来源：《制冷》2024年12月 第六期  文章编号:ISSN1005-9180(2024)06-0091-04

刘远辉，冯利伟

(广东芬尼克兹节能设备有限公司，邮编:511470)

[摘要] 市场上公司热泵产品有涡旋压缩机损坏，通过解剖损坏压缩机和公司远程监控的设备运行曲线数据分析，以及施工现场调查，发现压缩机损坏可能和化霜时强风吹翅片，导致压比<2有关，试验室进行环境模拟，再现了化霜时发生低压比的情况，化霜时，当翅片迎面风速超过3m/s，都有可能发生低压比。在热泵机组周围围上防风抑尘网，运行一个采暖季，没有再出现类似压缩机损坏，认为有效解决了该问题。

[关键词] 空气源热泵;涡旋压缩机失效;化霜;低压比;防风抑尘网

[中图分类号]TB66     [文献标志码] A     doi: 10.3969/J. ISSN. 1005-9180.2024.06.0020

Failure Analysis and Countermeasures of Scroll Compressor During Defrosting for Air Source Heat pump

LIU Yuanhui, FENG Liwei

(Guangdong Fennix Energy Eco Equipment Co., Ltd. Postal Code 511470)

Abstract: Compressors were damaged in heat pump products on the market. Through dissecting the damaged compressor and analyzing the equipment operation curve data, as well as conducting on-site investigations, it was found that the compressor damage may be related to the low pressure ratio caused by strong wind blowing on the fins during defrosting. The laboratory conducted simulations to reproduce the occurrence of low pressure ratio during defrosting. When the wind speed across the fins exceeds 3m/s during defrosting, low pressure ratio may occur. A windproof net was installed around the heat pump unit, and after running for a heating season, there were no similar compressor damages, indicating an effective solution to the problem.

Key words: Air Source Heat Pump; Failure of Scroll Compressor; Defrosting; Low Pressure Ratio; Windproof Net

涡旋压缩机容积效率高、体积小、重量轻、噪音低、振动小、运动部件少可靠性高等特点^[1]，被广泛应用于空调、冷冻冷藏、烘干、采暖、热水等领域。

根据涡旋压缩机壳体内压力的不同，涡旋压缩机分为高背压涡旋压缩机和低背压涡旋压缩机。高背压压缩机就是压缩机直接排气到壳体内，冷却电机后再排出壳体，壳体内的压力就是排气压力。

高背压涡旋压缩机的曲轴上油方式主要有压差供油、离心供油^[2]和容积式齿轮泵供油^[3]三种方式。

其中压差供油就是利用涡旋压缩机内部高压区和低压区之间的一定压差作为动力，将润滑油从高压区输送到低压区和各工作面的供油方式。

压差供油系统结构简单可靠，在立式涡旋压缩机上应用广泛，其润滑油的流程为，润滑油首先聚集在压缩机底部的油池，此处压力为排气压力，然后从曲轴中心的孔向上，沿途润滑上下轴承工作面，更多的润滑油到达曲轴顶端，从曲轴顶端到涡旋盘吸气口，目前有两种输油方式:

·中间腔供油:在曲轴顶端附近设置中间腔，中间腔与涡旋盘内靠近吸气的压缩容积腔连通，中间腔内的压力等于该部分容积腔内的压力，可根据连通孔的位置调整该压力，该压力一般为吸气压力的1.6倍左右。润滑油到达中间腔后，再依靠中间腔与吸气口之间的压差，流向涡旋盘的吸气口位置，在制冷剂高速的流动下，带入涡旋盘并润滑涡旋盘。

直接供油:没有中间腔，但润滑油在轴端处的压力仍高于吸气压力，润滑油直接通过涡旋动盘上的油道到达涡旋盘的吸气口。

在正常工况下，压缩机的压比保持在安全范围(即≥2)，这保证了足够的压差，使冷冻油能够顺利供给。

1 市场压缩机异常损坏

芬尼PASRW-700S-BP用的是H公司的80排量的涡旋压缩机，在系统开发阶段，完成所有可靠性试验，满足企业标准和压缩机规格书要求。

然而，在经历一个冬季的运行后，市场上出现压缩机异常损坏的情况，从芬尼产品历史表现情况来看，属于不正常情况，芬尼研发成立调查组进行调查。首先对损坏的压缩机进行解剖分析，解剖结果，压缩机油量充足，但涡旋盘工作面异常磨损，十字环磨损异常，曲轴和轴套部分磨损尤其严重，部分机子的轴套已经从轴承座脱出。压缩机厂技术人员现场分析，认为在部分运行过程中缺油或油被稀释。

