【原】技术探讨：压缩机带液启动和冷媒迁移

   压缩机是制冷系统的核心部件,其安全高效运行直接影响整个系统的性能。然而,液态冷媒的存在常导致压缩机发生带液启动和冷媒迁移等异常工况,严重时会引发压缩机机械故障和制冷系统效率下降。

（AI示意图，不对应文中任何具体信息）

一、为什么要研究带液启动和冷媒迁移？

   

压缩机是制冷系统的"心脏",其主要功能是提高制冷剂蒸汽的压力,并输送至冷凝器[1]。在理想工况下,吸入压缩机的制冷剂应处于过热蒸汽状态。一旦有液态冷媒进入气缸,就会发生带液启动和冷媒迁移[2]。

带液启动会导致液击,使活塞和气阀承受巨大冲击载荷,而冷媒迁移会使压缩机内积聚大量液态冷媒,致使润滑油被稀释,粘度下降,最终引发润滑失效[3]。因此,研究带液启动和冷媒迁移机理,采取有效的预防和处理措施,对于保障压缩机的可靠运行具有重要意义。

二、带液启动的成因与危害

   

(一)带液启动的成因  

带液启动是指压缩机在启动过程中,吸气管内存在液态冷媒,并被吸入气缸参与压缩的现象[4]。导致带液启动的原因主要有以下几点:

(1)冷媒过量。制冷系统中冷媒注入量过大,使蒸发器出口处存在较多液态冷媒。

(2)蒸发温度过低。环境温度较低或负荷减小时,蒸发温度下降,使冷媒过冷度增大。

(3)热力膨胀阀失灵。热力膨胀阀堵塞或调节不当,使蒸发器进液量过大。

(4)吸气过热度不足。压缩机吸气管末端未设置过热段,致使液态冷媒直接进入气缸。

(5)回油异常。压缩机内润滑油被冷媒稀释,黏度降低,回油量减少,液态冷媒随油进入气缸。

(二)带液启动的危害

液态冷媒的密度和体积弹性模量远大于蒸汽,当大量液态冷媒进入气缸后,气缸内压升高,使活塞难以完成压缩行程。同时,液态冷媒几乎不可压缩,类似"液压缸"效应,对曲轴连杆机构产生强烈冲击[5]。带液启动的危害主要体现在以下方面:

(1)产生液击。活塞强行压缩不可压缩的液体,产生类似水锤的液击现象,对活塞、连杆、曲轴等承力部件造成冲击载荷。

(2)折断气阀。液态冷媒瞬时释放,气阀片承受巨大反向压差,导致气阀折断。

(3)引发振动噪声。气缸内压骤升骤降,活塞频繁来回撞击,产生剧烈振动和异常噪声。

(4)加剧磨损。液击使运动部件承受瞬时超载,加速表面点蚀和疲劳损伤。

(5)影响润滑。液态冷媒稀释润滑油,致使油膜减薄,界面润滑失效。

(6)降低效率。液态冷媒占据气缸容积,使压缩比降低,效率下降。

 

三、冷媒迁移的机理与后果

   

(一)冷媒迁移的机理

冷媒迁移是指压缩机停机后,系统内冷媒在重力和压差作用下发生迁移,并在压缩机壳体内聚集的现象[6]。制冷剂具有很强的溶解性,系统中总有部分冷媒溶于润滑油中。停机时,油中溶解的冷媒会逐渐挥发析出,液态冷媒不断聚集[7]。此外,冷凝器和蒸发器之间存在一定高差,使高压端液态冷媒沿管路流向低压端,在蒸发器和吸气管内积聚。一旦聚集的冷媒量过多,就可能在压缩机重新启动时被吸入气缸,导致带液启动[8]。

压缩机的设置位置、环境温度、冷媒种类、油品溶解度等因素都会影响冷媒迁移程度。例如,压缩机置于蒸发器之上时,重力效应更为明显;环境温度较低时,冷媒蒸发压力小,更易迁移;R22等高溶解度冷媒更容易溶于油中析出;矿物油溶解度大,更易引发冷媒迁移[9]。

