高温工况对空调压力开关动作值衰减的研究

谭双 张新明

摘要：压力开关是空调外机的重要保护装置之一，被广泛应用于机械、气体及液体压力测量的自动化系统中。然而当压力开关的工作环境非常恶劣时，压力开关的动作值会发生衰减，从而导致整体系统的运行范围缩小，影响空调机组的可靠性。本文以T3工况最大制冷工况下，3P外机机组保护为例，分析了室外环境对压力开关动作值的衰减影响，指导了空调设计中压力开关的选型。

关键词：空调器；压力开关；动作值；衰减

1引言

压力开关可以广泛用于石油、化工、冶金、电力、供水等领域中，,用来测量控制各种气体、液体的表压、绝压，在工业领域中有着重要的用途，能预防生产工程中重要装置的损坏，避免了重大生产事故的发生，是工业现场理想的智能化测控仪表。

不同设计及型号的压力开关适用不同的环境(温度及湿度等)，当压力开关实际的工作环境较高时，压力开关的动作值会产生衰减，导致其压力控制精度失调，影响空调体验效果。本文以沙特3P外机的大冷工况跳机为例，分析室外环境对压力开关动作值的衰减影响以及指导空调设计中压力开关的选型。

1.1压力开关组成和动作原理

压力开关主要由簧片、推杆、膜片、动触点、静触点、插片、固定圈等组成，结构示意图,如图1所示。

图1压力开关结构图

由图1可知，高压开关工作过程主要通过膜片(4）、推杆(3)、簧片(2)协同完成。具体工作过程为：当膜片(4)在承受外界载荷压力(高压)并超过其变形承受范围(压力开关断开值)时开始往上运动，并通过推杆(3)推动簧片(2)使动静触点分离，从而断电保护电路；当外界载荷压力达到恢复值，膜片依靠自身塑性恢复原状，动静触点重新接触， 按此循环从而起到控制电路的目的。

1.2压力开关的特点

压力开关主要类别包括常开式和常闭式。主要特点有以下几点:(1)插片式导线式连接方可供用户任意选定；(2)采用英制管螺纹快速接头或铜管焊接式安装结构，安装灵活，使用方便，无需特殊的安装固定；(3)压力范围内可根据用户任意选定的压力值进行制造^[1]；

2背景描述

某沙特3P机组为例，大冷高电压(251V)实验(室内侧35℃/23℃,室外侧54℃/31℃），启动运行后10min，机组保护，跳机前最大压力为4.1MPa，该开关标称动作值4.5/3.5MPa(±0.15MPa），压缩机允许最大压力值4.5MPa。

3原因分析

根据曲线分析，该机组跳机原因为高压开关保护，分析如下：

3.1压力开关标称动作值漂移

按压力开关4.5MPa(±0.15MPa)标称动作值，理论正常工作应在4.35MPa～4.65 MPa之间，但实际运行过程中标称值漂移超过正常偏差范围，影响对系统压力的检测。

3.2个体压力开关偏差

拆除机组高压开关，反复检测(室温35℃测试）10次，数据如下图：

表1 单体测试数据

序号	动作值MPa	变化率% （动作值-标称）/标称	序号	动作值MPa	变化率% （动作值-标称）/标称
1	4.53	+0.6	6	4.51	+0.2
2	4.51	+0.2	7	4.5	0
3	4.53	+0.6	8	4.53	+0.6
4	4.53	+0.6	9	4.51	+0.2
5	4.51	+0.2	10	4.52	+0.4

