近年來,油氣回收或VOCs深冷回收是儲罐、裝車或者有機化工品高濃氣體處理的有效處理方式,不僅能VOCs減排,還可以冷凝回收化工產品!當VOCs廢氣所需要的冷量無法滿足制冷劑氣化,或者說VOCs廢氣量遠遠小于設定的VOCs冷凝回收的設定氣量,就會讓壓縮機回液比較嚴重,產生液擊。是VOCs深冷冷凝回收裝置中比較常見的現象!液擊,簡單說就是制冷劑液體(或潤滑油)被壓縮機吸入,造成壓縮機的液擊事故。是指制冷劑因未能或未充分吸熱蒸發,制冷劑液體或濕蒸汽被壓縮機吸入到壓縮機內的情況,叫液擊。下面我們開看看不同壓縮機液擊原因及解決方案。
渦旋壓縮機:
液擊對渦盤產生極大沖力,可能打碎渦盤,含有大量液態冷媒的潤滑油粘度低,在摩擦表面不能形成足夠的油膜,導致壓縮機內部運動件的快速磨損;另外,潤滑油中的冷媒在輸送過程中遇熱會沸騰,影響潤滑油的正常輸送。
導致壓縮機液擊損壞的主要原因:
1)回液,即從蒸發器中流回壓縮機的液態制冷劑或潤滑油;
2)帶液啟動;
3)壓縮機內的潤滑油太多。
回液導致壓縮機損壞的主要原因:
回液,就很容易引發液擊事故。即使沒有引起液擊,高壓腔結構的回液將稀釋或沖刷掉滑動面的潤滑油,加劇磨損。低壓腔結構的回液會稀釋油池內的潤滑油。含有大量液態制冷劑的潤滑油粘度低,在摩擦面不能形成足夠的油膜,導致運動件的快速磨損。另外,潤滑油中的制冷劑在輸送過程中遇熱會沸騰,影響潤滑油的正常輸送。而距離油泵越遠,問題就越明顯越嚴重。如果電機端的軸承發生嚴重的磨損,曲軸可能向一側沉降,容易導致定子掃膛及電機燒毀。
對于回液較難避免的制冷系統,安裝氣液分離器和采用抽空停機控制可以有效阻止或降低回液的危害。
帶液啟動導致壓縮機損壞的主要原因:
在油視鏡上清楚地可以觀察到帶液啟動時有起泡現象。帶液啟動的根本原因是潤滑油中溶解的以及沉在潤滑油下面了大量的制冷劑,在壓力突然降低時突然沸騰,并引起潤滑油的起泡現象。帶液啟動的制冷劑是以“制冷劑遷移”的方式進入曲軸箱的。由于潤滑油中的制冷劑蒸汽分壓低,就會吸收油面上的制冷劑蒸氣,造成油池中氣壓低于蒸發器氣壓的現象。油溫愈低,蒸汽壓力越低,對制冷劑蒸汽的的吸收力就愈大。系統中的蒸汽就會慢慢向壓縮機“遷移”。停機時間越長,遷移到潤滑油中的制冷劑就會越多。制冷劑遷移會稀釋潤滑油。對低壓腔還容易引起液擊。
液態冷媒或者油與冷媒的混合物都 不是良好的潤滑劑,會造成磨損甚至卡死。此時由于電機浸在液體中,電機上的過載保護器不會動作。
安裝曲軸箱加熱器、氣液分離器和采用抽空停機控制可以有效阻止或降低制冷劑遷移 。
油池中的潤滑油劇烈起泡的現象叫帶液啟動。停機前讓壓縮機抽干蒸發器中液態制冷劑,稱為抽空停機。制冷劑遷移是指壓縮機停止運行時,制冷劑以氣體形式,進入壓縮機并被潤滑油吸收,或在壓縮機內冷凝后與潤滑油混合的過程或現象。
潤滑油太多導致壓縮機液擊損壞
對低壓腔壓縮機,高速旋轉的部件如轉子,會頻繁撞擊油面,如果油面過高,引起潤滑油大量飛濺。飛濺的潤滑油一旦竄入進氣道,帶入氣缸,就可能引起液擊。
往復式壓縮機
液擊
液態制冷劑或潤滑油隨氣體吸入壓縮機氣缸時損壞吸氣閥片的現象,以及進入氣缸后沒有在排氣過程迅速排出,在活塞接近上止點時被壓縮而產生的瞬間高液壓的現象通常被稱為液擊。液擊可以在很短時間內造成壓縮受力件(如閥片、活塞、連桿、曲軸、活塞銷等)的損壞,是往復式壓縮機的致命殺手。減少或避免液體進入氣缸就可以防止液擊的發生,因此液擊是完全可以避免的。