(二)冷媒迁移的后果

尽管冷媒迁移是一个缓慢的过程,但累积效应不容忽视。一方面,冷媒大量聚集必然引发带液启动,产生上述液击、气阀损坏、润滑失效等危害;另一方面,冷媒迁移还会带来以下负面影响

(1)稀释润滑油。大量冷媒溶解使润滑油黏度下降,油膜承载能力弱化,加剧磨损。

(2)阻塞回油通道。低温下冷媒溶解度降低,从油中析出的游离冷媒在回油通道凝结,阻碍润滑油回流。

(3)降低换热效率。蒸发器内聚集液态冷媒,使有效换热面积减小,换热系数下降。

(4)引起润滑油结焦。冷媒不断带走润滑油,使剩余油品在高温部件表面氧化结焦,堵塞油道[10]。

四、带液启动和冷媒迁移的预防措施

   

针对上述带液启动和冷媒迁移问题,可采取以下预防措施:

(1)合理控制冷媒注入量。冷媒注入过程中,应严格控制进液量,避免过充。可采用电子膨胀阀等精确计量装置,实时监测冷媒液位[11]。

(2)提高蒸发温度。可采取提高蒸发压力、增大负荷、提升环境温度等措施,使冷媒在蒸发器内充分气化,减少过冷液体[12]。

(3)确保热力膨胀阀正常工作。定期检查热力膨胀阀,及时清除杂质,校正开度,控制进入蒸发器的冷媒流量[13]。

(4)设置吸气过热保护。在压缩机吸气管末端设置4~6米的过热段,使液态冷媒充分汽化,避免进入气缸[14]。也可安装吸气过热保护器,实时监测过热度,偏低时及时关停压缩机。

(5)选用合适润滑油。采用溶解度低、抗稀释性好的润滑油,如聚醚油、聚酯油等,既可减少冷媒迁移,又能保证低温黏度[15]。

(6)优化压缩机设置位置。尽量将压缩机置于蒸发器之下,利用重力效应防止液态冷媒进入吸气管[16]。

(7)改善润滑油回流。采用较粗的回油管,并保持一定坡度,使稀释后的润滑油顺利回到压缩机。

(8)设置冷媒收集器。在蒸发器出口设置冷媒收集器,汇集未完全蒸发的液态冷媒,既可避免进入压缩机,又能提高蒸发器效率[17]。

(9)定期进行冷媒回收。在长时间停机或系统检修前,应将冷媒收集至高压液位器内,防止在低压端大量聚集[18]。

(10)完善压缩机保护措施。配备吸气压力、油压、振动等保护和监控装置,在异常情况下及时关停压缩机。

五、带液启动和冷媒迁移的处理方法

   

一旦发生带液启动和冷媒迁移,应及时采取以下处理措施:

(1)关停压缩机。如检测到吸气压力骤升、气缸温度骤降、振动噪声剧增等带液启动征兆,应立即切断电源,停止运行[19]。

(2)排除系统故障。停机后,全面检查系统各部件,排除热力膨胀阀失灵、管路泄漏、电控失效等潜在故障[20]。

(3)调节冷媒量。如发现系统冷媒过量,应将多余冷媒抽吸至回收罐内,并重新计算最佳注入量。

(4)恢复润滑油粘度。对于稀释后的润滑油,可重新添加新油,也可在真空状态下蒸发除去溶解的冷媒,恢复油品粘度[21]。

(5)清洗压缩机和管路。借助冲洗泵,用溶剂和压缩空气反复清洗压缩机腔体和吸排气管,去除冷媒和杂质[22]。

(6)更换损坏部件。拆检压缩机,更换液击变形的活塞、折断的气阀片、磨损的轴瓦等损坏部件。

(7)重新抽真空。清洗结束后,对整个系统重新抽真空,除去残留的冷媒和水分,为冷媒补充创造条件。

(8)分步充注冷媒。待系统真空合格后,缓慢分步充注冷媒,避免瞬时大量进入[23]。

(9)试运行检验。开启压缩机进行试运行,检测电流、振动、噪声等参数,确认是否恢复正常。

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