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制冷压缩机故障及维修
压缩机故障分析-过热
 

 

1.引言

    压缩机正常运转时的发热量不应该引起过热。正常的电机发热、压缩热以及摩擦热在设计压缩机时均做过认真的考虑,并有相应的冷却措施。然而在实际使用中,由于超范围使用、电源不正常、电机过载、制冷剂泄漏、冷凝压力太高等问题引起的电机高温、排气温度过高、润滑油焦糊等过热现象比较常见,并已成为压缩机常见故障之一。

    气缸排气温度是判断压缩机是否过热的重要指标之一。由于测量上的困难,实际应用中是通过测量排气管表面的温度(即排气管温度)来判断是否过热。由于润滑油到150°C时会变得很稀薄,在175°C左右将开始分解变质,因此气缸排气温度应该控制在150°C以内,而排气管温度通常比排气温度低10~40°C。因此,如果排气管温度超过135°C,一般认为压缩机已经处于严重过热状态;而如果排气温度低于120°C,压缩机温度正常。空调压缩机和冰箱压缩机的排气温度通常还要低一些。

 

2.危害

    高温对压缩机电机和润滑油具有很大的危害。长时间过热,不仅会降低电机绝缘性能和可靠性,缩短电机寿命,而且还会降低润滑油的润滑能力,甚至引起润滑油碳化和酸解。

    润滑油碳化后润滑能力大大降低,将引起曲轴、连杆、活塞、活塞环等严重磨损,甚至会出现抱轴、卡缸等堵转现象以及由堵转而引起的连杆折断事故。碳化油还会在阀片和阀板上结碳,引起阀片泄漏和阀片断裂。润滑油中的酸性物质会腐蚀绕组漆包线、降低绕组的绝缘性能。酸化润滑油还会引起镀铜现象。

    实际中,润滑油碳化总是伴随着酸解,因而磨损和腐蚀总是行影相随。磨损产生的细小金属屑夹杂于润滑油中,一方面削弱了润滑油的润滑作用;另一方面,细小的金属屑由于磁性而聚集于电机绕组中,构成导电回路。漆包线绝缘层被腐蚀后就可能出现一些微小的裸露点,很容易引起局部放电。如果金属粒形成导电回路,立即会短路或击穿,烧毁电机。

    活塞环和活塞磨损后还容易引起回油困难和油压保护器动作。许多半封闭压缩机是靠负压回油的,即曲轴箱压力低于电机腔压力时回油单向阀会打开,润滑油就能回到曲轴箱。活塞和活塞环磨损后,高压气体会泄漏到曲轴箱,曲轴箱负压状态受到破环,造成回油困难。这一问题常表现为:压缩机油位不断降低,最后油压保护器动作,压缩机停机,停机后油位会慢慢恢复。再次启动压缩机后,一切正常,但一段时间后上述现象再次出现。

    此外,润滑油中混杂着细小的铁屑还会由于抽吸作用而聚集在油泵吸油管的油网外面,造成油网脏堵。

 

3. 电机过热

    电机过热是相对于电机的正常工作温度而言的。电机正常工作温度不能超过其绝缘等级所对应的最高允许温度(见下表)。

    制冷压缩机本身并没有耐热绝缘等级规定,而电机是有耐热绝缘等级的(见下表)。然而这个绝缘等级对于压缩机电机只能是个参考,因为压缩机电机的使用工况与普通电机的工况有很大差异。

    绝缘的热老化是电气设备不可避免的现象。绝缘寿命与温度之间的经验关系即“10规则”认为,温度每升高10°C绝缘寿命减半(见下表)。

绝缘等级表

绝缘等级

A

E

B

F

H

C

允许工作温度(°C)

105

120

130

155

180

220

 

    显然,电机高温是非常有害的。压缩机在设计时已经考虑到电机冷却,正常工作时不应该出现高温现象,更不应该出现热保护停机。热保护停机的两个必要条件是温度超过设定安全限和高温持续时间超过热保护系统的响应时间(一般在5分钟以内)。

    电机温度升高的原因不外乎发热太多、冷却不足或二者兼有。

 

1)电机发热量大

    供电不正常会引起电机发热量增大。电压不稳、电压太低或太高、电压不平衡、缺相都属于电源供电不正常。

    启动电流和堵转电流是正常电流的48倍,因此压缩机频繁启动、连杆抱轴、活塞咬缸、润滑不足或缺油等问题均会大大增加发热量。

    此外,超范围使用压缩机很容易引起电机过热和损坏,这在冷冻行业时有发生。蒸发温度每提高10°C,电机负载可增加30%甚至更高,造成小马拉大车的现象。因此,低温压缩机用于中高温系统、冷库降温过程持续时间过长,压缩机就长时间处于超负荷状态,对电机的损伤很大,大大降低了电机的可靠性,使电机以后遇到电压波动、电涌等突发情况时很容易烧毁。

 

2)电机冷却不足

    蒸发温度越低,制冷剂质量流量越小,实际需要的电机功率也就越小。因此将空调压缩机和中高温冷冻压缩机用于低温时,尽管电机的实际功耗比名义功率减小了很多,但相对于低温时的实际功率需要和冷却情况还是太大,电机冷却很容易出现问题。

    此外,制冷剂泄漏量比较大时,回气冷却型电机的冷却也得不到保证。而空冷压缩机在高温环境或冷却风扇故障时的冷却也是个问题。如果压缩机配有附加冷却(如喷液冷却系统等),应该维持附加冷却的正常运行。

