船舶空调压缩机起停频繁故障分析.doc

大连海事大学毕 业 论 文二七年六月 “SLIVER SHING”轮空调压缩机起停频繁故障分析专业班级： 轮机2003级2班姓 名： 张 桦 指导老师： 轮机工程学院 内容摘要摘要：制冷压缩机起停频繁是船用制冷系统的常见故障之一，对压缩机的工作性能影响很大，起故障原因较为复杂。此文介绍了我轮空调装置制冷压缩机的容量调节方法和工作原理，分析了故障产生的原因和排除方法，并对运行管理和保养提出了一些建设性的意见，对轮机管理人员有实际指导意义。 关键词：空调制冷压缩机；容量调节装置；起停频繁；故障分析 Abstract: The start-stop frequency of air conditioning refrigerating compressor is one of the usual troubles of refrigerating plant on board ship which can greatly effects the performance of compressor. The trouble is very complicated. In this article author introduce the method of capacity control of the air conditioning refrigerating compressor and working principle, analyze the causes of trouble and how to solve it ,and make some constructive suggestions for its running management and maintenance. This article has actual guidance meaning to marine engineers. Keyword: Air Conditioning Refrigerating Compressor; Capacity Control Device; Start-stop Frequency; Trouble Analysis 目 录前言11 制冷压缩机容量调节装置的工作原理12 故障的发生及现象43 故障原因的查找44 故障原因的分析与处理55 制冷压缩机起停频繁的主要原因归纳76 对制冷压缩机容量调节机构的保养的几点建议87 总结9参考文献10附图：图1：制冷压缩机的容量调节装置的工作原理图 图2：制冷压缩机容量调节的性能曲线图 表1：压缩机加载卸载控制油压表“SILVER SHING”轮空调压缩机起停频繁故障分析 容量调节机构前言船舶航行于各个海域，气象条件复杂多变。为了能在舱室内创造适宜的人工气候，以便为船上人员提供舒适的工作和生活环境，现代船舶都要设有空调设施。空调系统有些时候也因一些操作管理不当等原因而引起一些问题，本文主要对压缩机起停频繁的故障进行分析。压缩机频繁起停将使压缩机的某些部件容易损坏和加剧磨损，尤其是吸、排气阀；若室温没有达到要求而起停频繁势必影响制冷效果；严重的是，频繁起停会影响设备和电路的可靠性，可能使油压差控制器的加热元件或电路过载热保护元件过热而停车，造成压缩机不能再自动起动。1 制冷压缩机容量调节装置的工作原理 制冷压缩机的容量调节主要是通过调节压缩机的有效排气量来改变其制冷量的大小，常用的容量调节的方法主要有如下五种： （1）吸气回流法。即利用卸载机构强行使吸气阀保持开启状态，使气缸内不产生压缩作用。 （2）吸气节流法。它是通过调节压缩机进气截止阀的开度，使吸气压降增大，进入气缸的制冷气体比容增大，实际排气量减小。 （3）排气回流法。在压缩机的吸排气管之间设置回流阀或在气缸上设置旁通回流孔，使压缩机的一部分排气流回吸入腔。 （4）截断吸气法。将调节缸的吸气通道关闭。 （5）变速调节法。通过改变压缩机的运转速度来改变输气量。这种方法经济性最好，目前主要用于家用空调，冷藏集装箱船也采用。 在以上几种调节法中，吸气回流式调节法的经济性较高，初投资较少,船用制冷压缩机的容量调节机构一般都采用这种调节方法，图1是我轮空调压缩机吸气回流式容量调节机构的工作原理简图。 