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压缩机常见故障分析
发布人:澜雪制冷  时间:2012/11/30 8:50:59   浏览:2314次
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 1.引言

       液态制冷剂和/或润滑油随气体吸入压缩机气缸时损坏吸气阀片的现象,以及进入气缸后没有在排气过程迅速排出,在活塞接近上止点时被压缩而产生的瞬间高液压的现象通常被称为液击。液击可以在很短时间内造成压缩受力件(如阀片、活塞、连杆、曲轴、活塞销等)的损坏,是往复式压缩机的致命杀手。减少或避免液体进入气缸就可以防止液击的发生,因此液击是完全可以避免的。
      
通常,液击现象可分为两个部分或过程。首先,当较多液态制冷剂、润滑油或者两者的混合物随吸气以较高速度进入压缩机气缸时,由于液体的冲击和不可压缩,会引起吸气阀片过度弯曲或断裂;其次,气缸中未及时蒸发和排出的液体受到活塞压缩时,瞬间内出现的巨大压力并造成受力件的变形和损坏。这些受力件包括吸排气阀片、阀板、阀板垫、活塞(顶部)、活塞销、连杆、曲轴、轴瓦等。
 2
.过程与现象
 (1)
吸气阀片断裂
     
压缩机是压缩气体的机器。通常,活塞每分钟压缩气体1450次(半封压缩机)或2900次(全封压缩机),即完成一次吸气或排气过程的时间为0.02秒甚至更短。阀板上的吸排气孔径的大小以及吸排气阀片的弹性与强度均是按照气体流动而设计的。从阀片受力角度讲,气体流动时产生的冲击力是比较均匀的。
 
液体的密度是气体的数十甚至数百倍,因而液体流动时的动量比气体大得多的,产生的冲击力也大得多。吸气中夹杂较多液滴进入气缸时的流动属于两相流。两相流在吸气阀片上产生的冲击不仅强度大而且频率高,就好像台风夹杂着鹅卵石敲打在玻璃窗上,其破坏性是不言而喻的。吸气阀片断裂是液击的典型特征和过程之一。
 (2)
连杆断裂
      
压缩行程的时间约0.02秒,而排气过程会更短暂。气缸中的液滴或液体必须在如此短的时间内从排气孔排出,速度和动量是很大的。排气阀片的情况与吸气阀片相同,不同之处在于排气阀片有限位板和弹簧片支撑,不容易折断。冲击严重时,限位板也会变形翘起。
      
如果液体没有及时蒸发和排出气缸,活塞接近上止点时会压缩液体,由于时间很短,这一压缩液体的过程好像是撞击,缸盖中也会传出金属敲击声。压缩液体是液击现象的另一部分或过程。
      
液击瞬间产生的高压具有很大的破环性,初人们熟悉的连杆弯曲甚至断裂外,其他压缩受力件(阀板、阀板垫、曲轴、活塞、活塞销等)也会有变形或损坏,但往往被忽视,或者与排汽压力过高混为一谈。检修压缩机时,人们会很容易发现弯曲或断裂的连杆,并给予替换,而忘记检查其他零件是否有变形或损坏,从而为以后的故障埋下祸根。
      
液击造成的连杆断裂不同于抱轴和活塞咬缸,是可以分辨出来的。首先,液击造成连杆弯曲或断裂是在短时间内发生的,连杆两端的活塞和曲轴运动自如,一般不会有严重磨损引起的抱轴或咬缸。尽管吸气阀片折断后,阀片碎屑偶尔也会引起活塞和气缸面严重划伤,但表面划伤与润滑失效引起磨损很不同。其次,液击引起的连杆断裂是由压力造成的,连杆和断茬有挤压特征。尽管活塞咬缸后的连杆断裂也有挤压可能,但前提是活塞必须卡死在气缸。抱轴后的连杆折断就更不同了,连杆大头和曲轴有严重磨损,造成折断的力属于剪切力,断茬也不一样。最后,抱轴和咬缸前,电机会超负荷运转,电机发热严重,热保护器会动作。
 3.
原因分析
      
显然,能引起压缩机液击的液体不外乎如下几种来源:1)回液,即从蒸发器中流回压缩机的液态制冷剂或润滑油;2)带液启动时的泡沫; 3)压缩机内的润滑油太多。本文将对这几种原因逐一分析。
 (1)
回液
      
通常,回液是指压缩机运行时蒸发器中的液态制冷剂通过吸气管路回到压缩机的现象或过程。
       
对于使用膨胀阀的制冷系统,回液与膨胀阀选型和使用不当密切相关。膨胀阀选型过大、过热度设定太小、感温包安装方法不正确或绝热包扎破损、膨胀阀失灵都可能造成回液。对于使用毛细管的小制冷系统而言,加液量过大会引起回液。
      
