制冰机热气除霜对压缩机可靠性影响研究

徐延辉

华意压缩机股份有限公司 江西省景德镇 333001

1 引言

制冰机是一种将水通过蒸发器由制冷系统制冷剂冷却后生成冰的制冷机械设备。根据蒸发器的原理和生产方式的不同，生成的冰块形状也不同。随着社会的发展和人民生活水平的不断提高，用冰的行业越来越多，对冰的质量要求越来越高，对制冰机的“高性能”、“低故障率”、“卫生性”等方面的要求也越来越迫切。由于生产成本控制需要，制冰机脱冰主要采用热气除霜来实现脱冰，因此制冰机压缩机可靠性也成为各大厂商共同关注的焦点，本文主要就制冰机热气除霜对压缩机可靠性影响进行阐述。

2 制冰机工作原理

制冰机制冷系统由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、膨胀阀（毛细管）、蒸发器组成[1]，如图1所示。制冰机工作原理：压缩机将低温低压的制冷剂蒸汽压缩成高温高压蒸汽，再排入冷凝器。在冷凝器中制冷剂不断向周围空间放热，逐步凝结成低温高压液体。这些高压液体通过膨胀阀（毛细管）节流降压后流入蒸发器，在蒸发器里连续不断地汽化，吸热降温，变成低温低压的气体后经过回气管再次回到压缩机，形成制冷循环[2]。同时水泵将水从水槽中吸上去，流水在冰板上结冰，冰厚度传感器感知冰厚度并结束制冰周期，冷凝风机和水泵停止运转，开始脱冰周期，压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽经过电磁阀进入蒸发器，通过对蒸发器加热，使冰板表面的冰融化，冰依靠自身的重力作用，滑落到储冰箱内，形成一个完整的制冰、脱冰工作过程[3]。

图1 制冰机制冷系统

图2 液击产生的阀片破裂示意图

图3 GPY12RA在匹配一款制冰机40℃环温、35℃水温制冷曲线

3 热气除霜期间制冰机的表现

通过制冰机工作原理，我们了解到制冰机脱冰主要通过热气除霜实现，热气除霜过程中由于压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽通过电磁阀直接进入蒸发器再返回压缩机，因此压缩机存在一定的液击风险。热气除霜期间制冰机表现出来的现象主要有：

（1）压缩机产生异常噪声或噪声增大；

（2）吸气管温度降低幅度过大；

（3）结霜现象发生；

（4）能耗增大；

（5）液击，压缩机损坏，没有吸排气压力。

其中液击易导致制冰机压缩机阀片破裂如图2所示，对制冰机压缩机产生不可修复的损坏，也是本文重点阐述的内容。

图4 GPY12RA压力范围

4 不同环境中压缩机的运行工况测试

要了解热气除霜对压缩机可靠性的影响，我们应先了解压缩机在制冰机制冰、脱冰期间工作循环过程。GPY12RA（HMBP）匹配一款名义制冰量60kg/24h方冰制冰机，充注合适的制冷剂量、增加储液器（不带储液器则将压缩机吸气管与工艺管互换），高温运行工况40℃环温、35℃进水温度制冷曲线见图3，压力范围见图4。SOA（Safe Operating Area）为应用工况HMBP R134a压缩机安全工作区。从图3、图4可以看出，制冰期间压缩机能正常工作在SOA范围内，但热气除霜脱冰期间压缩机已工作在SOA工作范围外，且压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽通过电磁阀直接进入蒸发器再返回压缩机，因此压缩机存在一定的液击风险。

表1 2000h长运GPY12RA压缩机整机性能前后对比

图5 100天长运GPY12RA压缩机开壳阀片、阀板零件图

由于该方冰制冰机不带储液器，为最大限度地避免GPY12RA产生液击，将GPY12RA压缩机吸气管与工艺管进行互换，避免制冷剂直接吸入压缩机消音器。制冰机40℃环温、35℃水温经过100天长运，长运期间尽可能让压缩机不停机（等效工作寿命约为2400h×2.5²×2=30000h≈3.42year），验证压缩机在有液体制冷剂情况下，运动副润滑状况变差及所受负载变大对压缩机机械部件的损坏情况。

长运试验结束后，从表1压缩机整机性能测试结果来看，长运试验后压缩机满足GB/T 9098-2008中6.11试验方法规定的试验结束后制冷量和性能系数（COP）应不低于试验前实测值的95%；噪声值应不大于试验前实测值3dB(A)，压缩机整机性能满足要求。整机性能测试完成后，开壳检查GPY12RA压缩机零部件是否有异常损坏或磨损，从图5来看，压缩机吸、排气阀片正常，未出现阀片破裂、阀口积炭等现象，其他主要零部件曲轴、活塞、电机绝缘层等也未见异常损坏，活塞与气缸、曲拐与连杆大头、活塞销与连杆小头等配合面磨损正常。

5 结论

从以上GPY12RA压缩机开壳检查来看：通过表1整机性能对比，以及图5方冰制冰机100天长运GPY12RA压缩机开壳阀片、阀板零件图，我们可以得出经过100天（等效工作寿命约为2400h×2.5×2=30000h≈3.42year）长运试验GPY12RA压缩机能正常运行，且制冷性能满足要求，因此可以判定GPY12RA压缩机可靠性满足该制冰机使用要求。该长运试验同样适用于其他不同制冷剂、不同型号压缩机在类似结构方冰制冰机的等效工作寿命，也可以验证压缩机可靠性。

虽然制冰机利用热气除霜很容易导致压缩机液击，但在保证合适的制冷剂充注量、增加适当的储液器（或吸气管与工艺管互换）、正确的压缩机选型等前提下，制冰机压缩机液击可以很大程度避免，可以保证利用热气除霜的制冰机性能可靠。

6 总结

本文从制冰机工作原理，以及GPY12RA压缩机匹配制冰机长运试验开壳后性能及零件分析，得出制冰机热气除霜对压缩机可靠性影响。虽然制冰机利用热气除霜很容易导致压缩机液击，但在增加储液器、压缩机吸气与工艺管互换、正确的压缩机选型，以及准确的制冷剂充注量，制冰机压缩机液击可以很大程度避免，可以保证利用热气除霜的制冰机性能可靠。

本文所阐述的制冰机主要为方冰制冰机，更多的制冰机热气除霜对压缩机可靠性影响需要各大厂家共同研究。

[1].魏华峰，郭光华. 商用制冰机的性能研究[J].制冷与空调，2013，13（11）：P106-109.

[2].吴业正.小型制冷装置设计指导［M］.北京:机械工业出版社，2001:P49- 51．

[3].杜建通，宋垚臻．商业制冰机的结构及影响其效率的因素［J］.制冷与空调，2001，1(2):P 52-56．