制冷設(shè)備中壓縮機(jī)的常見現(xiàn)象-液錘
液體制冷劑和/或潤(rùn)滑油隨氣體吸入壓縮機(jī)氣缸時(shí)損壞吸入閥板的現(xiàn)象,以及液體制冷劑和/或潤(rùn)滑油進(jìn)入氣缸后在排氣過程中沒有迅速排出的現(xiàn)象,當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí),活塞被壓縮時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)高液壓通常被稱為液錘。液錘能在很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)壓縮件(如閥板、活塞、連桿、曲軸、活塞銷等)造成損傷,是往復(fù)式壓縮機(jī)的致命殺手。減少或避免液體進(jìn)入鋼瓶,可以防止液錘的發(fā)生,從而完全避免液錘的發(fā)生。
一般來說,液錘可分為兩個(gè)部分或過程。首先,當(dāng)更多的液態(tài)制冷劑、潤(rùn)滑油或二者的混合物以較高的速度吸入進(jìn)入壓縮機(jī)氣缸時(shí),由于液體的沖擊和不可壓縮性,會(huì)導(dǎo)致吸入閥板過度彎曲或斷裂;其次,當(dāng)氣缸中的液體沒有蒸發(fā)和排出時(shí)隨著時(shí)間的推移被活塞壓縮,瞬間的巨大壓力會(huì)引起承載部件的變形和損壞。這些受力部件包括進(jìn)排氣閥板、閥板、閥板墊片、活塞(頂)、活塞銷、連桿、曲軸、軸瓦等。
液體的密度是氣體的幾十倍甚至幾百倍,所以液體流動(dòng)的動(dòng)量比氣體大得多,沖擊力也大得多。當(dāng)吸入液滴較多時(shí),流動(dòng)為兩相流。兩相流對(duì)吸力閥板的沖擊不僅強(qiáng)烈而且頻率高,就像臺(tái)風(fēng)夾雜著卵石撞擊玻璃窗一樣,其破壞性不言而喻。吸入閥的斷裂是液擊的典型特征和過程之一。
如果液體沒有及時(shí)從氣缸中蒸發(fā)和排出,活塞會(huì)在接近上止點(diǎn)時(shí)壓縮液體。由于時(shí)間較短,壓縮液體的過程似乎受到?jīng)_擊,氣缸蓋會(huì)有金屬敲擊聲。壓縮液體是液體錘的另一部分或過程。液體打擊瞬間產(chǎn)生的高壓具有很大的破環(huán)性能。除了人們初熟悉的連桿彎曲甚至斷裂外,其他壓縮應(yīng)力零件(閥板、閥板墊片、曲軸、活塞、活塞銷等)也會(huì)變形或損壞,但往往被忽略或與排氣壓力高混淆。當(dāng)壓縮機(jī)檢修時(shí),很容易找到彎曲或斷開的連桿并更換它,但忘記檢查其他零件是否變形或損壞,從而為以后的故障打下基礎(chǔ)。
液壓錘引起的連桿斷裂與抱軸、咬缸引起的連桿斷裂是有區(qū)別的。首先,由液壓錘引起的連桿彎曲或斷裂是在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的。連桿兩端的活塞和曲軸運(yùn)動(dòng)自如,一般不存在嚴(yán)重磨損引起的抱軸或咬缸現(xiàn)象。雖然吸入閥的碎屑在吸入閥破裂后偶爾會(huì)在活塞和氣缸表面造成嚴(yán)重的劃痕,但表面劃痕與潤(rùn)滑失效引起的磨損有很大不同。其次,液壓錘引起的連桿斷裂是由壓力引起的,連桿和短茬具有擠壓特性。雖然活塞咬住氣缸后連桿可能會(huì)斷裂和擠壓,但前提是活塞必須卡在氣缸中。固定軸后連桿的斷裂情況更是不同。連桿大端和曲軸磨損嚴(yán)重。引起斷裂的力屬于剪切力,留茬也不同。在抱軸咬缸前,電機(jī)過載,電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重,熱保護(hù)器動(dòng)作。
一般來說,回液是指壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí),蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑通過吸入管路返回壓縮機(jī)的現(xiàn)象或過程。
對(duì)于帶膨脹閥的制冷系統(tǒng),回液與膨脹閥的選擇和使用不當(dāng)密切相關(guān)。膨脹閥選型過大、過熱度設(shè)定值過小、感溫包安裝方法不正確、保溫包損壞、膨脹閥失效等都可能引起回液。對(duì)于帶有毛細(xì)管的小型制冷系統(tǒng),過多的液體會(huì)導(dǎo)致液體回流。
