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船用制冷压缩机能量调节装置的检修

机电一车间 邓煜劲

本文介绍了开利船用制冷压缩机的能量调节方法,分析了其故障产生的原因和排除方法.

在船用中央空调领域,空调装置的热负荷受外界气候条件的影响较大,为了保持生活在合适的温度,空调装置就必须进行相应的自动调节.对于船用中央空调来说,并不要求生活区的温度保持恒定.这样,对于采用热力膨胀阀做节流装置的船用中央空调,就可以实现送风温度的自动调节.当外界气温或送风量增加时,由于带入的热量增多,送风的温度就要下降,这时蒸发器的进出口温差随之增大,使蒸发器的吸热量增加,致使蒸发器出口处制冷剂的热度加大,于是热力膨胀阀也将自动开大,使进入蒸发器的制冷剂流量加大.因此,蒸发器中制冷剂的蒸发压力也随之升高.由于空调制冷压缩机大都装有能量调节装置,所以当蒸发压力提高时,压缩机就会自动增缸工作.相反,当外界气温下降时,蒸发器的热负荷减少,热力膨胀阀的开度就会减少,使压缩机自动减缸运行,于是,送风温度也就会上升到一个较高的数值上.

制冷压缩机的能量调节基本上都是采用调节压缩机的有效排气量来改变制冷量大小的.常见的能量调节方法有:

(1) 间歇运行法:当温度或压力降到设定的下限时,通过温度控制器或压力控制器使压缩机停止,而当温度或压力上升到设定温度的上限时,压缩机再次启动.此能量调节方法大多用于家用空调和没有能量调节机构的双缸活塞式制冷压缩机.

(2) 吸气回流调节法:即利用压缩机的卸载机构强行使吸气阀片保持一定的开启状态,使气缸内不产生压缩作用.此方法多用于4缸以上的活塞式压缩机.

(3) 进气调节法:是通过压缩机进气阀的开启度,使压缩机的吸气量增大或者减少,从而实现压缩机吸排气量的改变.此方法常见于螺杆式压缩机

(4) 变速调节法:通过改变压缩机电机的频率,使压缩机可以在不同的转速运行,使压缩机的排气量改变.现变频空调就是采用这种方法.

船用的制冷压缩机大多都是采用吸气回流调节法来调节压缩机的排气量,从而改变制冷量的大小的.因此,压缩机的能量调节装置的修理,是一项技术含量较高的技术活,且关乎到整个工程的周期.

以<船长哈德勒>轮的空调系统为例,该轮中央空调采用的是两套美国开利(Carrier)公司的制冷压缩机,型号为5H60,是以R22为制冷剂的6缸机,其中2个是基本缸(长通),采用闭合吸气阀片来控制排气量的能量调节法.分4级加减载.吸气压力在0-0.58MPa范围内,实行第一级卸载.如(图1)所示:该能量调节装置主要有两方面的管路.一路是来自曲轴箱的压力(即压缩机的吸气压力),经过毛细管,喘振室传至能量调节装置的波纹管,为压力传感管路.波纹管的左边外部有调节杆,可以调节弹簧的预紧力.另一路是来自油泵的压力油,先通过液压继动器,然后分两条支路,一路由液压继动器控制,接通执行机构,作为执行机构的驱动油路.另一路通过节流孔作用在液压继动器活塞滑阀的左侧,作为控制活塞滑阀移动的控制油路,其压力的大小由能量调节阀中的阀针开度来决定.然后根据空调系统的热负荷(压缩机的吸气压力)的大小,通过油泵来的压力油来控制4个卸载缸的闭合,开启.

图1.开利5H60制冷压缩机能量调节原理图

(摘自开利公司5H60压缩机说明书)

1.自动控制调节孔  2.调节弹簧  3.气动控制接头  4.推杆  5.针阀  6.泄油孔  7.能量调节阀  8.移动螺母  9.外部调节杆  10.喘振室  11.毛细管  12.来自曲轴箱的压力  13.控制油压力  14.来自压缩机油泵  15.油泵压力  16.控制油滤器  17.活塞滑阀  18.节流孔  19.液压继动器  20.泄油孔  21.通其他卸载缸  22.缸套  23.卸载套  24.泄油孔  25.卸载油缸  26.活塞  27.驱动拉缸  28.卸载顶杆弹簧和顶杆  29.吸气阀片

压缩机在刚启动时,油泵需要经过一段时间才能建立起油压.所以在刚启动初期,4个卸载缸均处于卸载状态,从而减少了压缩机马达的启动负荷.

