家用空调制冷系统部件低温强度设计条件

家用空调制冷系统部件低温强度设计条件

何柳森

奥克斯空调股份有限公司315191

摘要：随着我国科技的进步，家用空调技术有了很大的发展。本文分析了家用空调制冷系统部件低温强度设计的现状，并从韧性方面、组配方面、应力方面、等效方面对家用空调制冷系统部件低温强度设计要求进行了研究，希望有助于系统部件进一步的开发。

关键词：空调制冷系统；低温；强度设计

引言：近年来，随着我国空调系统运行温度的逐步降低，金属材料出现了脆化现象。基于此，只有对脆化产生的风险加以防范，才能够保证系统正常运行。在低温低应力的情况下，承压部位依然要采取常温强度设计，在突破高应力的温度条件下，向低温范围扩展，只有这样才能确保材料的温度性能满足设计要求。

1.家用空调制冷系统部件低温强度设计的现状

经济的发展，提高了人们的生活水平，为了更好地满足人们的生活需求，空调制冷系统的设计也在不断进步。空调制冷设计已经从一开始的局部开发，发展到现在的全面研究，即使在系统运行的环境温度极低的情况下，相关部件仍然可以进行常规的强度设计。家用空调制冷系统的使用周期比较长，全年各个季度和月份都能够使用，不受天气因素影响，加上系统本身的负荷侧制冷负荷波动变化小，相关的部件经久耐用，性能优良。所以现在对系统部件低温强度设计的重点是提高系统运行效率，降低能源损耗，增强适应外界渐变和做出快速反应的能力。

由于低温环境下，系统仍然要高效工作，很容易造成超负荷运行的情况。传统的设计缺乏相关的考虑，造成部分部件不合理地安装，导致系统室外冷却塔被冻住，加上冷却水温过低，超出了运行范围，导致制冷系统无法工作，造成空调不能使用，处于瘫痪状态。只有对系统进行科学的规划，安装换热装置，避免冷却塔在低温环境下被冻住，才能够进行水循环，补充损耗的水，保证系统的清洁，减少不必要的损失。

2.家用空调制冷系统部件低温强度设计的要求

2.1韧性方面

在低温环境下，钢铁材料的机械性能会由韧性状态转为脆性状态。在低温情况下，空调系统部件出现断裂的情况就叫做低温脆断。对金属材料进行冲击试验，根据实验结果得出冲击指标，把其中冲击功急剧下降的温度定为韧性转变温度。由于发生脆断时，承压部件的环境压力不高，在断裂之前和之后材料的形状没有较大变化，而且脆断经常是突然发生，所以危害性大。但是检查时容易被忽视，所以要确保选材质量合格、试验方法准确可靠、减少低温脆断的发生。作为制冷系统的承压部件，要严格执行JB/T4750的国家标准，把0℃以下作为使用条件。金属材料的低温韧性决定着承压部件承受应力发生脆断的能力，这和晶体结构、晶粒尺寸、合金成分都有密切的关系。具有立方体心结构的铁素钢体，发生脆断的倾向比较大。那些尺寸比较小的晶粒，有较高的断裂强度。通过提高合金中的碳含量，可以加大断裂程度。除此以外，制作加工中的一些程序，比如热处理、冷作硬化等，都对脆断有或大或小的影响[1]。

2.2组配方面

目前，主要是根据电流进行空调系统的设计，尤其是低温系统的设计。冷水系统在所有设备中受温度的影响最小，由于在低温状态下运行的电流和常温状态下的电流基本一致，就使得系统的供电容量变化较小，不易发生故障。和冷水系统不同的是，风冷系统对于温度十分敏感，随着温度变化而变化，一般情况下，风冷系统是温度越低、耗能越低，随着温度升高有明显的能量损耗。在一定的条件下，可能造成电流短路，影响系统运行。为了避免出现类似情况，在低温强度设计上，要做好前期准备工作，对材料进行试验，了解温度变化范围，根据这些数据，综合分析，对设备和部件的材料进行选择。之后实时进行检测，通过对设备部件之间进行合理的组配，能够有效控制系统运行，提高使用效率，延长使用时间。

2.3应力方面

在系统设计上，要充分考虑薄膜应力。它是压力和机械载荷之间保持平衡的应力，对容器的失效影响很大，一旦应力超过限制，就可能引起塑性变形，发生脆断。在压力容器设计阶段上，国家规定外径与内径比小于1的容器为薄壁容器，应力一般是沿着容器壁是均匀分布的，但是在具体的设计上还要具体分析。目前广泛使用的是额定制冷量≤50KW，内直径小于150mm和容积小于0.025m3的空调。由于空调系统本身的热力特性，使得即使在低温情况下，部件也可以正常运行，以Q235普通碳素结构钢材料为代表，其价格便宜，质量可靠，所以只要设计合理，就可以广泛地应用于家用空调制冷系统的低温强度设计中。

2.4等效方面

根据JB/T4750规定，在正常的操作下，要把设计温度和设计压力结合起来作为设计的参考依据。对于运行温度在0℃以下的金属，设计温度不能高于元件金属的最低温度，根据国家制订的JB/T4750-2003《制冷装置用压力容器》，空调系统零部件承受温度的范围是-10℃～-50℃。国家规定常用的碳素结构钢材料Q235-B运行温度在0℃以上，绝对不允许在0℃以下运行，其他大部分的碳素钢材运行温度也在-20℃以上。当承压部件在低温条件工作时，要对可能发生脆断的金属材料进行筛选，降低脆断发生几率。例如Q235-B仅限于压力≤1.6Mpa的部件，而Q235-C仅限于压力≤2.5MPa的部件，在满足低温条件下，对于家用空调系统而言，相应的等效温度可以适当提高[2]。

结论：新时期下，家用空调制冷系统的部件低温强度设计已经初具规模，对于设计者来说，这是机遇更是挑战。只有充分考虑各种条件，加强自主创新，完善空调系统的部件的低温强度设计，才能提高空调系统的设计水平，服务社会的同时，加快空调行业的发展。

参考文献：

[1]李蕾，魏兵.低温变风量空调系统的能耗分析[J].低温与超导，2014，42（09）：64-68.

[2]冯岚靖.空调制冷系统的节能设计[J].住宅与房地产，2016（18）：257.