我轮的空调装置采用开利（CARRY）制冷压缩机，以R22为制冷剂的采用吸气回流容量调节法的分四级加减载的6缸机，其中两个缸为基本缸，当吸气压力低于0.58MPa时自动实行第一级卸载。容量调节系统主要有两方面的油路。一路是来自曲柄箱的压力（压缩机的吸气压力），经过毛细管、缓冲室传至容量调节阀的波纹管，为压力传感管路，波纹管的左端有外部调节杆，可以调节弹簧的预紧力。另一路是来自油泵的压力油，先通至液压控制器，再分两支路，一路由液压控制器接通执行元件，作为执行机构的动力油路；一路通过节流孔作用在液压控制器的控制活塞的左侧，作为控制活塞移动的控制油路，气压力的大小由容量调节阀中的针阀开度来决定。然后根据空调装置热负荷（压缩机吸气压力）的大小，来自油泵的压力油通过液压控制器逐级接通或断开四个卸载油缸，实现对压缩机的制冷量进行容量调节。当空调装置的热负荷增大时，压缩机的吸气压力升高，通过毛细管9、缓冲器10的吸气压力作用在容量调节阀11内的波纹管16的右端，克服调节弹簧14的张力和大气压力，推动波纹管左移，针阀12在其后弹簧力的作用下将针阀孔关小，于是作用在控制活塞2左侧的控制油压升高，并推动控制活塞向右移动，使得来自泵的压力油进入第一缸的卸载油缸3，推动卸载活塞4向上运动，使叉形杠杆5右端下移，卸载环6在弹簧作用下带顶杆7一起下落，吸气阀片8恢复正常，该缸即可加载。若热负荷仍大于压缩机的制冷量，吸气压力继续上升，控制活塞会继续向右移动，压缩机再加缸运行，直至满载运行。反之，当压缩机的吸气压力下降时，使得容量调节阀的针阀在推杆13的作用下开大，作用在液压控制器控制活塞左侧的油压减小，控制活塞在弹簧力的作用下向左移动，使得相应卸载油缸的压力油从泄油孔泄出，卸载活塞在弹簧力的作用下向下移动，通过叉形杠杆使启阀顶杆上升，吸气阀片被顶开，该缸便处于卸载状态了。若压缩机的制冷量仍大于热负荷，吸气压力就会继续下降，带有卸载机构的气缸就会陆续卸载，最后剩下两个缸运行，当吸气压力降到低压控制器的下限值时，压缩机就要停车，遂而实现能量调节。 压缩机油泵来2019控制油压力表油泵压力表813121614741252221 23 2323去其他卸载机构18171511106532 249 图1 制冷压缩机的容量调节机构的工作原理图 1-滤油器；2-控制活塞；3-卸载油缸；4-卸载活塞；5叉形杠杆；6-卸载环；7-顶杆弹簧和顶杆；8吸气阀片；9-毛细管；10-缓冲器；11-容量调节阀；12-针阀；13-推杆；14-调节弹簧；15-调节螺杆；16-波纹管；17-节流孔；18液压控制器；19-如果不使用手动控制，此孔必须通大气，不准堵住；20-气动控制接头；21-缸套；22-卸载套；23-泄油孔，24-移动骡帽；25-来自曲轴箱的压力2 故障的发生及现象 空调制冷系统中的.1压缩机在正常工作时是连续运行的。降温工况运行中却出现起停运行现象，随着现象的进行，起停的间隔时间也明显缩短了，压缩机每次停后，用手触摸每个缸的缸盖都比较烫手 ，生活区房间温度有时异常，制冷效果明显下降，严重影响正常工作。3 故障原因的查找该故障发生后，我们仔细检查了整个空调装置，在检查过程中我们发现很重要的两点不正常现象：a)吸气压力（大约为0.5MPa左右）低于0.58MPa时，用手试摸每一个气缸盖的温度都一样热； b)控制油压表压力约为.5MPa，根据压缩机的说明书可以知道压缩机是处于满载状态，表1为空调压缩机加减缸的控制油压力表。 表1： 压缩机加载卸载控制油压表加减载顺序控制油压力值(MPa)卸载加载1号缸0.2100.1352号缸0.1840.1143号缸0.1630.0854号缸0.1400.062 一般来说，空调系统的制冷压缩机带有容量调节机构，由容量调节机构来控制压缩机是否加、减缸运行，当制冷压缩机的吸气压力升高达到对应的某一级容量调节阀设定压力值的接通值时，压缩机就会加缸运行，对应的气缸就会自动投入工作，吸气压力继续上升压缩机会继续加缸运行，直至全负荷运行；反之，当压缩机的吸气压力降至容量调节阀的切断值时，压缩机就会减缸运行，切断调节阀对应的气缸，吸气压力继续降低会继续减缸直至压缩机断电停车。