中央空調(diào)室內(nèi)機組電機售后長期運行可靠性的研究

作者 王澤寬 張成成 熊克勇 李國營 格力電器(合肥)有限公司(安徽 合肥 230000)

王澤寬(1987-)，男，助理工程師，研究方向：電機故障分析及可靠性。

摘要：電機作為空調(diào)機組的組成部分，在整個機組中實現(xiàn)著能量交換傳遞的核心功能。而中央空調(diào)機室內(nèi)機組因其工程安裝的特殊性，其售后運行的可靠性尤為重要。目前中央空調(diào)室內(nèi)機組使用的電機，其殼體結(jié)構(gòu)和軸承的設(shè)計選用對售后長期使用的可靠性存在重大影響。本文結(jié)合售后實際故障反饋和案例，概述了中央空調(diào)室內(nèi)機組電機長期運行后，出現(xiàn)的故障機理、失效案例和可靠性提升。

引言

　　作為空調(diào)器內(nèi)部的核心功能部件，電機出現(xiàn)故障將導(dǎo)致空調(diào)器整機功能失效。中央空調(diào)機組主要面向商業(yè)類工程，其售后長期使用的可靠性將直接導(dǎo)致機組是否會面臨較大范圍的維修，對使用者和生產(chǎn)者來講，將造成嚴(yán)重的影響。

　　通過對室內(nèi)機組售后長期運行后的失效模式進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，電機的殼體結(jié)構(gòu)及軸承的設(shè)計選用對售后長期使用的可靠性有著至關(guān)重要的影響。本文將對中央空調(diào)室內(nèi)機組電機、殼體結(jié)構(gòu)和軸承設(shè)計選用，在售后長期運行后出現(xiàn)的電機故障進行專項研究。

1 電機長期使用后的“可靠性”失效特征

　　長期使用后的“可靠性”失效特征有：潛伏期較長、噪音異響、卡死及批量。

1.1 潛伏期較長

　　售后工程上反饋的電機故障，多數(shù)出現(xiàn)在機器使用一年至三年左右，部分在三年以上。

1.2 噪音異響

　　中央空調(diào)室內(nèi)機組由于其安裝的特殊性，其安裝全部是在場地裝修之前，因此，殼體開孔結(jié)構(gòu)電機和普通防塵結(jié)構(gòu)軸承必然會受到裝修過程的粉塵、涂料和其他污染物的影響。一旦進入電機內(nèi)部，將導(dǎo)致電機出現(xiàn)損傷，繼而產(chǎn)生噪音異響故障。

1.3 卡死

　　一部分是在最初顯現(xiàn)噪音異響故障的基礎(chǔ)上進一步惡化而來;一部分是因為高濕環(huán)境和具有一定腐蝕性裝修化學(xué)材料影響導(dǎo)致。其主要現(xiàn)象為電機內(nèi)部生銹腐蝕、定轉(zhuǎn)子間“掃膛”、軸承磨損異響、卡滯故障。

1.4 批量

　　中央空調(diào)室內(nèi)機組一般屬于工程類安裝使用，因此，其可靠性的影響帶來的結(jié)果也必將是幾臺、幾十臺，甚至更多臺電機先后或同一時期故障。如果相關(guān)設(shè)計結(jié)構(gòu)上不做調(diào)整優(yōu)化，售后維修勢必將會反復(fù)。

2 結(jié)構(gòu)特征

　　中央空調(diào)室內(nèi)機組目前使用的電機主流結(jié)構(gòu)為開孔式殼體(圖1)，軸承主要為普通防塵蓋結(jié)構(gòu)的RZ軸承(圖2)。在工程機組安裝特殊性的情況下，上述結(jié)構(gòu)必然會對整機的售后運行的可靠性產(chǎn)生重大影響。

3 失效案例

　　以下舉例某工程室內(nèi)機組使用一段時間后，出現(xiàn)的批量性噪音異響投訴案例。

3.1 案例1

　　陜西某酒店工程安裝一批風(fēng)機盤管室內(nèi)機組，整機使用一年后出現(xiàn)批量噪音異響故障。經(jīng)過維修人員初步排查，發(fā)現(xiàn)全部故障電機均存在摩擦噪音(定轉(zhuǎn)子間摩擦噪音和軸承噪音)，現(xiàn)場體驗噪聲明顯。

　　經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該酒店的機器已使用一兩年，前后有約三十多臺內(nèi)機出現(xiàn)噪音。現(xiàn)場查看使用的全部為開孔式電機，電機內(nèi)部有大量粉塵類污染物(圖3)。

　　機組運行時，將外部粉塵等異物吸入電機內(nèi)部，由于污染物進入定轉(zhuǎn)子間，導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子摩擦異物產(chǎn)生噪音(圖4)。

