柜机空调高压保护的改善研究

马玉奇，赵承彬，徐中华，郭军港，郝铁钢

( 青岛海尔空调器有限总公司，青岛 266101 )

柜机空调高压保护的改善研究

马玉奇，赵承彬，徐中华，郭军港，郝铁钢

( 青岛海尔空调器有限总公司，青岛 266101 )

本文以某款柜机空调高压保护故障改善过程为例，介绍了改善思路和改善措施，并从设计、生产、安装、试验模拟等方面提出了质量管控方法和提前规避设计。提出下一步研究的方向。

高压保护；柜机；改善

Abstract：In this paper,a high voltage protection fault improvement process is taken as an example,introduces the improving ideas and improvement measures is introduced,and the quality control method and avoid design from design,production,installation,test and simulation is put forward.The next research direction is put forward.

Keywords：High pressure fault；Circular cabinet air conditioner；Improvement

1 引言

2016年10月30日贵州省多地售后反馈某款柜机外电脑板故障灯闪6下，经查询故障代码表得知为空调系统高压压力过高保护。该款柜机于2015年7月上市，经过一个制冷和制热季节使用，之前并无此类问题反馈。开发时为提高空调运行的可靠性和检测的准确性，相比普通的柜机增加外电脑板、相关检测传感器和如下保护：室外环境温度传感器、室外盘管温度传感器、压机排气传感器损坏保护、管路压力(高压、低压)保护、过电流保护等保护措施，并具备通讯故障检测功能。可检测室外环境温度、室外盘管温度、压机排气温度。负责压缩机、具有两档风速的室外电机、换向阀的控制，并进行压机电流、管路压力信号、室外盘管温度、压机排气温度及室外环境温度的检测[1]。其中管路高压保护采用常闭型压力开关：断开压力3.0MPa，恢复压力2.6MPa。压机运行后，检测管路压力，当管路压力过高高压压力开关动作30秒以上，压缩机、外风机停止，三分钟后恢复正常运行，30分钟内发生3次压机因压力过高而停机现象，则外电脑板故障灯闪6下，压机不再启动，需掉电后再次上电，保护才能解除。为尽快查明原因，消除市场抱怨，笔者赴贵州省多地进行故障情况落实和查找原因。并对返回青岛本部的故障空调进行相关模拟分析，形成最终整改措施。本文以该机型高压保护故障改善为例，介绍研究过程、思路和最终改善方案。以期为类似高压保护问题的解决、新品开发阶段的提前规避提供相关设计参考和借鉴。

2 贵州当地情况落实

2.1 贵阳市

时间2016年10月31日，贵阳网点反馈去年安装该机型50套以上，均无问题反馈。网点内有之前退回两套外机，一套内机，经对内外电脑板EE参数校验和、盘管传感器阻值检测均为正常，排除内外电脑板及内盘管传感器检测问题。外机毛细管之前经过减短240mm处理(标准为750mm)，注氟量约为2.0kg。环境温度为12℃，系统平衡压力为0.7MPa,空调第一次启动制热，因空调制热有防冷风保护，待盘管温度达到28℃时空调内风机按低风档风速运行，达到38℃时按设定风速运行。空调内机有吹低风及设定风过程，但不到1分钟内外接高压压力表显示压力快速上升并超过3.0MPa；出现一次停机，证明压力开关没有问题。且外风机无转低风或停机现象。三分钟后空调重新启动，空调正常运行制热不再停机。运行时高压压力在2.2～2.5MPa之间频繁波动，怀疑为系统内混入空气所致。经对蒸发器六路分流中内盘管位置及对应其他5个流路中同一位置温度检测分别为60/52/47/61/59/46℃，对比合肥之前无问题空调六路同一位置检测分别为56.3/55.4/55.7/52.5/52.1/55.8℃相差较大。怀疑蒸发器内部存在脏堵现象。

