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制冷系統中制冷劑出現的問題及補救措施

制冷壓縮機發生故障的一個主要原因是由于過量的液態制冷劑進入壓縮機曲軸箱引起的。由于不正確的液態制冷劑控制經常會引起壓縮機內部潤滑油的流失,因而大多數工程人員會將這類壓縮機故障診斷為潤滑故障。

當制冷劑充注量增加時,會增加壓縮機潛在的危險,造成破壞的原因一般可歸結為以下幾點:

  (1)制冷劑充注量過多。

  (2)蒸發器結霜。

  (3)蒸發器過濾器臟堵。

  (4)蒸發器風機或風機電機失靈。

  (5)毛細管選型不正確。

  (6)膨脹閥選型或調節不正確。

  (7)制冷劑遷移。

 

制冷劑同冷凍油之間的關系

為了正確地分析制冷系統故障的原因,以及確定系統是否得到了必要的保護,認識制冷劑同冷凍油的關系是非常必要的。

  在一個密封系統中,制冷劑和冷凍油的混合物基本特性之一是制冷劑會被冷凍油吸引,即使在沒有壓差的情況下,制冷劑也有可能蒸發、遷移,通過系統進入壓縮機的曲軸箱。當制冷劑到達曲軸箱時,制冷劑將冷凝為液體,這種遷移現象將一直持續到曲軸箱內冷凍油和制冷劑混合物達到飽和狀態。發生遷移的制冷劑量取決于壓力和溫度,當壓力增加,制冷劑遷移數量相應增加,在正常的溫度范圍內,當系統達到飽和壓力和溫度時,制冷劑的遷移量將達到最大。

在開機時,曲軸箱常會發生飽和的制冷劑和冷凍油混合物壓力突然下降的現象,這時,冷凍油飽和所需的液態制冷劑的數量就大大減少了,多余的液態制冷劑將形成閃發蒸汽,引起制冷劑、冷凍油混合物的劇烈沸騰。這就是在壓縮機開機時經常可以看到的泡沫現象,這種現象會使冷凍油在很短的時間內全部流出曲軸箱。


 

液態制冷劑常出現的問題

 

液態制冷劑遷移

  制冷劑遷移是指當壓縮機停機時液態制冷劑在壓縮機曲軸箱內的積累。只要壓縮機內溫度比蒸發器內的溫度低,壓縮機和蒸發器之間的壓差將驅使制冷劑向更冷的地方遷移。在寒冷的冬天,這種現象最容易發生。但是,對于空調、熱泵裝置,當冷凝機組距離壓縮機較遠時,即使溫度較高,遷移現象也可能發生。

  當系統一旦停機,如果在數小時內不開機的話,即使沒有壓差,由于曲軸箱內冷凍油對制冷劑的吸引,遷移現象也可能發生。

  如果過量的液態制冷劑遷移進入壓縮機的曲軸箱,在壓縮機啟動時將會發生嚴重的液擊現象,導致壓縮機的各種故障,諸如閥片破裂,活塞損壞,軸承失靈和軸承沖蝕(制冷劑把冷凍油從軸承處沖掉)。

 

液態制冷劑溢流

  當膨脹閥動作失靈,或者蒸發器風機失靈或被空氣過濾器遮擋,液態制冷劑將在蒸發器內溢流,以液體而非蒸汽的形式通過吸氣管進入壓縮機。在機組運行時,由于液體溢流稀釋了冷凍油而造成壓縮機運動件的磨損,油壓降低導致油壓安全裝置動作,從而使曲軸箱失油。在這種情況下如果停機,會迅速發生制冷劑遷移現象,從而導致在再次啟動時液擊。

 

液擊

  發生液擊時可以聽到壓縮機內部發出金屬的撞擊聲,同時可能伴有壓縮機的劇烈振動。液擊會導致閥的破裂,壓縮機頭墊圈的損壞,連接桿的斷裂,機軸的斷裂以及其他類型的壓縮機的損壞。當液態制冷劑遷移進入曲軸箱,再開機時將會發生液擊現象。在有些機組中,由于管道結構或部件位置的關系,在機組停機期間液態制冷劑將在吸氣管或者蒸發器內積聚,在開機時就會以純液體的形式并以特別高的速度進入壓縮機。液擊的速度和慣性足以破壞任何內置壓縮機防液擊裝置的保護措施。

 

油壓安全控制裝置動作

  在一套低溫機組中,當經過除霜期之后,由于液態制冷劑溢流常會導致油壓安全控制裝置動作。許多系統的設計都允許在除霜期間制冷劑在蒸發器和吸氣管中冷凝,然后在開機時這些制冷劑流入壓縮機曲軸箱引起油壓降低,導致油壓安全裝置動作。

