制冷压缩机防液击技术研究

周建佳 张明辰

摘 要：压缩机在制冷系统中有广泛应用，但在运转过程中，液击可以在很短时间内造成压缩主要受力件损坏，是制冷压缩机的致命杀手。基于此，本文论述了制冷压缩机产生液击的原理及危害，并针对液击作出判断及采取相应措施，主要有加热、气液分离器/储液器、检测和控制、优化回油结构和液位控制，可以有效减少液击发生概率，提高压缩机在启动时的安全性，进而提高制冷空调的使用寿命。

关键词：压缩机;制冷;液击;预防

中图分类号：TB652 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）10-0050-03

Abstract： The compressor has a wide range of applications in the refrigeration system， but during the operation of the compressor， the liquid hammer can cause damage to the main force-bearing parts in a short time， it is the deadly killer of the refrigeration compressor， and the refrigeration compressor is produced. Therefore， this paper discussed the principle and hazard of liquid hammer， and made judgments on liquid hammer and took corresponding measures， mainly including heating， gas-liquid separator/reservoir， detection and control， optimization of oil return structure and liquid level control . It can effectively reduce the probability of liquid hammer occurrence， improve the safety of the compressor at startup， and thus improve the service life of the refrigeration air conditioner.

Keywords： compressor;refrigeration;liquid hammer;prevention

制冷压缩机是蒸气压缩式制冷装置的重要设备，是维持制冷剂流动的动力部件。在制冷系统中，随着制冷系统制冷剂流量增大，制冷剂在蒸发器内部进行蒸发吸热，蒸发器周围空气中的相对湿度随着蒸发器温度降低而升高。當制冷系统长时间保持该工况时，蒸发器翅片周围空气的相对湿度可达100%，蒸发器翅片表面大量结露;若蒸发器翅片的表面温度降至0℃以下，则翅片表面的大量露水发生冻结，严重时形成冰层，使蒸发器内部的制冷剂因无法吸收蒸发器周围空气的热量而得不到充分蒸发，这种未能充分蒸发的液态制冷剂被压缩机吸入，进入气缸，造成液击。

1 液击的过程与现象

在制冷空调系统中，液击是导致压缩机严重损坏的重要因素之一[1]。液击现象一旦出现，往往会造成压缩机涡旋盘破裂（对于涡旋压缩机）、连杆断裂（对于活塞压缩机），严重时甚至出现炸缸等后果，进而可能导致压缩机电机烧毁并污染系统管路等。由于压缩机损坏往往会给用户造成很大的经济损失，如导致制冷环境内重要设备出现故障、需更换损坏压缩机并清洗污染管路等。因此，防止压缩机出现液击情况显得尤为重要[2]。

当制冷空调设备长期停机时，由于室内外温度差异等因素可能会导致制冷剂迁移并以液态形式积聚在吸气管处，如果这些液态制冷剂在压缩机启动前不及时排走就容易导致液击现象发生。随着制冷空调设备厂家对节能产品的重视程度日益增强，出于节能考虑，会在部分设备的循环系统中同时安装制冷剂泵和压缩机。当室外温度很低时，单独运行制冷剂泵输送制冷剂把室内热量排到室外低温环境;当室外温度较高时，则使用压缩机按照传统逆卡诺循环把室内热量排到室外环境。因为上述两种运行方式需要共用相同的蒸发器、冷凝器、膨胀阀等主要器件和大部分气/液管，所以根据不同的运行模式需要相应电磁开关阀或单向阀等辅助元件进行隔离。但这些辅助元件在使用中如果出现故障，可能会导致液态制冷剂积聚在压缩机吸气管和气液分离器等处，如果未被及时排走，会在压缩机启动时导致其因液击而损坏。

2 制冷压缩机防液击的措施

2.1 加热

加热措施包含以下4种方式：曲轴箱加热、压缩机内部加热、吸气管路加热和蒸发器加热。其中，曲轴箱加热的方式应用最为广泛，其次为对压缩机内部进行加热。

2.1.1 曲轴箱加热。对曲轴箱内部进行加热，可降低溶于润滑油中的制冷剂含量，能够有效防止液击产生。在压缩机底部油池内感测最大油液面和最小油液面，并在压缩机吸气入口处检测存在的液体含量，当超过预定值时启动曲轴箱内的加热器，以便加热油池和吸气入口内的液体，防止压缩机液击损坏。压缩机下部卷绕有曲轴箱加热管，当热泵热水装置停机时，留在管道内的热水在重力作用下流经曲轴箱加热管，从而对压缩机下部进行加热，使停留在压缩机底部的液态制冷剂汽化，避免下次启动时产生液击。