空调制热启动停机一次原因初步分析[2-8]：

空调启动之前，冷凝器和蒸发器内压力处于平衡状态，当系统启动时，冷凝器和蒸发器出口压力在几分钟内迅速变化，这是因为压缩机转速迅速增加，吸气容积增大，压缩机排出的制冷剂比毛细管能够通过的制冷剂要多许多，因此，冷凝器中的制冷剂质量急剧增加，相应的冷凝温度和冷凝压力也增加，而蒸发器中的制冷剂则迅速减少，蒸发温度和蒸发压力也迅速降低。过了一段时间，通过毛细管的制冷剂与蒸发器排气管的制冷剂达到平衡，冷凝压力、蒸发压力以及冷凝温度、蒸发温度均达到稳态。

在空调制热启动时，因内机有防冷风保护，盘管温度未达到设定的28℃，内风机不运转，导致外机压力开关处压力逐步升高，超过3.0MPa，进而停机，现场多次均能复现此故障。而停机一次后因内机蒸发器上次制热启动尚有余热存在，故下一次启动后盘管就会较之第一次更快达到28℃，从而内风机吹低风进而将系统压力降低而不会超过3.0MPa。通过将内机盘管攥到手中，测得温度29℃，待温度稳定后，制热开机，此时内风机处于低风运行状态，压机启动后压力最高上升至2.6MPa，后内机高风运行，压力在2.2～2.5MPa之间波动，运行正常，模拟3次均无异常现象出现。

2.2 安顺市

时间2016年11月31日，安顺网点反馈去年安装5套以上，均无问题反馈。返回空调状况：外机毛细管为标准750mm长毛细管，系统平衡压力0.5MPa。环境温度为12℃，空调重新抽空加入氟利昂，第一次启动时运行无问题，但开送风模式下运行20min后，第一次开机会出现贵阳同样现象，即高压压力一直上升导致超过3MPa，后空调停机。在此期间因内机盘管传感器未达到设定温度，内风机一直未启动；3min后空调重新自动运转无异常，后无问题。通过将内机盘管放置到人手中，测得温度29～30℃，待温度稳定后，制热开机，此时内风机处于低风运行状态，压机启动后高压压力最高上升至2.5MPa，后内机高风运行，压力值在2.0MPa运行正常，模拟3次均无异常现象出现。

2.3 习水县

时间2016年11月1日至2日，该网点反馈去年安装30套以上，均无问题反馈。之前市场反馈有问题6台空调外机经过剪短过冷管组200mm，问题解决。到某一用户家进行现场安装，环境温度为11℃。通过真空泵抽空20min后，开机运行，启动后高压压力最高升至2.6MPa后内风机启动，空调运行正常，平稳运行时压力2.0MPa，启动3次均无异常。转送风模式20min后，启动仍无问题。

售后网点处联机模拟：

空调状况：内外机均为正常销售空调，环境温度为10℃，空调联机，真空泵抽空15min后，运转测试，启动后压力升至2.85MPa后内风机启动，运行稳定后压力2.2MPa，模拟运行3次无异常出现。

11月2日习水县又安装2套4P空调，按照要求进行抽空，运行均无异常。

综合以上几处实地落实和分析，初步结论为以下几个可能原因导致高压保护动作：

(1)安装过程中混入空气，如不进行抽空直接开阀、抽空过程中抽空时间不足、拆皮管过程中混入空气等。

(2)联机管在穿墙、未连接放置时，联机管两端未密封处理导致进入杂质或水份。联机管在弯曲时出现严重折扁问题或加长联机管时混入焊接时杂质。

(3)生产时注氟前抽空不尽混入空气。

(4)毛细管怀疑脏堵，需返厂进一步鉴定。

(5)防冷风程序设计中的吹冷风温度点设置偏高，造成内风机运转前高压压力值偏高。

至于安顺故障空调则返回青岛总部进行进一步模拟分析和优化。

3 安顺社会返回空调青岛分析[4-9]

