壓縮機(jī)常見(jiàn)故障分析(2)——液擊
來(lái)源：上海川悅自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司瀏覽量：載入中...發(fā)布時(shí)間：2017.12.27
1.引言
液態(tài)制冷劑和/或潤(rùn)滑油隨氣體吸入壓縮機(jī)氣缸時(shí)損壞吸氣閥片的現(xiàn)象，以及進(jìn)入氣缸后沒(méi)有在排氣過(guò)程迅速排出，在活塞接近上止點(diǎn)時(shí)被壓縮而產(chǎn)生的瞬間高液壓的現(xiàn)象通常被稱為液擊。液擊可以在很短時(shí)間內(nèi)造成壓縮受力件(如閥片、活塞、連桿、曲軸、活塞銷(xiāo)等)的損壞，是往復(fù)式壓縮機(jī)的致命。減少或避免液體進(jìn)入氣缸就可以防止液擊的發(fā)生，因此液擊是完全可以避免的。
通常，液擊現(xiàn)象可分為兩個(gè)部分或過(guò)程。首先，當(dāng)較多液態(tài)制冷劑、潤(rùn)滑油或者兩者的混合物隨吸氣以較高速度進(jìn)入壓縮機(jī)氣缸時(shí)，由于液體的沖擊和不可壓縮，會(huì)引起吸氣閥片過(guò)度彎曲或斷裂;其次，氣缸中未及時(shí)蒸發(fā)和排出的液體受到活塞壓縮時(shí)，瞬間內(nèi)出現(xiàn)的巨大壓力并造成受力件的變形和損壞。這些受力件包括吸排氣閥片、閥板、閥板墊、活塞(頂部)、活塞銷(xiāo)、連桿、曲軸、軸瓦等。
2.過(guò)程與現(xiàn)象
(1)吸氣閥片斷裂
壓縮機(jī)是壓縮氣體的機(jī)器。通常，活塞每分鐘壓縮氣體1450次(半封壓縮機(jī))或2900次(全封壓縮機(jī))，即完成一次吸氣或排氣過(guò)程的時(shí)間為0.02秒甚至更短。閥板上的吸排氣孔徑的大小以及吸排氣閥片的彈性與強(qiáng)度均是按照氣體流動(dòng)而設(shè)計(jì)的。從閥片受力角度講，氣體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊力是比較均勻的。
液體的密度是氣體的數(shù)十甚至數(shù)百倍，因而液體流動(dòng)時(shí)的動(dòng)量比氣體大得多的，產(chǎn)生的沖擊力也大得多。吸氣中夾雜較多液滴進(jìn)入氣缸時(shí)的流動(dòng)屬于兩相流。兩相流在吸氣閥片上產(chǎn)生的沖擊不僅強(qiáng)度大而且頻率高，就好像臺(tái)風(fēng)夾雜著鵝卵石敲打在玻璃窗上，其破壞性是不言而喻的。吸氣閥片斷裂是液擊的典型特征和過(guò)程之一。
(2)連桿斷裂
壓縮行程的時(shí)間約0.02秒，而排氣過(guò)程會(huì)更短暫。氣缸中的液滴或液體必須在如此短的時(shí)間內(nèi)從排氣孔排出，速度和動(dòng)量是很大的。排氣閥片的情況與吸氣閥片相同，不同之處在于排氣閥片有限位板和彈簧片支撐，不容易折斷。沖擊嚴(yán)重時(shí)，限位板也會(huì)變形翹起。
如果液體沒(méi)有及時(shí)蒸發(fā)和排出氣缸，活塞接近上止點(diǎn)時(shí)會(huì)壓縮液體，由于時(shí)間很短，這一壓縮液體的過(guò)程好像是撞擊，缸蓋中也會(huì)傳出金屬敲擊聲。壓縮液體是液擊現(xiàn)象的另一部分或過(guò)程。 液擊瞬間產(chǎn)生的高壓具有很大的破環(huán)性，初人們熟悉的連桿彎曲甚至斷裂外，其他壓縮受力件(閥板、閥板墊、曲軸、活塞、活塞銷(xiāo)等)也會(huì)有變形或損壞，但往往被忽視，或者與排汽壓力過(guò)高混為一談。檢修壓縮機(jī)時(shí)，人們會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)彎曲或斷裂的連桿，并給予替換，而忘記檢查其他零件是否有變形或損壞，從而為以后的故障埋下禍根。
