压缩机高负荷测试可靠性技术研究与应用

压缩机高负荷测试可靠性技术研究与应用

范曦文 蒋 耀 李晓思 杜君梅

珠海凌达压缩机有限公司 广东珠海 519000

摘要：为了提高制冷压缩机成品测试检出率，针对压缩机终检测试系统进行优化及分析论证。按照可靠性分析模型、可靠性分析试验步骤，分别从测试工况上、测试参数上两大方面，进行分析、优化试验、方案验证。试验结果表明，通过加速寿命试验，增加测试工况压力、进行电流温度补偿能有效提高压缩机成品测试检出率，利用SPC分析，能有效提前预警，促进产品一致性提升。

关键词：压缩机;高负荷测试;加速寿命试验

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1.引言

随着国民经济的发展，城市节能改造与绿色建筑的实施实现，都将成为重点，家电产品更是其中的关键，而压缩机作为空调、冰箱等家电产品的心脏，提升压缩机的质量则显得尤为重要。

压缩机的升压性能检测能力的提升乃至压缩机出厂性能测试的提升对于降低售后故障、提高用户市场满意度的作用已是不言而喻。

在压缩机出厂性能测试领域中，一般是测试压缩机的升压性能并进行判断，在测试过程中使压缩机升压至特定气压时即结束测试，通过升压时间与运转电流的情况对测试系统检出能力进行判断，若有效测试时间小于规定时间内，则说明压缩机闷机的检出能力较弱。压缩机闷机的检出能力的强弱决定了压缩机终检质量管控能力，而在压缩机性能检测过程中仅仅采用一般的检测方式是难以检出上述压缩机所存在的故障的，因而良好的检出能力对提升压缩机质量管控，以至于提高压缩机整体质量水平是尤为关键。

2.主要研究内容

压缩机升压运行过程中内部变化比较复杂，压缩机零部件的细微变化以及生产制造过程中各个环节的把控情况都会影响压缩机最终性能，这些不同因素的变化也会相互影响，增加了压缩机性能检测系统的复杂性。现有的升压性能检测设备普遍存在测试负荷低、时间短等局限，这使得在压缩机出厂前测试环节中会存在无法检出常见的主要压缩机故障的问题。由于近年来对压缩机的性能要求更高，所以要提高出厂前异常检出水平，检测方式、检测设备以及数据检测方式都使得出厂前高负荷测试变得更为困难。

（1）现方法分析

对压缩机出厂性能测试，在压缩机出厂性能测试中，一般是通过测试压缩机的升压性能进行判断，压缩机从0MPa升压至0.9MPa时结束测试，判断升压时间与运转电流，有效测试时间<10s，压缩机闷机的检出能力较弱。但这种方法不能得到模拟空调系统中压缩机状态，仍然存在异常无法检出的问题，从而需要采取更加有效的措施来提高压缩机的性能。

普通压缩机测试设备高压测试时间在4-7S，额定压力在0.9Mpa，吸气压力在0.2-0.3Mpa，无负载稳压测试功能。表1为普通压缩机测试设备的参数。

表1 普通压缩机测试设备参数

（2）高负荷测试分析

高负荷加剧异常表现，加大系统的应力，让异常压缩机在常规测试时间内加速暴露故障，先进行步进应力加速寿命试验，达到目标排气压力后，比如2.5Mpa，后平稳在2.5Mpa，进行恒定高应力加速寿命试验，从而达至不同异常在不同阶段充分暴露的目标。

表2高负荷压缩机测试设备参数

表3 电流大闷机异常试验情况

3.高负荷环形测试系统设计

（1）运转电流温度补偿模型

基于采用多工位高负荷设备替换原6工位启动升压设备实现高负荷和长时间测试的方案，将出厂前高负荷环形测试分两个部分设计：系统设计与结构设计，其中系统设计包括运转电流温度补偿模型设计、统计分析的实时动态监控模型设计。结构设计包括设计出符合现场测试需求的设备箱体结构及现场空间布局。

行业内存在着冷热机电流差异大的问题导致实际被动放宽工艺范围，针对这一问题本次研究提出设计运转电流温度补偿模型。针对压缩机运转过程中无法判断运行状态是否稳定以及没有过程能力是否充足的有效方法，本项目提出统计分析的实时动态监控模型设计。由于出厂前压缩机检测环节需要具备对多种品类压缩机的检测能力，又增加了变容压缩机性能测试环节。

