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制冷设备压缩机常见故障(液击)分析

更新:2019-08-21 14:14:39 星期三
摘要:

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。

压缩机常见故障分析——液击

液态制冷剂与/或是润滑油跟随气体吸入压缩机气缸时损坏吸气阀片的现象,及进入气缸之后没有于排气过程迅速排出,于活塞接近上止点时遭压缩因而产生的瞬间高液压的现象一般遭称为液击。液击可以于非常短时间之内造成压缩受力件(如阀片、活塞、连杆、曲轴、活塞销等)的损坏,是前往复式压缩机的致命杀手。减少或是避免液体进入气缸便可以防止液击的发生,所以液击是完全可以避免的。

 

一般,液击现象可分为两个部分或是过程。最先,如果比较多液态制冷剂、润滑油或是两者的混合物随吸气以此比较高速度进入压缩机气缸时,因为液体的冲击与不可压缩,会引起吸气阀片过分弯曲或是断裂;其次,气缸之中未曾及时蒸发与排出的液体受到活塞压缩时,瞬间之内出现的巨大压力并且造成受力件的变形与损坏。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.过程和现象

(1)吸气阀片断裂

压缩机是压缩气体的机器。一般,活塞每分钟压缩气体1450次(半封压缩机)或是2900次(全封压缩机),乃完成一次吸气或是排气过程的时间为0.02秒而且越来越短。阀板之上的吸排气孔径的大小及吸排气阀片的弹性和强度皆是依照气体流动因而设计的。自阀片受力角度讲,气体流动时产生的冲击力是较皆匀的。

 

液体的密度是气体的数十而且数百倍,因此液体流动时的动量高于气体大得多的,产生的冲击力亦大得多。吸气之中夹杂比较多液滴进入气缸时的流动属于两相流。两相流于吸气阀片之上产生的冲击不但强度大所以频率高,便好像台风夹杂着鹅卵石敲打于玻璃窗之上,其破坏性是不言而喻的。吸气阀片断裂是液击的典型特征与过程之一。

 

(2)连杆断裂

压缩行程的时间大约0.02秒,因而排气过程会越来越短暂。气缸之中的液滴或是液体必需于如此短的时间之内自排气孔排出,速度与动量是非常大的。排气阀片的情况和吸气阀片相同,不同之处在于排气阀片有限位板与弹簧片支撑,绝不容易折断。冲击严重时,限位板亦会变形翘起。

 

假如液体没及时蒸发与排出气缸,活塞接近上止点时会压缩液体,因为时间非常短,这一压缩液体的过程好像是撞击,缸盖之中亦会传出金属敲击声。压缩液体是液击现象的另一部分或是过程。液击瞬间产生的高压具有非常大的破环性,初人们熟悉的连杆弯曲而且断裂之外,其他压缩受力件(阀板、阀板垫、曲轴、活塞、活塞销等)亦会有变形或是损坏,但是常常遭忽视,或是和排汽压力这么高混为一谈。检修压缩机时,人们会非常容易发现弯曲或是断裂的连杆,并且给予替换,因而忘记检查其他零件是否有变形或是损坏,进而作为之后的故障埋下祸根。

 

液击造成的连杆断裂不同在抱轴与活塞咬缸,是可以分辨出来的。最先,液击造成连杆弯曲或是断裂是于短时间之内发生的,连杆两端的活塞与曲轴运动自如,一般绝不会有严重磨损引起的抱轴或是咬缸。虽然吸气阀片折断之后,阀片碎屑有时亦会引起活塞与气缸面严重划伤,但是表面划伤和润滑失效引起磨损非常不同。次之,液击引起的连杆断裂是改由压力造成的,连杆与断茬有挤压特征。虽然活塞咬缸之后的连杆断裂亦有挤压可能,但是前提是活塞必需卡死于气缸。抱轴之后的连杆折断便越来越不同了,连杆大头与曲轴有严重磨损,造成折断的力属在剪切力,断茬亦绝不一样。最终,抱轴与咬缸后,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,即自蒸发器之中流回压缩机的液态制冷剂或是润滑油;2)带液启动时的泡沫;3)压缩机之内的润滑油甚多。本文把对于这几种原因一一分析。

 

(1)回液

一般,回液是指压缩机运行时蒸发器之中的液态制冷剂透过吸气管路回到压缩机的现象或是过程。

对使用膨胀阀的制冷系统,回液和膨胀阀选型与使用不当密切相关。膨胀阀选型这么大、过热度设定甚小、感温包安装方法绝不正确或是流体包扎破损、膨胀阀失灵均可能造成回液。对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。不论采用四通阀进行热泵运行,仍然采用热气旁通阀时的制冷运行,热气融霜之后会于蒸发器之内形成大量液体,这些液体于之后的制冷运行开始时不仅有可能回到压缩机。

除此之外,蒸发器结霜严重或是风扇故障时传热变差,未曾蒸发的液体会引起回液。冷库温度频繁波动亦会引起膨胀阀反应失灵因而引起回液。

回液引起的液击事故多半发生于空气冷却型(简称风冷或是空冷)半封闭压缩机与单机双级压缩机之中,由于这些压缩机的气缸和回气管是直接相通的,只要回液,便非常容易引发液击事故。即便没有引起液击,回液进入汽缸把稀释或是冲刷掉活塞以及汽缸壁之上的润滑油,加剧活塞磨损。

