s。增加,制冷 剂质量流量M,先突降然后又回升,吸气压力P。 先升后降,摇板箱和吸气压力之差△p。从0.54 bar。降低到0.37 bar,行程s。从18.64 mm增加 到20.74miD_。转速从1 533t/min突升到2
019

试验主体部分主要由压缩机、冷凝器、蒸发器 和热力膨胀阀组成。本文中研究的变排量压缩机为 5缸摇板式无级变排量压缩机,其排量可以在(10 —156)cm3/r范围内无级变化。冷凝器采用平流 式冷凝器,蒸发器芯采用管片式蒸发器,蒸发器风 扇为4档调速,热力膨胀阀采用H型。 控制系统可以控制压缩机转速、排气压力和空 调负荷。压缩机由变频电机驱动,调节电机供电输 入频率就可以改变压缩机转速。冷凝风扇也由一变 频电机驱动,这样压缩机的排气压力可以通过调节

r/

min,P d、P。上升,s。减少,M,先突升然后又

降低.p;先降后升,Ap,。从0.37 bar升高到0.82 bar,行程S。从20.74 mm减少到19.47 mm。在 压缩机转速突降突升的过程中各参数几乎没有纯滞 后,和转速一起变化。 当压缩机转速突降时,制冷剂质量流量会突然

万   方数据

一— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —一
第6期

田长青.等:汽车空调用变排量压缩机动态特性的试验研究

’3‘

降低.同时吸气乐力的升高使得控制润中的波纹管 被压缩,推动控制阀阀杆关小球阀,开大锥阀,这 行程;活塞行程的增加又使突降的制冷剂质量流量

高,制冷剂质量流量M,随着升高,然后由于活塞 行程减少又降低,有一个先升后降的过程。摇板箱 压力P。相对于Pd的变化有一个2s的纯滞后,这 主要是因为高压排气从球阀中进入摇板箱的时间和 摇板箱有一定的容积造成的,但纯滞后时间很短, 可以忽略不计。
只,M,-60 昂只,兄一1B

样使得摇板箱压力和△p。。降低,从而增加了活塞

回升。这样吸气压力回落,所以出现制冷剂质量流 量先降后升,而吸气压力先升后降的情况。压缩机 转速突升时的情况正相反。

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图3压缩机转速突降突升时的变化

甚、m…一……
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图4冷凝风量增加时的变化

3.3空调负荷变化 空调负荷变化分调节蒸发器风扇风档和改变蒸 发器进风空气状态两种情况。 3.3.1调节蒸发器风扇风档 图5表示了当压缩机转速为2
000

在压缩机转速突然变化时,排气压力和吸气压 力的变化以及控制阀中球阀和锥阀开度的变化+使 得摇板箱中压力发生变化。由于串气要从排气腔通 过球阀到摇板箱,再从摇板箱通过锥阀到吸气腔, 加七摇板箱一定的容积,所以从理论上讲摇板箱压 力的变化对于排气压力和吸气压力的变化应该有一 个纯滞后时间。但是由于摇板箱压力变化幅度不 大.串气量很小,串气速度很快,所以实际的摇板 箱压力变化相对于排气压力和吸气压力几乎没有纯 滞后。而压缩机摇板角度(即活塞行程)变化是受 力作用而变化,所以也没有纯滞后。 3.2排气压力突然变化 图4表示的是将冷凝风机电机供电频率从20 Hz突然提高到25 Hz时的变化情况。从图4可以 看出,随着冷凝风量的增加,排气压力p。降低, 摇板箱压力p。升高,摇板箱与吸气压力差△p,。从
O.79

r/min时,

蒸发器风扇从最高风档突然调节到最低风档时的变 化。Pd从14 bar(表压,下同)下降到13.3
bar,

p。从2.36 bar升至2.49 bar,而P。从1.63 bar下 降到1.61 bar,活塞行程从最大值30.6 mm降低
到27.4 mm,M。从128 kg/h减少到117 kg/h,

△p。从0.64 bar升至0.88 bar。通过试验数据计算 可知,空调负荷从4。72 kW降低到4.28 kW。从 图5可以看出,活塞行程和制冷剂质量流量随着空 凋负荷的减少而减少,在风档变化时压缩机各参数 也是几乎没有纯滞后。
昂肌/lO


S,-26

厅只to一25





bar升高到0.91 bar,活塞行程S。从20.39

mm减少到19.82 mm。Apws达到0.91 bar时活塞 行程开始变小,比冷凝压力开始变化的时刻滞后
20

~动,oU


毛~~.,^k~k√L√
V一\^/、
. 一

S。该滞后的形成主要是由于冷凝器的热惯性,

在冷凝风量突然增加时,排气压力经历一个渐减变 化过程,使得P。也随着渐增,只有当p。增加到 使△p。足够大时才可以推动压缩机活塞行程变小。 当行程变小时P。开始变小,这是因为行程减少, 制冷剂质量流量减少,P。上升。压缩机控制阀的 锥阔开,球阀关,使得p。下降。当冷凝风量刚开 始增加时由于排气压力降低,压缩机输气系数提
5:18:14 5:18:58 5:19:41

