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1、2 0 0 1 中国家用电器技术大会论文集制冷空调系统中压缩机常见故障分析殷光文( 谷轮公司)C o m p r e s s o rF a i l u r eA n a l y s i sw i t hA i rC o n d i t i o n e rS y s t e mY i nG u a n g w e n( C o p d a n dC o r p o r a t i o n )摘要：许多空调器系统的故障最终都表现为压缩机的问题或故障，本文从压缩机角度分析当与系统匹配不当时，压缩机的故障表现以及解决方案。A b s t r a c t ：M u c hf a i l u r ei n
2、A Cs y s t e mi sa p p e a ri nc o m p r e s s o r T h ep a p e ra n a l y s i st h er e a s o n sa n dg i v eo u ts o l u t i o n s 一，液体制冷剂的控制压缩机损坏一个很重要的原因就是过量的液体制冷剂进入了压缩机。系统内如果无法很好地控制液体制冷剂，可能会造成压缩机某些部位缺油或压力过大。这些类型的压缩机故障通常被划分为润滑系统或部件的损坏，但是实际上这些问题都是由制冷剂产生的。一个设计良好，耐久的，高效的用于制冷、空调或热泵的压缩机，它的作用类似一个蒸气泵，因此
3、仅能容忍很少量的液体制冷剂或润滑油。很多压缩机设计中，有一个液体的极限充注量指标，该极限量值依赖于以下因素：曲轴箱的内容积，润滑油的类型及充注量，系统的类型及控制，运行条件等。系统中液体制冷剂的合理控制是一个系统应用的问题，它已经远远超出了压缩机制造商可以控制的范围。压缩机的潜在危险随着制冷剂充注量的增加而增加。造成损坏的原因通常可以追溯到以下一点或几点：a 制冷剂充注过量；b 蒸发器结霜；c 蒸发器过滤器脏堵；d 蒸发器风扇或风扇电机损坏；e 毛细管或膨胀阀选配尺寸不对；f 停机时制冷剂的迁移。液体制冷剂问题可以有多种不同的形式，每一种都有它明显的特征。下面具体叙述几种典型的制冷剂控制不当现
4、象：1 制冷剂迁移制冷剂迁移这一述语是用来描述压缩机在长期不运行时，压缩机曲轴箱内液体制冷剂的积累。只要压缩机的温度比蒸发器低时，因为很小的压差就可以驱使制冷剂向冷的区域迁移。尽管这种迁移大多被认为是发生在寒冷的时候，但是在空调和热泵应用中，冷凝机组放置较远时，作者简介：殷光文，见本书 热泵系统设计及规范一文。1 9 8第三部分空调器及压缩机在很高的环境温度时也会发生这种现象。，如果过量液体制冷剂迁移到了压缩机曲轴箱，严重时在启动时会造成液击，通常对压缩机造成的损坏有阀片打坏、连杆或活塞损坏、由于曲轴箱缺油造成的轴承损坏、以及引起轴承的冲刷( 制冷剂将润滑油从轴承中冲刷掉) 。2 液体制冷剂回
5、流如果毛细管或膨胀阀失灵，蒸发器风扇损坏或空气过滤器脏堵，蒸发器中的制冷剂无法彻底蒸发，沿着吸气管以液体的形式而不是气体回到压缩机。在运行期间，连续的回液会因为润滑油的稀释而使运转部件过早磨损；缺油而造成油压保护开关动作；曲轴箱内润滑油的不足。在这种情况下停机的话，由于压缩机通常是很冷的，制冷剂向曲轴箱迁移的速度将会加快，在重新启动时最终导致液击。3 体制冷剂液击液击这一术语用来描述液体制冷剂通过压缩机吸气阀和或排气阀。它以压缩机内部响亮的金属咔嗒声为特征，通常还伴随着压缩机强烈的振动。根据液体进入压缩机吸气阀量的多少，液击可能会持续最多几秒钟。液击通常会造成阀片打坏，密封垫破裂，连杆打断，或
