茍慶永， 鐘怡軍

（重慶迪馬工業(yè)責(zé)任有限公司研究院， 重慶 401336）

在慶鈴600P改裝的廂式載貨汽車上 ［這種廂式載貨汽車是利用重慶慶鈴的600P二類底盤， 經(jīng)過我公司的設(shè)計后， 主要改裝成銀行的運鈔車 （即DIMA5070）， 空調(diào)改裝后于2011年5月上市］， 我公司過去使用的是活塞式的汽車壓縮機， 后來經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 大多數(shù)客戶正常使用時的車速一般在60km／h以內(nèi)， 為了節(jié)能、 降噪和提高制冷效率， 我們決定將其改為等制冷功率的渦旋壓縮機。 但是在應(yīng)用過程中， 發(fā)現(xiàn)在40 ℃以上的高溫天氣下， 開著空調(diào)長時間跑高速公路 （壓縮機3 500～5 000 r／min） 時，大多數(shù)皮帶的運動能滿足設(shè)計要求， 而有的壓縮機皮帶則頻繁斷裂 （過去使用活塞壓縮機時， 此現(xiàn)象沒有這樣嚴重）， 從而影響產(chǎn)品的性能， 同時也影響汽車空調(diào)的正常使用。

在設(shè)計選型上， 我們選擇的是一線品牌 “蓋茨優(yōu)霓塔”， 而在未換成渦旋壓縮機之前， 此皮帶一直用于這種底盤上的SE5H14壓縮機， 且沒有類似故障。

根據(jù)本空調(diào)系統(tǒng)， 對渦旋壓縮機的結(jié)構(gòu)特性、皮帶使用環(huán)境和系統(tǒng)的壓力等方面進行分析， 總結(jié)了此渦旋壓縮機故障和皮帶故障的原因。

1 問題描述

而在實際使用時， 有些車輛在 （高溫天氣） 高速公路運行幾個月時間后， 空調(diào)皮帶總是斷裂 （頻繁時一周左右斷一次）， 隨后此渦旋壓縮機容易出現(xiàn)異響、 直到鎖死， 空調(diào)不能工作， 影響客戶車輛的正常使用。 圖1為本發(fā)動機的空調(diào)壓縮機皮帶結(jié)構(gòu)圖。

2 原因分析

2.1 源頭追溯分析（設(shè)計與匹配）

2.1.1 乘員艙狀態(tài)

本廂式車乘員艙空間 （長×寬×高） 為2 420×1 830×1 620， 共計7.17 m3； 額定乘員數(shù)為6人， 左右側(cè)壁內(nèi)飾為鋼板， 隔熱效果差。

車身傳熱面積： 左（或右） 側(cè)壁傳熱面積3.8m2，頂面?zhèn)鳠崦娣e4.5 m2， 前（或后） 面?zhèn)鳠崦娣e5.1 m2，玻璃窗傳熱面積2.6 m2。

2.1.2 空調(diào)匹配計算（表1）

注： 表1各功率的試驗條件為： ①冷凝器入口空氣干球溫度35±0.5 ℃； ② 蒸發(fā)器入口空氣干球溫度27±0.5 ℃ （相對濕度約RH50%）； ③壓縮機轉(zhuǎn)速1 800±3 r／min； ④對應(yīng)冷凝器入口風(fēng)速4.5±0.1 m／s。

表1 空調(diào)匹配計算

2.1.3 匹配后實測驗證

CEACAM5是人類組織和腫瘤細胞分化及增殖的重要調(diào)節(jié)分子，可作為結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移早期復(fù)發(fā)的預(yù)測標志[13]，并在2型糖尿病血清中顯著高表達[14]。本研究顯示CEACAM5在結(jié)直腸癌樣本中高表達，但在不同血糖狀態(tài)腫瘤樣本中的表達無差異，其mRNA表達與結(jié)直腸癌血管累及、原發(fā)灶浸潤深度、TNM分期均呈顯著正相關(guān)，CEACAM5與結(jié)直腸癌病程進展密切相關(guān)。

實測數(shù)據(jù)： 儀表板出風(fēng)口處溫度9.5℃， 后蒸發(fā)器出風(fēng)口處溫度9℃， 車內(nèi)平均環(huán)境溫度27℃， 系統(tǒng)高／低壓力2 MPa／0.18 MPa， 壓縮機皮帶正常未斷。

注： R134a加注量為1.2kg， 壓縮機油為170mL；壓縮機未停機。

測試條件： 把車開到烘房內(nèi) （烘房設(shè)置溫度35 ℃） 烘烤， 打開各車門窗， 烘烤1 h后， 人進入車內(nèi)， 再關(guān)閉各車門窗， 按發(fā)動機在空檔3 000 r／min（相當(dāng)于壓縮機3 600 r／min） 下運行空調(diào)， 共測試2 h （每10 min記錄一次）。