。V。旷
5:20:24 5.Zl:07 5:21 50

图5调节蒸发器风扇风档时的变化

3.3.2渐增负荷 图6表示了逐渐提高蒸发器进口空气干球和湿 球温度,空调负荷从2.25 kW渐增到4.53 kW时 压缩机参数的变化。随着空调负荷的增加,P。、

万   方数据



压缩机技术
06—0004—05

2002年第6期(总第176期)

文章编号:1006—2971(20021

离心式压缩机的喘振分析与控制
张成宝
(青岛石油化工厂.山东青岛266043)

摘要:利用离心式压缩机性能曲线及管路特性曲线的特点.结合加氩装置解析气压缩机实际情况.
对离心式压缩机的喘振现采进行分析.并提出了I亏喘掉措施。

关键词:离心式压缩机;性能;喘振;控制 中图分类号:TH452 文献标讽码:A
Analysis and control for surge of


centrifugal compressor

ZHANG Cheng-bao

(QhlIgdao Petrochemical Plant。Qingdao 266043,China)
Abs”an:Using the performance
pressor in
out. curves

of centrifugal compressor and pipeline and the actuality of
surge

gas

com—

hydrofining device is considered,the analysis for

and the method of anti—surge

are

carried

Key words:centrifugal comprwlsor;performance;surse;control

离心式压缩机用来压缩和输送化工生产中的各 种气体.而喘振是离心式压缩机工作在小流量时的 不稳定流动状态,它是离心式压缩机固有的特性。
收稿日期:2002—07—26

轻微的喘振不会损坏压缩机,但应当避免压缩机在 喘振条件下运行。因为严重的喘振会使机组剧烈振 动,流量大幅波动,很可能引起烧瓦甚至损坏压缩

S。和M,都增加.s。一直增加到最大行程为止; 空调负荷刚开始增加时,P。增加。使得P。降低, 一直到Ap。减少到0.3 bar可以推动活塞行程增加 为止;在5。增加过程中,P。几乎保持不变,P, 稍有减少;等到s。增至最大行程后,压缩机就变 成了定排量压缩机的特性,P。随着空调负荷增加 而增加,而由于P,的增加,P。又开始降低。
P。-,/10 5 4 4 0 5 0

缩机的动态特性同定排量压缩机; (2)当排气压力和(或)吸气压力突变时。摇 板箱压力相对于它们的纯滞后时间很短,可以忽略 不计; (3)压缩机转速突然变化、排气调节阀开关以 及空调负荷变化情况下,压缩机各参数的变化基本 都没有纯滞后; (4)突然改变冷凝风量时活塞行程的变化对于 冷凝压力变化有一个较大的纯滞后,该滞后的形成 主要是因为由于冷凝器的热惯性,排气压力经历一 个渐变过程,使得p。也随着渐变而引起的。
参考文献:

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图6渐增负荷时的变化

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[1]Timothy J Skinner,Robert
Variable



Swadner

v一5

Aut衄】otive
SAE

Displncernent
Paper 850040

Air

Conditioning

Congress
Use of

Compressor

[2]Himy∞u Nadamoto,Atsmhi
Variable Disp[acemeaat per.1999—01—0875

Kuhom

Compre∞r.SAE‰re∞Pa.
Huntt

POwer Saving

with

the

4结论 通过对变排量压缩机动态特性的试验研究,得 出如下结论: (1)变排量压缩机具有变排量和定排量两熏 性,当压缩机活塞行程保持恒定不变时,变排量压

[3 3

Clmngqing ins

Tian.et

al

Experimental Investigation into

of”Automotive

Methods and Measuring Techniques in Refrigeration,Lie ge,Belgium.Decemberl8—20.2000. [4]Changqing Tian,et a1.The Stability of Automotive Air condl
tioning Systems cific

Displacement ceedings of Experimmtd

Compressor

Air—conditioning S”tem with Vailable and Thermal Expans|。n VBlve Pro.

Conference

Proceedings
on

of the Eleventh International Pa。

Automotive

Engineering

Shanghai.

Nov

6—9.2001

万   方数据

汽车空调用变排量压缩机动态特性的试验研究
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 田长青, 杨新江, 窦春鹏, 李先庭, 彦启森 清华大学建筑学院建筑技术科学系,北京,100084 压缩机技术 COMPRESSOR TECHNOLOGY 2002(6)

参考文献(4条) 1.Changqing Tian The Stability of Automotive Air Conditioning Systems 2001 2.Changqing Tian Experimental Investigation into Hunting of an Automotive Air - conditioning System with Variable Displacement Compressor and Thermal Expansion Valve 2000 3.Hiroyasu Nadamoto;Atsushi Kubota Power Saving with the Use of Variable Displacement Compressor 1999 4.Timothy J Skinner;Robert L Swadner V - 5 Automotive Variable Displacement Air Conditioning Compressor

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ysjjs200206001.aspx


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