Трубопроводы системы кондиционирования воздуха соединяют четыре основных компонента системы — компрессор, конденсатор, испаритель и расширительный клапан — образуя замкнутую систему, в которой хладагент хранится или циркулирует. Когда система кондиционирования работает, хладагент непрерывно циркулирует, обмениваясь теплом с внешней средой для обеспечения функции охлаждения. Чтобы обеспечить плавную и эффективную передачу тепла хладагентом, прокладка трубопроводов должна быть хорошо спроектирована, обеспечивая удобство сборки и разборки, а также простоту изготовления и экономическую эффективность.

Алюминиевые трубки, резиновые шланги и трубные фитинги

Эти три компонента соединяются вместе для соединения различных частей системы кондиционирования воздуха. Алюминиевые трубы и резиновые шланги соединяются методом обжима; однако размеры обжима могут немного отличаться у разных моделей труб и изделий разных производителей. Вибрации двигателя могут привести к повреждению трубопроводов; использование гибких шлангов в трубопроводах, соединяющих всасывающий и нагнетательный порты компрессора, помогает поглощать эти вибрации, улучшать герметичность системы и продлевать срок службы трубопроводов. Кроме того, некоторые участки трубопроводов, такие как линия конденсатор–испаритель, могут полностью изготавливаться из алюминиевых трубок. Это в основном связано с минимальным относительным перемещением между конденсатором и испарителем.

Если конструкция предусматривает небольшой зазор между трубопроводами и окружающими компонентами или если они уже находятся в тесном контакте, может рассматриваться использование износостойких защитных оболочек, таких как термоусадочная трубка, гофрированная трубка или пеноматериал. Если зазор между трубопроводами кондиционирования воздуха и выпускным коллектором двигателя мал, необходимо принять меры по теплоизоляции, например обернуть шланг алюминиевой фольгированной теплоизоляционной оболочкой.

Трубные фитинги и O-кольца

Трубные фитинги используются для соединения трубопроводов кондиционирования воздуха и различных компонентов системы. В настоящее время обычно применяются: хомутовые фитинги, резьбовые фитинги и фитинги быстрого соединения.

Функция O-кольца заключается в герметизации соединения трубы. В настоящее время для O-колец используется материал HNBR.

Трубный хомут

Назначение трубных хомутов — закреплять трубопроводы кондиционирования воздуха на кузове автомобиля, предотвращая относительное перемещение между ними, тем самым избегая контакта вибрирующих трубопроводов с окружающими компонентами, а также предотвращая утечки хладагента в местах соединений.

Помимо металлических трубных хомутов, для крепления трубопроводов кондиционирования воздуха также могут использоваться пластиковые трубные хомуты. В настоящее время ассортимент пластиковых трубных хомутов, применяемых в системе кондиционирования воздуха платформы S, ограничен; однако в будущем можно рассмотреть разработку пластиковых трубных хомутов с учетом таких факторов, как новые проекты и снижение затрат.

При использовании трубных хомутов внутри хомутов также должны устанавливаться резиновые прокладки для гашения вибраций и предотвращения шума, вызванного прямым контактом алюминиевой трубы с хомутом.

Порт заправки низкого давления

Их функция заключается в заправке и восстановлении хладагента, а также в проверке давления в системе. Порт заправки высокого давления обычно устанавливается на линии конденсатор–испаритель, хотя некоторые устанавливаются на линии компрессор–конденсатор. Порт заправки низкого давления устанавливается на линии испаритель–компрессор. Внешний вид портов заправки показан на рисунке. Кроме того, порты заправки должны быть оснащены пылезащитными колпачками. Обычно они имеют зелёный цвет (хотя сейчас существует требование изменить его на синий) и изготовлены из PP.

Реле/датчики давления

Реле/датчик давления — это компонент контроля давления, который в режиме реального времени отслеживает внутреннее давление системы, защищая систему кондиционирования воздуха путём отключения компрессора в случае аномального давления и тем самым обеспечивая безопасность системы. Также он используется для управления скоростью вентилятора охлаждения. Реле/датчик давления показан на рисунке.

Глушитель

Если конструктивные недостатки системы кондиционирования воздуха вызывают шум в трубопроводах, в месте возникновения шума могут устанавливаться глушители для его устранения. Глушители обычно устанавливаются на трубопроводах низкого давления, как правило, рядом со всасывающим входом компрессора. Точное место установки должно определяться посредством испытаний. Предпочтительно предотвращать возникновение шума изначально путём оптимизации системы.