2.1.2 压缩机内部加热。配置蒸发器加热装置，对蒸发器表面进行加热，避免其结霜或结冰，蒸发器内部的制冷剂能够吸收蒸发器周围空气的热量充分蒸发。在空调机组的结霜部位设置电加热装置，保证热交换器的冷热交换能力，避免液态制冷剂因得不到充分蒸发而被吸入压缩机气缸内的危险。

2.1.3 吸气管路加热。在压缩机吸气管路上设置加热器，通过电加热器加热流过管道的制冷剂，促使制冷剂蒸发，避免液态制冷剂残留，提高制冷剂的带油能力，防止液击和润滑不良故障。通过采集气液分离器温度、吸气温度和吸气压力，准确自动地控制电加热体加热消除进气管道内的液滴来消除液击，从而避免制冷剂蒸发不彻底、节流失控、温度过低、过热度偏低等产生液滴的状况，使气液分离器表面温度急剧下降甚至结霜，导致气液分离器不能准确消除液击的情况发生。

2.1.4 蒸发器加热。在启动前对压缩机进行预热，能够减少启动时回液的情况产生。利用电加热的方式对压缩机进行预热，待进入压缩机的液体冷媒气化后，再启动压缩机运行，避免压缩机吸入液态冷媒，减少了启动时空调系统回液所造成的液击现象。在压缩机内部设有检测冷媒的液面位置的液位开关和加热液态冷媒的电加热带，当液位开关检测到液态冷媒的液面位置超过预定液面位置时，关闭涡旋压缩机并启动电加热带加热液态冷媒，使其迅速蒸发。电加热带安装在涡旋压缩机内部，仅在液态冷媒液面达到危险液面时才启动加热，能够及时避免压缩机吸入液态冷媒，缩短了液态冷媒的加热时间，提高了防液击的技术效果。

2.2 设置气液分离器或储液器

在压缩机的吸入口前，如在吸气管路上安装气液分离器或者储液器，以防止液滴直接进入压缩机，这是避免压缩机产生液击的一种常规技术手段。然而当系统循环中未蒸发的液态冷凝剂增多，导致气液分离器内的液体聚集而分离效果不佳时，仍然无法避免液滴进入压缩机的可能。

笔者对气液分离器作了改进，包括筒体、小U型管、隔板、大U型管、延伸管和位于筒体内隔板的上部空间的缓冲室。延伸管是由设置在隔板之下的大U型管的一部分穿过隔板延伸到缓冲室内的一段管道;小U型管设在缓冲室内，与筒体焊接连接，底部设有限流孔，隔板上设有卸流孔。来自大U型管内的液体在缓冲室内经过分离，限流再被压缩机吸入，同时设置卸流孔防止缓冲室内停车存留液体，达到防止液击的目的。此外，还在气液分离器上部设有使气态冷凝剂过热的过热管，能够加热来自下部分的气态制冷剂，使其有一定程度的过热再进入压缩机，从而有效避免液滴直接进入压缩机的情况。

气液分离器包括分液器筒体，分别与分液器筒体固定连接的吸气管、排气管和连接管。连接管的第一端与旋转式压缩机的低压压缩结构的排气侧相连接的下法兰的空腔相连通，并穿入分液器筒体中，第二端从分液器筒体中穿出并与旋转式压缩机的高压压缩结构的吸气腔相连通。从低压壓缩结构压缩后排出的气体在连接管中流入高压压缩结构，流过连接管的气体通过连接管时与气液分离器产生热交换使温度降低，从低压压缩结构压缩后排出的气体通过连接管流经气液分离器时与气液分离器产生热交换，增强了气液分离器的气液分离效果，可有效防止液击现象。

2.3 液击的检测和控制

液击作为制冷压缩机常见的故障之一，需要及早检测并采取相应制止措施，从而预防并降低液击现象带来的危害。

第一，分别检测压缩机的表面温度和冷凝器的表面温度，如通过压缩机的表面和冷凝器的表面连接感温包，通过感温包分别感知压缩机表面和冷凝器表面的温度。第二，根据压缩机表面温度和冷凝器表面温度的温差控制压缩机的运行频率和电子膨胀阀开度。具体而言，根据压缩机的表面温度可以判断压缩机的液态冷媒量，根据冷凝器的表面温度可以判断冷凝器的换热能力，了解输出至电子膨胀阀的冷媒量，进而根据压缩机表面温度和冷凝器表面温度的温差对空调系统的运行状态进行调节，也就是调节压缩机的运行频率和电子膨胀阀的开度，使压缩机输出的冷媒量和输出至蒸发器的冷媒量以及蒸发器的换热能力合理匹配，使蒸发器可以完全蒸发，避免蒸发不充分造成大量液态冷媒回流至压缩机，导致压缩机发生液击，进而造成压缩机损坏。