液擊造成的連桿斷裂不同于抱軸和活塞咬缸，是可以分辨出來(lái)的。首先，液擊造成連桿彎曲或斷裂是在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，連桿兩端的活塞和曲軸運(yùn)動(dòng)自如，一般不會(huì)有嚴(yán)重磨損引起的抱軸或咬缸。盡管吸氣閥片折斷后，閥片碎屑偶爾也會(huì)引起活塞和氣缸面嚴(yán)重劃傷，但表面劃傷與潤(rùn)滑失效引起磨損很不同。其次，液擊引起的連桿斷裂是由壓力造成的，連桿和斷茬有擠壓特征。盡管活塞咬缸后的連桿斷裂也有擠壓可能，但前提是活塞必須卡死在氣缸。抱軸后的連桿折斷就更不同了，連桿大頭和曲軸有嚴(yán)重磨損，造成折斷的力屬于剪切力，斷茬也不一樣。，抱軸和咬缸前，電機(jī)會(huì)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，熱保護(hù)器會(huì)動(dòng)作。
3.原因分析
顯然，能引起壓縮機(jī)液擊的液體不外乎如下幾種來(lái)源：1)回液，即從蒸發(fā)器中流回壓縮機(jī)的液態(tài)制冷劑或潤(rùn)滑油;2)帶液?jiǎn)?dòng)時(shí)的泡沫;3)壓縮機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑油太多。本文將對(duì)這幾種原因逐一分析。
(1)回液
通常，回液是指壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑通過(guò)吸氣管路回到壓縮機(jī)的現(xiàn)象或過(guò)程。
對(duì)于使用膨脹閥的制冷系統(tǒng)，回液與膨脹閥選型和使用不當(dāng)密切相關(guān)。膨脹閥選型過(guò)大、過(guò)熱度設(shè)定太小、感溫包安裝方法不正確或絕熱包扎破損、膨脹閥失靈都可能造成回液。對(duì)于使用毛細(xì)管的小制冷系統(tǒng)而言，加液量過(guò)大會(huì)引起回液。
利用熱氣融霜的系統(tǒng)容易發(fā)生回液。無(wú)論采用四通閥進(jìn)行熱泵運(yùn)行，還是采用熱氣旁通閥時(shí)的制冷運(yùn)行，熱氣融霜后會(huì)在蒸發(fā)器內(nèi)形成大量液體，這些液體在隨后的制冷運(yùn)行開(kāi)始時(shí)既有可能回到壓縮機(jī)。
此外，蒸發(fā)器結(jié)霜嚴(yán)重或風(fēng)扇故障時(shí)傳熱變差，未蒸發(fā)的液體會(huì)引起回液。冷庫(kù)溫度頻繁波動(dòng)也會(huì)引起膨脹閥反應(yīng)失靈而引起回液。
回液引起的液擊事故大多發(fā)生在空氣冷卻型(簡(jiǎn)稱風(fēng)冷或空冷)半封閉壓縮機(jī)和單機(jī)雙級(jí)壓縮機(jī)中，因?yàn)檫@些壓縮機(jī)的氣缸與回氣管是直接相通的，一旦回液，就很容易引發(fā)液擊事故。即使沒(méi)有引起液擊，回液進(jìn)入汽缸將稀釋或沖刷掉活塞及汽缸壁上的潤(rùn)滑油，加劇活塞磨損。
對(duì)于回氣(制冷劑蒸汽)冷卻型半封閉和全封閉壓縮機(jī)，回液很少引起液擊。但會(huì)稀釋曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑油。含有大量液態(tài)制冷劑的潤(rùn)滑油粘度低，在摩擦面不能形成足夠的油膜，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)件的快速磨損。另外，潤(rùn)滑油中的制冷劑在輸送過(guò)程中遇熱會(huì)沸騰，影響潤(rùn)滑油的正常輸送。而距離油泵越遠(yuǎn)，問(wèn)題就越明顯越嚴(yán)重。如果電機(jī)端的軸承發(fā)生嚴(yán)重的磨損，曲軸可能向一側(cè)沉降，容易導(dǎo)致定子掃堂及電機(jī)燒毀。