    为防止电机高温损坏,压缩机电机都有热保护器。不同电机的热保护跳开温度不尽相同,一般为100~135°C。显然,热保护是电机安全的最后防线,出现热保护停机表明电机严重过热。

 

4.排气温度过高

    排气温度过热的原因主要有以下几种:回气温度高、电机加热量大、压缩比高、冷凝压力高、制冷剂选择不当。

 

1)回气温度高

    回气温度高低是相对于蒸发温度为而言的。为了防止回液,一般回气管路都要求20°C的回气过热度。如果回气管路保温不好,过热度就远远超过20°C

    回气温度越高,气缸吸气温度和排气温度就越高。回气温度每升高1°C,排气温度将升高11.3°C

 

2)电机加热

    对于回气冷却型压缩机,制冷剂蒸气在流经电机腔时被电机加热,气缸吸气温度再一次被提高。

    电机发热量受功率和效率影响,而消耗功率与排量、容积效率、工况、摩擦阻力等密切相关。

    对于R22压缩机,当蒸发温度从-5°C降低到-40°C时,一般COP会降低4倍,而其他参数变化不大,气体在电机腔的温升会增加三四倍。由于气缸吸气温度每升高1°C,排气温度可升高11.3°C。因此,蒸发温度从-5°C降低到-40°C,排汽温度会上升约30~40°C

    回气冷却型半封压缩机,制冷剂在电机腔的温升范围大致在15~45°C之间。 空气冷却(风冷)型压缩机中制冷制不经过绕组,因而不存在电机加热问题。

 3)压缩比过高

    排气温度受压缩比影响很大,压缩比越大,排气温度就越高。降低压缩比可以明显降低排气温度,具体方法包括提高吸气压力和降低排气压力。

    吸气压力由蒸发压力和吸气管路阻力决定。提高蒸发温度,可以有效提高吸气压力,迅速降低压缩比,从而降低排气温度。

    一些用户偏面地认为,蒸发温度越低冷度速度越快,这种想法其实有很多问题。降低蒸发温度虽然可以增加冷冻温差,但压缩机的制冷量却减小了,因此冷冻速度不一定快。何况蒸发温度越低,制冷系数就越低,而负荷却有增加,运转时间延长,耗电量会增大。

    降低回气管路阻力也可以提高回气压力,具体方法包括及时更换脏堵的回气过滤器、尽可能缩小蒸发管和回气管路的长度等。

    此外,制冷剂不足也是吸气压力低的一个因素。制冷剂漏失后要及时补充。

    实践表明,通过提高吸气压力来降低排气温度,比其他方法更简单有效。

    排气压力过高的主要原因是冷凝压力太高。冷凝器散热面积不足、积垢、冷却风量或水量不足、冷却水或空气温度太高等均可导致冷凝压力过高。选择合适的冷凝面积、维持充足的冷却介质流量是非常重要的。

    高温和空调压缩机设计的运转压缩比较低,用于冷冻后压缩比成倍提高,排气温度很高,而冷却跟不上,造成过热。因该避免超范围使用压缩机,并使压缩机工作在可能的最小压比下。在一些低温系统中,过热是压缩机故障的首要原因。

 

4)反膨胀与气体混合

    吸气行程开始后,滞留在气缸余隙内的高压气体会有一个反膨胀过程。反膨胀后气体压力恢复到吸气压力,用于压缩这部分气体而消耗的能量在反膨胀中就损失掉了。余隙越小,一方面反膨胀引起的功耗越小,另一方面吸气量越大,压缩机能效比因此大大增加。

    反膨胀过程中,气体与阀板、活塞顶部和气缸顶部的高温面接触吸热,因而反膨胀结束时气体温度不会降低到吸气温度。

    反膨胀结束后,正真的吸气过程才开始。气体进入气缸后一方面与反膨胀气体混合,温度升高;另一方面,混合气体从壁面上吸热升温。因此压缩过程开始时的气体温度比吸气温度高。但由于反膨胀过程和吸气过程非常短暂,实际的温升很非常有限,一般不足5°C

     反膨胀是由气缸余隙引起的,是传统活塞式压缩机无法回避的缺点。阀板排气孔中的气体排不出,就会有反膨胀。

    谷轮公司的专利碟型阀板的排气阀片非常特殊,可以消灭排气孔余隙和气体滞留,从根本上控制了反膨胀。从发明至今,碟阀压缩机一直保持着效率最高的记录。

      

5)压缩温升与制冷剂种类

    不同的制冷剂的热物理性质不同,经历同样的压缩过程后排气温度升高量不同。因此对于不同的制冷温度,应该选用不同的制冷剂。

R404AR502的绝热压缩温升比R22R410A低大约2040°C。当蒸发温度低于-30°C后,R22R410A的压缩温升会超过130°C,考虑到20°C 的回气过热度和30°C的电机加热,理论排气温度将超过150°C,需要附加冷却。对于蒸发温度在0°C以上(比如空调)来说,排气温度不应该超过110°C,不存在过热问题。

5. 结论与建议

    压缩机在使用范围内正常运转不应该有电机高温和排汽温度过高等过热现象。压缩机过热是一个重要的故障信号,表明制冷系统存在较严重的问题,或者压缩机的使用和维护不当。

    如果压缩机过热的根源在于制冷系统,只能从改进制冷系统设计和维护方面着手解决问题


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