  偶爾一兩次油壓安全控制裝置動作不會對壓縮機造成嚴重的影響,但是反復多次在沒有好的潤滑條件下將會導致壓縮機故障。油壓安全控制裝置常被操作人員認為是小故障,殊不知這是一種警告,說明壓縮機已經在沒有潤滑的條件下運行兩分鐘以上了,需要及時地實施補救措施。

 

推薦的補救措施


制冷系統的制冷劑充注量越多,其發生故障的幾率就越大。只有壓縮機和系統的其他主要部件連接在一起進行系統測試,才能確定最大的同時又是安全的制冷劑充注量。壓縮機生產商能夠確定不對壓縮機工作零件造成傷害的液態制冷劑最大充注量,但無法確定在大多數極端情況下制冷系統總體充注量中實際有多少是在壓縮機里。壓縮機能夠承受的液態制冷劑最大充注量取決于它的設計、內容積和冷凍油的充注量。當液體遷移,溢流或者液擊發生時,必須采取必要的補救措施,補救措施類型取決于系統設計和故障的類型。

 

減少制冷劑充注量

保護壓縮機免受液態制冷劑引起的故障最好的方法是把制冷劑充注量限制在壓縮機允許范圍之內。若不可能做到這一點,則應盡可能減少充注量。在滿足流速的條件下,冷凝器、蒸發器和連接管道中盡可能使用管徑小的管子,儲液器也盡可能選小。充注量最小化之后要求有正確的操作,要對視鏡中因液體管徑太細和頭壓太低產生的氣泡引起警覺,這會導致嚴重的充注過量。

 

抽空循環

  最積極、最可靠的控制液態制冷劑的方法就是抽空循環。尤其是當系統充注量較大時,通過關閉液管的電磁閥,制冷劑可以被泵入冷凝器和儲液器,壓縮機在低壓安全控制裝置的控制下運行,因而制冷劑在壓縮機不運行的時候和壓縮機隔離,避免了制冷劑向壓縮機曲軸箱內遷移。在停機階段建議采用連續抽空循環以防止電磁閥泄露。如果是一次抽空循環,或稱之為非再循環型控制方式,當長期停機時會有過多的制冷劑泄漏量損傷壓縮機。盡管連續抽空循環是防止遷移的最好辦法,但不能保護壓縮機免受制冷劑溢流造成的不良影響。

 

曲軸箱加熱器

  在某些系統、操作環境、成本或者顧客的喜好都有可能使抽空循環無法實現,此時曲軸箱加熱器可延緩遷移的發生。

  曲軸箱加熱器的功能是保持曲軸箱內冷凍油的溫度高于系統中溫度最低部分的溫度。然而為了防止過熱和冷凍油結碳必須限制曲軸箱加熱器的加熱功率。當環境溫度接近-18℃,或者當吸氣管暴露在外,曲軸箱加熱器的作用將被部分抵消,遷移現象仍有可能發生。

  曲軸箱加熱器在使用中一般是連續加熱的,因為一旦制冷劑進入曲軸箱,在冷凍油中冷凝,要讓它再次回到吸氣管需要長達數小時的時間。當情況不是特別嚴重時,曲軸箱加熱器用于防止遷移是十分有效的,但是曲軸箱加熱器不能夠保護液體回流對壓縮機造成的傷害。

 

吸氣管氣液分離器

  對于易于發生液體溢流的系統,應該在吸氣管上安裝氣液分離器,用來臨時存放系統中溢流的液態制冷劑,并且以壓縮機能夠承受的速率向壓縮機返回液體制冷劑。

  當熱泵從冷卻工況切換到加熱工況時最有可能發生制冷劑溢流,一般情況下,吸氣管氣液分離器在所有熱泵中都是必需設備。

  利用熱氣除霜的系統在除霜器的開始和結束瞬間也容易發生液體溢流。低過熱度裝置如液體冷凍機和低溫陳列柜的壓縮機,偶爾也會因為不恰當的制冷劑控制導致溢流。

  在雙級壓縮機中吸氣直接返回低級氣缸,并不通過電機室,應該使用氣液分離器保護壓縮機閥免受液擊的傷害。

由于不同制冷系統總體充注量要求不同,以及制冷劑控制方法各不相同,是否需要氣液分離器以及需要多大尺寸的氣液分離器在很大程度上取決于具體系統的要求。如果沒有精確地測試液體回流的數量,一種保守的設計方法是按照系統總體充注量的50%確定氣液分離器的容量。

 

油分離器

  

油分離器不能解決由于系統設計的原因造成的回油故障,也不能解決液態制冷劑控制故障。然而,當系統控制故障不能用其他方法解決時,油分離器有助于減少在系統中循環的油量,可以幫助系統渡過一段危險期,直到系統控制裝置重新恢復正常。例如:在超低溫裝置或者滿液蒸發器中,回油可能受到除霜的影響,在這種情況下油分離器可以有助于在系統除霜期間維持壓縮機中冷凍油的數量。

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