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空调压缩机罢工了,张老轨带你揭开新型船用涡旋式压缩机的神秘面纱

 船舶讲武堂 2021-07-10

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近年来,涡旋式压缩机在船上中央空调系统和冷库系统的应用呈明显上升趋势。尤其是中央空调系统,采用了多台全封闭涡旋式压缩机并联运行的方式进行制冷,其设计理念之先进,压缩机内部零件少,无吸、排气阀,没有余隙容积,输气效率高,且可靠性高、制冷效果好。通过增减机的方式进行热负荷调控。若一机损坏停用而其它压缩机照常运行制冷,给船员的生活休息创造了舒适环境。 

现就一起涡旋式压缩机的严重机损事故进行分析,浅谈对该型压缩机的一些管理建议,愿助益于同仁们对中央空调的日常管理。

一:涡旋式压缩机的结构和工作原理简述 

该压缩机的型号是:ZR310KCE-TWD-522。为更加直观的了解其工作过程,请参考微信公众号“船舶讲武堂”2020-07-05《珍贵!压缩机工作原理动图汇总!》一文中的相关视频。

1:结构概述
 

压缩机内部依机型不同而置有相应的保护元件。一般有排气温度热敏电阻、马达绕组的上部和下部热敏电阻。浮动密封【真空保护】,卸压阀【高压保护】,截止阀片及反转保护【减少停机时的噪音】。

2:工作原理简述 

涡旋式压缩机属于容积型回转式压缩机。由静蜗盘和动蜗盘(呈螺旋线型)构成压缩工作气腔。工作过程是由进气、压缩、排气构成。在主轴旋转360°内,这三个工作过程是同时进行。外侧的两个空间与吸气口相通,始终处于吸气过程。内侧的空间与排气口相通,始终处于排气过程。而上述两个空间之间的月牙形封闭空间里,则一直处于压缩过程,该腔室内的压力介于排出压力与吸入压力之间。因此吸气和排气过程可以看做具有连续性。
   


3:润滑油路与润滑部位 

油泵是由一个具有特殊形状的叶片焊接在中空的转子轴底端内孔里。且转子轴的下部浸没在油里,确保油泵正常吸油建压。转子轴内部中空,构成润滑油路,在轴颈与轴瓦接触的部位径向钻孔,构成润滑支路。其实,该油泵的原理与ALFALAVAL分油机的润滑油泵原理一样。需要润滑的部位如下:

①:转子轴下端的径向轴承和轴向定位轴承:该径向轴承安装于底部支架的中心孔内,对转子轴起到径向支撑的作用。在底部支架中心孔的端面上装有轴向定位轴承,起到对转子轴轴向定位的作用。

②:转子轴上端的径向轴承:该轴承安装于上部支架的中心孔内,起到对转子轴径向定位的作用。

③:转子轴顶部偏心轴轴瓦:该轴瓦安装于动蜗盘底部的中心孔内,类似于柴油机曲轴连杆大端轴瓦的作用。偏心轴相对于动蜗盘转动的同时,又带动动蜗盘(以偏心距e为半径)绕着转子轴做旋转(公转)运动。防转圈的作用是防止动蜗盘做自转运动。

④:防转圈与动/静蜗盘间的接触面:在压缩机运转期间,静蜗盘固定不动,但防转圈与动蜗盘的底部接触且做相对运动,以及防转圈的两个耳销相对于动/静蜗盘导向槽间也做相对滑动。这些接触面的润滑是由随汽态冷媒流动的润滑油起作用。
 


二:故障现象与排查    

某轮于2017年1月航行于北太平洋上,下午3点多钟,机舱警报响起,查看AMS界面得知是中央空调压缩机故障。三轨触摸压缩机低压腔室,比以往感觉烫手,透过油位玻璃镜,发现油里混有金属颗粒物。打开№1压缩机控制箱,发现热继电器已跳脱。关闭压缩机主电源,打开№1压缩机机壳上的接线盒,拆掉到控制箱的端子接线,测量各绕组间的绝缘与对地绝缘均良好,测量各绕组阻值正常且基本相等。检查系统其它元部件,风机运行正常,无漏油漏气现象。因是全封闭式压缩机,不能手动盘车检查,与老轨商量后,待压缩机冷却进行再次启动,以便观察判断确切故障所在。