容量调节装置出现故障的话压缩机就不能加减缸运行，容量调节机构不能加载，压缩机出现长时间运转工作于低负荷区而达不到制冷效果；容量调节机构不能减载，压缩机一直工作于重载区而出现起停频繁现象。 由此表明容量调节机构出现了故障，可能是容量调节装置中的某个或几个部件的损坏引起压缩机无法卸载工作，出现频繁起停现象。4 故障原因的分析与处理 容量调节机构的故障能够引起压缩机不能正常加载和卸载，容量调节机构不能正常卸载会使空调制冷压缩机频繁起停。 图2是制冷压缩机容量调节装置的性能曲线图（分四级），通过对压缩机容量调节的性能曲线的分析，它让我们知道在外界热负荷大于压缩机的制冷时，压缩机自动加减缸时的状态点，通过对容量调节的性能曲线的分析和压缩机实际工作参数与状况，让我们准确掌握压缩机容的工况和分析出容量调节装置引发的故障以及原因。DQo432 CD BE1AFG 图2:制冷压缩容量调节的性能曲线下面我将量调节机构引起压缩机不能卸载的故障因素，以便容易找到故障所在的具体位置，故障因素主要是: （1）容量调节阀工作异常，不能使液压控制器中控制活塞左侧的油压减小，推动控制活塞左移，主要原因有： a)针阀在关闭位粘住，针阀弹簧卡阻、变形，无法卸压； b）调节弹簧卡阻，推杆及其套簧卡阻，无法顶开针阀； c)容量调节阀的泄油孔脏堵，波纹管故障等。 （2）液压控制器故障，控制活塞无法左移 ，主要原因有： a)控制活塞偏磨卡阻在右端位置处； b)弹簧的弹性降低、变形和折断卡阻等。 （3）卸载油缸故障，无法实现压缩机卸载，主要原因有： a）卸载油缸的卸油孔堵住，卸载活塞无法下移； b)卸载活塞卡阻； c)弹簧弹性严重降低，回复力太小或弹簧折断。（4） 去动力机构的（执行元件）的油路堵塞或外部调节杆损坏，接缓冲器的毛细管堵塞等。 基于以上对容量调节机构引起压缩机起停频繁现象的原因的分析,可以清楚地知道容量调节机构内的某一个或几个部件出现问题时，便影响容量调节机构卸载的功能，使压缩机不能正常卸载工作而出现起停频繁的现象。我们只好停止.1压缩机,起动.2压缩机运行,对.1压缩机的容量调节机构进行全面解体检查和清洁，找出到底是哪个部件出现了问题引发故障的。 检查的结果是： （1）去执行元件的油路是畅通的，控制油滤器是干净的，滑油中没有渣渍和变质，毛细管和缓冲气也无异常现象； （2）外部调节杆、顶杆和顶杆弹簧等没有损坏，活动自如； （3）液压控制器中的控制活塞和弹簧完好无损，无任何卡阻的状况，弹簧的弹性也很好，节流空也畅通无阻； （4）卸载油缸的卸载活塞无偏磨卡阻，弹簧也没有出现弹性不足、折断、卡阻等异常现象，泄油孔也是畅通无阻的； （5）拆开容量调节阀，发现针阀是完好无损的，针阀弹簧的弹性正常，也无卡阻现象，泄油孔是通的没有堵塞，调节弹簧等也无异常。就在我们怀疑是什么原因引起压缩机无法卸载而频繁起停时，发现顶开针阀的三根推杆无规则的叉开，又发现推杆上的弹簧有点变形，原来问题就是出在推杆上的套簧上。推杆要能正确的推动针阀，必须要顶在针阀的凸肩上，这是靠套簧来纠正的，一旦弹簧变形，三根推杆的着力点不在针阀的凸肩上或是没有作用到针阀上，这样就只能使针阀稍微开一点点或一直处于关闭状态，使液压控制器的控制活塞左侧的控制油无法通过容量调节阀的泄油孔泄油回压缩机的曲轴箱或泄油十分微小，液压控制器的控制活塞左边的油压很高而无法卸压，那么控制活塞右边的弹簧的回复力比左端的油压力小，弹簧的回复力无法克服控制油压力和摩擦力，控制活塞无法左移，使得相应的卸载油缸的压力油从泄油孔泄出，压缩机也就无法实现卸载运行。对推杆上的套簧变形的原因进行了分析，可能是管理操作不当或者是弹簧自身质量有问题，经过长时间工作的振动疲劳使弹簧的性能下降，发生了变形，使三根推杆无法正确作用在针阀的凸肩上顶开针阀。对此问题我们换了新的弹簧，并将其装复调试，通过手动调节杆进行加载与卸载试验，容量调节机构工作正常。 一般来说这类制冷压缩机的工作状态是比较稳定的，较少出现由于容量调节机构的故障而出现频繁起停现象。 现在船舶设备的稳定性和可靠性是非常高的，极少出现故障，也是由于过于稳定和可靠，部分轮机员缺乏对设备的定期检查和维修保养，对正常运转的设备不去了解它的运行状况而出现很多认为的故障；再则，船上自动化程度的不断提高，而轮机员疏于学习，对一些自动控制设备（如压缩机的容量调节机构等）没有深入的学习从而出现了很多本不该出现的故障，这也对轮机员提出了新的课题的需要，不断加强学习。