影响冷媒加注机加注量稳定性的因素研究

陈亮，刘雪峰，李建新



影响冷媒加注机加注量稳定性的因素研究

陈亮，刘雪峰，李建新

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

通过对冷媒加注机的计量原理和冷媒的物理特性进行分析，并经过数据验证，研究了影响冷媒加注机加注量稳定性的主要因素，为设备的使用维护提供技术依据。

冷媒加注机；加注量；稳定性；研究

引言

冷媒加注机是汽车制造企业广泛应用的加注设备，其加注量的稳定性直接影响汽车空调系统的制冷性能。加注机稳定性差，就会引起制冷剂加注量异常，一方面会造成空调制冷效果差，另一方面会缩短压缩机的使用寿命，甚至造成压缩机烧毁。本文以各汽车制造企业普遍使用的冷媒加注机为对象，研究了影响冷媒加注量稳定性的相关因素。

1 冷媒加注机的测量原理

为了保证加注量的精确，冷媒加注机常使用Endress+ Hauser公司的80A型质量流量计对加注的冷媒质量进行测量，该型号的流量计基于科氏力测量原理。

科氏力是在旋转运动的系统中做直线运动的物体所受到的力，其大小与运动物体的质量Δm、径向速度v和角速度ω相关：

在质量流量计中，使用测量管振动替代旋转系统的角速度ω。

流体流经测量管，测量管振动。振动测量管（如图1所示）受科氏力影响，产生形变，导致测量管两端出现相位差。

图1 测量管

测量管内无流体流过（流量为0）时， A点和B点同相位，无相位差。

测量管内有流体通过时，会使测量管在入口处振动加速，在出口处振动减速，产生相位差。质量流量越大，相位差也越大。质量流量计中的电磁式相位传感器记录测量管在前后两端的振动相位，计算出角速度ω和径向速度v。流量计测量出科氏力FC以及角速度ω、径向速度v，就可以计算出流体的质量为：

流量计将流体质量以脉冲信号的形式输出给PLC，PLC通过内部运算，最终完成冷媒加注量的计量。

2 冷媒（R134a）的物理特性

冷媒（R134a）的饱和温度-压力曲线如图2所示，外界条件处于曲线右下侧时，冷媒是液态，外界条件处于曲线左上侧时，冷媒是气态。根据曲线变化趋势，温度越高，液化时需要的压力就越大；反之，压力就越小。

图2 R134a饱和温度-压力曲线

冷媒加注机现场使用环境温度在0℃~50℃之间，此温度区间R134a的饱和温度-压力对照表如表1所示。

表1 R134a饱和温度-压力对照表

3 影响冷媒计量稳定性的因素

根据科氏力流量计的使用要求，测量介质不能气液混合，并需要充满测量管，否则会引起较大的测量误差，甚至计量错误。因此，要求冷媒加注机内的冷媒处于完全液态，即环境温度和绝对压力要在R134a饱和温度-压力曲线的右下侧。

经过以上的分析，在PLC算法确定的情况下，影响冷媒加注稳定性的主要因素就归结为一定环境温度下加注系统的压力。只有在加注全过程中，保持足够的压力，使冷媒完全液化，充满测量管，才满足计量稳定、准确。

4 影响加注系统压力的因素

影响加注系统压力的因素主要包括加注系统密封性、储能器内气囊的充气压力等。

4.1 加注系统密封性

如果冷媒加注机的加注系统密封性差，会导致冷媒泄漏，压力降低。加注系统包括加注泵、储能器、流体阀、流量计、电磁阀、管路和阀块等，其密封性不仅包含各元件与管路接头之间的密封性，也包含元器件内部自身的密封性。

加注泵是加注系统最重要的元器件，当储能器内的压力低于设定值时，加注泵开始工作，给储能器里补充冷媒，直至压力达到设定值。如果加注泵的密封圈等内部器件磨损，一方面会导致补充冷媒时，外界空气进入泵内，进而进入储能器；另一方面，会导致泵停止工作后，储能器及管路中的冷媒缓慢泄漏，压力降低，造成冷媒气化。因此，加注泵需要及时润滑和更换密封圈，保证密封性良好。

