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应用案例:船用制冷压缩机的故障检修

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人气:-发表时间:2020-10-16 07:17【

故障描述 

正常情况下该船的低温冷库(鱼库和肉库) 当库温降至设定值-2O℃时,温度开关动作,供液电磁阀关闭,停止供液,当制冷压缩机吸口压力P(吸)为0.05MPa时压力开关动作,使其停车。

当库温升至-15℃时,温度开关动作,供液电磁阀开启,开始供液,此时冷剂的蒸发温度为-20℃,对应的蒸发压力为0.25MPa,低压控制器动作,压缩机切入运行。 

2008年6月间低温库库温监测系统高温报警,检查后发现两低温库内蒸发器严重结霜,且制冷压缩机长时间运行而不停止,初步确诊为低温库的融霜装置出现故障。

检查冷库的融霜装置,发现融霜用的电加热器的保险丝熔断。 

更换保险丝,运行一段时间后,结霜现象得以缓和,但压缩机运行时间还是过长。

彻底检查系统中其他部件,最后确认NO.1压缩机本身也存在故障。

于是随即将备用的NO.2 压缩机及冷凝器切入系统中,使各库恢复正常,同时准备对NO.1压缩机进行解体检查。

压缩机结构简图如图1所示。

制冷压缩机

(1)压缩机机体冷却后,解体发现1、2号缸阀片磨损严重,密封面闭合不严;

1号缸缸套存在异常磨损且缸套内壁有严重划痕;

2号缸活塞表面有划痕,刮油环断裂,压缩环粘着于环槽中;

1号缸、3号缸刮油环粘着于环槽中。

将所有4个缸的活塞环取下,测量搭口间隙,发现4号缸活塞环槽磨损严重。

检查该压缩机的卸载机构,发现压力开关触头松动。 

(2)更换4号缸活塞、活塞环以及缸套,更换 1、3号缸活塞环,将活塞环放在缸套内 (距缸头10mm处)测其搭口间隙α/(0.2mm<α<0.35mm),用工业酒精清除环槽积碳,将活塞环放在环槽内量取天地间隙 (0.01mm<β<0.03mm)。

测量结束后,将活塞环装在活塞上面,然后在活塞、活塞环表面均匀涂上一层压缩机油,将活塞小心装入缸套中。 

(3)更换1、2号缸阀芯,装阀芯之前,清洁其密封面,在垫片上涂压缩机油,注意使垫片上的孔与夹紧螺栓孔相对应,同时使阀片上的凸头方向与压缩机轴封端方向一致,交叉上紧缸头螺栓。

将卸载机构中的压力开关触头换新。

(4)开启吸、排气阀,启动压缩机,低负荷运转24h后,停车再次上紧缸头夹紧螺栓。

至此制冷装置又恢复正常。

02

故障诊断分析

压缩机不停机的根本原因在于装置的制冷量不足或冷库热负荷过大。

(1)吸、排气阀片,活塞环严重泄漏,使压缩 机的排气量减少,导致装置制冷量不足。

阀片在长时间工作之后,由于磨损和密封阀面闭合不严,导致部分高压气体泄漏。 

R22制冷剂中的少许杂质,也会加剧阀片的磨损。

活塞在汽缸内做往复运动,此时,冷剂气体含有的金属杂质会使缸套及活塞表面产生划痕。

活塞环在环槽内不断做往复运动(即环上下运动)、径向运动 (环涨缩运动)、回转和扭曲 (环的搭口部分)运动,使环槽受到严重磨损产生大量的金属杂质,这些杂质反过来又加 剧了活塞环及环槽的磨损,同时杂质与滑油相混合,在高温冷剂气体的作用下,在环槽下端面沉积。

当沉积物较软时,活塞环还可以保持有效的密封,当沉积物变硬时,活塞环就会粘着于环槽中,严重的还可能使活塞在汽缸中做往复运动时,使环受到其交变的弯曲作用力而断裂,这样使得大量高压冷剂气体泄漏至曲柄箱中并污染滑油。

