摘要：在蒸气压缩式制冷装置中，活塞式制冷压缩机是四个主要部件之一。它的作用是：抽吸蒸发器中的制冷剂蒸气，并提高其蒸发压力；经压缩机提高蒸气压力，使之能在较高温度下冷凝成制冷剂；输送制冷剂，形成制冷循环。制冷压缩机是制冷装置中最主要的设备，通常称为主机或“心脏”。所以压缩机是否正常运行，将直接影响到整个制冷机的性能。本文阐述了活塞式压缩机原理及结构，并对卸载机构的原理介绍及经常出现故障进行分析所进行的改造，使设备更加稳定的运行。
关键词：活塞式；压缩机；卸载机构；改造；稳定；运行
前言：活塞式压缩机存在以下缺点：
（1）、气缸余隙：压缩机压缩终了时活塞与缸顶部有一定的间隙，压缩机的气体不能全部排出，影响效率；
（2）、有吸排气阀片，怕液击，排气有脉动；
（3）、零部件较多，运动及易损部件多，容易产生机械故障；
（4）、活塞机噪音大。
但在各种类型制冷压缩机中，活塞式压缩机是问式最早、至今还广为应用的一种机型。这无疑是因为它具有一系列其它类型压缩机不可及的优点：
（1）、能适应较广阔的压力范围及制冷量要求；
（2）、热效率较高，单位耗电量较小；
（3）、对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工比较容易，造价也较低廉；
（4）、技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验；
（5）、装置到系统比较简单。
活塞压缩机的上述优点使它在各种制冷空调装置中，尤其在中小冷量范围内，成为制冷机中应用最广，生产批量最大的一种机型。
1、背景
深圳大亚湾岭澳核电站L0DWN系统制冷机采用意大利RC，型号为UNICO.A.STD 1210S3型机组，其压缩机采用8缸活塞式压缩机，型号为C85M8-1443-PW-2。该制冷机组001GF（见图1）为风冷机，是由三个独立的制冷系统组成，共用一台壳管式蒸发器，机组平常工作时，两列制冷系统运行，一列备用。冷冻水是由001PO（冷冻泵）来打循环，002PO作为备用。001CI、002CI、003CI、004CI是四个风柜，分别将厂房分为四个供冷区。
图1
该系统制冷机组，为岭澳核电站AL厂房提供7℃冷冻水。AL厂房是电厂化学实验楼，主要用于RRI（设备冷却水系统）、SEC（核岛重要循环水系统）的水样监测及电厂废固、废液的分析所用。一旦制冷机因故障而无法提供足够的冷源，将会使厂房内许多监测系统误差增大，甚至无法启用，从而造成RRI、SEC水源无法使用，导致核反应堆降功率，直至停堆，所以该制冷机对电厂安全运行至关重要。
2、活塞机输气量的调节及卸载原理
2.1 输气量的调节
活塞式压缩机制冷量的大小与系统的运行情况有关。当外界条件或被冷却对象的负荷发生变化时，为了既保持室内所需要的温度，又要实现经济运行，就必须调节压缩机的输气量（即制冷量），使其和当时外界条件或冷负荷相适应，制冷压缩机输气量的调节有以下方法：
（1）、压缩机间歇运行
（2）、变速调节输气量
（3）、顶开吸气阀调节输气量（本文压缩机所采用）
2.2 卸载原理
加载时，卸载电磁阀得电，油活塞底部的高压油从卸载电磁阀旁通至曲轴箱，这时，油活塞内的弹簧力大于活塞推力，推动卸载齿轮（见图2），移动环下降，这时顶杆借助弹簧力的的作用下移至回气端面的凹槽内，顶杆的顶端脱离吸气阀片，这时阀片即落在气缸吸气端面的阀线上，吸气阀片按制冷压缩机活塞的运动启闭，从而处于工作状态。
卸载时，卸载电磁阀失电，油压通过电磁阀推动油活塞，油活塞上的推杆前进，使活塞复位，油活塞上的推杆后移带动卸载齿轮转动（见图2），移动环上升，使吸气阀片被顶开，这样不论压缩机活塞如何运动，吸气阀都是打开的，使该气缸处于“卸载状态”，制冷量也随之减少，以达到节能的目的。
图2
3、存在的问题与原因分析
3.1 存在的问题
在2004年5月10日，运行人员巡检发现LODWN-001-GF制冷机缸头温度过高报警，到现场查看后，发现第三列压缩机缸内有敲击声，且高压压力波动很大。运行人员当即关掉第三列压缩机。经解体检查，发现此压缩机有四个回气阀片击碎，气缸及活塞都有不同程度的损伤。
该压缩机为8缸压缩机，其中6个缸为卸载缸，分两级卸载，一级卸载两个缸，二级卸载四个缸。自03年起，该系列压缩机发生多次因吸气阀片打碎，造成活塞、气缸及吸、排气阀板的严重损坏，且打坏的都是卸载缸，压缩机大致使用时间都在5年左右。