4.2 储能器内气囊的充气压力

储能器可以保证管路内冷媒的压力稳定，防止出现大幅波动。如果储能器内的气囊压力不足，会导致加注时冷媒压力波动较大，冷媒气液混合；气囊压力过大，会导致内部储能器内部冷媒储存量过少，无法完成一个加注循环。因此需要保证气囊保持一定的充气压力。

4.3 环境温度的控制

从R134a饱和温度-压力曲线上看，环境温度越高，需要的压力也就越大（当温度为30℃时，临界压力是0.770 MPa，温度为50℃时，临界压力已达到1.32MPa），对加注机加注系统元器件的耐压要求就越高。

通过现场测量，在室温20℃的情况下，泵连续工作15分钟，在无冷却系统的情况下，泵体温度会上升至40℃，有冷却系统（冷却系统的温度设定26℃）冷却的情况下，泵体温度会保持在30℃左右。因此，需要给加注管路特别是加注泵配备冷却系统，保证泵在工作时（特别是在夏天），温度不超过40℃。

4.4 冷媒加注机参数整定

经过以上分析，冷媒加注机需要重点关注的参数是储能器气囊压力、管路压力，重点关注的部位是加注泵、管路、储能器和冷却系统。

冷却系统的温度一般设定在26℃，此时加注泵的温度在春秋季节保持在30℃左右，夏季在35℃左右，冬季会低于30℃。根据R134a的饱和温度-压力对照表，管路内压力需要在0.9MPa（对应35℃时的临界压力）以上，因此储能器气囊压力设定为0.9 MPa左右。

在加注过程中，由于储能器内的冷媒加注进汽车空调内，管路内部冷媒减少，压力会降低。经过现场测量，加注量为750g时，冷媒加注机进行一个工作循环，管路内压力会降低0.23MPa左右。因此，冷媒加注机加注完成后，管路内的压力要保持在0.9MPa以上，可以计算出理论起始压力要在1.13MPa以上，才能保证管路内的冷媒处于液态。

经过现场测量，加注机在储能压力低于1MPa时，流量计就会提示“EMPTY PIPE”报警，提示测量管内未满管或有气体，因此需要提高储能压力。同时，为了防止温度出现极端情况，并考虑到部分车型冷媒加注量会超过1000g，因此将冷媒加注机的管路储能压力整定在1.5MPa左右。

整定后冷媒加注机的具体参数是：

（1）冷却系统温度26℃

（2）储能器气囊压力：0.9MPa

（3）管路储能压力：1.5MPa

5 总结

图3 R134a冷媒加注机的过程能力

参数整定后，对冷媒加注机进行了加注量跟踪测试，设定加注量750g，共测量了112组加注数据。经过数据统计，冷媒加注机的过程能力符合正态分布，如图3所示。

加注量样本的平均值

标准差

偏离量

过程能力指数

过程能力属于1级，加注过程能力比较充分，加注量稳定性较好。

通过对分析和数据统计，在冷媒加注机的使用维护过程中需要重点关注管路储能压力、储能器气囊压力和冷却系统运行情况，确保以上三个因素在可控范围内，保证冷媒加注机加注量的稳定性。

[1] 技术资料Proline Promass 80A,83A科氏力质量流量测量系统, 2012,Endress+Hauser SC China.

[2] 中国质量协会.质量管理小组理论与方法[M],北京:中国质检出版社, 2016.

Research on Factors affecting the Flow Calculation Stability of Refrigerant filling Machine

Chen Liang, Liu Xuefeng, Li Jianxin

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710200 )

Through the analysis of the measurement principle of the refrigerant filling machine and the physical characteristics of the refrigerant, and through the data verification, the main factors affecting the stability of the flow calculation of the refrigerant vacuum filling machine are studied. And the technical basis for the maintenance of the equipment is provided.

Refrigerant filling Machine; Flow Calculation; Stability; Research

B

1671-7988(2018)16-41-03

U461.6

B

1671-7988(2018)16-41-03

CLC NO.: U461.6

陈亮，设备技术工程师，就职于陕西重型汽车有限公司汽车总装配厂。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.015