2.1.4 分析結(jié)果說明

從以上實際數(shù)據(jù)可以看出， 空調(diào)系統(tǒng)各部件選型恰當(dāng)， 冷媒和油的加注量恰當(dāng)， 空調(diào)運行正常，滿足車廂實際降溫要求， 說明匹配設(shè)計合格。

2.2 內(nèi)在原因分析（壓縮機和皮帶自身結(jié)構(gòu)和品質(zhì)）

2.2.1 渦旋式壓縮機的主要結(jié)構(gòu)和工作原理分析

渦旋壓縮機中的主要部件是2個形狀相同但角相位置相對錯開180°的漸開線渦旋盤， 如圖2所示，其一是固定渦旋盤， 而另一個是由偏心軸帶動， 其軸線繞著固定渦旋盤軸線做公轉(zhuǎn)的繞行渦旋盤。 工作中2個渦旋盤在多處相切形成密封線， 加上2個渦旋盤端面處的適當(dāng)密封， 從而形成好幾個月牙形氣腔。 2個渦旋盤間切點處的密封線隨著繞行渦旋盤的公轉(zhuǎn)而沿著渦旋曲線不斷轉(zhuǎn)移， 使這些月牙形氣腔的形狀大小一直在變化。 壓縮機的吸氣口開在固定渦旋盤外殼的上部， 當(dāng)偏心軸順時針旋轉(zhuǎn)時， 氣體從吸氣口進入吸氣腔， 相繼被攝入到外圍的與吸氣腔相通的月牙形氣腔里。 隨著這些外圍月牙形氣腔的閉合而不再與吸氣腔相通， 其密閉容積便逐漸被轉(zhuǎn)移向固定渦旋盤的中心且不斷縮小， 氣體被不斷壓縮而排出。

從圖2可以看出， 徑向間隙的產(chǎn)生， 主要與渦旋齒面漸開線形狀加工精度誤差、 曲軸的偏心量、以及定圈與動圈組合位置準確度有關(guān)。 加工精度高， 偏心量小、 安裝組合達最適當(dāng)位置才可以控制較小的徑向間隙。 所以渦圈漸開線形狀加工有難度， 加工后的準確檢測有難度， 而到了裝配時靠轉(zhuǎn)動動圈的同時去調(diào)整定圈、 來獲得側(cè)面間隙也有難度……， 這樣勢必造成渦旋壓縮機的品質(zhì)穩(wěn)定性不易保證， 當(dāng)壓縮機負荷增加時容易導(dǎo)致皮帶斷裂。

在這種情況下， 如果系統(tǒng)壓力過高， 平衡塊的力度就難以自如調(diào)整， 動圈的小撓動會使質(zhì)心內(nèi)移， 離心力減??； 再加上排氣溫度過高時， 引起壓縮機油氧化變質(zhì)， 甚至?xí)茐挠湍さ臐櫥?易使兩渦圈側(cè)面直接接觸而燒死， 嚴重時擠斷渦圈漸開線型片（圖3）， 從而拉斷皮帶。 所以一般要求渦旋壓縮機在規(guī)定的空調(diào)工況下工作， 防止產(chǎn)生過壓。

2.2.2 壓縮機皮帶品質(zhì)分析

皮帶尺寸如圖4所示。皮帶長度為1 445 mm （蓋茨優(yōu)霓塔品牌）； 皮帶材料使用性能應(yīng)符合GB 12732—2008； 皮帶張緊力： 用手指按下（約98 N） 皮帶中間部分時， 皮帶的撓曲量是在8～10 mm之間； 皮帶與附近零件之間的最小距離為10.5 mm。

從檢查皮帶材料和尺寸、 以及安裝狀態(tài)來看， 皮帶自身不存在問題， 與壓縮機皮帶的頻繁斷裂無關(guān)。

2.3 客觀原因分析（在高溫期間的高速下發(fā)生）

2.3.1 高溫高速下發(fā)生皮帶斷的原因分析

從故障車發(fā)生的時間看， 主要集中在8月8～27日， 這是該年夏季此地區(qū)最高的氣溫段， 況且大多在40 ℃以上的高溫天氣 （地面溫度大約為45 ℃左右） 使用空調(diào)時， 斷皮帶的頻率更高。 為了在規(guī)定的時間內(nèi)完成運輸量， 這些車每天都要跑幾百公里的高速公路（壓縮機的轉(zhuǎn)速一般在3600r／min以上）。

在這樣的高速下運行空調(diào)， 系統(tǒng)壓力會顯著升高， 從而壓縮氣體溫度高， 壓縮機齒側(cè)面間隙間的油膜潤滑性能就會下降， 負荷加大時增加了渦旋圈間無潤滑的直接接觸風(fēng)險， 容易導(dǎo)致壓縮機動定渦旋盤側(cè)面間的摩擦發(fā)熱或卡死， 造成皮帶負荷加大后打滑發(fā)熱， 直至斷裂。