利用热气融霜的系统容易发生回液。无论采用四通阀进行热泵运行,还是采用热气旁通阀时的制冷运行,热气融霜后会在蒸发器内形成大量液体,这些液体在随后的制冷运行开始时既有可能回到压缩机。
      
此外,蒸发器结霜严重或风扇故障时传热变差,未蒸发的液体会引起回液。冷库温度频繁波动也会引起膨胀阀反应失灵而引起回液。
 
回液引起的液击事故大多发生在空气冷却型(简称风冷或空冷)半封闭压缩机和单机双级压缩机中,因为这些压缩机的气缸与回气管是直接相通的,一旦回液,就很容易引发液击事故。即使没有引起液击,回液进入汽缸将稀释或冲刷掉活塞及汽缸壁上的润滑油,加剧活塞磨损。
      
对于回气(制冷剂蒸汽)冷却型半封闭和全封闭压缩机,回液很少引起液击。但会稀释曲轴箱内的润滑油。含有大量液态制冷剂的润滑油粘度低,在摩擦面不能形成足够的油膜,导致运动件的快速磨损。另外,润滑油中的制冷剂在输送过程中遇热会沸腾,影响润滑油的正常输送。而距离油泵越远,问题就越明显越严重。如果电机端的轴承发生严重的磨损,曲轴可能向一侧沉降,容易导致定子扫堂及电机烧毁。
      
显然,回液不仅会引起液击,还会稀释润滑油造成磨损。磨损时电机的负荷和电流会大大增加,久而久之将引起电机故障。
 
对于回液较难避免的制冷系统,安装气液分离器和采用抽空停机控制可以有效阻止或降低回液的危害。
 
2)带液启动
       
回气冷却型压缩机在启动时,曲轴箱内的润滑油剧烈起泡的现象叫带液启动。带液启动时的起泡现象可以在油视镜上清楚地观察到。带液启动的根本原因是润滑油中溶解的以及沉在润滑油下面了大量的制冷剂,在压力突然降低时突然沸腾,并引起润滑油的起泡现象。这种现象很像日常生活中人们突然打开可乐瓶时的可乐起泡现象。起泡持续的时间长短与制冷剂的量有关,通常为几分钟或十几分钟。大量泡沫漂浮在油面上,甚至充满了曲轴箱。一旦通过进气道吸入气缸,泡沫会还原成液体(润滑油与制冷剂的混合物),很容易引起液击。显然,带液启动引起的液击只发生在启动过程。
    
与回液不同,引起带液启动的制冷剂是以制冷剂迁移的方式进入曲轴箱的。制冷剂迁移是指压缩机停止运行时,蒸发器中的制冷剂以气体形式,通过回气管路进入压缩机并被润滑油吸收,或在压缩机内冷凝后与润滑油混合的过程或现象。
      
压缩机停机后,温度会降低,而压力会升高。由于润滑油中的制冷剂蒸汽分压低,就会吸收油面上的制冷剂蒸气,造成曲轴箱气压低于蒸发器气压的现象。油温愈低,蒸汽压力越低,对制冷剂蒸汽的的吸收力就愈大。蒸发器中的蒸汽就会慢慢向曲轴箱迁移。此外,如果压缩机在室外,天气寒冷时或在夜晚,其温度往往比室内的蒸发器低,曲轴箱内的压力也就低,制冷剂迁移到压缩机后也容易被冷凝而进入润滑油。
      
制冷剂迁移是一个很缓慢的过程。压缩机停机时间越长,迁移到润滑油中的制冷剂就会越多。只要蒸发器中存在液态制冷剂,这一过程就会进行。由于溶解了制冷剂的润滑油较重,它会沉在曲轴箱的底部,而浮在上面的润滑油还可以吸收更多的制冷剂。
      
除容易引起液击外,制冷剂迁移还会稀释润滑油。很稀的润滑油被油泵送到各摩擦面后,可能冲涮掉原有油膜,引起严重磨损(这种现象常称为制冷剂冲刷)。过渡磨损会使配合间隙变大,引起漏油,从而影响较远部位的润滑,严重时会引起油压保护器动作。
      