顯然，回液不僅會(huì)引起液擊，還會(huì)稀釋潤(rùn)滑油造成磨損。磨損時(shí)電機(jī)的負(fù)荷和電流會(huì)增加，久而久之將引起電機(jī)故障。
對(duì)于回液較難避免的制冷系統(tǒng)，安裝氣液分離器和采用抽空停機(jī)控制可以有效阻止或降低回液的危害。
(2)帶液?jiǎn)?dòng)
回氣冷卻型壓縮機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑油劇烈起泡的現(xiàn)象叫帶液?jiǎn)?dòng)。帶液?jiǎn)?dòng)時(shí)的起泡現(xiàn)象可以在油視鏡上清楚地觀察到。帶液?jiǎn)?dòng)的根本原因是潤(rùn)滑油中溶解的以及沉在潤(rùn)滑油下面了大量的制冷劑，在壓力突然降低時(shí)突然沸騰，并引起潤(rùn)滑油的起泡現(xiàn)象。這種現(xiàn)象很像日常生活中人們突然打開(kāi)可樂(lè)瓶時(shí)的可樂(lè)起泡現(xiàn)象。起泡持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短與制冷劑的量有關(guān)，通常為幾分鐘或十幾分鐘。大量泡沫漂浮在油面上，甚至充滿了曲軸箱。一旦通過(guò)進(jìn)氣道吸入氣缸，泡沫會(huì)還原成液體(潤(rùn)滑油與制冷劑的混合物)，很容易引起液擊。顯然，帶液?jiǎn)?dòng)引起的液擊只發(fā)生在啟動(dòng)過(guò)程。
與回液不同，引起帶液?jiǎn)?dòng)的制冷劑是以“制冷劑遷移”的方式進(jìn)入曲軸箱的。制冷劑遷移是指壓縮機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器中的制冷劑以氣體形式，通過(guò)回氣管路進(jìn)入壓縮機(jī)并被潤(rùn)滑油吸收，或在壓縮機(jī)內(nèi)冷凝后與潤(rùn)滑油混合的過(guò)程或現(xiàn)象。
壓縮機(jī)停機(jī)后，溫度會(huì)降低，而壓力會(huì)升高。由于潤(rùn)滑油中的制冷劑蒸汽分壓低，就會(huì)吸收油面上的制冷劑蒸氣，造成曲軸箱氣壓低于蒸發(fā)器氣壓的現(xiàn)象。油溫愈低，蒸汽壓力越低，對(duì)制冷劑蒸汽的的吸收力就愈大。蒸發(fā)器中的蒸汽就會(huì)慢慢向曲軸箱“遷移”。此外，如果壓縮機(jī)在室外，天氣寒冷時(shí)或在夜晚，其溫度往往比室內(nèi)的蒸發(fā)器低，曲軸箱內(nèi)的壓力也就冷劑遷移到壓縮機(jī)后也容易被冷凝而進(jìn)入潤(rùn)滑油。
制冷劑遷移是一個(gè)很緩慢的過(guò)程。壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間越長(zhǎng)，遷移到潤(rùn)滑油中的制冷劑就會(huì)越多。只要蒸發(fā)器中存在液態(tài)制冷劑，這一過(guò)程就會(huì)進(jìn)行。由于溶解了制冷劑的潤(rùn)滑油較重，它會(huì)沉在曲軸箱的底部，而浮在上面的潤(rùn)滑油還可以吸收更多的制冷劑。
除容易引起液擊外，制冷劑遷移還會(huì)稀釋潤(rùn)滑油。很稀的潤(rùn)滑油被油泵送到各摩擦面后，可能沖涮掉原有油膜，引起嚴(yán)重磨損(這種現(xiàn)象常稱為制冷劑沖刷)。過(guò)渡磨損會(huì)使配合間隙變大，引起漏油，從而影響較遠(yuǎn)部位的潤(rùn)滑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起油壓保護(hù)器動(dòng)作。