3.1 更改防冷风程序

在安顺故障空调未到青岛之前，安排合肥事业部对防冷风程序进行验证，由之前的内盘管温度28℃时吹低风改为23℃时吹低风。挑选三个贵州地区有代表性的温度值对改前改后对比测试，如表1所示：

表1 贵州地区典型温度下防冷风程序更改前后高压压力对比

干球温度(室内/室外)(℃)平衡压力(MPa)启动1分钟内最高压力(MPa)运行压力(MPa)改前(防冷风温度28℃)改后(防冷风温度23℃)改前(防冷风温度28℃)改后(防冷风温度23℃)7/706压力表录像显示约33秒达到峰值258MPa压力表录像显示约26秒达到峰值24MPa16617312/12066压力表录像显示约26秒达到峰值302MPa压力表录像显示约27秒达到峰值254MPa2221616/16074压力表录像显示约26秒达到峰值31MPa，样机出现停机压力表录像显示约22秒达到峰值23MPa23229

由表1可以看到，以上防冷风程序更改对贵州典型温度下降低温度启动时的高压压力有效。

安顺故障空调到青岛后，按照贵阳当地温度模拟，复现之前现象，对内机拆机发现，蒸发器折弯过程中倒片严重，另外蒸发器进出液管组的出气支管普遍瘪管，找正常蒸发器更换后，停机现象消除，说明铝箔倒片和进出液管组出气支管瘪的问题影响蒸发器散热均匀性和升温速度，从而使得内盘管处温度上升滞后于压力上升速度，造成冷凝压力偏高从而造成停机。同时对过冷管组进行流量检测，距离正常值23.6L/min偏低，经查为外检按照±5%范围进行检验，而图纸要求为±0.02L/min，造成市场上空调过冷管组波动范围较大。按照防冷风改后程序验证全套性能环境试验，发现在最大运行制热(室内27℃/室外24℃)试验时，出现停机现象。经查电控程序中制热过热保护功能如下：

(1)室内盘管温度≥53℃，室外风机按照低速运行。

(2)室内盘管温度<40℃，室外风机按照高速运行。

(3)40℃≤室内盘管温度<53℃之间，室外风机的控制按照室外环境温度变化：

初始按照室外环境温度<13℃进入高速，>15℃进入低速，13≤～≤15℃之间保持，运行中按照2℃回差控制，室外环境温度下降至<13℃进入高速，室外环境温度上升至>15℃进入低速。每档风速运行至少45秒，且风机先压机2秒启动。

制热模式下，若室内风机已开且已经运行30秒以上，检测室内盘管温度，若室内盘管温度≥53℃，则室外风机转入低速运行，若内盘管温度<51℃，外风机恢复高速运转，若室内盘管温度>57℃，则外风机停止运行，若内盘管温度<52℃，则外风机恢复低速运转。

由此可见该程序存在以下问题：

(1)由于开机制热启动前室内盘管温度肯定小于40℃，即启动时室外风机必然按照高速运行。

(2)外风机按照高速启动后，程序中要求每档风速至少运行45秒，即使室内盘管在45秒内达到过热保护的停风机或转低速的条件，仍不能执行。

(3)若高风45秒压机未因高压压力超过3.0MPa而停机，电脑板按照程序中要求>53℃，转低速运转，则因为又要运行45秒，而无法停外风机而对空调进行卸载保护，从而造成压力进一步上升有可能超过3.0MPa从而停机。