在启动过程中,伴有异常响声和振动,且电流居高不下,只得迅速按下停止按钮。综合上述现象,判断是压缩机内部轴瓦磨损所致。  


三:故障处理与原因分析 

对于全封闭涡旋式空调压缩机若出现故障,只能整台机组换新。当时船上没有备用压缩机,只得启用№2空调压缩机进行制冷。待船回到天津港厂家工程师登轮将整台压缩机换新。
   
换下的故障机因厂家不能将其托运返厂,只得放弃留船。征得厂家工程师同意,由我们对其剖解,把发现故障的原因拍照传送于他即可。于工作之余,在机舱同仁们个个怀揣好奇之心与善于专研的干劲下,对其进行了拆解。
  
发现这次故障原因主要是转子两端轴承衬套(BUSH)及其轴颈业已严重磨损,轴瓦磨损的已露出铜色,减磨合金层全部磨光,在周向上有多道很深的划痕,其中一端轴瓦已扭曲变形。
 
发生轴瓦磨损的主要原因是压缩机频繁起停,同时在启动过程中伴有奔油现象,造成润滑油中含有大量汽泡,以致润滑不良而磨损。轴承磨损一旦开始,便具有了累积效应,以后的每次起动阶段都会因润滑不良而造成磨损量增加。这种全封闭涡旋式压缩机没有油压差继电器,不到油压低的保护作用;也没有润滑油泵出口压力表,很难观察到油泵效能;更没有润滑油压调节阀。作为设备管理者,很难对润滑油路进行监测与管控。

四:管理经验总结     

1:船舶航行于温带寒带过度海域时,或室外温度低于20℃以下时,建议把中央空调装置设置在手动控制模式并停掉压缩机,完全打开新风挡板,只向室内提供新风量,避免压缩机频繁起停。

2:根据厂家通函,把回风温度设定在24℃,温差为1.0℃,不要将此设定值设定的更低,否则会导致液态冷媒流回压缩机,造成液击。

3:在压缩机运行过程中,切勿打开风箱检修门。否则蒸发器内的冷媒会不完全汽化,对压缩机造成液击,损坏压缩机。空调系统运行中禁止全关新风百叶窗。

4:在启动压缩机前,提前1天打开电源,使绑固在机壳底部外周的电加热带对机壳内的润滑油进行加热,予以减少油中混合的液态冷媒量,降低启动过程中发生奔油的几率,提高润滑效果。

5:启动压缩机前需透过玻璃镜观察油位,确保油位正常。

6:在长期停机后要启动压缩机时,应把吸入阀的开度保持在1/4左右,观察吸入压力稳定后再完全打开吸入阀,以避免压缩机在启动过程中出现液击现象。

7:在压缩机运行期间,多注意与压缩机吸口相连的吸口管段是否结霜,若结霜,必须立即停掉压缩机查找原因。
 
8:在更换压缩机滑油时,尽量用新油多冲洗几次,带出沉淀于油底壳中的污物,同时避免新油受到污染。把滑油添加到油位玻璃镜的4/5处,因压缩机运行时也有少量滑油参与冷媒循环,这样能确保压缩机正常运行时油位不低于玻璃镜高度的2/3,即使船舶摇晃也不至于油泵吸空。

9:需定期更换空气滤网,检查风机皮带张紧度,确保送风量,提高冷媒离开蒸发器时的过热度。

10:压缩机运行时请多关注液态管线段上的玻璃镜是否有汽泡流动,若有,说明系统某处破裂漏气。也请观察冷凝器、储液器、膨胀阀、新风、回风温度等相关运行工况是否正常并做好相关记录。

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