压缩机PET材料故障诊断论文范文

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摘要

对R32压缩机加速寿命试验后出现的细盐状颗粒析出及电机绝缘薄膜脆化故障进行机制分析及试验研究。设计析出试验，确认细盐状颗粒的来源是电机绑扎绳，通过更换电机绑扎绳pet材料解决细盐状颗粒析出故障。电机绝缘薄膜脆化的原因是试验过程中绝缘薄膜实际工作温度超过了PET材料的极限工作温度，为保证PET绝缘薄膜的可靠性，需要控制空调系统最大制冷运行排气温度不超过115℃。

关键词

压缩机；R32；PET；细盐状颗粒；脆化；降解；温度

在世界环保的大主题下，R22最终将被淘汰，而R410A因为其高GWP值也正逐步被替代。R32具有不损害臭氧层的特质，其温室效应较R410A不明显，同时因为可燃等级较低、易获取等多种优点获得了青睐。目前R32空调压缩机（家用空调器）在澳洲、日本已达到商业化，部分东南亚地区也在推进从R22到R32的替换。在ARI550／590标准工况下，通过热力学计算可知：R32排气压力约是R22的1．6倍，排气温度比R22高20℃，比R410A高17℃。R32高排气压力和高排气温度将给压缩机带来可靠性问题。笔者主要阐述R32对压缩机电机PET材料绝缘薄膜和绑扎绳的影响。

1故障分析

1．1故障现象参照GB／T15765—2006《房间空气调节器用全封闭型电动机－压缩机》规定的压缩机加速寿命试验方法，对R32压缩机进行1000h加速寿命试验，试验过程中压缩机排气压力为4．77MPa，排气温度为115～120℃。试验后解剖压缩机发现，压缩机PET材料出现2类故障：故障一，泵体内部出现细盐状颗粒导致泵体卡死（见图1），细盐状颗粒经分析确定为PET材料；故障二，电机绝缘薄膜出现脆化（见图2）。R32压缩机故障率参见表。

1．2机制分析电机绝缘薄膜和绑扎绳材料都是PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）。PET是乙二醇和对苯二甲酸缩合的产物，是饱和的热塑性聚合物。PET材料含有酯基，易于在酸、碱条件下发生水解反应，高温高压下还可能发生热解。发生水解、热解等解聚反应后，PET大分子链断裂，生成端羧基和乙烯基，乙烯基进一步反应可生成端酯基和端醛基。在Tg（玻璃化温度）以上，聚合物材料分子链活动能力大大增强，体积增大，孔隙率增大，并且温度越高，分子链活动能力越强。发生热降解时，聚合物链断裂，释放出副产物，导致物理性能下降。副产物有环状聚合物，使薄膜变脆。绑扎绳和绝缘薄膜与电机绕组紧密接触，在压缩机运转过程中处于高温高压、冷冻油蒸气及气态制冷剂的恶劣环境中。冷冻油对PET有溶胀作用，同时冷冻油优先进入孔隙率较大的非晶区，这进一步增大了非晶区的孔隙率。高温高压、酸性物质存在的条件下，解聚反应发生，主要在PET表面的非晶区会产生一些分子量较低的PET，冷冻油可以溶解或者粘附这些低聚物。更重要的是PET表面的晶区（宏观上是白色颗粒），因为非晶区连接作用的消失或弱化，同时在高速制冷剂气流的不断冲刷下脱离基体。最终，压缩机排出的将是混有PET低聚物、PET小颗粒、冷冻油蒸气的制冷剂。在空调系统循环中温度较低或者拐角处，PET低聚物析出，PET小颗粒沉降，形成足以导致压缩机泵体卡死的细盐状颗粒。

2故障一分析及改进

根据上述机制分析判断细盐状颗粒为小分子PET（低聚物）。绝缘材料中小分子PET的来源主要分为2个部分：一是材料在生产、加工过程中残留的小分子PET；二是工作过程中由于环境、介质等因素的作用由聚合物PET降解为小分子PET。上述第一部分的小分子PET可通过萃取的方法从成品中检测出来，对压缩机内PET材料进行萃取试验，绑扎绳萃取率远高于绝缘薄膜，且超出企业标准要求（见表2），经改进清洗工艺后，满足要求，萃取试验结果如表2所示。此部分是PET材料固有存在的，与制冷剂特性无关，因此R32压缩机出现细盐状颗粒的来源不仅是此类。绝缘薄膜试验后无沉淀，改进前亮丝隆绑扎绳试验后冷冻油中出现沉淀物，沉淀物经过滤分离，确认为细盐状颗粒，因此判断故障一中颗粒来源是绑扎绳。采用MOLC0071A绑扎绳，试验后无沉淀，试验结果见表4。采用改进后的MOLC0071A绑扎绳，进行1000h压缩机加速寿命试验，共试验35台，均未出现故障一细盐状颗粒，验证改进方案有效。

3故障二分析及预防

目前家用空调器压缩机电机中广泛使用的PET绝缘薄膜保持机械强度的长期使用温度极限为130℃。出现绝缘薄膜脆化的3台压缩机在1000h加速寿命试验过程中平均排气温度为115℃，最高排气温度高达119．4℃。在此试验工况下，排气温度与绕组温度相差约15℃（见表5），即绝缘薄膜在试验过程中实际工作温度达到135℃，超出了PET绝缘薄膜的极限工作温度，因此出现脆化。笔者测试7种型号空调器，最大制冷工况下的最高排气温度均在110℃以下（见表6）。因此，绝缘薄膜实际工作温度不会超出PET材料的极限工作温度，目前PET绝缘薄膜可满足空调器可靠性要求。为保证绝缘薄膜不出现脆化，需要控制空调器最大制冷工况下的排气温度不超过115℃，如出现排气温度过高，则需要通过调整系统配置或采取对压缩机强制冷却的方式保证PET绝缘薄膜的可靠性或采用耐温等级更高的绝缘薄膜材料。进行压缩机加速寿命试验时，采取强制冷却的方式控制排气温度不超过115℃。

4结论

结合R32压缩机高排气压力和高排气温度的特点以及PET材料的高温降解特性，分析了可靠性试验时PET材料出现的细盐状颗粒析出及绝缘薄膜脆化2种故障，得出以下结论：1）细盐状颗粒的主要来源是绑扎绳。通过更换绑扎绳材料，解决此故障。2）绝缘薄膜脆化的原因是实际工作温度超过材料极限工作温度。保证绝缘薄膜不出现脆化的方法是空调器最大制冷工况下排气温度必须控制在115℃以下。如超出此温度，压缩机电机需要采用耐温等级更高的绝缘薄膜材料。

参考文献

［1］李家颂，王晓亮．冰箱压缩机内部产生白色颗粒的分析与研究［J］．制冷与空调（四川），2007（1）：15－19．

作者：廖熠 单位：珠海凌达压缩机有限公司