当空调系统的热负荷增大时(外界气温升高),压缩机的吸气压力升高,曲轴箱的压力也随之升高,通过毛细管, 喘振室的吸气压力作用在能量调节阀波纹管的右端,其压力就会增大,克服弹簧预紧力以及大气的压力,推动波纹管向左移动,使能量调节阀的阀针开度减少,从而使泄油孔的泄油量也减少(见图1-6).在液压继动器活塞滑阀的油压升高,并推动活塞滑阀向右移动,使得来自油泵的压力进入第1号卸载油缸,1号卸载油缸的顶杆落下,吸气阀片关闭,该卸载油缸控制的汽缸便投入工作.如果空调系统的热负荷继续增大,吸气压力继续升高,液压继动器中的活塞滑阀机会继续向又移动,使得第2.3.4.号卸载油缸相继投入工作.相反,如果空调系统的热负荷减少,压缩机的吸气压力下降,使得能量调节阀的阀针开度增大,经过能量调节阀的泄油孔回到曲轴箱的油增多,从而使液压继动器活塞滑阀左侧的油压减少,活塞滑阀在弹簧张力的作用下向左移动,使得相应的卸载油缸的压力油从泄油孔(图1-20)排出,活塞滑阀在弹簧的作用力下向下移动,通过驱动拉杆使卸载顶杆上升,吸气阀片被顶开,该缸便处于卸载状态.如果空调系统的热负荷继续下降,吸气压力会继续降低,带有卸载机构的汽缸就会陆续卸载,最后剩下2个基本缸在工作.如果压缩机的吸气压力继续下降,当将到低压继电器设定的断开压力时,压缩机就要停车.

该轮空调系统的故障是,压缩机长期全载工作,不能实现自动卸载.不能卸载的现象是:当吸气压力低于0.586MPa时,第一级卸载汽缸无法停止工作,使得压缩机一直在全载状态工作,直到吸气压力到达低压继电器设定的压力时停车,这样就增加了压缩机的启停次数,不但影响了空调系统的正常运行,还会影响压缩机的使用寿命.我们起初以为是制冷剂不足,储液器的液位正常,高压排出压力也正常.再经检查,高压排出压力也在正常范围内,这样就排除了是制冷剂不足或者系统有堵塞,表明压缩机无法正常卸载工作.

开利压缩机(5H60)加减载油压压力表:

(数据摘自开利5H60压缩机说明书)

我们尝试调节能量调节装置的外部调节杆(图1-9),发现还是不能实现卸载,这样就表明了可能能量调节装置的液压继动器弹簧卡死,或者去液压继动器和卸载油活塞的油路有堵塞.我们只好停机拆除压缩机能量调节装置的端盖,对能量调节装置进行全部解体拆检.结果是,用氮气对油路进行吹通后发现油路是通的,并没有堵塞.接着拆开液压继动器,发现里面的弹簧活动自如,并没有卡死的现象.到底是什么原因使压缩机没法卸载呢?我们拆开能量调节阀,发现顶开阀针的三根小推杆无规则地叉开,这三根小推杆是用来顶开能量调节阀泄油孔的阀针的.现在这三根小推杆出现移位,无法顶开阀针,使得液压继动器左侧的油无法通过能量调节阀的泄油孔回到曲轴箱.卸载油缸的油压因无法泄压,所以活塞滑阀无法进行卸载动作.使得压缩机长期全载运行.经过我们重新装复这三根小推杆后,反复调试,能量调节装置一切工作正常.

关于维修开利能量调节装置的几点建议,当我们拆检开利制冷压缩机能量调节装置时,一定要遵循以下步骤:

1) 压缩机曲轴箱的润滑油也同时作为能量调节装置的控制油,所以一定要保持清洁

2) 控制油入口的滤网要拆出检查,确认没有堵塞.

3) 液压继动器活塞滑阀的节流孔要清通,如果该节流孔堵塞,使控制油无法进入液压继动器活塞滑阀左侧,也就是说无法上载.活塞滑阀底部的弹簧要注意检查是否变形或损坏,如有损坏,也会直接影响到能量调节.

4) 检查能量调节阀的推杠是否变形,套簧是否完好,里面如有污垢应用丙酮清洗,以免影响动作.针阀若卡死也会影响压缩机的上载卸载.检查泄油孔是否堵塞,否则也会导致压缩机无法卸载.

5) 毛细管, 喘振室和能力调节机构的油路,应该用氮气吹通测试一遍,确保畅通.驱动拉杆和卸载套要活络,避免卡死现象.

制冷压缩机的能量调节装置的检修是一项技术含量较高的工作,应在完全熟悉其说明书或原理后方可进行检修,调整工作.千万不可盲目随意拆检,避免事故的发生.

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