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制冷系统中液态制冷剂的控制方法
发布时间:2016-7-1 14:13:23

制冷压缩机发生故障的一个主要原因是由于过量的液态制冷剂进入压缩机曲轴箱引起的。由于不正确的液态制冷剂控制经常会引起压缩机内部润滑油的流失,因而大多数工程人员会将这类压缩机故障诊断为润滑故障,实际上制冷剂最有可能引起这类故障。

一台设计良好、高效,用于制冷,空调和热泵的压缩机本质上是一台蒸汽泵,只能处理一定量的液体制冷剂和冷冻油。为了设计出能处理更多液体制冷剂和冷冻油的压缩机,必须在尺寸、重量、制冷量、效率、噪声和造价方面进行综合考虑。抛除设计因素,压缩机能处理的液态制冷剂的数量是一定的,其处理能力取决于如下因素:曲轴箱内容积、冷冻油的充注量、系统和控制装置的类型,正常的运行条件。

当制冷剂充注量增加时,会增加压缩机潜在的危险,造成破坏的原因一般可归结为以下几点:

(1)制冷剂充注量过多。

(2)蒸发器结霜。

(3)蒸发器过滤器脏堵。

(4)蒸发器风机或风机电机失灵。

(5)毛细管选型不正确。

(6)膨胀阀选型或调节不正确。

(7)制冷剂迁移。

一、制冷剂同冷冻油之间的关系

为了正确地分析制冷系统故障的原因,以及确定系统是否得到了必要的保护,认识制冷剂同冷冻油的关系是非常必要的。

在一个密封系统中,制冷剂和冷冻油的混合物基本特性之一是制冷剂会被冷冻油吸引,即使在没有压差的情况下,制冷剂也有可能蒸发、迁移,通过系统进入压缩机的曲轴箱。当制冷剂到达曲轴箱时,制冷剂将冷凝为液体,这种迁移现象将一直持续到曲轴箱内冷冻油和制冷剂混合物达到饱和状态。发生迁移的制冷剂量取决于压力和温度,当压力增加,制冷剂迁移数量相应增加,在正常的温度范围内,当系统达到饱和压力和温度时,制冷剂的迁移量将达到最大。

在开机时,曲轴箱常会发生饱和的制冷剂和冷冻油混合物压力突然下降的现象,这时,冷冻油饱和所需的液态制冷剂的数量就大大减少了,多余的液态制冷剂将形成闪发蒸汽,引起制冷剂、冷冻油混合物的剧烈沸腾。这就是在压缩机开机时经常可以看到的泡沫现象,这种现象会使冷冻油在很短的时间内全部流出曲轴箱。

现场操作人员在遇到下面的现象时,应引起高度重视。当向压缩机曲轴箱加入过量的液态制冷剂时,即使从压缩机曲轴箱试镜中观察到制冷剂、冷冻油混合物量很足时,油压也可能下降,并且油压安全控制装置动作。大量液体制冷剂进入压缩机曲轴箱不仅影响了冷冻油的润滑性能,同时液态制冷剂进入油泵时将形成闪发蒸汽,堵塞油泵的入口,从而阻碍足够的冷冻油进入油泵以维持油泵内的压力,这种现象将一直持续到曲轴箱内制冷剂的比例被降到油泵可以承受的程度。

二、液态制冷剂常出现的问题

1液态制冷剂迁移

制冷剂迁移是指当压缩机停机时液态制冷剂在压缩机曲轴箱内的积累。只要压缩机内温度比蒸发器内的温度低,压缩机和蒸发器之间的压差将驱使制冷剂向更冷的地方迁移。在寒冷的冬天,这种现象最容易发生。但是,对于空调、热泵装置,当冷凝机组距离压缩机较远时,即使温度较高,迁移现象也可能发生。

当系统一旦停机,如果在数小时内不开机的话,即使没有压差,由于曲轴箱内冷冻油对制冷剂的吸引,迁移现象也可能发生。

如果过量的液态制冷剂迁移进入压缩机的曲轴箱,在压缩机启动时将会发生严重的液击现象,导致压缩机的各种故障,诸如阀片破裂,活塞损坏,轴承失灵和轴承冲蚀(制冷剂把冷冻油从轴承处冲掉)。

2液态制冷剂溢流

当膨胀阀动作失灵,或者蒸发器风机失灵或被空气过滤器遮挡,液态制冷剂将在蒸发器内溢流,以液体而非蒸汽的形式通过吸气管进入压缩机。在机组运行时,由于液体溢流稀释了冷冻油而造成压缩机运动件的磨损,油压降低导致油压安全装置动作,从而使曲轴箱失油。在这种情况下如果停机,会迅速发生制冷剂迁移现象,从而导致在再次启动时液击。

3液击

发生液击时可以听到压缩机内部发出金属的撞击声,同时可能伴有压缩机的剧烈振动。液击会导致阀的破裂,压缩机头垫圈的损坏,连接杆的断裂,机轴的断裂以及其他类型的压缩机的损坏。当液态制冷剂迁移进入曲轴箱,再开机时将会发生液击现象。在有些机组中,由于管道结构或部件位置的关系,在机组停机期间液态制冷剂将在吸气管或者蒸发器内积聚,在开机时就会以纯液体的形式并以特别高的速度进入压缩机。液击的速度和惯性足以破坏任何内置压缩机防液击装置的保护措施。

