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大連海事大學 畢 業(yè) 論 文 二○○七年六月 “SLIVER SHING”輪空調壓縮機起停頻繁故障分析 專業(yè)班級： 輪機2003級2班 姓 名： 張 樺 指導老師： 輪機工程學院 內容摘要 摘要：制冷壓縮機起停頻繁是船用制冷系統的常見故障之一，對壓縮機的工作性能影響很大，起故障原因較為復雜。此文介紹了我輪空調裝置制冷壓縮機的容量調節(jié)方法和工作原理，分析了故障產生的原因和排除方法，并對運行管理和保養(yǎng)提出了一些建設性的意見，對輪機管理人員有實際指導意義。 關鍵詞：空調制冷壓縮機；容量調節(jié)裝置；起停頻繁；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 錄 前言 1 1 制冷壓縮機容量調節(jié)裝置的工作原理 1 2 故障的發(fā)生及現象 4 3 故障原因的查找 4 4 故障原因的分析與處理 5 5 制冷壓縮機起停頻繁的主要原因歸納 7 6 對制冷壓縮機容量調節(jié)機構的保養(yǎng)的幾點建議 8 7 總結 9 參考文獻 10 附圖： 圖1：制冷壓縮機的容量調節(jié)裝置的工作原理圖 圖2：制冷壓縮機容量調節(jié)的性能曲線圖 表1：壓縮機加載卸載控制油壓表 “SILVER SHING”輪空調壓縮機起停頻繁故障分析 ——容量調節(jié)機構 前言 船舶航行于各個海域，氣象條件復雜多變。為了能在艙室內創(chuàng)造適宜的人工氣候，以便為船上人員提供舒適的工作和生活環(huán)境，現代船舶都要設有空調設施。 空調系統有些時候也因一些操作管理不當等原因而引起一些問題，本文主要對壓縮機起停頻繁的故障進行分析。 壓縮機頻繁起停將使壓縮機的某些部件容易損壞和加劇磨損，尤其是吸、排氣閥；若室溫沒有達到要求而起停頻繁勢必影響制冷效果；嚴重的是，頻繁起停會影響設備和電路的可靠性，可能使油壓差控制器的加熱元件或電路過載熱保護元件過熱而停車，造成壓縮機不能再自動起動。 1 制冷壓縮機容量調節(jié)裝置的工作原理 制冷壓縮機的容量調節(jié)主要是通過調節(jié)壓縮機的有效排氣量來改變其制冷量的大小，常用的容量調節(jié)的方法主要有如下五種： （1）吸氣回流法。即利用卸載機構強行使吸氣閥保持開啟狀態(tài)，使氣缸內不產生壓縮作用。 （2）吸氣節(jié)流法。它是通過調節(jié)壓縮機進氣截止閥的開度，使吸氣壓降增大，進入氣缸的制冷氣體比容增大，實際排氣量減小。 （3）排氣回流法。在壓縮機的吸排氣管之間設置回流閥或在氣缸上設置旁通回流孔，使壓縮機的一部分排氣流回吸入腔。 （4）截斷吸氣法。將調節(jié)缸的吸氣通道關閉。 （5）變速調節(jié)法。通過改變壓縮機的運轉速度來改變輸氣量。這種方法經濟性最好，目前主要用于家用空調，冷藏集裝箱船也采用。 在以上幾種調節(jié)法中，吸氣回流式調節(jié)法的經濟性較高，初投資較少,船用制冷壓縮機的容量調節(jié)機構一般都采用這種調節(jié)方法，圖1是我輪空調壓縮機吸氣回流式容量調節(jié)機構的工作原理簡圖。 我輪的空調裝置采用開利（CARRY）制冷壓縮機，以R22為制冷劑的采用吸氣回流容量調節(jié)法的分四級加減載的6缸機，其中兩個缸為基本缸，當吸氣壓力低于0.58MPa時自動實行第一級卸載。