2.3.2 試驗驗證

測試條件： 把車開到烘房內(nèi) （烘房設(shè)置溫度45 ℃） 烘烤， 打開各車門窗， 烘烤1 h后， 人進入車內(nèi)， 再關(guān)閉各車門窗， 按發(fā)動機在空檔3 000 r／min（相當(dāng)于壓縮機3 600 r／min） 下運行， 共測試2 h，每10 min記錄一次壓力（見表2）。

表2 排氣壓力測試

2.3.3 更換成等排量的活塞式壓縮機再測試

為了驗證壓力對系統(tǒng)影響的問題， 我們特意將此渦旋壓縮機更換成等排量的活塞式壓縮機， 按同等條件安裝后， 再按2.3.2節(jié)的相同要求進行測試。

發(fā)現(xiàn)空調(diào)運行40 min后， 排氣壓力才上升到3.1 MPa， 而后此壓力一直保持在3～3.1 MPa之間，且在2 h的整個測試過程中， 壓縮機一直不停機， 車內(nèi)空調(diào)制冷不中斷。 因此， 說明在相同工況下， 活塞式壓縮機的空調(diào)系統(tǒng)、 壓力輸出更穩(wěn)定一些。

2.3.4 分析結(jié)果說明

從以上描述和試驗可以看出， 在高溫天氣 （例如40 ℃以上）， 開空調(diào)高速行駛時， 當(dāng)渦旋壓縮機的排氣壓力升高到3.1MPa （圖5）以上時， 此空調(diào)系統(tǒng)中的壓力開關(guān)開始工作， 迫使壓縮機電磁線圈斷電， 造成壓縮機高速下突然停機后皮帶的大幅抖動， 等停機3 min左右后壓縮機又啟動 （皮帶又在高速下抖動一次）， 再工作1 min左右又停機……，像這樣周而復(fù)始地高速下吸合和斷開， 皮帶壽命肯定會縮短， 壓縮機離合器的頻繁離合， 極易燒蝕摩擦面， 燒壞離合線圈， 壓縮機和皮帶盤卡死后， 皮帶還在繼續(xù)工作， 必然導(dǎo)致皮帶在壓縮機輪上滑動， 從而發(fā)熱斷裂。

說明： ①當(dāng)高壓端壓力達到3.1±0.1 MPa以上時， 電磁線圈斷電保護， 待壓力回落0.6±0.1 MPa時， 電磁線圈通電， 壓縮機又開始工作驗； ②當(dāng)?shù)蛪憾藟毫_到0.025 MPa以下時， 電磁線圈斷電保護， 待壓力回升到0.2±0.1 MPa時， 電磁線圈通電，壓縮機又開始工作。

3 結(jié)論

通過以上計算、 分析和試驗數(shù)據(jù)等情況， 由于大排量渦旋壓縮機的渦圈數(shù)更多（一般大于2.5圈），工作時， 不規(guī)則的漸開線型線的接觸處就比小排量的渦旋壓縮機多， 在高溫高速下這種渦旋壓縮機齒側(cè)面間的直接接觸風(fēng)險就越大， 極易導(dǎo)致壓縮機高壓下摩擦異響或卡死， 從而造成空調(diào)系統(tǒng)的皮帶打滑發(fā)熱， 直至斷裂。

4 使用及應(yīng)用壓縮機時的注意事項

通過上述分析， 我們認為使用及應(yīng)用壓縮機時應(yīng)注意以下幾點。

1） 如果需要大排量的壓縮機， 特別是需要大于200 cc／r的汽車壓縮機， 而又經(jīng)常在變工況下工作時， 必須控制空調(diào)系統(tǒng)的壓力在安全范圍， 否則盡量不選擇渦旋式的壓縮機。

2） 如果確要選擇節(jié)能的渦旋壓縮機， 則應(yīng)用時其系統(tǒng)的最高壓力建議控制在2.5 MPa以內(nèi)， 并在使用前需通過各種形式的模擬試驗， 特別需要驗證高溫高速下空調(diào)系統(tǒng)的壓力不超過此值。

3） 如果選擇渦旋壓縮機， 則匹配計算時， 建議將冷凝器的散熱量適當(dāng)提高， 例如Qn=Qa×（2.4～3）（參考表1）。

4） 為了避免運動時發(fā)生干涉， 壓縮機皮帶安裝設(shè)計時， 建議皮帶與附近零件間的最小徑向距離需大于15 mm （張緊狀態(tài)下）， 軸向距離大于5 mm，皮帶端面平面度小于5°。

5） 使用汽車空調(diào)時， 應(yīng)注意按說明書要求，必需定期沖洗冷凝器翅片 （以保持冷凝器的散熱效果）， 以及保持定期檢查和張緊皮帶的習(xí)慣等， 對減少壓縮機皮帶斷裂是非常必要的。

當(dāng)然影響壓縮機故障和皮帶故障的原因還有很多， 空調(diào)使用中的注意事項也不限于這區(qū)區(qū)幾點，必須根據(jù)實際情況具體分析。 本文所闡述的內(nèi)容僅是立足于本空調(diào)系統(tǒng)進行的分析， 如有不當(dāng)之處，敬請指正。

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