4油压安全控制装置动作

在一套低温机组中,当经过除霜期之后,由于液态制冷剂溢流常会导致油压安全控制装置动作。许多系统的设计都允许在除霜期间制冷剂在蒸发器和吸气管中冷凝,然后在开机时这些制冷剂流入压缩机曲轴箱引起油压降低,导致油压安全装置动作。

偶尔一两次油压安全控制装置动作不会对压缩机造成严重的影响,但是反复多次在没有好的润滑条件下将会导致压缩机故障。油压安全控制装置常被操作人员认为是小故障,殊不知这是一种警告,说明压缩机已经在没有润滑的条件下运行两分钟以上了,需要及时地实施补救措施。

三、补救措施

制冷系统的制冷剂充注量越多,其发生故障的几率就越大。只有压缩机和系统的其他主要部件连接在一起进行系统测试,才能确定最大的同时又是安全的制冷剂充注量。压缩机生产商能够确定不对压缩机工作零件造成伤害的液态制冷剂最大充注量,但无法确定在大多数极端情况下制冷系统总体充注量中实际有多少是在压缩机里。压缩机能够承受的液态制冷剂最大充注量取决于它的设计、内容积和冷冻油的充注量。当液体迁移,溢流或者液击发生时,必须采取必要的补救措施,补救措施类型取决于系统设计和故障的类型。

1减少制冷剂充注量

保护压缩机免受液态制冷剂引起的故障最好的方法是把制冷剂充注量限制在压缩机允许范围之内。若不可能做到这一点,则应尽可能减少充注量。在满足流速的条件下,冷凝器、蒸发器和连接管道中尽可能使用管径小的管子,储液器也尽可能选小。充注量最小化之后要求有正确的操作,要对视镜中因液体管径太细和头压太低产生的气泡引起警觉,这会导致严重的充注过量。

2抽空循环

最积极、最可靠的控制液态制冷剂的方法就是抽空循环。尤其是当系统充注量较大时,通过关闭液管的电磁阀,制冷剂可以被泵入冷凝器和储液器,压缩机在低压安全控制装置的控制下运行,因而制冷剂在压缩机不运行的时候和压缩机隔离,避免了制冷剂向压缩机曲轴箱内迁移。在停机阶段建议采用连续抽空循环以防止电磁阀泄露。如果是一次抽空循环,或称之为非再循环型控制方式,当长期停机时会有过多的制冷剂泄漏量损伤压缩机。尽管连续抽空循环是防止迁移的最好办法,但不能保护压缩机免受制冷剂溢流造成的不良影响。

3曲轴箱加热器

在某些系统、操作环境、成本或者顾客的喜好都有可能使抽空循环无法实现,此时曲轴箱加热器可延缓迁移的发生。

曲轴箱加热器的功能是保持曲轴箱内冷冻油的温度高于系统中温度最低部分的温度。然而为了防止过热和冷冻油结碳必须限制曲轴箱加热器的加热功率。当环境温度接近-18℃,或者当吸气管暴露在外,曲轴箱加热器的作用将被部分抵消,迁移现象仍有可能发生。

曲轴箱加热器在使用中一般是连续加热的,因为一旦制冷剂进入曲轴箱,在冷冻油中冷凝,要让它再次回到吸气管需要长达数小时的时间。当情况不是特别严重时,曲轴箱加热器用于防止迁移是十分有效的,但是曲轴箱加热器不能够保护液体回流对压缩机造成的伤害。

4吸气管气液分离器

对于易于发生液体溢流的系统,应该在吸气管上安装气液分离器,用来临时存放系统中溢流的液态制冷剂,并且以压缩机能够承受的速率向压缩机返回液体制冷剂。

当热泵从冷却工况切换到加热工况时最有可能发生制冷剂溢流,一般情况下,吸气管气液分离器在所有热泵中都是必需设备。

利用热气除霜的系统在除霜器的开始和结束瞬间也容易发生液体溢流。低过热度装置如液体冷冻机和低温陈列柜的压缩机,偶尔也会因为不恰当的制冷剂控制导致溢流。对于车辆装置,当经历了一段长时间的停机阶段之后,在重新开机时也容易发生严重的溢流现象。

在双级压缩机中吸气直接返回低级气缸,并不通过电机室,应该使用气液分离器保护压缩机阀免受液击的伤害。

由于不同制冷系统总体充注量要求不同,以及制冷剂控制方法各不相同,是否需要气液分离器以及需要多大尺寸的气液分离器在很大程度上取决于具体系统的要求。如果没有精确地测试液体回流的数量,一种保守的设计方法是按照系统总体充注量的50%确定气液分离器的容量。

5油分离器

油分离器不能解决由于系统设计的原因造成的回油故障,也不能解决液态制冷剂控制故障。然而,当系统控制故障不能用其他方法解决时,油分离器有助于减少在系统中循环的油量,可以帮助系统渡过一段危险期,直到系统控制装置重新恢复正常。例如:在超低温装置或者满液蒸发器中,回油可能受到除霜的影响,在这种情况下油分离器可以有助于在系统除霜期间维持压缩机中冷冻油的数量。


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