通常,液擊現象可分為兩個部分或過程。首先,當較多液態制冷劑、潤滑油或者兩者的混合物隨吸氣以較高速度進入壓縮機氣缸時,由于液體的沖擊和不可壓縮,會引起吸氣閥片過度彎曲或斷裂;其次,氣缸中未及時蒸發和排出的液體受到活塞壓縮時,瞬間內出現的巨大壓力并造成受力件的變形和損壞。這些受力件包括吸排氣閥片、閥板、閥板墊、活塞(頂部)、活塞銷、連桿、曲軸、軸瓦等。
過程與現象
(1)吸氣閥片斷裂
壓縮機是壓縮氣體的機器。通常,活塞每分鐘壓縮氣體1450次(半封壓縮機)或2900次(全封壓縮機),即完成一次吸氣或排氣過程的時間為0.02秒甚至更短。閥板上的吸排氣孔徑的大小以及吸排氣閥片的彈性與強度均是按照氣體流動而設計的。從閥片受力角度講,氣體流動時產生的沖擊力是比較均勻的。
液體的密度是氣體的數十甚至數百倍,因而液體流動時的動量比氣體大得多的,產生的沖擊力也大得多。吸氣中夾雜較多液滴進入氣缸時的流動屬于兩相流。兩相流在吸氣閥片上產生的沖擊不僅強度大而且頻率高,就好像臺風夾雜著鵝卵石敲打在玻璃窗上,其破壞性是不言而喻的。吸氣閥片斷裂是液擊的典型特征和過程之一。
(2)連桿斷裂
壓縮行程的時間約0.02秒,而排氣過程會更短暫。氣缸中的液滴或液體必須在如此短的時間內從排氣孔排出,速度和動量是很大的。排氣閥片的情況與吸氣閥片相同,不同之處在于排氣閥片有限位板和彈簧片支撐,不容易折斷。沖擊嚴重時,限位板也會變形翹起。
如果液體沒有及時蒸發和排出氣缸,活塞接近上止點時會壓縮液體,由于時間很短,這一壓縮液體的過程好像是撞擊,缸蓋中也會傳出金屬敲擊聲。壓縮液體是液擊現象的另一部分或過程。
液擊瞬間產生的高壓具有很大的破環性,初人們熟悉的連桿彎曲甚至斷裂外,其他壓縮受力件(閥板、閥板墊、曲軸、活塞、活塞銷等)也會有變形或損壞,但往往被忽視,或者與排汽壓力過高混為一談。檢修壓縮機時,人們會很容易發現彎曲或斷裂的連桿,并給予替換,而忘記檢查其他零件是否有變形或損壞,從而為以后的故障埋下禍根。
液擊造成的連桿斷裂不同于抱軸和活塞咬缸,是可以分辨出來的。首先,液擊造成連桿彎曲或斷裂是在短時間內發生的,連桿兩端的活塞和曲軸運動自如,一般不會有嚴重磨損引起的抱軸或咬缸。盡管吸氣閥片折斷后,閥片碎屑偶爾也會引起活塞和氣缸面嚴重劃傷,但表面劃傷與潤滑失效引起磨損很不同。其次,液擊引起的連桿斷裂是由壓力造成的,連桿和斷茬有擠壓特征。盡管活塞咬缸后的連桿斷裂也有擠壓可能,但前提是活塞必須卡死在氣缸。抱軸后的連桿折斷就更不同了,連桿大頭和曲軸有嚴重磨損,造成折斷的力屬于剪切力,斷茬也不一樣。最后,抱軸和咬缸前,電機會超負荷運轉,電機發熱嚴重,熱保護器會動作。
原因分析
顯然,能引起壓縮機液擊的液體不外乎如下幾種來源:1)回液,即從蒸發器中流回壓縮機的液態制冷劑或潤滑油;2)帶液啟動時的泡沫;3)壓縮機內的潤滑油太多。對這幾種原因逐一分析。
(1)回液
通常,回液是指壓縮機運行時蒸發器中的液態制冷劑通過吸氣管路回到壓縮機的現象或過程。
對于使用膨脹閥的制冷系統,回液與膨脹閥選型和使用不當密切相關。膨脹閥選型過大、過熱度設定太小、感溫包安裝方法不正確或絕熱包扎破損、膨脹閥失靈都可能造成回液。對于使用毛細管的小制冷系統而言,加液量過大會引起回液。