　　同時由于電機使用的為普通防塵蓋RZ(非接觸式密封，配合間隙0.10～0.30mm)軸承，粉塵從防塵蓋間隙進入軸承內(nèi)部(圖5)，軸承油脂受到污染，破壞軸承正常潤滑，導(dǎo)致軸承異常磨損并產(chǎn)生軸承噪音。

3.2 案例2

　　山東某酒店工程安裝一批風(fēng)管機組，整機使用約兩年時間，發(fā)現(xiàn)十多臺室內(nèi)機組出現(xiàn)噪音異響故障。故障室內(nèi)機組電機同樣存在摩擦噪音(定轉(zhuǎn)子間摩擦噪音和軸承噪音)，且體驗噪聲明顯。

　　經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，故障機組集中在酒店廚房場所，查看機組使用電機全部為開孔式殼體，且電機內(nèi)部存在大量粉塵、油煙等污物(圖6)。

　　該酒店工程室內(nèi)機組噪音問題，與陜西某酒店故障現(xiàn)象基本一致，而電機損壞程度相比更甚(圖7)，因粉塵及油污的污染，導(dǎo)致軸承內(nèi)部油脂喪失潤滑作用，軸承內(nèi)外圈與滾珠發(fā)生異常磨損，引發(fā)故障。

3.3 案例3

　　湖南某室內(nèi)游泳館安裝一批室內(nèi)風(fēng)管機組，在使用約一年時間后，發(fā)現(xiàn)多臺機組出現(xiàn)噪音異響問題。

　　經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該游泳館屬于室內(nèi)場館，場館內(nèi)部空氣濕度大，對于整機的防潮性能有著較高的要求。對維修更換的電機分析發(fā)現(xiàn)，該電機為開孔式殼體結(jié)構(gòu)和普通RZ軸承，軸承表面存在明顯銹跡(圖8)，電機運行時存在明顯的軸承噪音。

4 可靠性提升

　　隨著中央空調(diào)行業(yè)的快速增長，各大品牌之間的競爭隨之加劇，歸根結(jié)底競爭的是產(chǎn)品質(zhì)量。

　　空調(diào)產(chǎn)品從以往的一年包修到三年包修，再到六年包修，直至現(xiàn)在行業(yè)里提出的十年包修。產(chǎn)品的質(zhì)量是唯一標(biāo)準(zhǔn)，而產(chǎn)品質(zhì)量的長期可靠性，才是十年包修的意義所在。

　　目前開孔式殼體和普通防塵式RZ軸承仍為空調(diào)器上的主流應(yīng)用，電機防護等級僅為IP20至IP24，遠(yuǎn)不能滿足售后安裝和使用環(huán)境的特殊需求。為解決售后長期使用的可靠性，必須提升其防護等級，以此來防止外部粉塵、濕氣和其他污染物進入電機和軸承內(nèi)部，使得電機能夠穩(wěn)定運行在一個良好的環(huán)境中。

4.1 殼體

　　開孔式殼體更改為封閉式殼體，條件允許可以采用塑封結(jié)構(gòu)。通過電機殼體結(jié)構(gòu)的更改，能夠提高電機的防護等級，防止外部污染物進入電機內(nèi)部，影響電機長期運行的可靠性。

4.2 軸承

　　普通防塵蓋式RZ軸承(非接觸式密封)更改為接觸式密封的RS軸承。通過電機軸承防護結(jié)構(gòu)的整改，不但能夠有效防止粉塵、高濕氣體和其他腐蝕性污染物進入軸承內(nèi)部，還能有效解決軸承油脂的揮發(fā)和流失。

5 結(jié)論

　　通過上述批量性的電機可靠性失效因素的分析研究，室內(nèi)機組電機售后長期的可靠運行，除去制造過程因素外，其電機的殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計和軸承的設(shè)計選型是重要影響因素。

　　目前各電機廠商生產(chǎn)的空調(diào)電機的結(jié)構(gòu)基本一致，并且仍是市場主流。但從中央空調(diào)售后安裝的特殊性和長期使用的可靠性來看，其殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計和軸承的設(shè)計選型，需要進行改進優(yōu)化，否則難以保證產(chǎn)品的長期可靠性。

　　筆者通過對實際工程反饋的質(zhì)量問題調(diào)查及分析，得出了關(guān)于中央空調(diào)室內(nèi)機組電機售后可靠運行的重要影響因素，因此建議各空調(diào)廠商要重點考慮到，影響售后長期可靠運行的電機殼體結(jié)構(gòu)及軸承的選型。

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　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第8期第46頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。