6、压缩机的其他损坏。当液体制冷剂迁移到曲轴箱时，液击通常是发生在启动时。在一些机组中，因为管路配置或组件位置的不同，液体制冷剂会在停机时在吸气管或蒸发器中积聚，在启动时会以液体形式以很高的速度回到压缩机。液击的速度和量将会大大加强液击的破坏力，从而使压缩机内部任何防液击保护特性失效。其结果往往导致压缩机严重损坏。二、推荐改正措施制冷或空调系统存在液体制冷剂的潜在危险几乎正比于制冷剂的充注量。需要实测带压缩机和其它主要部件空调系统，才能确定该系统的最大安全充注量。压缩机制造商可以确定压缩机曲轴箱可以容忍的不会损坏工作部件的最大液体量，但是无法知道在所有工况下，整个系统的充注量实际有多少回到或滞留在
7、压缩机中。压缩机所能容忍的最大液体量取决于它的设计、内容积和注油量。在有液体迁移、回液或液击发生的地方，必须根据系统设计和具体液体问题的类型采取相应的改正措施。1 制冷剂充注量控制在最少压缩机可以避免所有回液问题的最好方法就是将制冷剂的充注量控制在尽可能的少。冷凝器、蒸发器，和连结管应采用最小的尺寸，储液器也应尽可能的小。2 抽空循环最可靠最有效地控制液体制冷剂在停机时迁移的方法是抽空循环。通过首先关闭液管上的电磁阀，压缩机继续运行，制冷剂被泵人冷凝器和储液器，这样在压缩机不工作时制冷剂被隔离开，从而防止了向压缩机曲轴箱迁移。目前有两种基本的抽空循环应用得较为普遍：1 ) 连续抽空循环推荐用于
8、不会长期不运行( 几星期或几个月) 的所有的制冷和空调系统。压缩机的运行由低压控制设定，当吸气压力低于设定值时，低压控制器使压缩机停机。停机时制冷剂如果通过电磁阀泄漏，使吸气压力升高，则重新启动压缩机，重复上述过程；因此叫做“连续抽空循环”。2 ) 一次抽空循环推荐用于可能长期不运行( 几星期或几个月) 的商用空调系统，抽空循环只在液管电磁阀关闭后进行一次，达到低压设定值使压缩机停机。这是为了防止由于电磁阀或压缩机阀片泄漏使1 9 92 0 0 1 中国家用电器技术大会论文集制冷剂进入低压侧，从而造成连续地频繁启动。频繁启动超过一定时间会导致曲轴箱内油被泵出，因为电磁阀被关闭，润滑油无法回到压
9、缩机。当几星期或几个月以后，电磁阀最终被打开，大量润滑油迅速被带回压缩机，从而导致压缩机损坏。当一次抽空循环应用时，建议也要加曲轴箱加热器。抽空循环中，曲轴箱压力会迅速下降。如果曲轴箱压力下降太多，润滑油里面的制冷剂会跑出来使油起泡。这会使曲轴箱内润滑油被迅速泵出，增加了阀片和传动装置的应力，并会引起下一次循环时缺油。为了尽可能减少危害，建议低压控制的设定点尽量与机组运转时的最低饱和吸气压力接近。尽管抽空循环是防止制冷剂迁移的最好方法，但是它无法防止运行过程中的回液。如果有回液发生的话，建议使用吸气管气液分离器。三，曲轴箱加热器某些系统，由于运行要求、成本或用户环境等因素而无法使用抽空循环，这
10、时通常用曲轴箱加热器来减缓制冷剂的迁移。曲轴箱加热器的功能是使压缩机润滑油的温度高于系统中最冷的部分。进入曲轴箱的制冷剂被汽化并沿着吸气管被赶回系统。但是，为了防止润滑油过热和碳化，曲轴箱加热器的输入功率必须加以限制。在环境温度达到( 3 2 时，或当吸气管暴露并有冷风吹过时，会增加额外负荷，曲轴箱加热器可能会过载，但是迁移仍然会发生。在任何情况下，带有曲轴箱加热器的压缩机在立刻启动之前，加热器必须至少通电4 小时以上。值得注意的是，虽然曲轴箱加热器对付制冷剂迁移是很有效的，但是它不能防止系统的液击或回液。四，吸气气液分离器系统如果有回液发生，应安装一个吸气气液分离器。气液分离器实际上一个容器
11、，用来暂时储存系统回液，控制液体制冷剂( 和油) 以压缩机可以容忍的安全速度返回压缩机。回液最容易发生在热泵系统，从制冷切换到制热，或从制热切换到制冷。回液还会发生在空调系统，当环境温度很高，停机周期很短时。在大冷凝器和制冷剂充注较多，并且使用毛细管节流的系统中，这种情况特别容易发生。在停机周期，热的冷凝器会将系统中大量的制冷剂( 液体)赶回压缩机曲轴箱。一旦制冷剂量超过压缩机的极限充注量，启动时就有可能产生液击。使用热气除霜的系统，在热气除霜循环的开始或结束时，也很容易发生回液。用于低过热度的压缩机如冷水机组和低温陈列柜，在制冷剂控制不好的情况下，偶而也可能产生回液。运输制冷应用中，在经历长