后面很长时间，调查的主要方向放在了压缩机吸气回液、增焓回液、排气过热度不够的调查上，对公司整体维修率有些效果，但对该机型，效果不大。

2 调查过程

2.1 监控平台数据分析及复现试验

通过公司远程监控平台对有损坏压缩机的系统的压力、温度、频率、膨胀阀开度和运行状态进行长时间数据跟踪与分析，发现大部分系统在化霜时存在压比偏小、超出设计范围的情况，大部分化霜时间在2~5min，因为该系统化霜前停压缩机，压缩机再启动，有3min的过渡状态，这个现象一直忽略。于是在试验室根据环境温度、水温等再测试，结果无论怎么调工况，压比均大于2，化霜时压缩机频率为80Hz，水温要求15°C以上，发现在试验室把压比降到2以下也不容易，怎么做都满足压缩机规格书安全要求和企业标准。

2.2施工现场调查

后项目组到出现此类问题最多的内蒙古乌拉特中旗某矿区实地调查，该地区采暖季为每年10月到次年3月，采暖季最低气温-19°C，最高气温15°C，平均气温-5°C，采暖季刮西北风，风级为1-6级。该工程用了10台PASRW700S-BP，机组四周比较空旷，四周无遮挡物，具体见图1的机组安装环境图。

现场技术人员对损坏压缩机的系统位置确认，分布调查发现，10台机组，有40个独立的系统，其中20个系统的翅片换热器处于迎风面，压缩机坏了7台，故障率35%，另外20个翅片换热器处于背风面，无一台压缩机损坏。

图1机组安装环境图

查询当地西北风发生的时间，与芬尼云平台机组运行曲线中化霜时压比<2的发生时间比对，发现压比<2的发生时间多出现在4级风以上天气。同时发现背风面设备化霜时间占比有所延长。见图2系统化霜时间占比比较图。

图2系统化霜时间占比比较图

2.3试验再验证

为了模拟市场上设备运行环境中风速的影响，试验室增加了鼓风机设备，风速可调，最大风速20m·s^-1，试验场景见图3。

经过反复测试验证，确认在化霜时翅片表面风速超过5 m·s^-1~就会导致压比<2，风速低于3ms时压比≥2，而风速在3 m·s^-1~5 m·s^-1~范围内，在环温或其它条件影响下，有时压比>2，有时压比<2，没有一定规律。

图3试验场景

试验结束后，对压缩机进行了解剖，发现零部件无异常磨损，从压缩机倒出1240ml油，油色清，但曲轴轴端与轴套表面干燥，无油膜。后又追加两台进行测试，解剖后，一台涡旋盘、曲轴等工作面完好，只是电机退磁，另一台涡旋动静。盘的增焓口位置有磨损，其它完好。试验室并未:能复现市场情况，也未能复现第一台的结果。