制冷压缩机的排气量也因此而显著减少,导致制冷量的不足,如2号缸情况。 

(2)卸载机构。

BFO一4型压缩机采用单电磁阀控制的油压启阀式卸载机构,紧靠相邻的两缸(1、2号缸和3、4号缸)作为一个组合单位,其中1、2号缸作为基本工作缸,3、4号缸由一套卸载机构控制,工作负荷分为50%和100%两种,基本工作缸的卸载机构虽不能调节,但直接与压缩机滑油泵的出口相连通,故控制油路启动时,由于油压一时尚未建立 (小于0.04MPa),油压活塞就被弹簧压至尽头,工作缸(1、2号缸)与调节缸(3、4号缸)一样处于卸载状态,数10秒之后,滑油油压建立,升高至0.35MPa,压力油缸中活塞被压力油推至缸底,实现空载启动后,基本工作缸 (1、2号缸)又自动投入工作。

当油泵的油管破裂或其他原因使油压难以建立 (一直小于0.35MPa),压缩机始终处于卸载启动状态,压力开关失灵,以至于当吸入压力大于0.25MPa时,开关不动作,压缩 机无法实现增载,只能以50%负荷运行,必然导致压缩机运行时间过长。 

(3)液体制冷剂管路不畅通导致装置制冷量不足。

液体制冷剂从贮液器出来,须经截止阀、供液电磁阀、热力膨张阀,有时还得经过干燥器,最后至蒸发器。

在这段管路上,供液电磁阀、热力膨张阀前均设有阀前滤器。

可能引起液体冷剂管路不畅通的因素有以下三种。 

①水分。

水分随新冷剂或随滑油进入制冷系统。

要么处于游离状态(含水量过高的情况),要么溶于制冷剂R22中的。

大部分游离水可在冷剂经干燥器循环时除去,而溶于R22中的水分随着制冷剂液体流至膨胀阀等低温处所,溶有的水分因温度降低而析出并形成冰晶。

阀孔前后的流道极不规则,阀前滤网又很密,冰晶就会粘附于滤网或阀孔周围并逐渐长大,结果就会阻塞管路或堵住阀孔,使供给蒸发器的冷剂量减少,蒸发器热负荷变大。

②杂质。

制冷剂R22化学性能较稳定,但经长时间工作后,与水分长期接触,在金属氧化物的催化作用下,会慢慢分解,生成酸性物质,腐蚀金属,使阀、轴封、轴颈和缸壁等金属表面产生蚀痕,同时还产生杂质。

压缩机运动部件如活塞与汽缸、轴与轴承等也会因摩擦而产生一些杂质,这些杂质会粘附在阀前滤网上,形成“脏堵”,使管路变窄 ,冷剂难以通过,同时还会污染滑油。

③滑油。

R22属条件性溶油冷剂,即高温时,溶油能力强,可以完全溶解,而在低温时则很小。

压缩机的排气高温高压,溶有的滑油量会很 大,经出口处的滑油分离器,大部分滑油经它又回到曲柄箱,冷剂中的滑油会有所减少。

然而,当它们到液体管路时,如同水分一样,会为温度降低而析出,且黏度变大,更易被阀前的滤网吸附,结果就会堵塞管路,形成“油堵”。

滑油不仅在液体管路中形成“油堵”,使其不畅通外,还会在随制冷剂R22进入蒸发器之后,而大量析出并沉积在蒸发器底部,使回油变得更加困难,同时使蒸发器有效的吸热面积减小,间接地增大了冷库的热负荷。

④船舶制冷设备长期处于振动环境中,系统中有些管接头或法兰连接处难免会出现松动,或因R22冷剂的腐蚀作用而出现裂纹。

制冷剂就会从这些地方泄漏,使系统中的冷剂量减少,导致装置的制冷量不足。 

⑤热力膨胀阀的过热度调整要合适,温包处接触要良好,不应出现松动,否则会引起温度继电器、压力继电器或供液电磁阀等控制元件失灵,以致库温随降至极限(-20℃),压缩机却不能及时停车。

03

故障对策

(1)充剂、换油等操作应符合规范,防止因为操作不规范而使水分、空气或其他杂质进入系统中。

采用国产冷剂R22时,因含水量较大,充剂时要使其通过干燥器循环。 

(2)定期检查系统冷剂量(从贮液器的观察镜)、滑油量 (从曲柄箱滑油观察镜) ,若发现缺少,要及时补充。

同时定期检查滑油质量,必要时及时更换滑油。 

(3)定期检查温度继电器、压力继电器、热力膨胀阀、融霜定时器等控制元件,使其处于良好的工作状态。 

(4)根据产品说明书和本船实际情况制定合理检修计划,定期检查压缩机的阀芯、活塞组件、卸载机构、油泵。

(5)保证系统中液体管路畅通,冷剂中的水分、杂质 、滑油要及时清除。 

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