由上表，压力开关动作值与标称一致，证明高压开关符合出厂设计，排除个体差异。

4具体措施及实验验证

4.1分析思路

综上，高压开关跳机是高温环境导致压力开关的标称动作值漂移，着重验证环境温度对压力开关的影响。

4.2温度影响

压力开关内部的弹性零部件在受到高温影响时，自身特性发生变化，导致动作值偏差。分别选A厂家、B厂家，动作值为4.5MPa，进行额定制冷、最大制冷工况下测试衰减量。

测试方法如下：在额定制冷、最大制冷工况下逐步堵冷凝器，使压力开关动作，结果如下：

表2 环境温度不同测试

温度/℃	额定制冷 A厂家	最大制冷 A厂家	额定制冷 B厂家	最大制冷 B厂家
室内进风干球温度/℃	27.00	35.00	27.00	35.00
室内进风湿球温度/℃	19.00	24.00	19.00	24.00
室外进风干球温度/℃	35.00	54.00	35.00	54.00
室外进风湿球温度/℃	24.00	31.00	24.00	31.00
排气温度/℃	94	95.9	95	94
高压/kPa	4456.0	4130.0	4426.0	4105.0
衰减率%	1.0%	8.0%	2.0%	8.7%

根据表2测试，结论如下：

温度对压力开关影响较大，标称动作值4.5MPa压力开关，环境温度为54℃时，保护值在4.13MPa左右，衰减约8%，在高温环境下，压力开关动作值比常温动作值偏小。

4.3优化方案及实验结果

根据分析，高压开关跳机是高温环境导致压力开关的标称动作值漂移。查阅资料得知，常用的英制管螺纹接头也会在高温工况下比常温动作值偏低^[4] ，最优方案为高精度电子式压力开关(精度高、体积小，且设定漂移值非常小)，但其采用压力传感器及编程的控制模块，成本高，空调使用较少。

以上，提高此机组的压力开关标称动作值(4.75MPa)，确保空调的体验效果，实验验证如下：

1. 最大制冷工况压力开关(4.75MPa)不动作，空调机组正常运行，机组保护时最大压力4.2MPa。

2. 极限工况下正常保护，温度极限最大压力值4.5MPa与压缩机极限压力值符合，满足系统要求，见下表：

表3 4.75MPa压力开关验证数据

测试工况	最大制冷 (251V)	最大制冷 (187V)	最大制冷 高电压极限	最大制冷 低电压极限	温度极限
室内进风干球温度/℃	35.00	35.00	35.00	35.00	35.00
室内进风湿球温度/℃	24.00	24.00	24.00	24.00	24.00
室外进风干球温度/℃	54.00	54.00	54.00	54.00	59.59
室外进风湿球温度/℃	31.00	31.00	31.00	31.00	36.00
功率/W	3870.6	4100.4	4328.8	4377.3	4215.2
电流/A	15.15	22.36	16.36	25.31	20.64
排气温度/℃	99.5	99.6	104.5	99.9	106.0
回气温度/℃	21.1	16.5	22.9	16.7	22.2
高压/kPa	4159.9	4084.5	4169.4	3971.8	4513.1
低压/kPa	1154.0	1170.4	1148.3	1176.3	1199.7
电压/V	220	220	295.5	178V	206.5

5结论

（1）本文浅谈了高温环境对压力开关标称动作值的影响，对于出口机组，需结合当地环境进行选型，对于使用环境较高区域，选型为4.75MPa压力开关在高温工况下衰减后，动作值在4.5MPa，此动作值在压缩机允许最大范围内，可满足T3工况机组最大运行范围。

（2）压力开关受温度影响，可根据实际需求工况进行选择，结合压缩机规格书要求，对于环境温度高于50℃时，选型可高于压缩机允许最大值，并且开发时需实验验证，以确保机组运行可靠性。

参考文献

1.刘豪. 压力开关的特点及其类型 [J].企业导报，2011(6)：296.

2.梁峭. 压力开关传感器 [J].微纳电子技术，2007(7/8)：298-300.

3.李旭东.某型压力开关开启压力降低问题研究 [J].工艺与设备:167-169.

4.杨广.国内外铁道车辆无障碍设施技术研究 [J].铁道车辆：31-34.

通信作者简介：谭双，女，1993年1月生，毕业于西安建筑科技大学建筑环境与能源应用工程，现任宁波奥克斯电气股份有限公司系统主管工程师，主要从事出口机组研究，电子邮箱[e-mail]。