制冷压缩机在气液两相状态下运行的故障检测

魏永胜

（河南牧业经济学院，河南郑州 450008）

0 引言

在古代，如果一个人发生疾病，中医一般会通过“望闻问切”的方法进行诊治。“望闻问切”里面的“闻”，主要就是通过听声音来判断患者患有的疾病。在制冷系统里压缩机就相当于人的心脏，如果在工作的时候制冷系统出现异常就会马上在压缩机显示出来，检修人员通过听压缩机声音的异常就知道发生了什么问题，通过声音找到出现问题的地方，再进行解决。在之前的几年里，我国有很多研究学者成功地运用听声音的方法诊断了压缩机的问题，像高晶波就用声谱诊断法检测了压缩机气阀的故障，周勃通过测量噪声的分布和振动诊断了制冷机出现的运行故障，杨晋在检查压缩机排气孔是否有问题的时候也是采用听声音的方法进行的。如果压缩机里面出现了流水声，就说明有问题出现。

1 传统的制冷系统故障检测的方法

传统制冷系统如果发生了故障，在检测的时候主要会分为以下几步进行：首先观察压缩机制冷系统里面的管道是否出现问题，其次再看焊接管道的地方有没有出现漏洞，冷藏室和冷冻室的温度是否达到了工作的要求；再次就是要听压缩机工作运转时候发出的声音和蒸发器里面的气体流动的声音；然后用手摸冷凝器和压缩机外壳的温度，再用万用表测量压缩机的运转电流量和电流电压等，用电子检测仪检查压缩机里面的制冷剂是否出现泄漏；最后，根据之前测量的信息和数据进行分析。

这种传统的检测方式在测量时会消耗非常多的人力和物力，还需要很长的一段时间。在没有发现新测量办法的时候，一般都是靠工人工作的经验来进行判断，难免出现人为失误。在这样的背景下，迫切需要有一个新的办法来进行检测。

2 制冷系统湿压缩故障产生的原因分析

制冷系统正常工作的时候，压缩机、冷凝器、节流装置会一起工作。从蒸发器里面出来的一些低压力工质蒸汽会被压缩机吸收，变成高压力蒸汽之后再送到冷凝器，在冷凝器里面会变成高压力液体，再通过一些节流的装置把压力较低的气液相流之后送入到蒸发器，在蒸发器里面会把液体进行吸热处理，处理之后再把一些压力比较低的蒸汽送到压缩机的入口，这就是全部的制冷循环步骤。湿压缩就是液态制冷剂会随着气体进入活塞压缩机的气缸，压缩机在工作的时候会带着这些液工作。如果这些液态制冷剂在使用的时候没有在排气过程中及时排出，就会对压缩机里面的零件造成一定程度的伤害，这就是常说的液击。在活塞式压缩机里面就会经常出现液击情况，因为液体是一种不能压缩的东西，所以经常会给压缩机带来一些事故。在制冷系统的所有故障里面，危害最大的就是压缩机液击。所以如果制冷系统发生了湿压缩故障就需要马上想办法解决，这样才能增加制冷系统的寿命。

常用的节流机构一般包括热力膨胀阀、电子膨胀阀等部分。进行实验时，制冷系统的工作具体过程如图1 所示。

图1 制冷系统的工作过程

通过图1 可以发现：使用毛细管的时候，如果过量液体进入蒸发器就会出现湿压缩发应。

3 制冷系统湿压缩故障振声分析

在制冷压缩机里面如果出现结构复杂现象就会出现噪声源，根据噪声产生的原理，可以把噪声源分为以下：机械、电磁、流体噪声等。在发生湿压缩故障的时候出现的噪声就是流体噪声。正常工作的时候活塞压缩机会吸入气态制冷剂后进行往复运动，再利用排气阀把气态制冷剂排出去，同时进气阀会开启，低压气流会进入活塞缸，振动会进而产生噪声。在整个过程中，压缩机里面的噪声进气的噪声大，排气的噪声小。研究学者昌洁认为，压缩机在工作运行的时候会发出一些沉闷的运转声，当压缩机里面阀片起落的时候还会出现敲击气缸的声音，不过这种声音只是比较轻微的，这个时候就已经发生了液击。因为声音比较小，所以在听的时候要非常认真。