由于结构原因,空冷压缩机启动时曲轴箱压力的降低会缓慢得多,起泡现象不很剧烈,泡沫也很难进入气缸,因此空冷压缩机不存在带液启动液击问题。
      
理论上讲,压缩机安装曲轴箱加热器(电热器)可以有效防止制冷剂迁移。短时间停机(比如在夜间)后,维持曲轴箱加热器通电,可以使润滑油温度略高于系统其它部位,制冷剂迁移不会发生。长时间停机不用(比如一个冬天)后,开机前先加热润滑油几个或十几个小时,可以蒸发掉润滑油中的大部分制冷剂,既可以大大减小带液启动时液击的可能性,也可以降低制冷剂冲刷造成的危害。但实际应用中,停机后维持加热器供电或者开机前十几小时先给加热器供电,是有难度的。因此,曲轴箱加热器的实际效果会大打折扣。
      
对于较大系统,停机前让压缩机抽干蒸发器中液态制冷剂(称为抽空停机),可以从根本上避免制冷剂迁移。而回气管路上安装气液分离器,可以增加制冷剂迁移的阻力,降低迁移量。
      
当然,通过改进压缩机结构,可以阻止制冷剂迁移,并减缓润滑油起泡程度。通过改进回气冷却型压缩机内的回油路径,在电机腔与曲轴箱迁移的通道上增加关卡(回油泵等),停机后即可切断通路,制冷剂无法进入曲轴腔;减小进气道与曲轴箱的通道截面可以减缓开机时曲轴箱压力下降速度,进而控制起泡的程度和泡沫进入气缸的量。
 (3)
润滑油太多
      
半封闭压缩机通常都有油视镜,以便观察油位高低。油位高于油视镜范围,说明油太多了。油位太高,高速旋转的曲轴和连杆大头就可能频繁撞击油面,引起润滑油大量飞溅。飞溅的润滑油一旦窜入进气道,带入气缸,就可能引起液击。
      
大型制冷系统安装调试时,往往需要适当补充润滑油。但对于回油不好的系统,要认真寻找影响回油的根源,一味地补充润滑油是危险的。即使暂时油位不高,也要注意润滑油突然大量返回时(比如化霜后)可能造成的危险。润滑油引起的液击并不罕见。
 4
.结束语
      
液击是压缩机常见故障。发生液击,表明系统或维护中一定存在问题,需要加以纠正。认真观察分析系统的设计、施工和维护,不难找到引起液击的根源。不从根源上防止液击,而简单地将故障压缩机维修或更换一台新压缩机,只能使液击再次发生。

 

 

制冷系统中常见故障及原因分析

     压缩机吸气温度是指从压缩机吸气截止阀前面的温度计读出的制冷剂温度。为了保证压缩机的安全运转,防止产生液击现象,要求吸气温度比蒸发温度高一点,即应具有一定的过热度。过热度的大小可通过调节膨胀阀开启度来实现。
 
    应避免吸气温度过高或过低。吸气温度过高,即过热度过大,将导致压缩机排气温度升高。吸气温度过低,则说明制冷剂在蒸发器中蒸发不完全,既降低了蒸发器换热效率,湿蒸汽的吸又会形成压缩机液击。吸气温度正常情况下应比蒸发温度高510.
 
1吸气温度过高:
      
正常情况下压缩机缸盖应是半边凉、半边热。若吸气温度过高则缸盖全部发热。如果吸气温度高于正常值,排气温度也会相应升高。
 
吸气温度过高的原因主要有:
     (1)
系统中制冷剂充注量不足,即使膨胀阀开到最大,供液量也不会有什么变化,这样制冷剂蒸汽在蒸发器中过热使吸气温度升高。
     (2)
膨胀阀开启度过小,造成系统制冷剂的循环量不足,进人蒸发器的制冷剂量少,过热度大,从而吸气温度高。
     (3)
膨胀阀口滤网堵塞,蒸发器内的供液量不足,制冷剂液体量减少,蒸发器内有一部分被过热蒸汽所占据,因此吸气温度升高。
     (4)
其他原因引起吸气温度过高,如回气管道隔热不好或管道过长,都可引起吸气温度过高。
2吸气温度过低
      
理论上压缩机吸人蒸汽为饱和状态时其运行效果最好。为了保证压缩机安全运行,防止湿行程,必须有一定的过热度。若压缩机吸气温度过低,易产生湿行程且使润滑条件恶化.所以应尽量避免这一现象。压缩机吸气温度过低的原因有:
    (1)
制冷剂充注量太多,占据了冷凝器内部分容积而使冷凝压力增高,进入蒸发器的液体随之增多。蒸发器中液体不能完全气化,使压缩机吸人的气体中带有液体微滴。这样,回气管道的温度下降,但蒸发温度因压力未下降而未变化,过热度减小。即使关小膨胀阀也无显著改善。
    (2)
膨胀阀开启度过大。由于感温元件绑扎过松、与回气管接触面积小,或者