(4)倘若内盘管检测传感器有问题，就会造成应该有的过热保护无法施展从而造成压力上升停机。

3.2 改善措施

针对以上问题，提出以下几个改善措施

(1)每档风速运行至少45秒时间偏长，经落实电机供应商，降低到20秒。

(2)制热(压机)启动1分钟内外风机风速控制：

室外机为双风扇、双电机，风速为四档：双高、双低、单低、停。

综合起来，外风机的风速控制可归为表2所示。

表2 外风机的风速控制

风速等级0级1级2级3级双风扇外机：FAN上+FAN下停+停低+停低+低高+高

空调启动时的风速由内环温、外环温决定，如表3。

表3 空调启动时的风速

内环温TaiTai≤20℃(EE)20℃

表4 制热(压机)启动1分钟的外风机控制

内盘管温度TmTm≤40℃(EE)40℃58℃Tao≤10℃(EE)3级(EE)3级(EE)3级(EE)2级(EE)0级(EE)10℃

(3)制热(压机)启动1分钟的外风机控制(见表4)：

1)制热情况下，当室外环境温度大于30℃(EE)且外盘管温度Te高于30℃(EE)时，风机强制为1级。

2)制热运转时，当排气温度≥110℃(EE)，且Tm≥55℃(EE)，持续10秒，外风机强制为0级；当Tm≤52℃持续10秒且风机停够20秒，恢复原风速控制。

(4)根据电流大小判定风机转速变化:

在制热模式下：压机开启3秒后，若电流互感器测得系统工作电流大于12.5A持续3秒则室外风机转入低风运转；若电流小于12.25A则恢复风速；若电流大于18A持续3秒则停外风机；若电流小于8.5A则室外机恢复低风运转；若工作电流大于22A持续3秒则停压缩机。

(5)制热内风机强制风速控制:

1)Tg≥52℃(EE)时，低速档无效；如果是低风运转，则自动转为中速运转；

2)Tg≥54℃(EE)时，中速档无效；如果是中风运转，则自动转为高速运转；

3)Tg≥56℃(EE)时，高速档无效；如果是高风运转，则自动转为超高速运转；

4)当室内盘管温度恢复到52℃以下，恢复原风速运转，

室内机风速切换原则：由高到低需在高档位停留3分钟(EE)以上可转换，由低到高切换需至少停留20秒(EE)以上。

以上5个更改措施只有内盘管温度判定外风机相关程序在内电脑板中，其中均在外电脑板，而此外电脑板与其他机型通用，考虑到更改成本及售后更换内电脑板的便利性，只更改过热保护内盘管温度值，将最大制热242V时开机运行后停机的曲线调取进行分析：将对应2.65MPa时对应盘管温度查出为54℃，将程序中相关温度点都降低3℃。即外风机高风转低风、低风停止转高风原来温度点、外风机停止温度点和恢复温度点分别由53℃、51℃，57℃、52℃改成50℃、48℃、54℃、49℃。

重新进行全套性能环境试验，合格，并加上贵阳当地典型性工况进行测试。数据如表5所示。

表5 贵州地区典型温度下更改判定外风机转速内盘管温度程序后压力值

序号室内温度/℃室外温度/℃风速静压/MPa高压/MPa峰值谷值电压/V开机最高压力/MPa12724高风080723111782242251422724超静0785241176424225732724超静073323091772176240942020超静058523071727220231351818超静063522771831220236361616超静062122371828220209871414超静06182086220226181212超静06091973220210891010超静058185822021451088超静0553170122020971166超静0508154322020361244超静0512135922019981322超静0446126622019821400超静038611162201886