由于結(jié)構(gòu)原因，空冷壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)曲軸箱壓力的降低會(huì)緩慢得多，起泡現(xiàn)象不很劇烈，泡沫也很難進(jìn)入氣缸，因此空冷壓縮機(jī)不存在帶液?jiǎn)?dòng)液擊問(wèn)題。
理論上講，壓縮機(jī)安裝曲軸箱加熱器(電熱器)可以有效防止制冷劑遷移。短時(shí)間停機(jī)(比如在夜間)后，維持曲軸箱加熱器通電，可以使?jié)櫥蜏囟嚷愿哂谙到y(tǒng)其它部位，制冷劑遷移不會(huì)發(fā)生。長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)不用(比如一個(gè)冬天)后，開(kāi)機(jī)前先加熱潤(rùn)滑油幾個(gè)或十幾個(gè)小時(shí)，可以蒸發(fā)掉潤(rùn)滑油中的大部分制冷劑，既可以減小帶液?jiǎn)?dòng)時(shí)液擊的可能性，也可以降冷劑沖刷造成的危害。但實(shí)際應(yīng)用中，停機(jī)后維持加熱器供電或者開(kāi)機(jī)幾小時(shí)先給加熱器供電，是有難度的。因此，曲軸箱加熱器的實(shí)際效果會(huì)大打折扣。
對(duì)于較大系統(tǒng)，停機(jī)前讓壓縮機(jī)抽干蒸發(fā)器中液態(tài)制冷劑(稱為抽空停機(jī))，可以從根本上避免制冷劑遷移。而回氣管路上安裝氣液分離器，可以增加制冷劑遷移的阻力，降低遷移量。
當(dāng)然，通過(guò)改進(jìn)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，可以阻止制冷劑遷移，并減緩潤(rùn)滑油起泡程度。通過(guò)改進(jìn)回氣冷卻型壓縮機(jī)內(nèi)的回油路徑，在電機(jī)腔與曲軸箱遷移的通道上增加關(guān)卡(回油泵等)，停機(jī)后即可切斷通路，制冷劑無(wú)法進(jìn)入曲軸腔;減小進(jìn)氣道與曲軸箱的通道截面可以減緩開(kāi)機(jī)時(shí)曲軸箱壓力下降速度，進(jìn)而控制起泡的程度和泡沫進(jìn)入氣缸的量。
(3)潤(rùn)滑油太多
半封閉壓縮機(jī)通常都有油視鏡，以便觀察油位高低。油位高于油視鏡范圍，說(shuō)明油太多了。油位太高，高速旋轉(zhuǎn)的曲軸和連桿大頭就可能頻繁撞擊油面，引起潤(rùn)滑油大量飛濺。飛濺的潤(rùn)滑油一旦竄入進(jìn)氣道，帶入氣缸，就可能引起液擊。
大型制冷系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)，往往需要適當(dāng)補(bǔ)充潤(rùn)滑油。但對(duì)于回油不好的系統(tǒng)，要認(rèn)真尋找影響回油的根源，一味地補(bǔ)充潤(rùn)滑油是危險(xiǎn)的。即使暫時(shí)油位不高，也要注意潤(rùn)滑油突然大量返回時(shí)(比如化霜后)可能造成的危險(xiǎn)。潤(rùn)滑油引起的液擊并不罕見(jiàn)。
4.結(jié)束語(yǔ)
液擊是壓縮機(jī)常見(jiàn)故障。發(fā)生液擊，表明系統(tǒng)或維護(hù)中一定存在問(wèn)題，需要加以糾正。認(rèn)真觀察分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)，不難找到引起液擊的根源。不從根源上防止液擊，而簡(jiǎn)單地將故障壓縮機(jī)維修或更換一臺(tái)新壓縮機(jī)，只能使液擊再次發(fā)生。
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