該系統(tǒng)采用熱風(fēng)除霜,容易產(chǎn)生液體回流。無論是四通閥用于熱泵運(yùn)行還是熱氣旁路閥用于制冷運(yùn)行,熱氣除霜后蒸發(fā)器內(nèi)都會(huì)形成大量的液體,這些液體可能在后續(xù)制冷運(yùn)行開始時(shí)返回壓縮機(jī)。
另外,當(dāng)蒸發(fā)器結(jié)霜嚴(yán)重或風(fēng)機(jī)故障時(shí),傳熱變差,未蒸發(fā)的液體會(huì)導(dǎo)致液體回流。冷庫溫度的頻繁波動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致膨脹閥反應(yīng)失效和回液失效。
回液引起的液錘事故多發(fā)生在風(fēng)冷(風(fēng)冷或風(fēng)冷)半封閉式壓縮機(jī)和單級(jí)、兩級(jí)壓縮機(jī)中,由于這些壓縮機(jī)的氣缸與回氣管直接相連,一旦回液,很容易引起液錘事故。即使沒有造成液錘,進(jìn)入氣缸的回流液也會(huì)稀釋或沖刷活塞和氣缸壁上的潤(rùn)滑油,加劇活塞磨損。
對(duì)于回氣(制冷劑蒸汽)冷卻的半封閉和全封閉壓縮機(jī),回液很少引起液錘。但是,曲軸箱中的潤(rùn)滑油將被稀釋。含有大量液態(tài)制冷劑的潤(rùn)滑油粘度低,不能在摩擦表面形成足夠的油膜,導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件快速磨損。另外,潤(rùn)滑油中的制冷劑在運(yùn)輸過程中遇熱會(huì)沸騰,影響潤(rùn)滑油的正常運(yùn)輸。離泵越遠(yuǎn),問題就越嚴(yán)重。如果電機(jī)端軸承磨損嚴(yán)重,曲軸可能會(huì)偏向一側(cè),容易導(dǎo)致定子掃線和電機(jī)燒損。
顯然,回流液不僅會(huì)引起液錘,還會(huì)稀釋潤(rùn)滑油引起磨損。電動(dòng)機(jī)磨損時(shí),其負(fù)載和電流將大大增加,久而久之會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)故障。
對(duì)于難以避免回液的制冷系統(tǒng),安裝氣液分離器和采用抽空停車控制可以有效地防止或減少回液的危害。
回風(fēng)冷卻壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí),曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑油劇烈起泡,稱為液體啟動(dòng)。在油視鏡上可以清楚地觀察到液體啟動(dòng)時(shí)的起泡現(xiàn)象。液體啟動(dòng)的根本原因是,當(dāng)壓力驟降時(shí),大量制冷劑溶解在潤(rùn)滑油中并沉入潤(rùn)滑油下突然沸騰,造成潤(rùn)滑油起泡現(xiàn)象。這種現(xiàn)象與人們?nèi)粘I钪型蝗淮蜷_可樂瓶時(shí)的起泡現(xiàn)象非常相似。發(fā)泡的持續(xù)時(shí)間與制冷劑的量有關(guān),通常為幾分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。很多氣泡漂浮在機(jī)油表面,甚至充滿曲軸箱。一旦通過進(jìn)氣口吸入氣缸,泡沫就會(huì)變成液體(潤(rùn)滑油和制冷劑的混合物)。顯然,液體啟動(dòng)引起的液錘只發(fā)生在啟動(dòng)過程中。
與回油不同,導(dǎo)致帶液?jiǎn)?dòng)的制冷劑以“制冷劑遷移”的方式進(jìn)入曲軸箱。制冷劑遷移是指壓縮機(jī)停止運(yùn)行時(shí),蒸發(fā)器中的制冷劑通過回油管以氣體的形式進(jìn)入壓縮機(jī),被潤(rùn)滑油吸收,或在壓縮機(jī)中冷凝后與潤(rùn)滑油混合的過程或現(xiàn)象。
當(dāng)壓縮機(jī)關(guān)閉時(shí),溫度將降低,壓力將升高。由于潤(rùn)滑油中制冷劑蒸汽分壓較低,會(huì)吸收油面上的制冷劑蒸汽,導(dǎo)致曲軸箱氣壓低于蒸發(fā)器氣壓的現(xiàn)象。油溫越低,蒸汽壓力越低,制冷劑蒸汽的吸收量越大。蒸發(fā)器中的蒸汽將緩慢“遷移”到曲軸箱。此外,如果壓縮機(jī)在室外、寒冷天氣或夜間,其溫度往往低于室內(nèi)蒸發(fā)器,曲軸箱內(nèi)的壓力也很低,制冷劑輸送到壓縮機(jī)后容易冷凝成潤(rùn)滑油。