2.4市场机运行环境的改善

虽然在试验室未能复现，但可以通过改善市场机低压比，看市场上此类问题是否减少作为判断依据。

防风抑尘网利用空气动力学原理，当空气经过网后，在网的另一侧形成上下干扰的气流，从而有效实现降低风速的目的，安装后情况见图4。

图4机组周围安装防风网后的情况

在试验室和施工现场测量，外面风速约8 m·s^-1时，翅片垂直面风速<2 m·s^-1。在安装防护网后，再未有化霜时低压比的情况出现。

2.5 效果验证

经过一个采暖季的验证，装上防风抑尘网墙的，维修率都大幅下降，没有装网墙的，维修率跟之前比，略有下降或持平，可以认为比对结果是有效的。

把所有可能受影响的机组都装上防风抑尘网，经过第二个采暖季验证，发现维修率都很低。

至此可以确认，冬季强风吹翅片，造成机组化霜时低压比，虽然化霜时间不长，但化霜时低压比确实会造成压缩机的损坏。

推测原因可能是，中压腔压力是1.6倍的吸气压力，假设当压比是1.8时，那么油池到中压腔的压差只有0.2倍的吸气压力，低温化霜的时候，吸气压力比较低，2~3bar之间，同时低温时油的粘度大，流动性不好，把润滑油从油池压到轴承顶端，需要更大的压差，而此时压差却很小。频繁化霜造成轴端频繁缺油，轴端磨损后引起涡旋盘、轴运动不好，磨损，从而损坏压缩机。

2.6 小结

压缩机解剖分析，认为系统回液或油稀释，经调查、长时间跟踪，运行过程中，没有发现回液或稀释的问题。

施工现场通过确认系统布局，发现迎风面系统的压缩机故障率高，而背风面系统压缩机则不容易损坏，迎风面系统容易在化霜时，强风吹翅片换热器，导致化霜时间低压比。

在PASRW700S-BP热泵系统试验，得出当垂直于翅片换热器表面风速在3 m·s^-1~5 m·s^-1范围时，可能会产生低压比，超过该范围，会产生低压比，低于该范围，不会产生低压比。用防风抑尘网进行试验改善，市场机组安装防风依尘网墙与未安装网墙的对比验证，安装网墙的维修率得以大幅下降，后全部安装网墙，维修率几乎相同，均保持在一个较低的故障率。

3 总结

施工现场调查，确认系统布局，得出迎风面系统的压缩机故障率高，而背风面系统压缩机则不容易损坏;结合远程监控曲线，得出迎风面系统化霜时间都长于背风面，同时当出现4级以上西北风时，迎风面热泵在化霜时，容易出现压比<2的情况。

试验室复现试验，得出当垂直于翅片换热器表面风速在3ms~5ms”范围时，可能会产生低压比;超过该范围，会产生低压比;低于该范围，不会产生低压比，所以解决低压比就需要降低翅片换热器表面风速。但试验室并未能验证低压比与压缩机损坏之间的关系。

用市场机进行验证，市场机组周围安装防风依尘网墙与未安装网墙的对比验证，经过两个采暖季的比对，确认改善方案可以有效降低故障率。

推测低压比造成压缩机损坏的可能原因是，该涡旋压缩机靠压差供油，并在轴端设置中压腔，该中压腔内的压力为吸气压力的1.6倍，同时低温时油粘度增加，流动性不好，还要克服润滑油的重力、吸附力等，低压比时油压差小，无法驱动油池内润滑油到达中压腔内，首先曲轴轴端和轴套干燥无油，工作面干磨，然后涡旋盘油偏少，磨损严重，最后压缩机损坏。但该现象的发生有一定的概率，所以试验室内第一台机可以认为复现了该问题，只是运行时间较短，而其它两台未能复现。

参考文献:

[1]赵远扬等.涡旋压缩机研究概述[J].流体机械，2002 (09):28-31.D0I:10.3969/j.issn.1005-0329.2002.09.008.

Yuanyang Zhao, Liansheng Li, Chunjie Xiong, et al.Overview of Research on Scroll Compressors[J].FluidMachinery, 2002 (09): 28-31.DOI:10.3969/j.issn.1005-0329.2002.09.008.

[2]李峥.涡旋压缩机润滑系统研究[D].兰州理工大学，2013. Zheng Li. Research on Lubrication System of Scroll Compressor[D ]. Lanzhou University of Technology, 2013

[3]周学友等.VZH088，117,170C系列直流变频涡旋压缩机技术简述[J].制冷与空调，2020,20(3):5.D0I:CNKI:SUN:ZLDT.0.2020-03-019.Xueyou Zhou, Wenhu Yao, Kun Qian Technical Overviewof VZH088117170 C Series DC Variable FrequencyScroll Compressor [J] . Refrigeration and Air Conditioning,2020, 20 (3) : 5.DOI:CNKI:SUN:ZLDT. 0.2020-03-019.