容量調節(jié)系統主要有兩方面的油路。一路是來自曲柄箱的壓力（壓縮機的吸氣壓力），經過毛細管、緩沖室傳至容量調節(jié)閥的波紋管，為壓力傳感管路，波紋管的左端有外部調節(jié)桿，可以調節(jié)彈簧的預緊力。另一路是來自油泵的壓力油，先通至液壓控制器，再分兩支路，一路由液壓控制器接通執(zhí)行元件，作為執(zhí)行機構的動力油路；一路通過節(jié)流孔作用在液壓控制器的控制活塞的左側，作為控制活塞移動的控制油路，氣壓力的大小由容量調節(jié)閥中的針閥開度來決定。然后根據空調裝置熱負荷（壓縮機吸氣壓力）的大小，來自油泵的壓力油通過液壓控制器逐級接通或斷開四個卸載油缸，實現對壓縮機的制冷量進行容量調節(jié)。 當空調裝置的熱負荷增大時，壓縮機的吸氣壓力升高，通過毛細管9、緩沖器10的吸氣壓力作用在容量調節(jié)閥11內的波紋管16的右端，克服調節(jié)彈簧14的張力和大氣壓力，推動波紋管左移，針閥12在其后彈簧力的作用下將針閥孔關小，于是作用在控制活塞2左側的控制油壓升高，并推動控制活塞向右移動，使得來自泵的壓力油進入第一缸的卸載油缸3，推動卸載活塞4向上運動，使叉形杠桿5右端下移，卸載環(huán)6在彈簧作用下帶頂桿7一起下落，吸氣閥片8恢復正常，該缸即可加載。若熱負荷仍大于壓縮機的制冷量，吸氣壓力繼續(xù)上升，控制活塞會繼續(xù)向右移動，壓縮機再加缸運行，直至滿載運行。反之，當壓縮機的吸氣壓力下降時，使得容量調節(jié)閥的針閥在推桿13的作用下開大，作用在液壓控制器控制活塞左側的油壓減小，控制活塞在彈簧力的作用下向左移動，使得相應卸載油缸的壓力油從泄油孔泄出，卸載活塞在彈簧力的作用下向下移動，通過叉形杠桿使啟閥頂桿上升，吸氣閥片被頂開，該缸便處于卸載狀態(tài)了。若壓縮機的制冷量仍大于熱負荷，吸氣壓力就會繼續(xù)下降，帶有卸載機構的氣缸就會陸續(xù)卸載，最后剩下兩個缸運行，當吸氣壓力降到低壓控制器的下限值時，壓縮機就要停車，遂而實現能量調節(jié)。 壓縮機油泵來 20 19 控制油壓力表 油泵壓力表 8 13 12 16 14 7 4 1 25 22 21 23 23 23 去其他卸載機構 18 17 15 11 10 6 5 3 2 24 9 圖1 制冷壓縮機的容量調節(jié)機構的工作原理圖 1-濾油器；2-控制活塞；3-卸載油缸；4-卸載活塞；5叉形杠桿；6-卸載環(huán)；7-頂桿彈簧和頂桿；8吸氣閥片；9-毛細管；10-緩沖器；11-容量調節(jié)閥；12-針閥；13-推桿；14-調節(jié)彈簧；15-調節(jié)螺桿；16-波紋管；17-節(jié)流孔；18液壓控制器；19-如果不使用手動控制，此孔必須通大氣，不準堵??；20-氣動控制接頭；21-缸套；22-卸載套；23-泄油孔，24-移動騾帽；25-來自曲軸箱的壓力 2 故障的發(fā)生及現象 空調制冷系統中的№.1壓縮機在正常工作時是連續(xù)運行的。降溫工況運行中卻出現起停運行現象，隨著現象的進行，起停的間隔時間也明顯縮短了，壓縮機每次停后，用手觸摸每個缸的缸蓋都比較燙手 ，生活區(qū)房間溫度有時異常，制冷效果明顯下降，嚴重影響正常工作。 3 故障原因的查找 該故障發(fā)生后，我們仔細檢查了整個空調裝置，在檢查過程中我們發(fā)現很重要的兩點不正?