我轮以前也出现过压缩机无法加载而引起的长时间运转的现象，那是由于控制压缩机增缸的压力控制器的设定值调节不当而出现的故障。像这次故障也是一样，如主管轮机员能按照要求进行拆检的话就不会出现压缩机频繁起停现象了。5 制冷压缩机起停频繁的主要原因归纳船舶制冷系统由于操作管理不当而引起压缩机起停频繁，制冷压缩机起停频繁时，应多注意观察自动化元件，主要分为以下几种情况： （1） 供液电磁阀起停频繁，导致低压控制器使压缩机起停频繁，应多检查温度控制器的工作情况，温包的安装包扎、温度控制器的幅差等。 （2）电磁阀工作正常，低压控制器使压缩机起停频繁，应检查工作时的吸入压力、低压控制器的下限或幅差、容量调节装置等。 （3）电磁阀全部关闭，低压控制器仍使压缩机起停频繁，是有高、低压端间存在很严重的内部泄露，这种情况一般是不会发生。 (4)压缩机由于高压继电器动作频繁而起停频繁,主要是由于高压控制器的整定值太低或压缩机的排压太高引起,如(1) 系统中冷剂过多；(2) 冷凝器换热能力下降；(3) 系统存在较多不凝性气体。6 对制冷压缩机容量调节机构的保养的几点建议船用制冷系统由于工作人员管理操作不当而造成压缩机频繁起停的事故是数见不鲜,为了更好的保持设备正常运转,应采取预防为主,防治结合的方针,定期对容量调节装置进行有效的维修保养,要点如下:(1) 由于滑油的污染和变质引起设备的故障是船上出现得最多的，压缩机曲轴箱内的润滑油是作为容量调节装置的控制油，所以一定要保持干净，每一次补油时一定要注意清洁过滤，避免发生脏堵和加速零件的磨损。(2) 控制油入口的滤器网要保持干净，不要发生脏堵现象。(3) 毛细管、缓冲室要保持畅通无阻，否则所感应的曲轴箱的压力就无法作用于容量调节阀内的波纹管上，有可能发生动作迟滞或失灵等故障。(4) 容量调节阀的推杆无变形、套簧应完好无损，不能有任何的积垢，以免影响推杆的动作。针阀的接触面应干净、光滑、无伤痕，针阀弹簧的弹性保持良好，避免针阀出现卡死的现象。泄油孔要畅通，否则也会引起无法卸载。(5) 液压控制器的控制活塞的小节流孔要保持畅通，否则，控制油无法进入液压控制活塞左侧，也就无法加载。控制活塞底部的双弹簧要注意检查是否有变形、损坏和弹性不足的现象，这是直接影响到容量调节能否进行。 （6）动力（执行）元件的进、泄油路要保持畅通，进油油路堵塞就无法加载；泄油油路堵塞将可能无法卸载。启阀顶杆机构要经常活络，保持运动自如。 （7）容量控制器调定的切断值和接通值之间的幅差要经常检查，保持在正常范围内。当加、减缸切换周期太短时，要调节容量控制器的幅差。7 总结 总之， 从上面的讨论可以看出，设备出现某一微小的故障时，所涉及到的面相当广，造成这一故障的原因可能是有许多因素，有时候也可能是几方面结合起来的。但对于本例，解决故障的办法很简单，只要将容量调节阀内三根推杆的套簧换新就解决了问题，调试后，空调制冷压缩机工作相当稳定。这里的关键问题是发现故障的所在，这也就对我们轮机管理人员提出了较高的要求，要求我们对所主管的设备首先要从理论上掌握，这样当系统出现故障时，我们可以凭借丰富的理论知识和工作经验对故障现象进行分析，从而查找出故障的原因所在。此外，还要求我们管理人员要有认真负责的态度，对有关的压力、温度等参数值要经常观察，只有这样，当出现异常时，我们才能很快查出原因、排除故障。容量调节装置的运行管理保养是一项细致的技术含量相当高的工作，应在熟悉说明书和系统图的基础上进行保养、调整，切不能盲目随意的拆调，以免不必要的事故发生。参考文献【1】船舶辅机.费千.大连海事大学出版社,2005.【2】Carrier Compressors Installation, Start-up and Service Instruction. Printed in USA.1995【3】制冷与空调装置.袁秀玲.西安交通大学出版社,2003.【4】中央空调系统运行管理.付小平,杨洪兴,安大伟.清华大学出版社,2006.【5】中央空调运行管理与维修. 李援瑛主编.中国电力出版,2004.