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活塞式制冷壓縮機耗油過高故障分析及處理

      
壓縮機是高速運轉的複雜機器,保證壓縮機曲軸、軸承、連杆、活塞等運動件的充分潤滑是維持機器正常運轉的基本要求。爲此,壓縮機制造商要求使用指定牌號潤滑油,並要求定期檢查潤滑油油位和顔色。然而,由于制冷系統設計、施工和維護方面的疏忽,壓縮機缺油、油焦化變質、回液稀釋、制冷劑沖刷、使用劣質潤滑油等造成運動件潤滑不足的情況比較常見。潤滑不足會引起軸承面磨損或劃傷,嚴重時會造成抱軸、活塞卡在氣缸內以及由此而引起的連杆彎曲、斷裂事故。
 

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旋轉式制冷壓縮機 

  現象一:潤滑不足 

  磨損的直接原因:潤滑不足。缺油肯定會引起潤滑不足,但油潤不足不一定就是缺油引起的。以下三種原因也可以造成潤滑不足:潤滑油無法到達軸承表面;潤滑油雖已到達軸承表面,但是粘度太小,不能形成足夠厚度的油膜;潤滑油雖已到達軸承表面,但是由于過熱而分解掉了,不能起到潤滑作用。 

  導致的不良影響:吸油網或供油管路堵塞、油泵故障等均會影響潤滑油的輸送,潤滑油無法到達遠離油泵的摩擦面。吸油網和油泵正常,但軸承磨損、間隙過大等造成漏油和油壓過低,會使遠離油泵的摩擦面得不到潤滑油,造成磨損和劃傷。由于種種原因(包括壓縮機啓動階段)沒有得到潤滑油的摩擦面溫度會迅速攀升,超過175°C後潤滑油就開始分解。“潤滑不足-摩擦-表面高溫-油分解”是一個典型的惡性循環,許多惡性事故包括連杆抱軸、活塞卡缸都與這個惡性循環有關。潤滑不足和缺油現象可以在拆開的壓縮機中看到。缺油一般表現爲大面積、比較均勻的表面損傷和高溫,而潤滑不足更多的是在一些特定部位的磨損、劃傷和高溫,如遠離油泵的軸承面等。

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微型活塞式制冷壓縮機

活塞上下運動時,活塞銷的負載是在軸承表面的上部和下部之間輪換的,這可以讓潤滑油均勻地刷過活塞銷,並提供足夠的潤滑。如果排氣閥片彎曲或者折斷,或者壓縮機長期高壓比工作,將造成活塞銷單側潤滑不足和磨損,孔隙增大。活塞銷有晃動間隙,活塞就會在上止點處被抛出並撞擊閥片和閥板,産生撞擊聲。因此,更換閥片時,應檢查活塞銷磨損情況。 

  現象二:缺油 

  缺油是很容易辨別的壓縮機故障之一,壓縮機缺油時曲軸箱中油量很少甚至沒有潤滑油。 

    压缩机是一个特殊的气泵,大量制冷剂气体在被排出的同时也夹带走一小部分润滑油(称为奔油或跑油)。压缩机奔油是无法避免的,只是奔油速度有所不同。半封活塞式压缩机排气中大约有2-3%的润滑油,而涡旋压缩机为0.5-1%。对于一台排量为100m3/hr、曲轴箱储油量为6升的6缸压缩机,3%的奔油意味着大约0.3-0.8升/分钟的奔油量,或压缩机无回油运转时间为十几分钟。 

  排出壓縮機的潤滑油不回來,壓縮機就會缺油。壓縮機回油有兩種方式,一種是油分離器回油,另一種是回氣管回油。油分離器安裝在壓縮機排氣管路上,一般能分離出50-95%的奔油,回油效果好,速度快,大大減少進入系統管路的油量,從而有效延長了無回油運轉時間。管路特別長的冷庫制冷系統、滿液式制冰系統以及溫度很低的凍幹設備等,開機後十幾分鍾甚至幾十分鍾不回油或回油量非常少的情況並不稀奇,設計不好的系統會出現壓縮機油壓過低而停機的問題。這種制冷系統安裝高效油分離器能大大延長壓縮機無回油運轉時間,使壓縮機安全度過開機後無回油的危機階段。 

  未被分离出来的润滑油将进入系统,随制冷剂在管内流动,形成油循环。润滑油进入蒸發器后,一方面因温度低溶解度小,一部分润滑油从制冷剂中分离出来;另一方面,温度低粘度大,分离出来的润滑油容易附着在管内壁上,流动比较困难。蒸发温度越低,回油越困难。这就要求蒸发管路设计和回气管路设计和施工必须有利于回油,常见的做法是采用下降式管路设计,并保证较大的气流速度。对于温度特别低的制冷系统,如-85°C和-150°C医用低温箱,除选用高效油分离器外,通常还添加特殊溶剂,防止润滑油堵毛细管和膨胀阀,并帮助回油。 

