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摘要

對R32壓縮機(jī)加速壽命試驗(yàn)后出現(xiàn)的細(xì)鹽狀顆粒析出及電機(jī)絕緣薄膜脆化故障進(jìn)行機(jī)制分析及試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)析出試驗(yàn)，確認(rèn)細(xì)鹽狀顆粒的來源是電機(jī)綁扎繩，通過更換電機(jī)綁扎繩pet材料解決細(xì)鹽狀顆粒析出故障。電機(jī)絕緣薄膜脆化的原因是試驗(yàn)過程中絕緣薄膜實(shí)際工作溫度超過了PET材料的極限工作溫度，為保證PET絕緣薄膜的可靠性，需要控制空調(diào)系統(tǒng)最大制冷運(yùn)行排氣溫度不超過115℃。

關(guān)鍵詞

壓縮機(jī)；R32；PET；細(xì)鹽狀顆粒；脆化；降解；溫度

在世界環(huán)保的大主題下，R22最終將被淘汰，而R410A因?yàn)槠涓逩WP值也正逐步被替代。R32具有不損害臭氧層的特質(zhì)，其溫室效應(yīng)較R410A不明顯，同時(shí)因?yàn)榭扇嫉燃?jí)較低、易獲取等多種優(yōu)點(diǎn)獲得了青睞。目前R32空調(diào)壓縮機(jī)（家用空調(diào)器）在澳洲、日本已達(dá)到商業(yè)化，部分東南亞地區(qū)也在推進(jìn)從R22到R32的替換。在ARI550／590標(biāo)準(zhǔn)工況下，通過熱力學(xué)計(jì)算可知：R32排氣壓力約是R22的1．6倍，排氣溫度比R22高20℃，比R410A高17℃。R32高排氣壓力和高排氣溫度將給壓縮機(jī)帶來可靠性問題。筆者主要闡述R32對壓縮機(jī)電機(jī)PET材料絕緣薄膜和綁扎繩的影響。

1故障分析

1．1故障現(xiàn)象參照GB／T15765—2006《房間空氣調(diào)節(jié)器用全封閉型電動(dòng)機(jī)－壓縮機(jī)》規(guī)定的壓縮機(jī)加速壽命試驗(yàn)方法，對R32壓縮機(jī)進(jìn)行1000h加速壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中壓縮機(jī)排氣壓力為4．77MPa，排氣溫度為115～120℃。試驗(yàn)后解剖壓縮機(jī)發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)PET材料出現(xiàn)2類故障：故障一，泵體內(nèi)部出現(xiàn)細(xì)鹽狀顆粒導(dǎo)致泵體卡死（見圖1），細(xì)鹽狀顆粒經(jīng)分析確定為PET材料；故障二，電機(jī)絕緣薄膜出現(xiàn)脆化（見圖2）。R32壓縮機(jī)故障率參見表。

1．2機(jī)制分析電機(jī)絕緣薄膜和綁扎繩材料都是PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）。PET是乙二醇和對苯二甲酸縮合的產(chǎn)物，是飽和的熱塑性聚合物。PET材料含有酯基，易于在酸、堿條件下發(fā)生水解反應(yīng)，高溫高壓下還可能發(fā)生熱解。發(fā)生水解、熱解等解聚反應(yīng)后，PET大分子鏈斷裂，生成端羧基和乙烯基，乙烯基進(jìn)一步反應(yīng)可生成端酯基和端醛基。在Tg（玻璃化溫度）以上，聚合物材料分子鏈活動(dòng)能力大大增強(qiáng)，體積增大，孔隙率增大，并且溫度越高，分子鏈活動(dòng)能力越強(qiáng)。發(fā)生熱降解時(shí)，聚合物鏈斷裂，釋放出副產(chǎn)物，導(dǎo)致物理性能下降。副產(chǎn)物有環(huán)狀聚合物，使薄膜變脆。綁扎繩和絕緣薄膜與電機(jī)繞組緊密接觸，在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中處于高溫高壓、冷凍油蒸氣及氣態(tài)制冷劑的惡劣環(huán)境中。冷凍油對PET有溶脹作用，同時(shí)冷凍油優(yōu)先進(jìn)入孔隙率較大的非晶區(qū)，這進(jìn)一步增大了非晶區(qū)的孔隙率。高溫高壓、酸性物質(zhì)存在的條件下，解聚反應(yīng)發(fā)生，主要在PET表面的非晶區(qū)會(huì)產(chǎn)生一些分子量較低的PET，冷凍油可以溶解或者粘附這些低聚物。更重要的是PET表面的晶區(qū)（宏觀上是白色顆粒），因?yàn)榉蔷^(qū)連接作用的消失或弱化，同時(shí)在高速制冷劑氣流的不斷沖刷下脫離基體。最終，壓縮機(jī)排出的將是混有PET低聚物、PET小顆粒、冷凍油蒸氣的制冷劑。在空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)中溫度較低或者拐角處，PET低聚物析出，PET小顆粒沉降，形成足以導(dǎo)致壓縮機(jī)泵體卡死的細(xì)鹽狀顆粒。

