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          制冷設備壓縮機常見故障(液擊)分析

          更新:2019-08-21 14:14:39 星期三
          摘要:

          液擊是壓縮機常見故障。發生液擊,表明系統或維護中一定存在問題,需要加以糾正。認真觀察分析系統的設計、施工和維護,不難找到引起液擊的根源。不從根源上防止液擊,而簡單地將故障壓縮機維修或更換一臺新壓縮機,只能使液擊再次發生。

          壓縮機常見故障分析——液擊

          液態制冷劑與/或是潤滑油跟隨氣體吸入壓縮機氣缸時損壞吸氣閥片的現象,及進入氣缸之后沒有于排氣過程迅速排出,于活塞接近上止點時遭壓縮因而產生的瞬間高液壓的現象一般遭稱為液擊。液擊可以于非常短時間之內造成壓縮受力件(如閥片、活塞、連桿、曲軸、活塞銷等)的損壞,是前往復式壓縮機的致命殺手。減少或是避免液體進入氣缸便可以防止液擊的發生,所以液擊是完全可以避免的。

           

          一般,液擊現象可分為兩個部分或是過程。最先,如果比較多液態制冷劑、潤滑油或是兩者的混合物隨吸氣以此比較高速度進入壓縮機氣缸時,因為液體的沖擊與不可壓縮,會引起吸氣閥片過分彎曲或是斷裂;其次,氣缸之中未曾及時蒸發與排出的液體受到活塞壓縮時,瞬間之內出現的巨大壓力并且造成受力件的變形與損壞。這些受力件包括吸排氣閥片、閥板、閥板墊、活塞(頂部)、活塞銷、連桿、曲軸、軸瓦等。

           

          2.過程和現象

          (1)吸氣閥片斷裂

          壓縮機是壓縮氣體的機器。一般,活塞每分鐘壓縮氣體1450次(半封壓縮機)或是2900次(全封壓縮機),乃完成一次吸氣或是排氣過程的時間為0.02秒而且越來越短。閥板之上的吸排氣孔徑的大小及吸排氣閥片的彈性和強度皆是依照氣體流動因而設計的。自閥片受力角度講,氣體流動時產生的沖擊力是較皆勻的。

           

          液體的密度是氣體的數十而且數百倍,因此液體流動時的動量高于氣體大得多的,產生的沖擊力亦大得多。吸氣之中夾雜比較多液滴進入氣缸時的流動屬于兩相流。兩相流于吸氣閥片之上產生的沖擊不但強度大所以頻率高,便好像臺風夾雜著鵝卵石敲打于玻璃窗之上,其破壞性是不言而喻的。吸氣閥片斷裂是液擊的典型特征與過程之一。

           

          (2)連桿斷裂

          壓縮行程的時間大約0.02秒,因而排氣過程會越來越短暫。氣缸之中的液滴或是液體必需于如此短的時間之內自排氣孔排出,速度與動量是非常大的。排氣閥片的情況和吸氣閥片相同,不同之處在于排氣閥片有限位板與彈簧片支撐,絕不容易折斷。沖擊嚴重時,限位板亦會變形翹起。

           

          假如液體沒及時蒸發與排出氣缸,活塞接近上止點時會壓縮液體,因為時間非常短,這一壓縮液體的過程好像是撞擊,缸蓋之中亦會傳出金屬敲擊聲。壓縮液體是液擊現象的另一部分或是過程。液擊瞬間產生的高壓具有非常大的破環性,初人們熟悉的連桿彎曲而且斷裂之外,其他壓縮受力件(閥板、閥板墊、曲軸、活塞、活塞銷等)亦會有變形或是損壞,但是常常遭忽視,或是和排汽壓力這么高混為一談。檢修壓縮機時,人們會非常容易發現彎曲或是斷裂的連桿,并且給予替換,因而忘記檢查其他零件是否有變形或是損壞,進而作為之后的故障埋下禍根。

           

          液擊造成的連桿斷裂不同在抱軸與活塞咬缸,是可以分辨出來的。最先,液擊造成連桿彎曲或是斷裂是于短時間之內發生的,連桿兩端的活塞與曲軸運動自如,一般絕不會有嚴重磨損引起的抱軸或是咬缸。雖然吸氣閥片折斷之后,閥片碎屑有時亦會引起活塞與氣缸面嚴重劃傷,但是表面劃傷和潤滑失效引起磨損非常不同。次之,液擊引起的連桿斷裂是改由壓力造成的,連桿與斷茬有擠壓特征。雖然活塞咬缸之后的連桿斷裂亦有擠壓可能,但是前提是活塞必需卡死于氣缸。抱軸之后的連桿折斷便越來越不同了,連桿大頭與曲軸有嚴重磨損,造成折斷的力屬在剪切力,斷茬亦絕不一樣。最終,抱軸與咬缸后,電機會超負荷運轉,電機發熱嚴重,熱保護器會動作。

           

          3.原因分析 ?