检测装置可以根据马达驱动转矩或马达驱动电流和冷媒系统的温度信息和/或压力信息预先检测出稳定状态（稳定状态下的瞬时转矩或稳定状态下的瞬时电流），然后与检测出的瞬时转矩或瞬时电流进行比较。由于液击使转矩或电流超过了预先设定的规定量，因此，根据压缩机轴承异常时的负荷转矩大幅增加超过了正常时的负荷转矩的情况，可实时检测压缩机的内部状态，如润滑不良和液击等，并可通过降低压缩机的运转频率缓和液击现象产生。

针对压缩机带液启动时导致的液击，在机组收到停机命令时，压缩机不立即停机，而是先关闭连接在蒸发器与冷凝器之间的液体管路电磁阀，蒸发器中的冷媒含量持续下降，冷媒依次经过压缩机、单向排气阀存储在冷凝器。连接在压缩机吸气端的吸气压力检测控制装置通过检测管道中的压力值降低到预设值时，控制压缩机停止运转，蒸发器内部的冷媒含量很少，尤其是液体冷媒量不会存在。因此，在机组下次启动时，尽管在电磁阀打开的瞬间会有液态冷媒进入蒸发器，但由于此时机组蒸发器内的水温较高，通过换热可以将液态冷媒完全汽化，压缩机吸入后不会产生液击现象，杜绝启动时液击产生。

2.4 优化回油结构

压缩机产生液击现象的主要原因是随着吸气过程而吸入液态冷冻油，避免系统管路中液体残存，如减少含油率和出油量，增大回油量，改进压缩机内的气液分离效果，是抑制液击产生的有效途径。这样一种回油装置，包括前缸体和相对设置的后缸体，在前缸体的上部和后缸体的上部围绕形成有低压腔，在前缸体的中部和后缸体的中部围绕形成有缸体内腔，缸体内腔与低压腔之间通过连接部间隔设置，后缸体的顶部设有用于通入冷媒气、冷冻油的与低压腔相连通的低压油进口;连接部上设有回油槽，低压腔通过回油槽与缸体内腔相连通;前缸体的左端部和后缸体的右端部分别设有冷媒气出口，冷媒气出口与低压腔相连通。采用上述结构形式，前缸体的左侧壁和后缸体的右侧壁能有效阻挡冷冻油直接从低压腔进入前缸盖和后缸盖的吸气腔中，使从低压吸气阀返回的冷冻油和冷媒气的混合气体在缸体壁碰撞后产生油气分离，冷冻油可有效回到缸体内腔，减少了系统管路中冷冻油的残存量，使冷冻油可被制冷剂溶解并完全被汽化，有效防止了液击现象。

在热泵空调系统的冷凝器与蒸发器底部、冷凝器与压缩机吸气管下部之间分别安装旁通管，旁通管与蒸发器、压缩机吸气管均为切向连接;实时监测管路中的制冷剂流量和系统运行时间，在制冷剂流量达到一定以及运行时间一定时，则开启旁通管，高压制冷剂液体经过旁通管的节流后，以切线方向喷入蒸发器的底部或吸气管下部润滑油汇集区，将发生堵塞的制冷剂管路中积聚的润滑油带回压缩机，实现系统顺利回油。采用上述结构可在不影响热泵空调系统正常工作的情况下，有效提高系统回油效率，减少蒸发器与吸气立管底部等部位润滑油积聚，避免发生液击损坏，提高系统运行的稳定性

2.5 液位控制

液击产生的原因之一是润滑油太多。油位太低导致系统工作效率降低，主要工作部件得不到充分润滑，或者在气液分离器中，由于系统无法根据内部储存的液体情况进行有效控制，当气液分离器中储存过量的液体后，容易导致压缩机过湿运行，甚至产生液击现象。因此，合理控制液位，是避免制冷压缩机产生液击的手段之一。

液位自动控制器包括浮球、增力机构和节流阀，节流阀采用密封弹子和施压弹簧密封措施，密封可靠，使压缩机内的润滑油液位不会超过控制范围，彻底解决了压缩机回霜问题，防止了湿行程和液击故障发生。

空调系统及气液分离器的液位检测方法对气液分离器内部液位进行检测判断，当气液分离器液位高于警戒液位时，外机执行相应控制，通过外机输出及阀体调节来调节气液分离器中的液位，使液位处于安全范围，防止由于气液分离器中液位过高，导致压缩机回气带液，压缩机过湿运行甚至液击，从而保证外机系统安全可靠运行。

3 结语

液击现象是严重危害制冷系统正常运转的故障之一。本文论述了制冷压缩机产生液击的原理及危害，并采取加热、气液分离器/储液器、检测和控制、优化回油结构、液位控制等手段有效减少液击发生的概率，提高了制冷空调的使用寿命。

参考文献：

[1]贺万华，屈明辉，喻俊，等.一例制冷压缩机液击故障分析[J].压缩机技术，2006（5）：43-45.

[2]蒋其昂.一台进口制冷压缩机液击事故的分析[J].压缩机技术，1998（4）：31-32.