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什么是液擊
液擊,指的是液態(tài)制冷劑或潤滑油隨氣體被吸入壓縮機氣缸,進而損壞吸氣閥片的現(xiàn)象。此外,當(dāng)這些液體進入氣缸后,若未能在排氣過程中迅速排出,在活塞接近上止點時被壓縮,就會產(chǎn)生瞬間高壓,此現(xiàn)象同樣被稱為液擊。
液擊的后果
液擊能夠在短時間內(nèi)對壓縮受力件造成嚴重損壞,這些受力件包括排氣閥片、閥板、閥板墊、活塞(頂部)、活塞銷、連桿、曲軸、軸瓦等??梢哉f,液擊是往復(fù)式壓縮機的“致命殺手”。
過程與現(xiàn)象
吸氣閥片斷裂
液體的密度遠超氣體,可達數(shù)十甚至數(shù)百倍。因此,液體流動時產(chǎn)生的動量比氣體大得多,相應(yīng)的沖擊力也更為強勁。當(dāng)吸氣中夾雜較多液滴進入氣缸時,這種流動屬于兩相流。兩相流在吸氣閥片上產(chǎn)生的沖擊不僅強度大,而且頻率高,就好比臺風(fēng)夾雜著鵝卵石猛烈敲打玻璃窗,其破壞性不言而喻。吸氣閥片斷裂便是液擊的典型特征與過程之一。
曲軸連桿斷裂
若液體未能及時蒸發(fā)并排出氣缸,當(dāng)活塞接近上止點時,會對液體進行壓縮。由于這一過程時間極短,就如同撞擊一般,同時缸蓋中會傳出金屬敲擊聲。壓縮液體是液擊現(xiàn)象的另一重要部分與過程。
液擊造成的連桿斷裂與抱軸、活塞咬缸有著明顯區(qū)別,是能夠分辨出來的。
首先,液擊導(dǎo)致連桿彎曲或斷裂是在短時間內(nèi)發(fā)生的,此時連桿兩端的活塞和曲軸運動自如,一般不會出現(xiàn)因嚴重磨損而引發(fā)的抱軸或咬缸現(xiàn)象。盡管吸氣閥片折斷后,閥片碎屑偶爾也會導(dǎo)致活塞和氣缸面出現(xiàn)嚴重劃傷,但這種表面劃傷與潤滑失效引起的磨損截然不同。
其次,液擊引發(fā)的連桿斷裂是由壓力造成的,連桿和斷茬呈現(xiàn)出擠壓特征。雖然活塞咬缸后的連桿斷裂也可能存在擠壓情況,但前提是活塞必須卡死在氣缸內(nèi)。而抱軸后的連桿折斷則大不相同,連桿大頭和曲軸會出現(xiàn)嚴重磨損,造成折斷的力屬于剪切力,斷茬特征也有所不同。
最后,在抱軸和咬缸發(fā)生前,電機會出現(xiàn)超負荷運轉(zhuǎn),發(fā)熱嚴重,熱保護器會啟動動作
原因分析
能引發(fā)壓縮機液擊的液體主要有以下幾種來源:
回液:即從蒸發(fā)器中流回壓縮機的液態(tài)制冷劑或潤滑油。
帶液啟動時的泡沫:壓縮機啟動時,曲軸箱內(nèi)潤滑油劇烈起泡產(chǎn)生的泡沫。
壓縮機內(nèi)的潤滑油太多:壓縮機內(nèi)部潤滑油量超出正常范圍。
接下來,本文將對這幾種原因進行逐一分析。
回液
回液是指壓縮機運行時,蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑通過吸氣管路回到壓縮機的現(xiàn)象或過程。
在使用膨脹閥的制冷系統(tǒng)中,回液與膨脹閥的選型和使用不當(dāng)密切相關(guān)。例如,膨脹閥選型過大、過熱度設(shè)定過小、感溫包安裝方法不正確或絕熱包扎破損、膨脹閥失靈等情況,都可能導(dǎo)致回液。對于采用毛細管的小制冷系統(tǒng)而言,加液量過大同樣會引起回液。
利用熱氣融霜的系統(tǒng)較易發(fā)生回液。無論是采用四通閥進行熱泵運行,還是采用熱氣旁通閥時的制冷運行,熱氣融霜后會在蒸發(fā)器內(nèi)形成大量液體。在隨后的制冷運行開始時,這些液體有可能回到壓縮機。