          顯然,能引起壓縮機液擊的液體不外乎如下幾種來源:1)回液,即自蒸發器之中流回壓縮機的液態制冷劑或是潤滑油;2)帶液啟動時的泡沫;3)壓縮機之內的潤滑油甚多。本文把對于這幾種原因一一分析。

           

          (1)回液

          一般,回液是指壓縮機運行時蒸發器之中的液態制冷劑透過吸氣管路回到壓縮機的現象或是過程。

          對使用膨脹閥的制冷系統,回液和膨脹閥選型與使用不當密切相關。膨脹閥選型這么大、過熱度設定甚小、感溫包安裝方法絕不正確或是流體包扎破損、膨脹閥失靈均可能造成回液。對使用毛細管的小制冷系統而言,加液量過大會引起回液。

          利用熱氣融霜的系統容易發生回液。不論采用四通閥進行熱泵運行,仍然采用熱氣旁通閥時的制冷運行,熱氣融霜之后會于蒸發器之內形成大量液體,這些液體于之后的制冷運行開始時不僅有可能回到壓縮機。

          除此之外,蒸發器結霜嚴重或是風扇故障時傳熱變差,未曾蒸發的液體會引起回液。冷庫溫度頻繁波動亦會引起膨脹閥反應失靈因而引起回液。

          回液引起的液擊事故多半發生于空氣冷卻型(簡稱風冷或是空冷)半封閉壓縮機與單機雙級壓縮機之中,由于這些壓縮機的氣缸和回氣管是直接相通的,只要回液,便非常容易引發液擊事故。即便沒有引起液擊,回液進入汽缸把稀釋或是沖刷掉活塞以及汽缸壁之上的潤滑油,加劇活塞磨損。

          對回氣(制冷劑蒸汽)冷卻型半封閉與全臺封閉壓縮機,回液非常少引起液擊。但是會稀釋曲軸箱之內的潤滑油。含有大量液態制冷劑的潤滑油粘度低,于摩擦面絕不能形成足夠的油膜,導致運動件的快速磨損。此外,潤滑油之中的制冷劑于輸送過程之中遇熱會沸騰,影響潤滑油的正常輸送。因而相距油泵愈遠,問題便愈明顯愈嚴重。假如電機端的軸承發生嚴重的磨損,曲軸可能往側沉降,容易導致定子掃堂以及電機燒毀。

          顯然,回液不但會引起液擊,也會稀釋潤滑油造成磨損。磨損時電機的負荷與電流會大幅增加,久而久之把引起電機故障。

          對回液比較難避免的制冷系統,安裝氣液分離器與采用抽空停機控制可以有效阻止或是降低回液的危害。

           

          (2)帶液啟動

          回氣冷卻型壓縮機于啟動時,曲軸箱之內的潤滑油劇烈起泡的現象叫帶液啟動。帶液啟動時的起泡現象可以于油視鏡之上清楚地觀察到。帶液啟動的根本原因是潤滑油之中溶解的及沉在潤滑油上面了大量的制冷劑,于壓力突然降低時突然沸騰,并且引起潤滑油的起泡現象。這種現象非常像日常生活之中人們突然打開可樂瓶時的可樂起泡現象。起泡持續的時間長短和制冷劑的量有關,一般作為幾分鐘或是十幾分鐘。大量泡沫漂浮于油面之上,而且充滿了曲軸箱。只要透過進氣道吸入氣缸,泡沫會也原成液體(潤滑油和制冷劑的混合物),非常容易引起液擊。顯然,帶液啟動引起的液擊僅發生于啟動過程。

          和回液不同,引起帶液啟動的制冷劑是以此“制冷劑遷移”的方式進入曲軸箱的。制冷劑遷移是指壓縮機停止運行時,蒸發器之中的制冷劑以此氣體形式,透過回氣管路進入壓縮機并且遭潤滑油吸收,或是于壓縮機之內冷凝之后和潤滑油混合的過程或是現象。

