R32回收过程中转子压缩机频率变化对可燃风险的影响研究

摘要

制冷技术作为二十一世纪对人类社会产生巨大影响的工业成就之一，在人们的日常生活、工业领域以及国防建设中扮演重要的角色。制冷技术的发展，在很大程度上取决于制冷剂的进步，而目前制冷剂的发展必须考虑到能源消耗和环保问题。对于R22制冷剂的淘汰已经成为世界共识。除了考虑能效外，应用的可燃风险是必须要考虑的重要因素。R32具有微可燃性（属于A2L类），其应用事故时有发生，绝大部分发生在空调移机和维修过程中，而此过程中的重要步骤是制冷剂回收，会使空调运行状态发生改变，也是系统运行最不稳定的时间。因此以此不利情况为基础，考虑到发生R32燃爆基础条件之一的助燃气体（氧气），以及R32能够与助燃气体混合的位置。本课题通过实验，研究在R32制冷剂回收过程中，空气侵入的条件下，压缩机频率变化对压缩机的排气压力的影响，进而研究压缩机及内部R32制冷剂的可燃风险。同时通过数值模拟补充实验内容，对不同工况下的压缩机内部情况进行模拟，包括压缩机内部温度、R32制冷剂浓度分布、可燃浓度内的体积变化和可燃区域的分布。 本课题的实验中，以空气侵入为前提条件，因此要先进行不同空气侵入量下的可燃风险研究，在此基础上耦合压缩机频率的变化，重点研究它对可燃风险的影响。实验结果表明： （1）Air10%（低空气侵入量）工况下对压缩机排气压力的影响较弱，但高于10%后，排气压力会由于空气流量的增加而急剧升高，最高可达到3.91Mpa，排气压力与排气温度同步变化，因此空气体积流量的增加会提高压缩机内部的可燃风险。 （2）排气压力的变化受冷凝器中空气分压的增加速度（ISAPP）的影响，以及有效冷凝面积减少而产生的冷凝压力升高。 （3）不同空气侵入量下，压缩机频率的增加，会升高排气压力值和排气压力的上升速率，恶化了空调的运行状态，增加了回收过程的可燃风险。 （4）空气侵入的百分比越大，压缩机频率对排气压力的影响越显著，Air40%和Air60%工况下的排气压力和压力上升速率的最大增幅分别为17%、40%和45.2%、85.6%。 在实验的基础上对压缩机内部运行情况进行模拟，主要分析内部的温度分布、制冷剂的浓度及分布。温度模拟结果表明： （5）压缩机内部的温度呈现出下低上高的普遍趋势，空气的进入影响了电机散热，导致在AIR40%和AIR60%的工况下，电机线圈绕组的温度分别达到125.7℃和135.5℃，超过实验中电机的绝缘材料的E级温度限值（＜120℃），会加速绝缘材料的老化，有电机线圈短路起火的风险。浓度模拟结果表明： （6）空气侵入压缩机后，电机上下线圈附近的R32气体相对其他位置会更长时间的处于可燃浓度范围。而在高温情况下，电机的线圈绕组位置有可能因高温短路而产生火花，所以在制冷剂回收过程中，此位置的可燃风险最高。 （7）可燃区域自下向上产生同时也自下而上消失，底部油池位置的可燃区域产生和消失有一定滞后性。 （8）在空气侵入的前半段（63s），对于可燃风险来说，Air10%＜Air40%＜Air60%，而在后半段时间内，Air10%＞Air40%＞Air60%。 （9）采用FVT对制冷剂回收过程中整体的可燃风险进行评价可知，Air10%工况下的 FVT数值为36，远远大于其他工况的28和28.31。随着制冷剂回收过程的进行，Air10%工况下整体的可燃风险要远远大于其他两种工况，另外两种工况下整体的可燃风险相近。

目录

声明

第一章 前 言

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 研究目的

1.4 研究内容、方法及技术路线

1.5 创新点

第二章 理论基础

2.1 制冷剂循环机理

2.2 空调压缩机的基本理论

2.3 R32制冷剂性质及其燃爆机理

2.4 数值模拟的基本理论

2.5 小结

第三章 影响因子分析及范围和可燃风险评价标准确定

3.1 直接影响因子

3.2 间接影响因子

3.3 可燃风险评价标准

3.3 小结

第四章 R32制冷剂回收过程中压缩机可燃风险的实验研究

4.1 实验台介绍

4.2 实验方案

4.3 实验步骤

4.4 实验结果分析

4.5 本章小结

第五章 R32制冷剂回收过程中可燃风险的数值模拟研究

5.1 物理模型介绍

5.2 压缩机内部温度场模拟结果及分析

5.3 压缩机内部R32制冷剂浓度变化分析

5.4 压缩机内部可燃区域及FVT变化分析

5.5 小结

第六章 数值模拟与实验对比分析

6.1 模拟结果与实验结果对比

6.2 误差分析

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