自主建立了运转电流温度补偿模型和统计分析的实时动态监控模型。行业内首创温度补偿运转电流模型，解决了困扰行业内的冷热机电流差异大和被动放宽工艺范围导致的检测失效问题，并运用统计分析技术对检测数据实时监控波动与趋势自动分析预警，使异质数据、变异趋势可视化。突破了传统的工艺上下限控制瓶颈，与行业内检测数据仍为单点工艺限判断、数据库仅用于追溯相比，项目开发的大数据统计分析技术模型与智能动态调整控制技术，采集整理分析与可视化应用，在大数据应用方面走在行业前列。

图1 温度补偿运转电流分布对比

图2 运转电流实时在线动态监控

在压缩机成品出厂启动性能测试中，运转电流是最重要的一项检测项目。由于压缩机测试时冷热机电机电阻及泵体阻力矩不同，冷热机电流差异大，从而被动放宽工艺范围，这一往往会导致压缩机性能检测失效。

图3电流与温度的模拟拟合模型

图4 实测电流与温度的拟合曲线图

温度电流模型补偿前原来异常压缩机电流值在工艺范围内，无法识别导致流入客户端。补偿后异常压缩机电流值在工艺范围外，检测有效，提高了异常检测能力，降低了流出风险，通过修正，让批量产品符合正态分布特征，从而使加速寿命试验更具有客观性。

（2）统计分析的实时动态监控模型

测量值在线控制是一种应用统计技术对过程各阶段进行评估和监控，建立并保持过程处于可接受的稳定水平，从而保证产品符合规定的质量技术要求。主要解决两个问题：一是利用控制图测定过程运行状态是否稳定，二是通过计算过程能力指数来分析过程能力是否充足。

本项目通过收集建立了基于大数据统计分析原理的实时动态监控模型，对成品出厂检测数据进行实时监控、智能动态调整、自动分析与报警，使异质数据可视化。根据该监控模型，自主设计并开发实时动态监控软件，实现上述功能。软件算法简述如下：

将测试数据以5个为一组，按时间顺序进行分组，计算每组数据的平均值及标准差，以这些平均值与标准差为基础，查表确定算法参数，得出控制限的算法公式如下：

控制均值：

上控制限：

下控制限：

利用该软件，实时对过程产品质量特征（运转电流）进行统计分析，自动产生判异控制限。

随着软件算法的应用，测试数据不断地补充到算法中，数据量不断增大，实现智能动态调整，实时修正。实现对产品质量异常单点、趋势变异等实现提前发现提前预警，减少不良品流到下工序。加工与检测系统如果是大硬件，SPC分析就是其中的软件，软件对系统进行及时指错、纠正。

检测能力提升后，初期投入使用的过程下线率明显提升，为过程质量改进提供了改进方向与依据，促进过程质量改进、产品一致性提升。

图5 高负荷测试设备综合性能测试软件

4.结论

本研究最终可实现在短时间内升压至目标工况，并在目标工况下长时间稳定运行，可兼容短时间升压测试和长时间高负荷稳定测试，实现步进应力加速寿命试验和恒定应力加速寿命试验，让异常压缩机在常规测试时间内加速暴露故障。测试负荷由吸气0.3MPa、排气0.9MPa，增大至吸气0.5~0.7MPa、排气2.0~2.6MPa。通过研制出高负荷测试设备，进一步提高了异常压缩机检出水平。

本研究设计了运转电流温度补偿模型和统计分析的实时动态监控模型，使补偿后异常压缩机电流值在工艺范围外，提高了工艺控制精度，在提升异常检测能力的同时，能有效降低异常压缩机流出风险，通过修正，让批量产品符合正态分布特征，从而使加速寿命试验更具有客观性。

本项目设计的综合性能测试软件具备SPC控制算法，随着软件算法的应用，可实现对产品质量异常单点、趋势变异等实现提前发现提前预警，控制产品在可靠性试验应力在工作极限上下限范围内，测试结果一致性充分暴露，为过程质量改进提供改进方向，使产品质量不断提升。

参考文献

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