復(fù)盛壓縮機(jī)缺油與潤(rùn)滑不足故障分析
復(fù)盛壓縮機(jī)故障分析－缺油與潤(rùn)滑不足
1．引言
壓縮機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的復(fù)雜機(jī)器，保證壓縮機(jī)曲軸、軸承、連桿、活塞等運(yùn)動(dòng)件的充分潤(rùn)滑是維持機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基本要求。為此，壓縮機(jī)制造商要求使用指定牌號(hào)潤(rùn)滑油，并要求定期檢查潤(rùn)滑油油位和顏色。然而,由于制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)方面的疏忽，壓縮機(jī)缺油、油焦化變質(zhì)、回液稀釋、制冷劑沖刷、使用劣質(zhì)潤(rùn)滑油等造成運(yùn)動(dòng)件潤(rùn)滑不足的情況比較常見。潤(rùn)滑不足會(huì)引起軸承面磨損或劃傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成抱軸、活塞卡在氣缸內(nèi)以及由此而引起的連桿彎曲、斷裂事故。
2．缺油
缺油是很容易辨別的壓縮機(jī)故障之一，壓縮機(jī)缺油時(shí)曲軸箱中油量很少甚至沒(méi)有潤(rùn)滑油。
壓縮機(jī)是一個(gè)特殊的氣泵，大量制冷劑氣體在被排出的同時(shí)也夾帶走一小部分潤(rùn)滑油（稱為奔油或跑油）。壓縮機(jī)奔油是無(wú)法避免的，只是奔油速度有所不同。半封活塞式壓縮機(jī)排氣中大約有2-3％的潤(rùn)滑油，而渦旋壓縮機(jī)為0.5-1%。對(duì)于一臺(tái)排量為100m3/hr、曲軸箱儲(chǔ)油量為6升的6缸壓縮機(jī)，3％的奔油意味著大約0.3-0.8升／分鐘的奔油量，或壓縮機(jī)無(wú)回油運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為十幾分鐘。
排出壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油不回來(lái)，壓縮機(jī)就會(huì)缺油。壓縮機(jī)回油有兩種方式，一種是油分離器回油，另一種是回氣管回油。油分離器安裝在壓縮機(jī)排氣管路上，一般能分離出50-95％的奔油，回油效果好，速度快，大大減少進(jìn)入系統(tǒng)管路的油量，從而有效延長(zhǎng)了無(wú)回油運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。管路特別長(zhǎng)的冷庫(kù)制冷系統(tǒng)、滿液式制冰系統(tǒng)以及溫度很低的凍干設(shè)備等，開機(jī)后十幾分鐘甚至幾十分鐘不回油或回油量非常少的情況并不稀奇，設(shè)計(jì)不好的系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)油壓過(guò)低而停機(jī)的問(wèn)題。這種制冷系統(tǒng)安裝高效油分離器能大大延長(zhǎng)壓縮機(jī)無(wú)回油運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，使壓縮機(jī)安全度過(guò)開機(jī)后無(wú)回油的危機(jī)階段。 未被分離出來(lái)的潤(rùn)滑油將進(jìn)入系統(tǒng)，隨制冷劑在管內(nèi)流動(dòng)，形成油循環(huán)。潤(rùn)滑油進(jìn)入蒸發(fā)器后，一方面因溫度低溶解度小，一部分潤(rùn)滑油從制冷劑中分離出來(lái)；另一方面，溫度低粘度大，分離出來(lái)的潤(rùn)滑油容易附著在管內(nèi)壁上，流動(dòng)比較困難。蒸發(fā)溫度越低，回油越困難。這就要求蒸發(fā)管路設(shè)計(jì)和回氣管路設(shè)計(jì)和施工必須有利于回油，常見的做法是采用下降式管路設(shè)計(jì)，并保證較大的氣流速度。對(duì)于溫度特別低的制冷系統(tǒng)，如－85°C和－150°C醫(yī)用低溫箱，除選用高效油分離器外，通常還添加特殊溶劑，防止?jié)櫥投旅?xì)管和膨脹閥，并幫助回油。