此外,當(dāng)蒸發(fā)器結(jié)霜嚴重或風(fēng)扇出現(xiàn)故障時,傳熱效果變差,未蒸發(fā)的液體也會引發(fā)回液。冷庫溫度頻繁波動同樣會導(dǎo)致膨脹閥反應(yīng)失靈,進而引起回液。
回液引發(fā)的液擊事故大多發(fā)生在空氣冷卻型半封閉壓縮機和單機雙級壓縮機中。因為這些壓縮機的氣缸與回氣管直接相通,一旦出現(xiàn)回液,很容易引發(fā)液擊事故。即便沒有引發(fā)液擊,回液進入氣缸也會稀釋或沖刷掉活塞及氣缸壁上的潤滑油,加劇活塞磨損。
帶液啟動
帶液啟動是指回氣冷卻型壓縮機在啟動時,曲軸箱內(nèi)的潤滑油劇烈起泡的現(xiàn)象。
帶液啟動時的起泡現(xiàn)象在油視鏡上清晰可見。其根本原因是潤滑油中溶解了大量制冷劑,且沉在潤滑油下面也有不少制冷劑。當(dāng)壓力突然降低時,這些制冷劑會突然沸騰,引發(fā)潤滑油起泡。
大量泡沫漂浮在油面上,甚至充滿曲軸箱。一旦這些泡沫通過進氣道被吸入氣缸,就會還原成液體(潤滑油與制冷劑的混合物),極易引發(fā)液擊。顯然,帶液啟動引發(fā)的液擊僅發(fā)生在啟動過程中。與回液不同,引起帶液啟動的制冷劑是以“制冷劑遷移”的方式進入曲軸箱的。
制冷劑遷移是指壓縮機停止運行時,蒸發(fā)器中的制冷劑以氣體形式,通過回氣管路進入壓縮機并被潤滑油吸收,或在壓縮機內(nèi)冷凝后與潤滑油混合的過程或現(xiàn)象。制冷劑遷移是一個較為緩慢的過程。
壓縮機停機后,溫度降低,壓力升高。由于潤滑油中的制冷劑蒸汽分壓低,會吸收油面上的制冷劑蒸氣,導(dǎo)致曲軸箱氣壓低于蒸發(fā)器氣壓。油溫越低,蒸汽壓力越低,對制冷劑蒸汽的吸收力就越強,蒸發(fā)器中的蒸汽就會慢慢向曲軸箱“遷移”。此外,如果壓縮機位于室外,在天氣寒冷或夜晚時,其溫度往往比室內(nèi)蒸發(fā)器低,曲軸箱內(nèi)壓力也低,制冷劑遷移到壓縮機后容易被冷凝而進入潤滑油。
除易引發(fā)液擊外,制冷劑遷移還會稀釋潤滑油。很稀的潤滑油被油泵送到各摩擦面后,可能沖刷掉原有油膜,引起嚴重磨損(這種現(xiàn)象常稱為制冷劑沖刷)。過度磨損會使配合間隙變大,引發(fā)漏油,從而影響較遠部位的潤滑,嚴重時會引起油壓保護器動作。
壓縮機安裝曲軸箱加熱器可以有效防止制冷劑遷移。短時間停機后,維持曲軸箱加熱器通電,可使?jié)櫥蜏囟嚷愿哂谙到y(tǒng)其他部位,避免制冷劑遷移發(fā)生。長時間停機不用(如一個冬天)后,開機前先加熱潤滑油數(shù)小時或十幾小時,可蒸發(fā)掉潤滑油中的大部分制冷劑,既能大大減小帶液啟動時液擊的可能性,也能降低制冷劑沖刷造成的危害。
對于較大系統(tǒng),停機前讓壓縮機抽干蒸發(fā)器中液態(tài)制冷劑,可從根源上避免制冷劑遷移。在回氣管路上安裝氣液分離器,可增加制冷劑遷移的阻力,降低遷移量。
潤滑油多
半封閉壓縮機通常配備油視鏡,以便觀察油位高低。若油位高于油視鏡范圍,說明油量過多。油位過高時,高速旋轉(zhuǎn)的曲軸和連桿大頭可能頻繁撞擊油面,引起潤滑油大量飛濺。飛濺的潤滑油一旦竄入進氣道,被帶入氣缸,就可能引發(fā)液擊。
大型制冷系統(tǒng)在安裝調(diào)試時,往往需要適當(dāng)補充潤滑油。但對于回油不好的系統(tǒng),應(yīng)認真查找影響回油的根源,一味補充潤滑油是危險的。即便暫時油位不高,也要注意潤滑油突然大量返回時(如化霜后)可能帶來的危險。潤滑油引發(fā)的液擊情況并不少見。
結(jié)論與建議
液擊是壓縮機常見的故障之一。一旦發(fā)生液擊,說明系統(tǒng)或維護過程中存在問題,需要及時加以糾正。