Газожидкостный сепаратор

Когда система кондиционирования воздуха неправильно рассчитана, что приводит к наличию жидкого хладагента в трубопроводе низкого давления, это может вызвать гидравлический удар в компрессоре; использование газожидкостного сепаратора может защитить компрессор от повреждений. Он устанавливается на линии испаритель–компрессор. Этот компонент сейчас редко встречается в современных автомобилях, поскольку проблемы можно избежать при правильном расчёте системы.

В случае трубопроводов с приваренными хомутами хомут приваривается к трубе после того, как труба была согнута. Головка хомута обрабатывается механически, что обеспечивает относительно точный контроль размеров. В отличие от этого, для трубопроводов с обжатыми хомутами хомут (не имеющий головной конструкции) сначала надевается на трубу, а затем труба обжимается для надёжного закрепления в хомуте. Крутящий момент, приложенный к этому хомуту, должен соответствовать установленным требованиям. (В настоящее время требование по моменту затяжки хомутов для труб ￠12 и ￠16 составляет 11 Н·м, а для труб ￠10 — 6 Н·м.) Затем концы труб формируются с помощью станка для формовки концов труб, станка для нарезки канавок или аналогичного оборудования. Завершающим этапом является процесс гибки труб.

Поскольку при изготовлении трубопроводы подвергаются ограничениям со стороны пресс-форм и оборудования, при подготовке данных по трубопроводам следует учитывать следующие моменты.

① Радиусы гибки алюминиевых труб составляют R15/20 (￠10), R20 (￠12) и R25 (￠16). Обычно они равны 1,5 внешнего диаметра трубы.

② Длина самого короткого прямого участка осевой линии трубопровода должна быть более 20 мм. Эта длина в основном ограничивается двумя факторами:

1) Ограничения по толщине матриц для гибки труб.

2) Если труба слишком короткая, она может соприкоснуться с трубогибочным станком во время гибки, что приведёт к повреждению или деформации.

③ Минимальное расстояние L между точкой резки и обжатой трубой вдоль осевой линии алюминиевой трубки должно быть более 16 мм; в направлении обжатой трубы не должно быть других компонентов, которые могут мешать процессу обжима.

④ Длина самого короткого прямого участка на конце развальцованного конца составляет 20 мм. Это значение немного изменяется в зависимости от диаметра трубы. Указанные выше значения также должны определяться с учётом маршрута прокладки трубопровода.

Диаграмма, показывающая взаимосвязь между параметрами гибки труб, приведена ниже:

Реле давления классифицируются как трёхпозиционные или двухпозиционные; ниже рассматривается принцип работы трёхпозиционного реле давления.

1) Когда давление хладагента составляет ≤ 0,12 ± 0,02 МПа, поскольку упругая сила диафрагмы, тарельчатой пружины и верхней пружины превышает давление хладагента, контакты высокого и низкого давления размыкаются (OFF), что приводит к остановке компрессора и обеспечивает защиту по низкому давлению.

2) Когда давление хладагента достигает 0,24 МПа или выше — давления, превышающего усилие пружины переключателя, — пружина деформируется, вызывая замыкание контактов высокого и низкого давления (ON), и компрессор работает нормально.

3) Когда давление хладагента достигает 3,2 МПа или выше, оно превышает упругую силу диафрагмы и тарельчатой пружины; тарельчатая пружина меняет направление, размыкая контакты высокого и низкого давления, что приводит к остановке компрессора и обеспечивает защиту по высокому давлению.

4) Переключатель среднего давления. Когда давление хладагента превышает 1,6 МПа, давление преодолевает усилие пружины диафрагмы, в результате чего диафрагма перемещается в обратное положение и толкает шток вверх, тем самым замыкая контакт переключения скорости вентилятора конденсатора (или вентилятора радиатора). Затем вентилятор работает на высокой скорости, обеспечивая защиту по среднему давлению. Когда давление снижается до 1,25 МПа, диафрагма возвращается в исходное положение, шток перемещается вниз, контакты размыкаются, и вентилятор конденсатора работает на низкой скорости.

