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1、变频制冷压缩机的匹配研究唐景春王铁军刘向农(合肥工业大学机械与汽车工程学院, )摘要:针对空调用变频制冷压缩机的变转速运行条件,提高变频制冷压缩机在空调工况下工作的热效率。文中分析了变频制冷压缩机的实际运行特性,提出了一种优化匹配方法。利用M atlab的优化工具箱对某一房间空调器用滚动转子式制冷压缩机进行了优化匹配计算,总结出可以在一定范围内使用的经验算法。关键词:制冷压缩机匹配设计空调器逆变器1引言环境保护、 电子控制、 节能与静音化是制冷空调业的发展方向,因此变频空调器受到热烈推崇 。由于采用了变频压缩机,变频空调器能够根据房间负荷变化而进行频率调节,从而改变制冷剂流量和电子

2、膨胀阀的开度,以使制冷量与冷负荷达到最佳匹配 。变频空调器制冷系统的各部件如何匹配才能适应这种宽流量调节而使整个系统性能好、 工作可靠而又节能节材,以及在提高设计工况工作效率的同时,提升和改善空调器变工况运行特性,这都是房间空调器设计者所关心的问题3。为使制冷压缩机具有较高的EER和容积效率 ,本文在变频制冷压缩机空调工况运行的实验数据基础上,对EER及 的拟合曲线进行了多目标规划,从而确定所对应的频率和压缩机的排量。2制冷压缩机的变频运行性能分析变频制冷压缩机的输入频率发生变化直接影响着机器的转速,其感应电动机的转速按式n= 120f(1 -s)?p发生变化,式中n为电动机转速(r?m in

3、),f为频率(Hz),s为转差率,p为感应电机的极数,目前空调用变频电动机的频率变化范围一般在。 实验房间空调器采用滚动转子式制冷压缩机,其主要技术参数如下表所示。表1滚动转子制冷压缩机主要参数参数名称数量参数名称数量参数名称数量气缸半径?mm27滑板厚度?mm4吸气孔口角20活塞半径?mm21. 9滑板槽高度?mm35排气孔口角15气缸高度?mm27相对余隙(% )1. 2滑板端部半径?mm5径向间隙? m20制冷剂R22从该空调器变频运行性能实验结果(图1、 图2)可以看出,变频制冷压缩机在空调工况下运行时,随着输入频率的增大,制冷量与指示功率基本上呈线性递增。转速过大使得压

4、缩腔内过压缩现象加剧,耗功相对增多;转速过小则使得机器的相对泄漏和热损失加剧,机组耗功也相对增加,机器的性能下降4。由图3可知EER值在额定频率附近最大,并在较宽的频率范围内维持较高值。如图4所示,随着转速的增加,泄漏与相对余隙容积损失减小,机器的容积效率增加;但是转速很大时,压缩机排气温度升高使得吸气过热现象加剧,机器的容积效率又减小。3变频制冷压缩机的最佳工作频率确定第32卷 第4期2004年11月低温与超导 ICS AND SU I V ITY Vol . 32No. 4Nov. 2004收稿日期: 2004- 07- 16 1994-2008 Chi

5、na House. All . http:/图1制冷量随频率的变化图2功率随频率的变化在空调工况选配变频制冷压缩机时,总是期望所选制冷压缩机具有较高的能效比和容积效率,而能效比EER及容积效率 均与电机输入频率有关5。为满足上述条件,对应一个确定最佳频率问题。 滚动转子式制冷压缩机的理论容积输气量应为图3EER随频率的变化图4容积效率随频率的变化气缸工作容积与转速的乘积,即:qvt= 60nVp(1)式中,qvt理论容积输气量,单位为m3?h;n转速,单位为r?m in。 由于滚动转子式

6、制冷压缩机的实际容积输气量为:qva=vqvt(2)式中,qva实际容量输气量,单位为m3?h;v容积效率。又由于在额定空调工况下制冷压缩机的制冷量为:Q0=?(3. 6106)(3)式中,qov制冷剂在额定空调工况下的单位容积制冷量,单位为J?m3。所以,根据额定工况下的制冷量选配变频制冷压缩机时,必须依据其额定转速的排气量Vp,而其额定转速(额定频率)确定的前提是使得制冷压缩机具有较高的容积效率和能效比,这实际上就是以下的双目标最优化问题6,其数学模型为:F(X) =f1(X)f2(X)maxf1(x) = -0. + 0. 01x + 0. 5892(EER的最小

7、二乘拟合曲线)maxf2(x) = -0. + 0. 0149x + 2. 5795(v的最小二乘拟合曲线)g1(x) = 20 -x0g2(x) = x -1800这里利用改进的分层序列法,即宽容序列法7,通过M atlab的优化工具箱8对上述问题求解,得出最佳工作频率为73Hz。4结论(1)通过对变频制冷压缩机的实际运行特性的分析可知,压缩机的输入频率提高到一定程度时,压缩腔内的压力上升加快,使得与余隙腔之间的流动阻力损失相对变大。 而且排气时,压缩腔压力继续大幅上升,使得过压缩损失增加,这是导致压缩机指示功率提高的原因之一,最终使得EER值下降。(2)该匹配设计方法对分析和设

8、计制冷压缩机有一定的参考价值。(3)在空调工况下工作的变频制冷压缩机存在最佳频率,并以合理的能效比和容积效率为表征。这一基于实验数据的优化对制冷系统匹配设计均有一定的指导意义。(下转第32页后)06低温与超导第32卷 1994-2008 China House. All . http:/参考文献1唐跃进.李敬东.程时杰等.超导变压器的基本特点和开发现状.电力系统自动化, 2001, (3): 69742李嘉.王惠龄.程德威.直接冷却高温超导电流引线的传热研究.低温工程, 1999, (4

9、): 日本低温学会.超导低温学手册.日本:OHM社, 19934山村昌等.超导工学.日本:电气学会, for theM ethod to Path of for HTS Si , Ren L i, Tang , Deng L ili( of & , U of & Tec

10、, ): This paper the draft of leads for high (), to the of HTS , and show s the of a heat load of for HTS used on

11、 , on FE I . To dealw ith the that space in is not long for the leads, parts of the ind into the shape of .: lead, , W ind作者简介:司汉松,男, 1979年出生,硕士研究生,主要研究超导装置的电流引线设计与热分析。(上接第60页后)参考文献1竹中宽

12、(日).商店用变频空调器的节能和低噪声技术.冷冻, 2002, 77(894): 东条健司(日).制冷压缩机的最新动向.冷冻, 2002, 77(892): E I, Opti m . , 1987, 10: 马国远.李红旗.旋转压缩机,北京:机械工业出版5刘向农.汽车空调制冷系统匹配设计.合肥工业大学硕士论文, 2002, 106马振华.现代应用数学手册运筹学与最优化理论卷,北京:清华大学出版社7孟兆明.常德功.机械

13、最优设计技术,北京:化学工业出版社 B M agrab, A n Guide to MA TLAB, on with , W ang T iejun, L iu ( ofM and A , of , ): In this paper, to

14、 the of rev and when e- w ith used by air- is , the of w ith has been .In order to th

15、e of the w ith used by air- , of opti is . A nd on this, op2ti m inM atlab carry out the opti for a - vane used by air- and sum up .: , M , A ir- , 作者简介:唐景春,男, 1966年生,合肥工业大学讲师。主要从事制冷与低温工程的教学和研究工作。23低温与超导第32卷 1994-2008 China House. All . http:/