，F象： 　　a)吸氣壓力（大約為0.5MPa左右）低于0.58MPa時，用手試摸每一個氣缸蓋的溫度都一樣熱； b)控制油壓表壓力約為１.5MPa，根據壓縮機的說明書可以知道壓縮機是處于滿載狀態(tài)，表1為空調壓縮機加減缸的控制油壓力表。 表1： 壓縮機加載卸載控制油壓表 加減載順序 控制油壓力值(MPa) 卸載 加載 1號缸 0.210 0.135 2號缸 0.184 0.114 3號缸 0.163 0.085 4號缸 0.140 0.062 一般來說，空調系統的制冷壓縮機帶有容量調節(jié)機構，由容量調節(jié)機構來控制壓縮機是否加、減缸運行，當制冷壓縮機的吸氣壓力升高達到對應的某一級容量調節(jié)閥設定壓力值的接通值時，壓縮機就會加缸運行，對應的氣缸就會自動投入工作，吸氣壓力繼續(xù)上升壓縮機會繼續(xù)加缸運行，直至全負荷運行；反之，當壓縮機的吸氣壓力降至容量調節(jié)閥的切斷值時，壓縮機就會減缸運行，切斷調節(jié)閥對應的氣缸，吸氣壓力繼續(xù)降低會繼續(xù)減缸直至壓縮機斷電停車。容量調節(jié)裝置出現故障的話壓縮機就不能加減缸運行，容量調節(jié)機構不能加載，壓縮機出現長時間運轉工作于低負荷區(qū)而達不到制冷效果；容量調節(jié)機構不能減載，壓縮機一直工作于重載區(qū)而出現起停頻繁現象。 由此表明容量調節(jié)機構出現了故障，可能是容量調節(jié)裝置中的某個或幾個部件的損壞引起壓縮機無法卸載工作，出現頻繁起?，F象。 4 故障原因的分析與處理 容量調節(jié)機構的故障能夠引起壓縮機不能正常加載和卸載，容量調節(jié)機構不能正常卸載會使空調制冷壓縮機頻繁起停。 圖2是制冷壓縮機容量調節(jié)裝置的性能曲線圖（分四級），通過對壓縮機容量調節(jié)的性能曲線的分析，它讓我們知道在外界熱負荷大于壓縮機的制冷時，壓縮機自動加減缸時的狀態(tài)點，通過對容量調節(jié)的性能曲線的分析和壓縮機實際工作參數與狀況，讓我們準確掌握壓縮機容的工況和分析出容量調節(jié)裝置引發(fā)的故障以及原因。 D Qo 4 3 2 C D B E 1 A F G 圖2:制冷壓縮容量調節(jié)的性能曲線 下面我將量調節(jié)機構引起壓縮機不能卸載的故障因素，以便容易找到故障所在的具體位置，故障因素主要是: （1）容量調節(jié)閥工作異常，不能使液壓控制器中控制活塞左側的油壓減小，推動控制活塞左移，主要原因有： a)針閥在關閉位粘住，針閥彈簧卡阻、變形，無法卸壓； b）調節(jié)彈簧卡阻，推桿及其套簧卡阻，無法頂開針閥； c)容量調節(jié)閥的泄油孔臟堵，波紋管故障等。 （2）液壓控制器故障，控制活塞無法左移 ，主要原因有： a)控制活塞偏磨卡阻在右端位置處； b)彈簧的彈性降低、變形和折斷卡阻等。 （3）卸載油缸故障，無法實現壓縮機卸載，主要原因有： a）卸載油缸的卸油孔堵住，卸載活塞無法下移； b)卸載活塞卡阻； c)彈簧彈性嚴重降低，回復力太小或彈簧折斷。 （4） 去動力機構的（執(zhí)行元件）的油路堵塞或外部調節(jié)桿損壞，接緩沖器的毛細管堵塞等。 基于以上對容量調節(jié)機構引起壓縮機起停頻繁現象的原因的分析,可以清楚地知道容量調節(jié)機構內的某一個或幾個部件出現問題時，便影響容量調節(jié)機構卸載的功能，使壓縮機不能正常卸載工作而出現起停頻繁的現象。我們只好停止№.1壓縮機,起動№.2壓縮機運行,對№.1壓縮機的容量調節(jié)機構進行全面解體檢查和清潔，找出到底是哪個部件出現了問題引發(fā)故障的。 