2故障一分析及改進(jìn)

根據(jù)上述機(jī)制分析判斷細(xì)鹽狀顆粒為小分子PET（低聚物）。絕緣材料中小分子PET的來源主要分為2個(gè)部分：一是材料在生產(chǎn)、加工過程中殘留的小分子PET；二是工作過程中由于環(huán)境、介質(zhì)等因素的作用由聚合物PET降解為小分子PET。上述第一部分的小分子PET可通過萃取的方法從成品中檢測出來，對壓縮機(jī)內(nèi)PET材料進(jìn)行萃取試驗(yàn)，綁扎繩萃取率遠(yuǎn)高于絕緣薄膜，且超出企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求（見表2），經(jīng)改進(jìn)清洗工藝后，滿足要求，萃取試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。此部分是PET材料固有存在的，與制冷劑特性無關(guān)，因此R32壓縮機(jī)出現(xiàn)細(xì)鹽狀顆粒的來源不僅是此類。絕緣薄膜試驗(yàn)后無沉淀，改進(jìn)前亮絲隆綁扎繩試驗(yàn)后冷凍油中出現(xiàn)沉淀物，沉淀物經(jīng)過濾分離，確認(rèn)為細(xì)鹽狀顆粒，因此判斷故障一中顆粒來源是綁扎繩。采用MOLC0071A綁扎繩，試驗(yàn)后無沉淀，試驗(yàn)結(jié)果見表4。采用改進(jìn)后的MOLC0071A綁扎繩，進(jìn)行1000h壓縮機(jī)加速壽命試驗(yàn)，共試驗(yàn)35臺(tái)，均未出現(xiàn)故障一細(xì)鹽狀顆粒，驗(yàn)證改進(jìn)方案有效。

3故障二分析及預(yù)防

目前家用空調(diào)器壓縮機(jī)電機(jī)中廣泛使用的PET絕緣薄膜保持機(jī)械強(qiáng)度的長期使用溫度極限為130℃。出現(xiàn)絕緣薄膜脆化的3臺(tái)壓縮機(jī)在1000h加速壽命試驗(yàn)過程中平均排氣溫度為115℃，最高排氣溫度高達(dá)119．4℃。在此試驗(yàn)工況下，排氣溫度與繞組溫度相差約15℃（見表5），即絕緣薄膜在試驗(yàn)過程中實(shí)際工作溫度達(dá)到135℃，超出了PET絕緣薄膜的極限工作溫度，因此出現(xiàn)脆化。筆者測試7種型號(hào)空調(diào)器，最大制冷工況下的最高排氣溫度均在110℃以下（見表6）。因此，絕緣薄膜實(shí)際工作溫度不會(huì)超出PET材料的極限工作溫度，目前PET絕緣薄膜可滿足空調(diào)器可靠性要求。為保證絕緣薄膜不出現(xiàn)脆化，需要控制空調(diào)器最大制冷工況下的排氣溫度不超過115℃，如出現(xiàn)排氣溫度過高，則需要通過調(diào)整系統(tǒng)配置或采取對壓縮機(jī)強(qiáng)制冷卻的方式保證PET絕緣薄膜的可靠性或采用耐溫等級(jí)更高的絕緣薄膜材料。進(jìn)行壓縮機(jī)加速壽命試驗(yàn)時(shí)，采取強(qiáng)制冷卻的方式控制排氣溫度不超過115℃。

4結(jié)論

結(jié)合R32壓縮機(jī)高排氣壓力和高排氣溫度的特點(diǎn)以及PET材料的高溫降解特性，分析了可靠性試驗(yàn)時(shí)PET材料出現(xiàn)的細(xì)鹽狀顆粒析出及絕緣薄膜脆化2種故障，得出以下結(jié)論：1）細(xì)鹽狀顆粒的主要來源是綁扎繩。通過更換綁扎繩材料，解決此故障。2）絕緣薄膜脆化的原因是實(shí)際工作溫度超過材料極限工作溫度。保證絕緣薄膜不出現(xiàn)脆化的方法是空調(diào)器最大制冷工況下排氣溫度必須控制在115℃以下。如超出此溫度，壓縮機(jī)電機(jī)需要采用耐溫等級(jí)更高的絕緣薄膜材料。

參考文獻(xiàn)

［1］李家頌，王曉亮．冰箱壓縮機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生白色顆粒的分析與研究［J］．制冷與空調(diào)（四川），2007（1）：15－19．

作者：廖熠 單位：珠海凌達(dá)壓縮機(jī)有限公司