Компоновка трубопроводов системы кондиционирования воздуха

Трубопроводы системы кондиционирования воздуха служат для транспортировки хладагента внутри системы кондиционирования; поэтому правильно спроектированная компоновка трубопроводов системы кондиционирования должна учитывать следующие требования:

① Трубопроводы обладают высокой надёжностью, обеспечивая отсутствие утечек хладагента.

② Не влияет на эффективность охлаждения системы кондиционирования — повышение температуры хладагента, падение давления и скорость возврата масла в компрессор должны находиться в допустимых пределах.

③ Соответствует требованиям NVH, не создавая дополнительных вибраций или шума.

④ Соответствует требованиям окончательной сборки и послепродажного обслуживания.

⑤ Оптимизация затрат.

⑥ Общий внешний вид должен быть максимально эстетичным.

Ниже мы подробно рассмотрим каждую из этих особенностей с точки зрения компоновки трубопроводов.

Надёжность трубопроводов

На основе режимов отказов, выявленных в трубопроводах предыдущих моделей, были в целом определены несколько основных причин повреждения трубопроводов:

① Алюминиевые трубки или резиновые шланги изнашиваются из-за контакта с окружающими компонентами

② Алюминиевые трубки или резиновые шланги разрушаются в результате вибраций двигателя

③ Повреждения, вызванные чрезмерным нагревом в месте соединения шланга

1) Чтобы предотвратить износ трубопроводов из-за окружающих компонентов, при прокладке трубопроводов следует предусмотреть достаточный зазор. Поскольку автомобиль является движущейся машиной во время эксплуатации, этот зазор должен учитывать как статические, так и динамические расстояния. Статический зазор — это расстояние между двумя объектами с минимальной вибрацией (так как практически все компоненты вибрируют во время движения автомобиля), например между фарами и трубопроводами конденсатора–испарителя или между кузовом и трубопроводами конденсатора–испарителя; рекомендуется поддерживать этот зазор на уровне 15 мм или более. Если зазор слишком мал или отсутствует и избежать такой прокладки невозможно, близко расположенные трубы следует обернуть пеноматериалом, термоусадочной трубкой или гофрированной трубкой.

Поскольку работающий двигатель вибрирует, для двух труб, соединённых с компрессором, необходимо учитывать динамические зазоры. Например, зазор между впускным и выпускным шлангами компрессора и вентилятором и приводным ремнём. Если зазор слишком мал, вибрация двигателя в направлении движения автомобиля может привести к контакту шлангов системы кондиционирования с другими компонентами; поэтому требования к динамическому зазору являются более строгими, чем требования к статическому зазору, и обычно составляют 20 мм или более. Поскольку двигатель в основном вибрирует в продольном направлении относительно автомобиля, шланги, соединённые с компрессором, в идеале следует прокладывать перпендикулярно плоскости XZ.

При прокладке трубопроводов следует держать их как можно дальше от высокотемпературных компонентов (выпускных труб) в переднем отсеке, поддерживая расстояние не менее 100 мм. Если выполнение этого требования действительно невозможно, минимальное расстояние должно быть более 40 мм, а поверхность должна быть обёрнута теплоизоляционной алюминиевой фольгой.

Вибрации и шум трубопроводов

Вибрации в трубопроводах системы кондиционирования воздуха в основном вызываются следующими факторами:

Методы крепления трубопроводов и связанных с ними компонентов;

Выбор типов шлангов для трубопроводов;

Шум, возникающий из-за компоновки трубопроводов.

Эти три характеристики будут рассмотрены по очереди ниже:

Опоры трубопроводов должны оснащаться резиновыми прокладками для предотвращения жёстких соединений. Если используются пластиковые хомуты для труб, также рекомендуется применять прокладки.

Для трубопроводов низкого давления можно выбирать полностью резиновые шланги; благодаря относительной гибкости они могут эффективно поглощать вибрации и снижать шум в трубопроводах.

Чтобы минимизировать шум, создаваемый трубопроводами системы кондиционирования, трубопроводы следует прокладывать как можно короче и прямее; это также уменьшает необходимое количество хладагента.

Кроме того, на трубопровод можно установить глушитель; он будет сглаживать и поглощать импульсы давления, возникающие внутри системы. Расположение глушителя имеет решающее значение и требует нескольких испытаний для определения правильного места установки. Глушитель следует устанавливать как можно ближе к стороне компрессора, при этом с обеих сторон глушителя должно быть не менее 25 мм прямого участка трубопровода.