檢查的結果是： （1）去執(zhí)行元件的油路是暢通的，控制油濾器是干凈的，滑油中沒有渣漬和變質，毛細管和緩沖氣也無異?，F象； （2）外部調節(jié)桿、頂桿和頂桿彈簧等沒有損壞，活動自如； （3）液壓控制器中的控制活塞和彈簧完好無損，無任何卡阻的狀況，彈簧的彈性也很好， 節(jié)流空也暢通無阻； （4）卸載油缸的卸載活塞無偏磨卡阻，彈簧也沒有出現彈性不足、折斷、卡阻等異?，F象，泄油孔也是暢通無阻的； （5）拆開容量調節(jié)閥，發(fā)現針閥是完好無損的，針閥彈簧的彈性正常，也無卡阻現象，泄油孔是通的沒有堵塞，調節(jié)彈簧等也無異常。就在我們懷疑是什么原因引起壓縮機無法卸載而頻繁起停時，發(fā)現頂開針閥的三根推桿無規(guī)則的叉開，又發(fā)現推桿上的彈簧有點變形，原來問題就是出在推桿上的套簧上。推桿要能正確的推動針閥，必須要頂在針閥的凸肩上，這是靠套簧來糾正的，一旦彈簧變形，三根推桿的著力點不在針閥的凸肩上或是沒有作用到針閥上，這樣就只能使針閥稍微開一點點或一直處于關閉狀態(tài)，使液壓控制器的控制活塞左側的控制油無法通過容量調節(jié)閥的泄油孔泄油回壓縮機的曲軸箱或泄油十分微小，液壓控制器的控制活塞左邊的油壓很高而無法卸壓，那么控制活塞右邊的彈簧的回復力比左端的油壓力小，彈簧的回復力無法克服控制油壓力和摩擦力，控制活塞無法左移，使得相應的卸載油缸的壓力油從泄油孔泄出，壓縮機也就無法實現卸載運行。對推桿上的套簧變形的原因進行了分析，可能是管理操作不當或者是彈簧自身質量有問題，經過長時間工作的振動疲勞使彈簧的性能下降，發(fā)生了變形，使三根推桿無法正確作用在針閥的凸肩上頂開針閥。對此問題我們換了新的彈簧，并將其裝復調試，通過手動調節(jié)桿進行加載與卸載試驗，容量調節(jié)機構工作正常。 一般來說這類制冷壓縮機的工作狀態(tài)是比較穩(wěn)定的，較少出現由于容量調節(jié)機構的故障而出現頻繁起?，F象。 現在船舶設備的穩(wěn)定性和可靠性是非常高的，極少出現故障，也是由于過于穩(wěn)定和可靠，部分輪機員缺乏對設備的定期檢查和維修保養(yǎng)，對正常運轉的設備不去了解它的運行狀況而出現很多認為的故障；再則，船上自動化程度的不斷提高，而輪機員疏于學習，對一些自動控制設備（如壓縮機的容量調節(jié)機構等）沒有深入的學習……從而出現了很多本不該出現的故障，這也對輪機員提出了新的課題的需要，不斷加強學習。我輪以前也出現過壓縮機無法加載而引起的長時間運轉的現象，那是由于控制壓縮機增缸的壓力控制器的設定值調節(jié)不當而出現的故障。像這次故障也是一樣，如主管輪機員能按照要求進行拆檢的話就不會出現壓縮機頻繁起?，F象了。 5 制冷壓縮機起停頻繁的主要原因歸納 船舶制冷系統由于操作管理不當而引起壓縮機起停頻繁，制冷壓縮機起停頻繁時，應多注意觀察自動化元件，主要分為以下幾種情況： （1） 供液電磁閥起停頻繁，導致低壓控制器使壓縮機起停頻繁，應多檢查溫度控制器的工作情況，溫包的安裝包扎、溫度控制器的幅差等。 （2）電磁閥工作正常，低壓控制器使壓縮機起停頻繁，應檢查工作時的吸入壓力、低壓控制器的下限或幅差、容量調節(jié)裝置等。 （3）電磁閥全部關閉，低壓控制器仍使壓縮機起停頻繁，是有高、低壓端間存在很嚴重的內部泄露，這種情況一般是不會發(fā)生。 (4)壓縮機由于高壓繼電器動作頻繁而起停頻繁,主要是由于高壓控制器的整定值太低或壓縮機的排壓太高引起,如(1) 系統中冷劑過多；(2) 冷凝器換熱能力下降；(3) 系統存在較多不凝性氣體。 6 對制冷壓縮機容量調節(jié)機構的保養(yǎng)的幾點建議 船用制冷系統由于工作人員管理操作不當而造成壓縮機頻繁起停的事故是數見不鮮,為了更好的保持設備正常運轉,應采取預防為主,防治結合的方針,定期對容量調節(jié)裝置進行有效的維修保養(yǎng),要點如下: (1) 由于滑油的污染和變質引起設備的故障是船上出現得最多的，壓縮機曲軸箱內的潤滑油是作為容量調節(jié)裝置的控制油，所以一定要保持干凈，每一次補油時一定要注意清潔過濾，避免發(fā)生臟堵和加速零件的磨損。 (2) 控制油入口的濾器網要保持干凈，不要發(fā)生臟堵現象。 (3) 毛細管、緩沖室要保持暢通無阻，否則所感應的曲軸箱的壓力就無法作用于容量調節(jié)閥內的波紋管上，有可能發(fā)生動作遲滯或失靈等故障。 (4) 容量調節(jié)閥的推桿無變形、套簧應完好無損，不能有任何的積垢，以免影響推桿的動作。針閥的接觸面應干凈、光滑、無傷痕，針閥彈簧的彈性保持良好，避免針閥出現卡死的現象。泄油孔要暢通，否則也會引起無法卸載。 (5) 液壓控制器的控制活塞的小節(jié)流孔要保持暢通，否則，控制油無法進入液壓控制活塞左側，也就無法加載?？刂苹钊撞康碾p彈簧要注意檢查是否有變形、損壞和彈性不足的現象，這是直接影響到容量調節(jié)能否進行。 （6）動力（執(zhí)行）元件的進、泄油路要保持暢通，進油油路堵塞就無法加載；泄油油路堵塞將可能無法卸載。啟閥頂桿機構要經?；罱j，保持運動自如。 （7）容量控制器調定的切斷值和接通值之間的幅差要經常檢查，保持在正常范圍內。當加、減缸切換周期太短時，要調節(jié)容量控制器的幅差。 7 總結 總之， 從上面的討論可以看出，設備出現某一微小的故障時，所涉及到的面相當廣，造成這一故障的原因可能是有許多因素，有時候也可能是幾方面結合起來的。但對于本例，解決故障的辦法很簡單，只要將容量調節(jié)閥內三根推桿的套簧換新就解決了問題，調試后，空調制冷壓縮機工作相當穩(wěn)定。這里的關鍵問題是發(fā)現故障的所在，這也就對我們輪機管理人員提出了較高的要求，要求我們對所主管的設備首先要從理論上掌握，這樣當系統出現故障時，我們可以憑借豐富的理論知識和工作經驗對故障現象進行分析，從而查找出故障的原因所在。此外，還要求我們管理人員要有認真負責的態(tài)度，對有關的壓力、溫度等參數值要經常觀察，只有這樣，當出現異常時，我們才能很快查出原因、排除故障。容量調節(jié)裝置的運行管理保養(yǎng)是一項細致的技術含量相當高的工作，應在熟悉說明書和系統圖的基礎上進行保養(yǎng)、調整，切不能盲目隨意的拆調，以免不必要的事故發(fā)生。 參考文獻 【1】船舶輔機.費千.大連海事大學出版社,2005. 【2】Carrier Compressors Installation, Start-up and Service Instruction. Printed in USA.1995 【3】制冷與空調裝置.袁秀玲.西安交通大學出版社,2003. 【4】中央空調系統運行管理.付小平,楊洪興,安大偉.清華大學出版社,2006. 【5】中央空調運行管理與維修. 李援瑛主編.中國電力出版,2004.