感温元件未用绝热材料包扎及其包扎位置错误等,致使感温元件所测温度不准确,接近环境温度,使膨胀阀动作的开启度增大,导致供液量过多。
 3排气温度不正常
      
压缩机排气温度可以从排气管路上的温度计读出。它与制冷剂的绝热指数、压缩比(冷凝压力/蒸发压力)及吸气温度有关。吸气温度越高,压缩比越大,排气温度就越高,反之亦然。
      
吸气压力不变,排气压力升高时,排气温度上升;如果排气压力不变,吸气压力下降时,排气温度也要升高。这两种情况都是因为压缩比增大引起的。冷凝温度和排气温度过高对压缩机的运行都是不利的,应该防止。排气温度过高会使润滑油变稀甚至炭化结焦,从而使压缩机润滑条件恶化。
      
排气温度的高低与压缩比(冷凝压力/蒸发压力)以及吸气温度成正比。如果吸气的过热温度高、压缩比大,则排气温度也就高。如果吸气压力和温度不变,当排气压力升高时,排气温度也升高。
      (i)
吸气温度较高,制冷剂蒸汽经压缩后排气温度也就较高。
      (2)
冷凝温度升高,冷凝压力也就高,造成排气温度升高。
      (3)
排气阀片被击碎,高压蒸汽反复被压缩而温度上升,气缸与气缸盖烫手,排气管上的温度计指示值也升高。
     
影响吸气温度升高的实际因素有:中间冷却效率低,或者中冷器内水垢过多影响换热,则后面级的吸气温度必然偏高,排气温度也会升高。气阀漏气,活塞环漏气,不仅影响到排气温度升高,而且也会使级间压力变化,只要压缩比高于正常值就会使排气温度升高。此外,水冷式机器,缺水或水量不足均会使排气温度升高。冷凝压力不正常以及排气压力降低。
4排气压力不正常
 4.1
排气压力较高
 
   造成排气温度升高的主要原因有:制冷系统内部不清洁,含有杂质,杂质腐蚀和磨损电机线圈,造成短路烧毁。
 
   1 进气滤清器的故障 :积垢堵塞,使排气量减少;吸气管太长,管径太小,致使吸气阻力增大影响了气量,要定期清洗滤清器。凝压力升高时,压缩机排气温度也升高。压缩机的压缩比增大,输气系数减小,从而使压缩机的制冷量降低。耗电量增加。排气压力一般是与冷凝温度的高低相对应的。正常情况下,压缩机的排气压力与冷凝压力很接近。

4.2排气温度过高
 
   排气温度过热的原因主要有以下几种:回气温度高、电机加热量大、压缩比高、冷凝压力高、制冷剂选择不当。如果排气温度过高,则增加了压缩机润滑油的消耗,使油变稀,影响润滑;当排气温度与压缩机油闪点接近时,还会使部分润滑油炭化并积聚在吸、排气阀口,影响阀门的密封性。
 
   降低冷却介质的温度可使得冷凝温度下降,冷凝压力也随之下降,但这要受到环境条件的限制,难以人为选择。增加冷却介质流量可降低一点冷凝温度(多采用这种方法)。但不能片面地提高冷却水或空气的流量,因为这将增大冷却水泵或风扇及电机的功率,应全面综合考虑。
     
排气压力偏高会使压缩功加大,输气系数降低,从而使制冷效率下降。
 
产生这种故障的主要原因:
    (1)
冷却水(或空气)流量小,温度高;
    (2)
系统内有空气,使冷凝压力升高;
    (3)
制冷剂充注量过多,液体占据了有效冷凝面积;
    (4)
冷凝器年久失修,传热面污垢严重,也能导致冷凝压力升高。水垢的存在对冷凝压力影响也较大。
 4.
3排气压力过低
排气压力过低,虽然其现象是表现在高压端,但原因多产生于低压端。其原因:
     (1)
膨胀阀冰堵或脏堵,以及过滤器堵塞等,必然使吸、排气压力都下降;
     (2)
制冷剂充注量不足;
     (3)
膨胀阀孔堵塞,供液量减少甚至停止,此时吸、排气压力均降低。
 
5排气盈不足

 排气量不足主要是与压缩机的设计气量相比而言:
     (1)进气过滤器积垢堵塞或压缩机吸气管太长,管径太小,致使吸气阻力增大,影响了吸气量从而使排气量减少。
 
    (2)压缩机转速降低使排气量降低。如果压缩机使用环境不当,因压缩机的排气量是按一定的海拔高度(该项主要是空气压缩机)、吸气温度、湿度以及供电情况设计的,当把它使用在超过上述标准的环境时,如空气压缩机使用在高原环境中会导致吸气压力降低等,排气量也会受到影响。


 
 
 

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