          壓縮機停機之后,溫度會降低,因而壓力會升高。因為潤滑油之中的制冷劑蒸汽分壓低,便會吸收油面之上的制冷劑蒸氣,造成曲軸箱氣壓低于蒸發器氣壓的現象。油溫愈低,蒸汽壓力愈低,對于制冷劑蒸汽的的吸收力便愈來愈大。蒸發器之中的蒸汽便會漸漸往曲軸箱“遷移”。除此之外,假如壓縮機于室外,天氣寒冷時或是于夜晚,其溫度常常高于室內的蒸發器低,曲軸箱之內的壓力亦便低,制冷劑遷移到壓縮機之后亦容易遭冷凝因而進入潤滑油。

          制冷劑遷移是一個非常緩慢的過程。壓縮機停機時間越長,遷移到潤滑油之中的制冷劑便會愈多。如果蒸發器之中存在液態制冷劑,這一過程便會進行。因為溶解了制冷劑的潤滑油比較重,它會沉于曲軸箱的頂部,因而浮于下面的潤滑油也可以吸收越來越多的制冷劑。

          除了容易引起液擊之外,制冷劑遷移也會稀釋潤滑油。非常稀的潤滑油遭油泵送到各摩擦面之后,可能沖涮掉原有油膜,引起嚴重磨損(這種現象經常稱為制冷劑沖刷)。過渡磨損會使配合間隙變大,引起漏油,進而影響比較遠部位的潤滑,嚴重時會引起油壓保護器動作。

          因為結構原因,空冷壓縮機啟動時曲軸箱壓力的降低會緩慢得多,起泡現象絕不非常劇烈,泡沫亦非常難進入氣缸,所以空冷壓縮機絕不存在帶液啟動液擊問題。

          理論之上講,壓縮機安裝曲軸箱加熱器(電熱器)可以有效防止制冷劑遷移。短時間停機(比如于夜間)之后,維持曲軸箱加熱器通電,可以使潤滑油溫度稍高于系統其它部位,制冷劑遷移絕不會發生。長時間停機不必(比如一個冬天)之后,開機后先行加熱潤滑油幾個或是十幾個小時,可以蒸發掉潤滑油之中的大部分制冷劑,不僅可以大幅減小帶液啟動時液擊的可能性,亦可以降低制冷劑沖刷造成的危害。但是實際應用之中,停機之后維持加熱器供電或是開機后十幾小時先行予加熱器供電,是有難度的。所以,曲軸箱加熱器的實際效果會大打折扣。

          對比較大系統,停機后讓壓縮機抽干蒸發器之中液態制冷劑(稱為抽空停機),可以從根本上避免制冷劑遷移。因而回氣管路之上安裝氣液分離器,可以增加制冷劑遷移的阻力,降低遷移量。

          或許,透過改進壓縮機結構,可以阻止制冷劑遷移,并且減緩潤滑油起泡程度。透過改進回氣冷卻型壓縮機之內的回油路徑,于電機腔和曲軸箱遷移的通道之上增加關卡(回油泵等),停機之后即可切斷通路,制冷劑無法進入曲軸腔;減小進氣道和曲軸箱的通道曲面可以減緩開機時曲軸箱壓力下降速度,從而控制起泡的程度與泡沫進入氣缸的量。

           

          (3)潤滑油甚多

          半封閉壓縮機一般均有油視鏡,以期觀察油位高低。油位高于油視鏡范圍,說明油甚多了。油位甚高,高速旋轉的曲軸與連桿大頭便可能頻繁撞擊油面,引起潤滑油大量飛濺。飛濺的潤滑油只要竄入進氣道,帶入氣缸,便可能引起液擊。

          大型制冷系統安裝調試時,常常需要適當補充潤滑油。但是對回油不好的系統,要認真尋找影響回油的根源,盲目地補充潤滑油是危險的。即便暫時油位絕不高,亦要注意潤滑油突然大量返回時(比如化霜后)可能造成的危險。潤滑油引起的液擊并且絕不罕見。

           

          4.結束語

          液擊是壓縮機常見故障。發生液擊,表明系統或是維護之中一定存在問題,需要加以糾正。認真觀察分析系統的設計、施工與維護,不難找到引起液擊的根源。絕不自根源之上防止液擊,因而簡單地把故障壓縮機維修或是更換一臺新壓縮機,只能使液擊再次發生。

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