实际应用中,由于蒸發器和回气管路设计不当引起的回油问题并不罕见。对于R22和R404A系统来说,满液式蒸發器的回油非常困难,系统回油管路设计必须非常小心。对于这样的系统,使用高效油分可以大大减小进入系统管路的油量,有效延长开机后回气管无回油时间。当压缩机比蒸發器的位置高时,垂直回气管上的回油弯是必需的。回油弯要尽可能紧凑,以减小存油。回油弯之间的间距要合适,回油弯的数量比较多时,应该补充一些润滑油。变负荷系统的回油管路也必须小心。当负荷减小时,回气速度会降低,速度太低不利于回油。为了保证低负荷下的回油,垂直的吸气管可以采用双立管。

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活塞式制冷壓縮機

壓縮機頻繁啓動不利于回油。由于連續運轉時間很短壓縮機就停了,回氣管內來不及形成穩定的高速氣流,潤滑油就只能留在管路內。回油少于奔油,壓縮機就會缺油。運轉時間越短,管線越長,系統越複雜,回油問題就越突出。對于沒有油壓安全開關的全封閉壓縮機(包括渦旋壓縮機和轉子壓縮機)和部分半封閉壓縮機),頻繁啓動引起的損壞是比較多的。 

  压缩机维护同样重要。除霜时蒸發器温度升高,润滑油粘度减小,易于流动。除霜循环过后,制冷剂流速大,滞留的润滑油会集中返回压缩机。因此,除霜循环的频率以及每次持续的时间也需仔细设定,避免油位大幅度波动甚至油击。制冷剂泄漏较多时回气速度会降低,速度太低会造成润滑油滞留在回气管路,不能快速返回压缩机。 

  潤滑油回到壓縮機殼體內並不等于回到曲軸箱。采用曲軸腔負壓回油原理的壓縮機,如果活塞因磨損等引起泄漏時,曲軸箱的壓力上升,回油單向閥受壓差作用而自動關閉,從回氣管返回的潤滑油就滯留在電機腔中,無法進入曲軸箱,這就是內回油問題,內回油問題同樣會引起缺油。這種事故除發生于磨損的舊機器中,制冷劑遷移引發的帶液啓動也會造成內回油困難,但通常時間較短,最多十幾分鍾。出現內回油問題時,可以觀察到壓縮機油位不斷下降,直至油壓安全裝置動作。壓縮機停機後,曲軸箱的油位很快恢複。內回油問題的根源在于氣缸泄漏,應及時更換磨損活塞組件。 

  油壓安全護裝置在缺油時會自動停機,保護壓縮機不受損壞。沒有視油鏡和油壓安全裝置的全封閉壓縮機(包括轉子和渦旋壓縮機)以及風冷壓縮機,缺油時沒有明顯症狀,也不會停機,壓縮機會在不知不覺中磨損損壞。壓縮機噪音、震動或電流過大,可能與缺油有關,對壓縮機和系統運行狀況的准確判斷就顯得非常重要。環境溫度過低有可能導致一些油壓安全裝置失靈,會造成壓縮機磨損。壓縮機缺油引起的磨損一般比較均勻。如果潤滑油很少或者沒有油,軸承表面就會出現劇烈的摩擦,溫度會在幾秒內迅速升高。如果電機的功率足夠大,曲軸會繼續轉動,曲軸和軸承表面會被磨損或劃傷,否則曲軸會被軸承抱死,停止轉動。活塞在氣缸內的往複運動也是一樣的,缺油會導致磨損或劃傷,嚴重時活塞會卡在氣缸內不能運動。 

  結論與體會: 

  缺油会引起严重的润滑不足,缺油的根本原因不在于压缩机奔油多少和快慢,而是系统回油不好。安装油分离器可以快速回油,延长压缩机无回油运转时间。蒸發器和回气管路的设计必须考虑到回油。避免频繁启动、定时化霜、及时补充制冷剂、及时更换磨损的活塞组件等维护措施也有助于回油。 

  回液和制冷劑遷移會稀釋潤滑油,不利于油膜的形成;油泵故障和油路堵塞會影響供油量和油壓,導致摩擦面缺油;摩擦面高溫會促使潤滑油分解,使潤滑油失去潤滑能力。這三方面問題引起的潤滑不足也常常造成壓縮機損壞。缺油的根源在于系統。因此,只更換壓縮機或某些配件不能從根本上解決缺油問題。 

  故,系统设计、管路施工必须考虑系统回油问题,否则后患无穷!比如设计、施工时蒸發器回气管设置回油弯、排气管设置止逆弯,所有管路都应沿着流体运动方向一路下坡,坡度0.3~0.5%。

 
 

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