利用熱氣融霜的系統容易發生回液。無論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器內形成大量液體,這些液體在隨后的制冷運行開始時既有可能回到壓縮機。
此外,蒸發器結霜嚴重或風扇故障時傳熱變差,未蒸發的液體會引起回液。冷庫溫度頻繁波動也會引起膨脹閥反應失靈而引起回液。
回液引起的液擊事故大多發生在空氣冷卻型(簡稱風冷或空冷)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是直接相通的,一旦回液,就很容易引發液擊事故。即使沒有引起液擊,回液進入汽缸將稀釋或沖刷掉活塞及汽缸壁上的潤滑油,加劇活塞磨損。
對于回氣(制冷劑蒸汽)冷卻型半封閉和全封閉壓縮機,回液很少引起液擊。但會稀釋曲軸箱內的潤滑油。含有大量液態制冷劑的潤滑油粘度低,在摩擦面不能形成足夠的油膜,導致運動件的快速磨損。另外,潤滑油中的制冷劑在輸送過程中遇熱會沸騰,影響潤滑油的正常輸送。而距離油泵越遠,問題就越明顯越嚴重。如果電機端的軸承發生嚴重的磨損,曲軸可能向一側沉降,容易導致定子掃堂及電機燒毀。
顯然,回液不僅會引起液擊,還會稀釋潤滑油造成磨損。磨損時電機的負荷和電流會大大增加,久而久之將引起電機故障。
對于回液較難避免的制冷系統,安裝氣液分離器和采用抽空停機控制可以有效阻止或降低回液的危害。
(2)帶液啟動
回氣冷卻型壓縮機在啟動時,曲軸箱內的潤滑油劇烈起泡的現象叫帶液啟動。帶液啟動時的起泡現象可以在油視鏡上清楚地觀察到。帶液啟動的根本原因是潤滑油中溶解的以及沉在潤滑油下面了大量的制冷劑,在壓力突然降低時突然沸騰,并引起潤滑油的起泡現象。這種現象很像日常生活中人們突然打開可樂瓶時的可樂起泡現象。起泡持續的時間長短與制冷劑的量有關,通常為幾分鐘或十幾分鐘。大量泡沫漂浮在油面上,甚至充滿了曲軸箱。一旦通過進氣道吸入氣缸,泡沫會還原成液體(潤滑油與制冷劑的混合物),很容易引起液擊。顯然,帶液啟動引起的液擊只發生在啟動過程。
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,或在壓縮機內冷凝后與潤滑油混合的過程或現象。
壓縮機停機后,溫度會降低,而壓力會升高。由于潤滑油中的制冷劑蒸汽分壓低,就會吸收油面上的制冷劑蒸氣,造成曲軸箱氣壓低于蒸發器氣壓的現象。油溫愈低,蒸汽壓力越低,對制冷劑蒸汽的的吸收力就愈大。蒸發器中的蒸汽就會慢慢向曲軸箱“遷移”。此外,如果壓縮機在室外,天氣寒冷時或在夜晚,其溫度往往比室內的蒸發器低,曲軸箱內的壓力也就低,制冷劑遷移到壓縮機后也容易被冷凝而進入潤滑油。
制冷劑遷移是一個很緩慢的過程。壓縮機停機時間越長,遷移到潤滑油中的制冷劑就會越多。只要蒸發器中存在液態制冷劑,這一過程就會進行。由于溶解了制冷劑的潤滑油較重,它會沉在曲軸箱的底部,而浮在上面的潤滑油還可以吸收更多的制冷劑。
除容易引起液擊外,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,可能沖涮掉原有油膜,引起嚴重磨損(這種現象常稱為制冷劑沖刷)。過渡磨損會使配合間隙變大,引起漏油,從而影響較遠部位的潤滑,嚴重時會引起油壓保護器動作。
