制冷系统不平衡故障状态分析及系统调节

2012-09-18冯文娟

制冷 2012年4期

冯文娟

（天津市环湖医院，天津 300060）

1 故障状态分析

蒸气压缩制冷系统一般由四部分组成，即蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀，其间由制冷剂管道连接而成。制冷剂在系统中循环往复的进行着状态和相态的变化，从而完成制冷的功能，这一过程正常情况处于动态平衡状态，然而由于多种原因使系统的运行进入非平衡状态，因此出现故障，影响空调设备正常运行。下面就R22系统非平衡态故障进行定性的理论分析，探讨非平衡态故障产生的原因，同时对系统参数的调节和影响进行阐述。

这里主要以压焓图（Lgp-h）为工具。首先分析单级压缩制冷实际循环工程。

在压焓图中，1-2-3-4-5-0-1为理论循环过程，Is-2s-2′-2-3-4-5-0-1′为实际循环过程。点1′表示压缩机进口状态，是过热状态；点2′是压缩终点，压缩机出口状态，蒸气过热；点3是膨胀阀进口状态，液体过冷；点4是蒸发器进口状态，气液混合（气体约占10%）。正常情况下，制冷系统按照系统规律的过程往复循环，实现制冷。然而，当制冷系统由于某些原因，制冷过程偏离了正常的曲线，而且较大，如果不加处理的话，某些过更可能出现 “恶性循环”，愈来愈严重，造成较大故障。这里称这种现象为制冷系统的不平衡故障状态。

图1 单级压缩制冷循环压焓图

对于R22系统制冷时，一般认为蒸发压力在0.5～0.7MPa（5～7kgf/cm2）绝对压力，蒸发温度在3～10℃，过热 3～5℃，冷凝压力在 1.5～1.9MPa绝对压力，冷凝温度在40～50℃，过冷5～15℃。

制冷系统在这样的工况下工作，能够获得正常的制冷性能。然而，由于什么原因时制冷系统偏离正常工况，以下对一些现象和原因作以分析：

现象一：一台集中空调制冷机组运转中，蒸发压力0.43～0.48MPa，高压1.5MPa，系统工作一阶段后，发现制冷量明显降低，检查发现蒸发器从下半部开始结霜，压缩机从进气口开始结冰，愈来愈严重，直至压缩机吸气端压力不断降低导致低压保护器断路。

分析：蒸发器和压缩机结冰，说明以下问题：

蒸发器回路管温度低，且低于0℃，蒸发温度在-2～-5℃，低于正常的蒸发温度；部分制冷剂液体进入压缩机，在压缩机吸气口蒸发吸热。从压焓图上可以看出，蒸发压力在0.43～0.48 MPa，低于正常工作压力（注：此台空调机原先制冷正常，R22无泄漏）。

故障排除：经以上分析，得知制冷剂在蒸发器里没有完全蒸发，空气处理系统供给蒸发器的热量不足，原因可能有：

（1）环境温度过低；温度设定不合理。

（2）风量不足。经查，确是室内风机进风口被石棉隔热板挡住了很大一部分，致使风量不足。

现象二：一台5匹空调器制冷运行中，高压2.2～2.5MPa，高压压力及排气温度高于正常值，低压只有0.2 MPa，制冷效果不良，直至高压保护动作。

分析：一般情况下系统高压高，低压亦应高，此故障的产生有两个原因：

（1）室内、外机换热器散热不良；换热器被灰尘、油污堵塞。

（2）系统半堵；系统内进入不凝性空气或腐蚀物。

故障排除：经检查，设备室内、室外换热器干净，通风良好；进而基本断定系统堵塞，经过仔细检查，拆开室外机管路中的过滤器，发现严重堵塞，清理重新焊接后，故障排除。

制冷系统的故障产生的原因比较简单，但其现象的形成机理却极为复杂，需要运用热动力学知识进行系统定量分析，这里只定性的归纳和分析如下。

排气压力升高的原因：

（1）系统中有空气等不凝性气体；

（2）冷凝器中集油过多降低传热系数；

（3）室外风扇转速低或风扇电机烧毁不运转；室外温度过高或散热器过脏，通风不畅；

（4）系统内制冷剂过多，使冷凝器管内被液态制冷剂寝没过多，造成冷凝器换热面积减少。

排气压力降低的原因：

（1）由于制冷系统阀门接口不严造成制冷剂泄漏；

（2）室内风机转速低或不转，蒸发器结霜或脏堵；

（3）压缩机排气效率下降；

（4）四通换向阀或电磁旁通阀内部泄漏。

（5）制冷系统堵塞或室外机低压角阀未打开。

（6）室外环境温度过低且风机运转速度太高，不能调节。

吸气压力升高的原因：

（1）电子膨胀阀开启度过大；阀体本身有故障或温度传感器故障；

（2）室内外环境温度过高，

（3）系统中制冷剂过量；

（4）室外散热器过脏；

（5）压缩机吸排气效率下降。

吸气压力降低的原因：

（1）制冷系统中制冷剂过少；

（2）压缩机吸排气效率下降；

（3）室内散热器或过滤器堵塞；

（4）室内环境温度过低；

（5）电子膨胀阀开启过小；

（6）室内风机转速低或停转；

（7）制冷系统半堵塞（脏堵、冰堵、油堵）。

造成制冷系统温度变化的原因：制冷系统蒸发温度与吸气压力相对应，冷凝温度与排气压力相对应。

（1）系统吸气温度高，其吸气压力也相应高；

（2）系统吸气温度低，其吸气压力也相应低；

（3）系统流量大，其吸气温度低；

（4）系统流量小，其吸气温度高；

（5）系统毛细管一定，制冷剂注入量多，吸气温度低；

（6）系统毛细管一定，制冷剂注入量少，吸气温度高；

（7）系统膨胀阀开启度小，吸气温度高；

（8）系统膨胀阀开启度大，吸气温度低；

（9）系统冷凝温度高，其排气压力也相应高；

（10）系统冷凝温度低，其排气压力也相应低。

2 运行参数和系统调节

2.1 蒸发温度t0变化对系统的影响

制冷剂在蒸发器里由液态变为气态从而吸热，降低周围环境温度，环境温度是个变量。

（1）t0升高的影响：t0升高，产冷量Q0增加。

（2）t0降低的影响：t0降低，产冷量Q0下降。

由于t0降低，蒸发压力P0也降低。压缩机吸气压力低，排气温度tK升高。

（3）t0升高的其他问题：蒸发器是冷却被冷物的冷源，它的温度必须比被冷却物低，因而t0的升高是有限度的。t0升高，耗功增大。从lg-h图上看，t0升高后，对每千克制冷剂耗功减少了，但由于t0升高，制冷剂循环量增加的更多，而总耗功是每千克制冷剂耗功和循环量的乘积，因而总耗功增加。t0升高，产冷量Q0增加有类同上面的原因。另外，t0升高，造成冷凝器热负荷增大。

2.2 冷凝温度tk变化对系统的影响

（1）tk与冷凝效果有关

环境温度低，风量充足，风冷冷凝器tk一定会低。冷凝压力的高低，与冷凝器的性能和环境温度与风量有直接关系。它们之间的关系是个系统工程，需要全面考虑。

（2）tk升高的后果

tk升高，Pk增大，压缩比增大，功耗增多，安全性下降。单位制冷量由qo减小为q′o，单位理论功由W增大到W′o，所以循环的制冷系数必然降低；同时比容v1虽然未变，但因qo减小，故单位容积制冷量qv必然减小。当tk升高时，COP降低。当tk降低时，COP增加。因此，在系统运转中，应尽量保持可能低的冷凝温度。