12、时间不运行之后，经常会碰到非常严重的回液。由于每一个系统的制冷剂充注量和制冷剂控制的方式都不同，实际是否需要气液分离器及需要的气液分离器尺寸都会有很大差异。如果有回液发生的话，必须使用尺寸大小合适的气液分离器，以保证在回液量最大时可以容纳相应的制冷剂，这有可能是系统5 0 的充注量。如果无法精确知道回液量，那么5 0 的充注量可以做为一种保守的设计。气液分离器内部回油孔尺寸应引起注意，推荐的回油孔尺寸在1 0 2 O m m 范围，同时应加装过滤网以保护回油孔不被系统杂质堵塞。为了测试是否要用气液分离器，做一台带可视垂直接管的压缩机。将蒸发器置于冷凝机组以上1 5 米位置，用7 6 米长无回油
13、弯的连接管。如果系统是现场充注的，建议增加1 0 至2 0 的充注量，模拟可能发生的现场过量充注情况。系统在室外3 5 。C ，室内2 4 的环境下运行1 小时。关闭压缩机和冷凝器风扇，蒸发器风扇2 0 0第三部分空调器及压缩机始终开着。5 分钟停机周期后，观察压缩机视液管。如果液位超过了预置点( 从谷轮应用工程部获得) ，需要使用气液分离器。该试验需要重复几次。用于系统使用长接管的气液分离器应分别考虑。五，油分离器油分离器不能解决系统设计的无法回油问题，也不能解决液体制冷剂控制问题。但是，如果其它方法无法克服系统的控制问题，油分离器可以减少系统油的循环量，维持系统在一段时间内安全运行，过了这
14、段时间后系统必须再回到原来状态。例如，在极端低温或满液式蒸发器中，回油依赖于除霜周期，油分离器只能用来维持在两个除霜周期之间的油位。六、压缩机过热在低温系统中的大部分压缩机的损坏是来自压缩机的过热，而现场经验表明如果排气温度能降低至一合理水平，大部分这种损坏又是能够消除的。许多工程师、修理人员和用户简单地拒绝接受压缩机运行存在极限这一事实。他们被过去的经验所支配，认为只要有保守的安全系数和产品的改进，通过更换压缩机就可解决所有的问题。他们经常引用一台能继续完好运行的压缩机而忽略已经损坏的压缩机。前面我们已经提到需要控制液体制冷剂的液击和返流，同时也应该注意压缩机的高温损坏。当气缸温度升至1 5
15、 7 至1 6 3 ，润滑油膜开始从气缸壁上蒸发，或发生分解。现代冷冻油有强的抗裂变能力使气阀上不会形成结炭，结果许多高温损坏被错误地诊断为液体损坏。大部分冷冻油在1 7 7 开始裂变或结炭。在没有污染的气氛中试验可能显示一个适度的允差使温度还可更高一些，但现实世界上有着许许多多具有不同程度被空气和水汽污染的系统。在R 2 2 系统中蒸发温度低于一1 2 会发生同样的严峻的温度状况。许多名义蒸发温度为一1 5 或一1 2 的中温R 2 2 系统在相当于一1 2 或更低蒸发温度的吸气压力下紧张地运行，这些装置会产生严峻的问题。注意需要关注的是压缩机的吸气压力，而不是系统的蒸发温度，因为许多情况下
16、从系统至压缩机之间的压力降造成严重威胁。在大型复杂系统中，很重要的是控制回气温度，看来要达到这个要求的最直接的方法是将吸入管保温。对现有的那些管道保温不易做到的系统，过热降温膨胀阀已被证实是获得低排气温度的有效方法。七、压缩比对压缩机可靠性的影响压缩比是描述压缩循环的一个术语，是排气绝对压力( M P a ) 和吸气绝对压力( M P a ) 的比值，比值本身和压力无关。为示例压缩比的计算，考虑以下二个不同例子。例1 ：吸气压力= 0 2 1 M P a ( 表) = 0 3 1 3 M P a排气压力= 3 0 4 M P a ( 表) = 3 1 4 3 M P a压缩比= 3 1 4 3 0 3 1 3 = 1 0 ：1例2 ：吸气压力= 2 5 4 m m 真空度= 0 0 6 9 M P a排气压力= 0 5 8 4 M P a ( 表) = 0 6 8 7 M P a压缩比= 0 6 8 7 0 0 6 9 = 1 0 ：1很重要的是应区别好过高压力和过高压缩比，因为每种情况会造成完全不同的磨