由于結構原因,空冷壓縮機啟動時曲軸箱壓力的降低會緩慢得多,起泡現象不很劇烈,泡沫也很難進入氣缸,因此空冷壓縮機不存在帶液啟動液擊問題。
理論上講,壓縮機安裝曲軸箱加熱器(電熱器)可以有效防止制冷劑遷移。短時間停機(比如在夜間)后,維持曲軸箱加熱器通電,可以使潤滑油溫度略高于系統其它部位,制冷劑遷移不會發生。長時間停機不用(比如一個冬天)后,開機前先加熱潤滑油幾個或十幾個小時,可以蒸發掉潤滑油中的大部分制冷劑,既可以大大減小帶液啟動時液擊的可能性,也可以降低制冷劑沖刷造成的危害。但實際應用中,停機后維持加熱器供電或者開機前十幾小時先給加熱器供電,是有難度的。因此,曲軸箱加熱器的實際效果會大打折扣。
對于較大系統,停機前讓壓縮機抽干蒸發器中液態制冷劑(稱為抽空停機),可以從根本上避免制冷劑遷移。而回氣管路上安裝氣液分離器,可以增加制冷劑遷移的阻力,降低遷移量。
當然,通過改進壓縮機結構,可以阻止制冷劑遷移,并減緩潤滑油起泡程度。通過改進回氣冷卻型壓縮機內的回油路徑,在電機腔與曲軸箱遷移的通道上增加關卡(回油泵等),停機后即可切斷通路,制冷劑無法進入曲軸腔;減小進氣道與曲軸箱的通道截面可以減緩開機時曲軸箱壓力下降速度,進而控制起泡的程度和泡沫進入氣缸的量。
(3)潤滑油太多
半封閉壓縮機通常都有油視鏡,以便觀察油位高低。油位高于油視鏡范圍,說明油太多了。油位太高,高速旋轉的曲軸和連桿大頭就可能頻繁撞擊油面,引起潤滑油大量飛濺。飛濺的潤滑油一旦竄入進氣道,帶入氣缸,就可能引起液擊。
大型制冷系統安裝調試時,往往需要適當補充潤滑油。但對于回油不好的系統,要認真尋找影響回油的根源,一味地補充潤滑油是危險的。即使暫時油位不高,也要注意潤滑油突然大量返回時(比如化霜后)可能造成的危險。潤滑油引起的液擊并不罕見。
液擊是壓縮機常見故障。發生液擊,表明系統或維護中一定存在問題,需要加以糾正。認真觀察分析系統的設計、施工和維護,不難找到引起液擊的根源。不從根源上防止液擊,而簡單地將故障壓縮機維修或更換一臺新壓縮機,只能使液擊再次發生。
螺桿壓縮機:
液擊會引起振動、增加噪聲,轉子和軸承(受力過大)而受損;嚴重的液擊也會損壞設備、引起事故。
工作動圖:
工作循環可分為吸氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉子旋轉,每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環。
工作原理:
螺桿式壓縮機汽缸內裝有一對互相嚙合的螺旋形陰陽轉子,兩轉子都有幾個凹形齒,兩者互相反向旋轉。轉子之間和機殼與轉子之間的間隙僅為5~10絲,主轉子(又稱陽轉子或凸轉子),通過由發動機或電動機驅動(多數為電動機驅動),另一轉子(又稱陰轉子或凹轉子)是由主轉子通過噴油形成的油膜進行驅動,或由主轉子端和凹轉子端的同步齒輪驅動。所以驅動中沒有金屬接觸(理論上)。轉子的長度和直徑決定壓縮機排氣量(流量)和排氣壓力,轉子越長,壓力越高;轉子直徑越大,流量越大。
螺旋轉子凹槽經過吸氣口時充滿氣體。當轉子旋轉時,轉子凹槽被機殼壁封閉,形成壓縮腔室,當轉子凹槽封閉后,潤滑油被噴入壓縮腔室,起密封。冷卻和潤滑作用。當轉子旋轉壓縮潤滑劑+氣體(簡稱油氣混合物)時,壓縮腔室容積減小,向排氣口壓縮油氣混合物。當壓縮腔室經過排氣口時,油氣混合物從壓縮機排出,完成一個吸氣→壓縮→排氣過程。
