G1-06 · 总成级产品专题 / 电动压缩机
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一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 能说明 CO₂ 跨临界循环对压缩机高压/高压差承载的结构要求
- 能对比 CO₂ 低压比大压差 vs 亚临界系统对轴承/密封/内容积比的影响
- 能列出 R290 可燃工质压缩机的防爆/无火花与充注限制设计
- 能选择两类工质匹配的冷冻油与相容材料
- 能把工质安全分类与法规约束落到压缩机与整车布置
内容大纲
- CO₂ 跨临界循环基础
- 高压侧超临界、无冷凝，走 gas cooler 变温放热
- 压力量级十兆帕以上、而压比不大
- 大压差、小排量（吸气密度高）
- 跨临界在 log p-h 图上的走法（关联 A1-04 / H7-04）
- CO₂ 压缩机结构
- 高强度壳体：三级压力（工作/设计/爆破）+ 安全系数 + 压力循环疲劳裕度是**全工质压缩机壳体的通用要求**（通法口径见 G8-03、J5-01，试验规范见 L1-03）；CO₂ 的特殊不在于要不要做，而在于基准压力抬到十兆帕量级后壁厚、材料强度、加强筋拓扑与焊缝应力集中集体跨档，且模式切换与环温波动使压力循环幅值远大于亚临界，不能沿用亚临界的裕度经验
- 轴承/止推承受大轴向力、背压平衡（背压腔作用面积、背压比取值、净轴向力与止推面 PV 的通用算法见 G1-09，本课只讲 CO₂ 大压差把这些量推到什么量级、以及由此带来的止推形式与材料选择的重做点）
- 密封与内泄漏在高压差下更敏感
- 内容积比与效率的重新匹配
- R290 可燃工质特性
- A3 高可燃、低 GWP、与矿物/POE 油互溶
- 充注限值与二次回路（把可燃充注挡在舱外）
- 泄漏—点燃风险与通风
- 体积制冷量与排量匹配
- R290 压缩机安全设计
- 无火花：电机端子密封、防静电、爆炸性环境考量
- 限制充注量、检漏与安全响应（关联 K5-03）
- 电气部件的点火源消除
- 与整车防爆布置协同
- 选材、油与法规落地
- 冷冻油/密封材料与工质相容
- 工质安全分类（ISO 817 / ASHRAE 34：A1/A2L/A3）
- GWP/ODP 与替代路线（承接 H7-06）
- 安全法规合规（关联 M4-03）
- 工质-油相容性的硬件后果：CO₂ 跨临界（油与超临界 CO₂ 互溶性差、gas cooler 无两相段带油）与 R290（与矿物/POE 高互溶、对油稀释更强）恰是排气侧油分离器 OS 从可选变常见的两类工质；OS 的分离机理选型、效率-压降取舍与回油通道定径见 G10-01，本课只到为什么这两条路线会走到这一步
关键公式
跨临界：p_高 > p_临界(CO₂)，无饱和冷凝
CO₂ 高压侧超临界，在 gas cooler 中变温放热，非等温冷凝
压比 = p_dis/p_suc（CO₂ 偏小）；Δp = p_dis − p_suc（CO₂ 很大）
CO₂ 压比小但压差大，主导压缩机结构强度与轴向力设计
q_v = ρ_suc · Δh_e（CO₂ 体积制冷量大）
CO₂ 吸气密度高、体积制冷量大→排量可做小，但要扛高压
m_充注 ≤ 可燃工质充注限值
R290 受安全分类下的充注上限约束，常配二次回路把充注留在舱外
关键概念
CO₂ R744跨临界循环gas cooler高压差R290 丙烷A3 可燃安全分类 A2L/A3充注限值二次回路无火花设计体积制冷量油-工质相容
推荐工具与标准
CoolProp / REFPROP（CO₂/R290 物性与跨临界循环） GT-SUITE / Amesim（跨临界系统与压缩机建模） 高压耐压/爆破台、检漏与可燃气体监测 本站冷媒工况计算器（工质对比模式）
ISO 817 / ASHRAE 34（制冷剂安全分类 A1/A2L/A3） SAE J639（车用空调安全，含可燃工质要求） 可燃工质/高压/热失控安全法规（关联 M4-03） 工质环保法规（GWP/ODP）与替代路线相关标准
工程案例
对同一某纯电平台比两条低 GWP 路线：CO₂ 跨临界热泵（见 N3-01）的压缩机要按十兆帕量级大压差重做壳体强度、止推与密封；R290（见 N3-02）的压缩机要做无火花/端子密封并配二次回路把可燃充注挡在舱外。据此对比两方案对压缩机与布置的连锁影响。
动手做
交付物 · 给某纯电平台一个低 GWP 升级需求：① 分别为 CO₂ 与 R290 路线列压缩机结构/密封/油的关键约束；② 估两者压比、压差与体积制冷量的量级差异对排量与强度的影响；③ 给 R290 写一份点火源消除+充注限制检查表。交付两路线设计要点对照表。
常见误区
- 拿 R1234yf 亚临界机的壳体/轴承强度硬套 CO₂ 跨临界，压差扛不住
- 把 CO₂ 压比小误读为“轻松”，忽视大压差对止推轴承与密封的严苛
- R290 只换工质不做无火花/端子密封与充注限制，埋点燃隐患
- 忽视工质-油-密封相容，选错冷冻油导致互溶失配/析出/膨胀失效
- 把可燃工质大量充进座舱侧回路，违背二次回路把充注挡在舱外的原则
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