實(shí)際應(yīng)用中，由于蒸發(fā)器和回氣管路設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的回油問(wèn)題并不罕見。對(duì)于R22和R404A系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，滿液式蒸發(fā)器的回油非常困難，系統(tǒng)回油管路設(shè)計(jì)必須非常小心。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，使用高效油分可以大大減小進(jìn)入系統(tǒng)管路的油量，有效延長(zhǎng)開機(jī)后回氣管無(wú)回油時(shí)間。
當(dāng)壓縮機(jī)比蒸發(fā)器的位置高時(shí),垂直回氣管上的回油彎是必需的。回油彎要盡可能緊湊，以減小存油。回油彎之間的間距要合適，回油彎的數(shù)量比較多時(shí)，應(yīng)該補(bǔ)充一些潤(rùn)滑油。
變負(fù)荷系統(tǒng)的回油管路也必須小心。當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，回氣速度會(huì)降低，速度太低不利于回油。為了保證低負(fù)荷下的回油，垂直的吸氣管可以采用雙立管。
壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)不利于回油。由于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間很短壓縮機(jī)就停了，回氣管內(nèi)來(lái)不及形成穩(wěn)定的高速氣流，潤(rùn)滑油就只能留在管路內(nèi)。回油少于奔油，壓縮機(jī)就會(huì)缺油。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間越短，管線越長(zhǎng)，系統(tǒng)越復(fù)雜，回油問(wèn)題就越突出。對(duì)于沒(méi)有油壓安全開關(guān)的全封閉壓縮機(jī)（包括渦旋壓縮機(jī)和轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)）和部分半封閉壓縮機(jī)），頻繁啟動(dòng)引起的損壞是比較多的。
壓縮機(jī)維護(hù)同樣重要。除霜時(shí)蒸發(fā)器溫度升高，潤(rùn)滑油粘度減小，易于流動(dòng)。除霜循環(huán)過(guò)后，制冷劑流速大，滯留的潤(rùn)滑油會(huì)集中返回壓縮機(jī)。因此，除霜循環(huán)的頻率以及每次持續(xù)的時(shí)間也需仔細(xì)設(shè)定，避免油位大幅度波動(dòng)甚至油擊。
制冷劑泄漏較多時(shí)回氣速度會(huì)降低，速度太低會(huì)造成潤(rùn)滑油滯留在回氣管路，不能快速返回壓縮機(jī)。
潤(rùn)滑油回到壓縮機(jī)殼體內(nèi)并不等于回到曲軸箱。采用曲軸腔負(fù)壓回油原理的壓縮機(jī)，如果活塞因磨損等引起泄漏時(shí)，曲軸箱的壓力上升，回油單向閥受壓差作用而自動(dòng)關(guān)閉，從回氣管返回的潤(rùn)滑油就滯留在電機(jī)腔中，無(wú)法進(jìn)入曲軸箱，這就是內(nèi)回油問(wèn)題，內(nèi)回油問(wèn)題同樣會(huì)引起缺油。這種事故除發(fā)生于磨損的舊機(jī)器中，制冷劑遷移引發(fā)的帶液?jiǎn)?dòng)也會(huì)造成內(nèi)回油困難，但通常時(shí)間較短，最多十幾分鐘。
出現(xiàn)內(nèi)回油問(wèn)題時(shí)，可以觀察到壓縮機(jī)油位不斷下降，直至油壓安全裝置動(dòng)作。壓縮機(jī)停機(jī)后，曲軸箱的油位很快恢復(fù)。內(nèi)回油問(wèn)題的根源在于氣缸泄漏，應(yīng)及時(shí)更換磨損活塞組件。
油壓安全護(hù)裝置在缺油時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)，保護(hù)壓縮機(jī)不受損壞。沒(méi)有視油鏡和油壓安全裝置的全封閉壓縮機(jī)（包括轉(zhuǎn)子和渦旋壓縮機(jī)）以及風(fēng)冷壓縮機(jī)，缺油時(shí)沒(méi)有明顯癥狀，也不會(huì)停機(jī)，壓縮機(jī)會(huì)在不知不覺(jué)中磨損損壞。壓縮機(jī)噪音、震動(dòng)或電流過(guò)大，可能與缺油有關(guān)，對(duì)壓縮機(jī)和系統(tǒng)運(yùn)行狀況的準(zhǔn)確判斷就顯得非常重要。環(huán)境溫度過(guò)低有可能導(dǎo)致一些油壓安全裝置失靈，會(huì)造成壓縮機(jī)磨損。