螺桿式冷水機壓縮機液擊的原因分析:當螺桿式冷水機在運行過程中,有少量液態制冷劑進入壓縮機氣缸時,由于液體制冷劑在氣缸內蒸發吸熱,會使氣缸及吸氣管外部結霜,大量液態制冷劑吸入壓縮機會產生液擊現象。
壓縮機是整臺制冷設備的核心部件,它從吸氣管吸入低溫低壓的制冷劑氣體,通過電機運轉帶動活塞對其進行壓縮后,向排氣管排出高溫高壓的制冷劑氣體,為制冷循環提供動力,從而實現壓縮→冷凝(放熱)→膨脹→蒸發(吸熱)的制冷循環。當它產生液擊時,往往使由以下幾方面原因造成:
1、整個冷水機制冷系統的制冷劑加注過多,或是節流閥開啟過大,或因節流閥開啟過大,或調節失靈。
2、機組蒸發面積過小,與壓縮機的制冷量不匹配。
3、蒸發器的冷卻面積減少,蒸發器表面被霜凍嚴重包裹時,傳熱量減小,也容易產生濕壓縮。
4、冷水機剛起動運行時,由于開始時蒸發溫度較高,而壓縮機的吸入閥開的過快,造成突然吸入。
5、氟利昂壓縮機的潤滑油油溫過低,會使工質在潤滑油中溶解過多,當壓縮機吸氣時,吸氣測壓力突然下降。此時,溶解在油中的工質會突然揮發出來,使油起泡,油會隨著工質一起吸入壓縮機中而引起液擊。
原因與其他類別壓縮機大致相同。但螺桿壓縮機對輕微濕沖程是不明顯的,結構不一樣,不像活塞機那么明顯,油溫下降,排氣溫度降低,制冷效率下降,吸氣口結霜,聲音很悶,電流增大…
如何有效防止液擊:
回氣管過熱加熱器:在寒冷季節,壓縮機運行時仍然有回氣帶液的可能,這樣可以在壓縮機回氣管段增加電加熱器或熱氣輔助提高壓縮機回氣過熱度,這種方法簡單有效,可增加過熱檢測裝置使控制更加精確,從而保護壓縮機,防止液擊。
如何防止壓縮機液擊:
1、減少制冷劑充注量:保護壓縮機免受液態制冷劑引起的故障最好的方法是把制冷劑充注量限制在壓縮機允許范圍之內。若不可能做到這一點,則應在保證制冷效果的條件下,盡可能減少充注量,要對視液鏡中因液體管徑太細和壓頭太低產生的氣泡引起警覺,合理充注制冷劑至關重要。
2、曲軸箱加熱器:曲軸箱加熱器的功能是保持曲軸箱內冷凍油的溫度高于系統中壓縮機吸氣入口的溫度。曲軸箱加熱器在使用中一般是連續加熱的,曲軸箱加熱器用于防止遷移是十分有效的,但是曲軸箱加熱器不能夠保護液體回流對壓縮機造成的傷害,且加熱器必須在壓縮機開機前很長一段時間預熱,對于實際應用可操作性不強。
3、回氣管過熱加熱器:在寒冷季節,壓縮機運行時仍然有回氣帶液的可能,這樣可以在壓縮機回氣管段增加電加熱器或熱氣輔助提高壓縮機回氣過熱度,這種方法簡單有效,可增加過熱檢測裝置使控制更加精確,從而保護壓縮機,防止液擊。
4、吸氣管氣液分離器:在吸氣管上安裝氣液分離器,用來臨時存放系統中溢流的液態制冷劑,并且以壓縮機能夠承受的速率向壓縮機返回液體制冷劑。由于不同制冷系統總體充注量要求不同,制冷劑控制方法各不相同,是否需要氣液分離器以及需要多大尺寸的氣液分離器在很大程度上取決于具體系統的要求。
另外,在制冷系統設計階段控制節流元件開度和增大蒸發器的換熱面積,可以有效的提高回氣過熱度,減少在系統運行中壓縮機液擊現象發生。充注制冷劑時避免從低壓側液態充注,防止壓縮機帶液啟動。
來源:環保
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