山西平阳重工机械有限责任公司 山西侯马 043000
摘要：从设备故障现象查找原因，对烧毁压缩机解体的状况分析，找出了制冷系统积碳的成因，得出系统渗漏是形成高温的根源，从而造成设备运行恶化，最终导致压缩机烧毁。对故障的实际处理结果，验证了分析的可靠性。最后提出日常运行维护中应该注意的几个问题。
关键词：涡旋压缩机；润滑油；高温；碳化；润滑失效；
1 概况
模块化精密恒温恒湿空调机组，通过制冷、制热、通风模式调控室内空气参数，保障室内恒温、恒湿工艺环境，空调精度可控制在±1℃、±5%RH范围。该机型以模块化结构设计，装机容量可依据基本模块自由组合，适用于大型计算机房、通信程控机房，也能满足精密机械、电子仪表、医疗卫生、计量检测及特殊工艺场合的室内空气调节需要。
笔者所在公司的精密机械加工间有一台国内某公司生产的恒温恒湿空调机组，该机组由空调室外机和室内机组成。室外机完成制冷剂的压缩和冷凝；室内机完成制冷剂的节流和蒸发，实现对混合风的处理。通过制冷剂工质在蒸发器内的蒸发吸热完成降温减湿，通过电加热器和电极式加湿器完成加温加湿，通过新风管引入新风满足室内操作人员对新风量的需求，混合风经过离心风机加压送入加工间，满足加工工艺对温湿度的要求。
设备主要参数[1]：制冷量24.9KW，制热量9KW，送风量6500m3/h；制冷剂HCFC-22充足量8Kg；全封闭涡旋压缩机型号ZR94KC- TFD-522，功率6.7KW；电源3Ph-50HZ，轴流风机功率1.2KW，离心风机功率1.5KW。工艺环境要求：温度20℃±1℃，相对湿度55%±5%。
2 故障情况
设备安装后投入运行，前年夏季由于连续出现低压报警，厂家售后进行了故障处理。去年，机组再次出现故障。经查看发现：
1）制冷系统高低压平衡值远小于室外环境温度相对应的制冷剂正常值。
2）控制压缩机的空气开关跳开。
3）在室内机视液镜处及下端紫铜管上有油污痕迹。
4）检查压缩机，内置电机绕组对地绝缘阻值为0MΩ,判断电机烧毁（俗称压缩机烧毁）。
对机组进行抢修，更换谷轮同型号的压缩机，并更换干燥过滤器和视液镜，补焊泄漏点。进行压力试验（表压16Kg/cm2,保压24h）和真空度试验(真空度133Pa，保压0.5h)，均合格。从高压端对系统加注液态制冷剂到靠压力差无法加注时，开机从低压端加注气态到充注量为10 Kg（系统氟增注量依据0.11Kg/m计算[1]）。运行低压值4.0 Kg/cm2，高压值17.5Kg/cm2，压缩机电流11.2A，制冷效果良好（室外环境温度28℃）。运行约1h后，由于恢复室外机侧封板，进行了关机操作。
次开机时，高低压电流值一切正常，约15S后故障出现：压缩机声音异常，观察低压值为0Kg/cm2，高压值迅速升值22 Kg/cm2后又返回维持到18 Kg/cm2，压缩机电流值也立即降为6A。检查电磁阀工作正常，视液镜从正常时的满液状态变为被氟泡沫浸泡，用手触摸干燥过滤器，发现前后端温差较大，手动关机。（低压控制器切断设定值为0.15Mpa,为便于故障诊断，已将低压控制器短接，所以并未出现低压保护。）
3 故障分析
制冷剂流过干燥过滤器时前后有较大温差，说明此处节流，存在堵塞；低压值为0Kg/cm2，说明制冷剂没有到达低压端，系统严重堵塞；系统无低压，压缩机几乎工作在无负荷状态，所以电流值偏小。由于在二次运行中，对热力膨胀阀和干燥过滤器进行加热，系统仍呈现堵塞状态，可排除系统冰堵的可能性。推断系统在干燥过滤器处发生脏堵。
图1 烧毁压缩机解体后 图2 排气口积碳 图3 排气顶盖积碳
为得到证实，对烧毁压缩机进行了解体，发现内部堆积有黑色积碳，图1～3为压缩机解体后内部情况。对拆下的干燥过滤器用口吹气已堵塞，切开发现内部滤料积满积碳小颗粒。
积碳是润滑油氧化、分解、聚合的固体状含氧、碳、氢的化合物及金属粉末，温度越高越容易造成油的氧化和分解[2]。从积碳情况和电机绕组呈现局部黑色推断内置电机烧毁前处于高温运行环境，大量积碳是润滑油在高温状态下碳化形成的。由于控制系统设有检测压缩机过载的电流互感器，其输出的4～20mA信号经过西门子EM231模拟量输入模块进入PLC中央处理器CPU224，参与系统控制保护。而设备并未出现过载记录，推断电机不是由于压缩机过负荷出现过流引起的过热而使电机烧毁的。那么，系统内的高温是从哪儿来的呢？
我们先分析一下全封闭涡旋压缩机内部结构，如图4所示。电机和压缩机部件在一个封闭壳体内，电机在壳体下部，压缩部件在壳体上部。运行时，涡旋压缩机内置电机部分浸入在油和制冷剂蒸气中，电机采用吸气冷却，即低温低压的压缩机吸气通过电机后带走热量而使电机冷却。底部油泵将润滑油从油池中泵入曲轴内，自下而上到压缩机各部件，对压缩过程起到润滑、密封、冷却、清洁和消声作用[3]。最后，油从排油孔流出进入油池，在此过程中，由于油与制冷剂的互溶性，部分油会随制冷剂一起在系统内进行循环。