3.2 原因分析
3.2.1 液击
（1）制冷剂液击
在压缩机运行时液体制冷剂进入气缸，由于液体是不可压缩，被活塞推至顶部，很容易将活塞及阀片击碎。制冷机发生液击的主要原因就是膨胀阀调节不当，从而导致压缩机吸入是未完全蒸发的制冷剂液体。如果是以上原因可通过检测过热度来判断，我们通过查看巡检人员对此台制冷机近些天的巡检记录，得出此制冷机的过热度在4-7度之间。所以基本可以排除制冷剂液击的可能性。
（2）油击
油击主要由于压缩机加油过多、或活塞油环失效，引起气缸壁的油无法及时刮回至曲轴箱，被活塞推至顶部，即产生油击。我们检查压缩机的油位在1/2处，再检查油加热器工作正常，查看近期巡检表，曲轴箱温度一直保持在55-60度之间，拆开压缩机气缸盖，用塞尺检查活塞油环间隙正常。所以也基本可以排除油击的可能性。
3.2.2 阀片材质差
此压缩机所使用的环状阀片是压缩机阀片常采用的合金钢所制成的，且从以往解体来看阀片并无大的磨损，所以基本也可以排除阀片材质差的可能性。
3.2.3 气缸余隙过小
一旦气缸余隙过小，活塞定会撞击阀板，造成活塞、阀板及阀片的损坏。这种情况多数是在检修压缩机时没有注意测量，使余隙太小。但目前此压缩机在上次中修中所测的气缸余隙都在允许公差范围内。在打阀片之前巡检制冷机也未发生过气缸敲击声。所以这种可能性也可基本排除。
3.2.4 卸载顶杆磨损
该压缩机使用的刚性环状阀片，卸载机构为油压直接顶开机构。拆下所有的卸载缸缸盖，检查发现各缸的8个卸载顶杆都有着不同程度的磨损，用深度游标尺测得顶杆间最大高差有0.5mm，将阀片放在顶杆上，可看出阀片有轻微倾斜，偏位。倘若在动态的情况下，压缩机卸载，顶杆起升，一旦偏位并与高速运动的活塞接触，肯定会将阀片击碎。由以上状况，大概推断为是由于卸载顶杆磨损而导致吸气阀片打坏。
4、改进方案
4.1 改进结构
经仔细研究，决定改造卸载顶杆，将顶杆改为顶块，卸载时以增加其与阀片的接触面积，使压缩机卸载时阀片更加平稳，另外其接触面积增大，也会减少顶块的局部受力，同样也会减少其磨损情况。
4.2 顶块的加工
拆下缸套，将缸套四周环形回气孔加长4mm，按其1/3尺寸加工顶块，顶块高度与顶杆高度一致，并将顶块做成∏形，将中间挖空，以增大吸气通道面积，减少吸气阻力，并将其与卸载移动环焊接在一起，可避免卸载时，顶块与移动环之间的传动间隙，使其运行更加平稳、可靠。
5、机械装配
拆除原卸载顶杆，将已加工好的顶块连同移动环一起装入缸套，依次装好8个气缸后，在一级卸载电磁阀出口通入1BAR的干燥氮气，油活塞立即运作并推动缸套外齿轮，卸载环下落，顶块也随之下落，直至顶块低于缸套回气端面0.2mm（此时是处于加载状态），1级卸载的两个卸载缸都加载正常。按以上方法对2级卸载电磁阀出口通入1BAR的氮气，2级卸载的四个缸也加载正常。在各气缸放入铅丝，外径千分尺测铅丝厚度得出各气缸余隙，各气缸余隙均合格。回装阀板及缸头盖后，加入冷冻油至2/3油位。
6、试机情况
将压缩机回装到制冷机，抽真空，充入氟利昂，投入油加热器至6小时后，启动制冷机，补加氟利昂直至70KG（采用定量充注），待运行3小时后，测得各温度正常。
其它参数：
表3
各运行参数均正常，也说明顶块的增加，并未对系统造成影响。现此压缩机已运行3000多小时，各缸无机械杂音，缸头温度正常。
7、结束语
目前已对同种类型压缩机卸载顶杆全部进行了改造，运行状况均良好，再未发现打阀片事件。实践证明此次改造是成功的。
参考文献：
[1]章建民主编.制冷机器.北京：化学工业出版社，2000.6.
[2]徐德胜 邬振耀主编.制冷空调原理与设备.上海：上海交通大学出版社，1996.2.
[3]缪道平 吴业正主编.制冷压缩机.北京：机械工业出版社，2001.3.
[4]林梅 吴业正主编.压缩机自动阀.西安：西安交通大学出版社，1991.6
大亚湾核电站系统手册.
[5]大亚湾岭澳核电站设备运行与维修手册.
作者简介：崔然，1981年11月，男，汉族，辽宁，大专，研究方向：暖通。
论文作者:崔然
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第20期
论文发表时间:2019/4/29
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