壓縮機(jī)缺油引起的磨損一般比較均勻。如果潤(rùn)滑油很少或者沒(méi)有油，軸承表面就會(huì)出現(xiàn)劇烈的摩擦，溫度會(huì)在幾秒內(nèi)迅速升高。如果電機(jī)的功率足夠大，曲軸會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸和軸承表面會(huì)被磨損或劃傷，否則曲軸會(huì)被軸承抱死，停止轉(zhuǎn)動(dòng)。活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)也是一樣的，缺油會(huì)導(dǎo)致磨損或劃傷，嚴(yán)重時(shí)活塞會(huì)卡在氣缸內(nèi)不能運(yùn)動(dòng)。
3．潤(rùn)滑不足
磨損的直接原因是潤(rùn)滑不足。缺油肯定會(huì)引起潤(rùn)滑不足，但油潤(rùn)不足不一定就是缺油引起的。以下三種原因也可以造成潤(rùn)滑不足：潤(rùn)滑油無(wú)法到達(dá)軸承表面；潤(rùn)滑油雖已到達(dá)軸承表面，但是粘度太小，不能形成足夠厚度的油膜；潤(rùn)滑油雖已到達(dá)軸承表面，但是由于過(guò)熱而分解掉了，不能起到潤(rùn)滑作用。
吸油網(wǎng)或供油管路堵塞、油泵故障等均會(huì)影響潤(rùn)滑油的輸送，潤(rùn)滑油無(wú)法到達(dá)遠(yuǎn)離油泵的摩擦面。吸油網(wǎng)和油泵正常，但軸承磨損、間隙過(guò)大等造成漏油和油壓過(guò)低，會(huì)使遠(yuǎn)離油泵的摩擦面得不到潤(rùn)滑油，造成磨損和劃傷。
回液是常見的系統(tǒng)問(wèn)題，回液的一大危害在于稀釋潤(rùn)滑油。被稀釋的潤(rùn)滑油到達(dá)摩擦面后，粘度低，不能形成足夠厚度的保護(hù)油膜，久而久之會(huì)造成磨損。回液量比較大時(shí)，潤(rùn)滑油會(huì)很稀，不但不能起到潤(rùn)滑作用，而且還會(huì)溶解沖刷原有油膜，引起制冷劑沖刷。
由于種種原因（包括壓縮機(jī)啟動(dòng)階段）沒(méi)有得到潤(rùn)滑油的摩擦面溫度會(huì)迅速攀升，超過(guò)175°C后潤(rùn)滑油就開始分解。“潤(rùn)滑不足－摩擦－表面高溫－油分解”是一個(gè)典型的惡性循環(huán)，許多惡性事故包括連桿抱軸、活塞卡缸都與這個(gè)惡性循環(huán)有關(guān)。
潤(rùn)滑不足和缺油現(xiàn)象可以在拆開的壓縮機(jī)中看到。缺油一般表現(xiàn)為大面積、比較均勻的表面損傷和高溫，而潤(rùn)滑不足更多的是在一些特定部位的磨損、劃傷和高溫，如遠(yuǎn)離油泵的軸承面等。
活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞銷的負(fù)載是在軸承表面的上部和下部之間輪換的，這可以讓潤(rùn)滑油均勻地刷過(guò)活塞銷，并提供足夠的潤(rùn)滑。如果排氣閥片彎曲或者折斷，或者壓縮機(jī)長(zhǎng)期高壓比工作，將造成活塞銷單側(cè)潤(rùn)滑不足和磨損，孔隙增大。活塞銷有晃動(dòng)間隙，活塞就會(huì)在上止點(diǎn)處被拋出并撞擊閥片和閥板，產(chǎn)生撞擊聲。因此，更換閥片時(shí)，應(yīng)檢查活塞銷磨損情況。
4．結(jié)論與建議
缺油會(huì)引起嚴(yán)重的潤(rùn)滑不足，缺油的根本原因不在于壓縮機(jī)奔油多少和快慢，而是系統(tǒng)回油不好。安裝油分離器可以快速回油，延長(zhǎng)壓縮機(jī)無(wú)回油運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。蒸發(fā)器和回氣管路的設(shè)計(jì)必須考慮到回油。避免頻繁啟動(dòng)、定時(shí)化霜、及時(shí)補(bǔ)充制冷劑、及時(shí)更換磨損的活塞組件等維護(hù)措施也有助于回油。
回液和制冷劑遷移會(huì)稀釋潤(rùn)滑油，不利于油膜的形成；油泵故障和油路堵塞會(huì)影響供油量和油壓，導(dǎo)致摩擦面缺油；摩擦面高溫會(huì)促使?jié)櫥头纸猓節(jié)櫥褪?rùn)滑能力。這三方面問(wèn)題引起的潤(rùn)滑不足也常常造成壓縮機(jī)損壞。
缺油的根源在于系統(tǒng)。因此，只更換壓縮機(jī)或某些配件不能從根本上解決缺油問(wèn)題。
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