我们再从机组的第一次故障入手，寻求问题的答案。由于系统的第一次的渗漏，造成低压保护，当靠高低压平衡作用达到低压自动复位值后，由于工房内回风温度高，机组再次启动。于是出现渗漏运行―低压保护―自动复位―渗漏运行。由于部分润滑油会被带入系统进行循环，所以在氟渗漏中含有大量油被带出，造成压缩机供油不足，润滑性能下降。由于压缩机底部无视油镜，油的减少并未引起维修人员重视，对管路进行补焊草草了事。也就为以后大故障埋下了隐患。压缩机长期运行于低压偏低状态，蒸发温度低，吸气过热度大，造成吸气温度高，压缩比大，压缩后排气温度高，低压越低排气温度就越高。
排气温度是制冷设备必须考虑的一个安全指标，排气温度过高，会引起制冷剂自身分解、变质，并造成机器润滑条件恶化、润滑油结焦。全封闭制冷压缩机的设计及使用条件[4]指出，空调工况下蒸发温度为-5～10℃，最高排气温度为150℃。而此时的压缩机实际工况已超出设计及使用条件，会引起制冷剂变质，当排气温度达到甚至超过润滑油开始焦化的175℃界限[5]，粘附在压缩机排气顶盖内表面的油膜便结焦，如图3所示。如果颗粒被高速排气带出便引起管路堵塞，这就是故障中发现的干燥过滤器内滤料堵塞的原因。另外，过低的蒸发温度会使蒸发器内制冷剂溶油性变差，油粘度增大，更不利于压缩机回油。
润滑油高温状况下变稀甚至焦化变质，破坏了运动部件摩擦面正常润滑，导致润滑失效，会引起电机负荷增加。曲轴高速旋转，没有油膜保护摩擦面迅速升温，局部高温使润滑油又迅速蒸发或焦化。轴承及运动部件严重磨损，产生金属粉末，形成积碳核心，积碳可能性增大，“润滑不足－摩擦－表面高温－油焦化”形成恶性循环。当积碳颗粒粘在排气阀片周围，如图2，由于油在动静涡旋片表面密封性能下降，高温高压的气态制冷剂很容易窜入壳体内，形成壳内高温。长时间高温，会降低电机绝缘性能和可靠性。当窜入的排气温度超过电机的最高允许温升时，就加速电机绕组的老化。由于压缩机运行于室外U型冷凝器的内部，夏季室外环境温度达到40℃以上时，不仅造成冷凝器负荷增大，也会使通过强制通风散热的压缩机散热不良。
综上，第一次维修，系统已处于异常状态，只不过表现特征不明显。压缩机电流虽因油质变差和供油不足的问题而升高，但还未达到保护值，使得控制程序无法命令保护停机。维修后投入运行，实际运行工况差，低压故障再次造成内部高温，最终导致压缩机烧毁。
4 故障维修
从分析得出，系统为严重的积碳堵塞。选用压力为12 Kg/cm2高压氮气对系统吹扫，更换润滑油，更换干燥过滤器，对系统打压到16 Kg/cm2，抽真空到133Pa，加注10Kg制冷剂后，进行设备调试，制冷效果好，运行参数正常，从而排除了故障。
5 维修后的思考
5.1 维修中，一般容易忽视系统润滑油的品质和油量是否满足系统要求，特别对于全封闭压缩机底部油池无视油镜时，油的情况更应引起维修人员重视。故障诊断时，须检查润滑油量和色度、测试电机发热情况和电流大小、测量油池温度和吸排气温度，细心观察故障特征，权衡判断、多加分析进行故障处理，严禁设备带病运行，以免造成大的事故。
5.2 杜绝对系统电控元器件由于故障而短路或断路连接，以免故障时无法保护停机。
5.3 选用或设计压缩机保护电路及维修中注意事项
1）选用绕组内内埋温度保护元件（温度开关或者温度传感器）的压缩机。
2）排气管温度控制：在压缩机控制回路中安装排气管温度控制器，安装在排气管距压缩机排气口约150mm处。温度控制需人工复位，控制器点跳闸最少有30min锁定时间[5]。
3）电路中设计电流互感器检测压缩机运行电流值，通过模拟量输入模块进行模数转换后进入程序内部比较，实现过载保护。
4）选用热继电器进行过热保护。
5）对于风冷空调机组，切忌为了避免夏季高温引起高压保护而人为降低系统注氟量。
6）氧乙炔焊施焊过程要对紫铜管路充氮气保护，一般应采用中性焰施焊铜管与铜部件，采用碳化焰施焊铜管与钢部件。
7）对维修的空调制冷系统尽量采用丝接干燥过滤器与管路连接。
参考文献：
[1]恒温恒湿空调机组运行维护手册，2004
[2]崔天生.压缩机的安装维护与故障分析.西安交通大学出版社，1995
[3]王振辉.制冷工.北京：化学工业出版社，2005
[4]吴业正.制冷原理及设备.西安交通大学出版社，2001
[5]蒋能照，张华主等.中央空调实用技术.北京:机械工业出版社,1999
作者简介：梁宏杰（1978- ），男，大学本科，陕西蒲城人，山西平阳重工机械有限责任公司工程师，研究方向：暖通空调设备维护与建筑工程管理；山西省侯马市红军街1#，043000
论文作者:梁宏杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/21
标签：压缩机论文; 制冷剂论文; 低压论文; 电机论文; 系统论文; 温度论文; 润滑油论文; 《基层建设》2017年第12期论文;