4 质量管控措施

(1)售后安装规范：要求抽真空安装，已安装的空调有问题的更换电脑板或刷入最新程序。下发安装及维修指导(如下)。在说明书中明确要求抽真空并下发通知给当地售后。

根据空调器安装工艺操作规范要求，对于新安装(或维修制冷系统重新连接室内外机时)的4匹空调，规定要求必须采用真空泵进行抽真空排空方式安装方法，排空工艺规定抽真空15分钟以上，建议抽空20分钟以上，同时观察真空压力表抽真空压力值达到-101kPa(-760mmHg)，然后，关闭真空泵，进行保压112分钟以上，观察真空压力表不回升。另外安装完成后制热试机运行时，务必要接上压力表查看记录启动时可达到最高压力以及运行稳定时压力值。对于外机电脑板闪6下故障的空调，上门前要带好压力表，真空泵，R22冷媒罐，万用表，台秤。首先查看空调安装情况和目前状态，是否存在送回风不良以及系统管路硬折弯情况？内机过滤网和蒸发器冷凝器是否有脏堵情况？如有上述情况，可进行安装位置、管路更换调整或是清洗滤网、蒸发器和冷凝器。外接压力表，查看近似最大制热情况下室外风机是否有转低速、停外风机的现象？同时观看压力表数值，若压力表数值低于压力开关的下限值仍报6下故障，则说明压力开关损坏，更换新的压力开关。若压力值确实超过压力开关限值，但室外风机无转低速、停外风机现象则室内盘管传感器或传感器位置存在问题。需要确定内盘管传感器阻值是否正常(管温25℃时10KΩ)，如果检测正常，则可能电脑板传感器检测部分有问题，更换内电脑板。以上都无问题后，则考虑安装过程中混入空气原因，将内外机冷媒全部放光，同时重新抽空注气，加到铭牌标称冷媒量3400g。如仍存在问题，则考虑过冷管组脏堵问题，开启制冷，若压力值偏低甚至出现负压，则重新更换或剪短过冷管组并用氮气或R22冷媒清洗系统。

(2)严格控制蒸发器折弯工艺，确保不叠片及进出液不瘪管。

(3)控制外机过冷管组流量，严格按照图纸要求偏差范围检验。外机抽空要干净，避免焊堵现象。

(4)设计上更改电控程序，库存改制，质检处闸口，后续外机程序优化通过申请新品进行更改。

(5)两地事业部加强抽检比例和力度。

通过上述措施后，市场再无问题反馈。

5 结论与展望

通过以上该款空调高压保护故障的改善过程，可以看出高压保护是与设计、生产、安装各个环节都有着紧密联系的：

(1)设计时额定制热冷凝压力控制在1.9MPa以下比较妥当。过冷管组不宜过长，以免引起压机热保护停机或停机3min后系统压力不平衡，启动电流过大造成停机。

(2)设置过热保护外风机转速变化时，要根据实测高压压力对应的内盘管温度来设置，而不能根据理论上冷凝压力和冷凝温度的关系来设置，因为盘管温度在启动时从冷态变化而来，温度上升速度跟不上压力上升速度，造成二者不一致。要给安装及生产环节压力提高留有一定的余量。最恶劣的情况下高压压力控制在2.5MPa之内比较安全。

(3)生产时外机抽空要确保达到要求，过冷管组流量波动范围不能太大，蒸发器和冷凝器不能有瘪管和倒片问题。

(4)安装方面加以规范要求：如抽空安装，确保不混入杂质及管路折扁等。另外安装位置的选择要确保进风出风顺畅。

(5)试验模拟不能仅仅盯着国标工况，要模拟当地使用环境和习惯，否则不容易找出相关问题。如贵阳地区的室内外温差不大的特殊情况。

(6)电控程序的确定要根据每个机型不同的系统配置差异化实际测试情况确定，另外要考虑到可能存在的传感器故障，增加另一种保护，且不影响用户正常使用。程序要针对各种具体环境细分，不能笼统确定。

将前面所列的涉及室外更改的程序加以验证及应用是下一步研究和推进的方向。

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StudyonImprovementofCabinetAirConditionerHighPressureFault

MA Yuqi，ZHAO Chengbin，XU Zhonghua，GUO Jungang,HAO Tiegang

( Qingdao Haier Air Conditioner Gen.Corp.，Qingdao 266101 )

2017-2-18

马玉奇(1981-)，男，硕士研究生，工程师，主要从事柜式空调开发工作。E-mail：myq296@163.com

ISSN1005-9180(2017)03-080-06

TU831.7+2文献标示码B

10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.03.016