制冷劑遷移是一個(gè)非常緩慢的過程。壓縮機(jī)關(guān)閉的時(shí)間越長(zhǎng),輸送到油中的制冷劑就越多。只要蒸發(fā)器中有液態(tài)制冷劑,就會(huì)執(zhí)行此過程。因?yàn)槿芙庵评鋭┑臐?rùn)滑劑比較重,它會(huì)沉在曲軸箱的底部,漂浮在上面的潤(rùn)滑劑可以吸收更多的制冷劑。
除易引起液錘外,制冷劑的遷移還會(huì)稀釋潤(rùn)滑油。很薄的潤(rùn)滑油被泵送到每個(gè)摩擦表面后,可能會(huì)沖掉原來的油膜,造成嚴(yán)重磨損(這種現(xiàn)象通常稱為制冷劑沖洗)。過大的磨損會(huì)增大配合間隙,造成漏油,影響遠(yuǎn)處零件的潤(rùn)滑,甚至引起油壓保護(hù)器的動(dòng)作。
由于結(jié)構(gòu)原因,空冷壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)曲軸箱壓力下降得慢得多,起泡現(xiàn)象也不是很嚴(yán)重。泡沫很難進(jìn)入鋼瓶。因此,空冷壓縮機(jī)不存在液體吹出的問題。
理論上,在壓縮機(jī)上安裝曲軸箱加熱器(電加熱器)可以有效防止制冷劑的遷移。短期停機(jī)(如夜間)后,保持曲軸箱加熱器通電,可使?jié)櫥蜏囟嚷愿哂谙到y(tǒng)其它部位,不發(fā)生制冷劑遷移。在長(zhǎng)期停機(jī)(如冬季)后,在啟動(dòng)前將潤(rùn)滑油加熱幾個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間,這會(huì)使?jié)櫥椭械拇蟛糠种评鋭┱舭l(fā)。它不僅可以大大降低液體起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生液錘的可能性,而且還可以減少制冷劑沖洗造成的危險(xiǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中,加熱器在停機(jī)后很難維持供電或在啟動(dòng)前10小時(shí)向加熱器供電。因此,曲軸箱加熱器的實(shí)際效果將大大降低。
對(duì)于較大的系統(tǒng),通過讓壓縮機(jī)干燥蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑(稱為排空關(guān)閉),可以從根本上避免制冷劑的遷移。安裝在回流管上的氣液分離器可以增加制冷劑的遷移阻力,減少遷移量。
當(dāng)然,通過改進(jìn)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu),可以防止制冷劑的遷移,減緩潤(rùn)滑油的起泡程度。通過改進(jìn)回風(fēng)冷卻壓縮機(jī)的回油通道,在電機(jī)室和曲軸箱的通道上加一個(gè)液位(回油泵),停機(jī)后切斷通道,制冷劑不能進(jìn)入曲軸腔。減小進(jìn)氣和曲軸箱之間的橫截面可以減緩發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)曲軸箱的壓力降,從而控制氣泡的程度和進(jìn)入氣缸的泡沫量。
半封閉式壓縮機(jī)通常有觀察油位的油視鏡。機(jī)油油位高于機(jī)油觀察窗的范圍,表明機(jī)油過多。如果油位過高,高速旋轉(zhuǎn)的曲軸和連桿大端經(jīng)常會(huì)碰到油面,造成大量潤(rùn)滑油飛濺。飛濺的潤(rùn)滑油一旦進(jìn)入進(jìn)氣口進(jìn)入氣缸,就可能引起液錘。
大型制冷系統(tǒng)在安裝調(diào)試過程中,經(jīng)常需要適當(dāng)補(bǔ)充潤(rùn)滑油。但對(duì)于回油不良的系統(tǒng),盲目查找影響回油和補(bǔ)充潤(rùn)滑油的根本原因是危險(xiǎn)的。即使暫時(shí)油位不高,也要注意大量潤(rùn)滑油突然回流(如除霜后)時(shí)可能造成的危險(xiǎn)。潤(rùn)滑油引起的液錘現(xiàn)象并不少見。
液錘是壓縮機(jī)常見故障之一。液錘的出現(xiàn)表明系統(tǒng)或維護(hù)中一定存在問題,需要糾正。仔細(xì)觀察和分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù),不難發(fā)現(xiàn)液錘的根本原因。與其從根本上防止液錘,不如簡(jiǎn)單地用新的壓縮機(jī)修理或更換故障壓縮機(jī),只會(huì)使液錘再次發(fā)生。