对回气(制冷剂蒸汽)冷却型半封闭与全台封闭压缩机,回液非常少引起液击。但是会稀释曲轴箱之内的润滑油。含有大量液态制冷剂的润滑油粘度低,于摩擦面绝不能形成足够的油膜,导致运动件的快速磨损。此外,润滑油之中的制冷剂于输送过程之中遇热会沸腾,影响润滑油的正常输送。因而相距油泵愈远,问题便愈明显愈严重。假如电机端的轴承发生严重的磨损,曲轴可能往侧沉降,容易导致定子扫堂以及电机烧毁。

显然,回液不但会引起液击,也会稀释润滑油造成磨损。磨损时电机的负荷与电流会大幅增加,久而久之把引起电机故障。

对回液比较难避免的制冷系统,安装气液分离器与采用抽空停机控制可以有效阻止或是降低回液的危害。

 

(2)带液启动

回气冷却型压缩机于启动时,曲轴箱之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于油视镜之上清楚地观察到。带液启动的根本原因是润滑油之中溶解的及沉在润滑油上面了大量的制冷剂,于压力突然降低时突然沸腾,并且引起润滑油的起泡现象。这种现象非常像日常生活之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和制冷剂的量有关,一般作为几分钟或是十几分钟。大量泡沫漂浮于油面之上,而且充满了曲轴箱。只要透过进气道吸入气缸,泡沫会也原成液体(润滑油和制冷剂的混合物),非常容易引起液击。显然,带液启动引起的液击仅发生于启动过程。

和回液不同,引起带液启动的制冷剂是以此“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,蒸发器之中的制冷剂以此气体形式,透过回气管路进入压缩机并且遭润滑油吸收,或是于压缩机之内冷凝之后和润滑油混合的过程或是现象。

压缩机停机之后,温度会降低,因而压力会升高。因为润滑油之中的制冷剂蒸汽分压低,便会吸收油面之上的制冷剂蒸气,造成曲轴箱气压低于蒸发器气压的现象。油温愈低,蒸汽压力愈低,对于制冷剂蒸汽的的吸收力便愈来愈大。蒸发器之中的蒸汽便会渐渐往曲轴箱“迁移”。除此之外,假如压缩机于室外,天气寒冷时或是于夜晚,其温度常常高于室内的蒸发器低,曲轴箱之内的压力亦便低,制冷剂迁移到压缩机之后亦容易遭冷凝因而进入润滑油。

制冷剂迁移是一个非常缓慢的过程。压缩机停机时间越长,迁移到润滑油之中的制冷剂便会愈多。如果蒸发器之中存在液态制冷剂,这一过程便会进行。因为溶解了制冷剂的润滑油比较重,它会沉于曲轴箱的顶部,因而浮于下面的润滑油也可以吸收越来越多的制冷剂。

除了容易引起液击之外,制冷剂迁移也会稀释润滑油。非常稀的润滑油遭油泵送到各摩擦面之后,可能冲涮掉原有油膜,引起严重磨损(这种现象经常称为制冷剂冲刷)。过渡磨损会使配合间隙变大,引起漏油,进而影响比较远部位的润滑,严重时会引起油压保护器动作。

因为结构原因,空冷压缩机启动时曲轴箱压力的降低会缓慢得多,起泡现象绝不非常剧烈,泡沫亦非常难进入气缸,所以空冷压缩机绝不存在带液启动液击问题。

理论之上讲,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(比如于夜间)之后,维持曲轴箱加热器通电,可以使润滑油温度稍高于系统其它部位,制冷剂迁移绝不会发生。长时间停机不必(比如一个冬天)之后,开机后先行加热润滑油几个或是十几个小时,可以蒸发掉润滑油之中的大部分制冷剂,不仅可以大幅减小带液启动时液击的可能性,亦可以降低制冷剂冲刷造成的危害。但是实际应用之中,停机之后维持加热器供电或是开机后十几小时先行予加热器供电,是有难度的。所以,曲轴箱加热器的实际效果会大打折扣。

对比较大系统,停机后让压缩机抽干蒸发器之中液态制冷剂(称为抽空停机),可以从根本上避免制冷剂迁移。因而回气管路之上安装气液分离器,可以增加制冷剂迁移的阻力,降低迁移量。

或许,透过改进压缩机结构,可以阻止制冷剂迁移,并且减缓润滑油起泡程度。透过改进回气冷却型压缩机之内的回油路径,于电机腔和曲轴箱迁移的通道之上增加关卡(回油泵等),停机之后即可切断通路,制冷剂无法进入曲轴腔;减小进气道和曲轴箱的通道曲面可以减缓开机时曲轴箱压力下降速度,从而控制起泡的程度与泡沫进入气缸的量。

 

(3)润滑油甚多

半封闭压缩机一般均有油视镜,以期观察油位高低。油位高于油视镜范围,说明油甚多了。油位甚高,高速旋转的曲轴与连杆大头便可能频繁撞击油面,引起润滑油大量飞溅。飞溅的润滑油只要窜入进气道,带入气缸,便可能引起液击。

大型制冷系统安装调试时,常常需要适当补充润滑油。但是对回油不好的系统,要认真寻找影响回油的根源,盲目地补充润滑油是危险的。即便暂时油位绝不高,亦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且绝不罕见。

 

4.结束语

液击是压缩机常见故障。发生液击,表明系统或是维护之中一定存在问题,需要加以纠正。认真观察分析系统的设计、施工与维护,不难找到引起液击的根源。绝不自根源之上防止液击,因而简单地把故障压缩机维修或是更换一台新压缩机,只能使液击再次发生。