4 噪声测量

本项目主要监控和测量湿压缩故障出现时候的噪声。通过实验能够得到以下结论，湿压缩出现的时候，压缩机里面会出现结霜的情况，这个时候压缩机的噪声就会出现更大的沉闷声。所以在检测制冷系统正常工作和出现湿压缩故障发生的声音时都进行了振声测试，结果发现：制冷系统正常工作的时候测量距离压缩机缸体末端5 cm 处进行噪声测量，并且记录出这时候的声音。在试验的时候需要先打开毛细管两端的截止阀，当压缩机开始结霜之后在压缩机末端同样的5 cm 处进行噪声测试，并在相同的时间记录，这样在进行比较的时候就会避免客观因素的影响。如表1 正常时候的压缩机噪声情况和出现湿压缩故障时候的压缩机噪声情况：

在测量的时候每30 s 测量一次，通过表中的数据可知，正常工作时平均值比较小，在湿压缩故障出现的时候噪声就会越大。制冷系统出现湿压缩故障的时候噪声会增加，并且已经超过了标准的噪声要求，要想更深入地了解压缩机噪声诊断系统故障的可行性，还可以通过分析压缩机噪声频率来判断。

表1 两种工况下的噪声测量数据

5 频率变化分析

制冷系统如果发生湿压缩故障，压缩机会被制冷剂影响，之后就会产生噪声。在压缩机里面如果气体和液体两种不同介质进入气管道和阀片的时候都会产生不同的噪声，这两种噪声的区别非常的明显，出现的声音就是液体和固体撞击的声音，撞击发出的声音不同所产生的气体压力波也就不同，这个时候振动减弱的部分在频率能量上就会变得非常大，本来应该加强的地方能量又会变得非常小。正常的信号也会因为压缩机发生故障而出现变化，主要就是通过谱图的能量分布进行表现，再利用专业的音频编辑软件记录这些音频文件，得到的结果如图2 所示。

在制冷系统工作的时候，制冷剂一般都是通过流体波的形式存在，波动的形式主要通过一些物理参数表现出来，在制冷系统流动的时候设备也会影响制冷系统的流动，所以只要设备的状态改变，噪声声波就会出现变化，设备停止改变的时候噪声的声波又会变得正常。制冷系统发生湿压缩故障时，出现的压缩机噪声不同也会反映在噪声的频率上。

从图2 可知，制冷系统发生故障的时候曲线会发生相应的变化，发生故障后谱图上面的能量显示非常明显的变化，并且峰值会减少。从图中的数据还能知道，在正常工作的时候，最大的幅值会达到5719 Hz，发生故障时就会在1430～1523 Hz，这个时候谱峰也会增加。这说明如果从物理角度进行分析，气体振动的频率越大，液体就会变得越小；正常工作的时候气体振动占主体部分时高频声压高，液体振动的时候低频声压会变高，并且液体份额变得越大、低频声压也变得越大。另外，通过整体的频率图还可以发现，理论和实践的结果相同。这说明利用压缩机噪声诊断制冷系统湿压缩故障的方法是可行的，并且有大量的应用发展空间。

图2 压缩机噪声时域图

6 结论

通过对实验的分析可以知道，制冷系统正常工作的时候和出现故障的时候会发出不同的噪声，这个时候要想进行噪声识别可以借助一些声音设备，在测试的时候主要分析的就是压缩机在正常工作情况下和出现故障的情况下的噪声频率的区别，通过数据分析诊断压缩机湿压缩故障，这种诊断的方法可行性非常高，在检测的时候也能够实时地进行监控，这样就不会出现重大的事故。并且这种检测方法与传统的检测方法相比，节约了很多的人力和物力，减少了很多检测需要的时间，提高了检测的工作效率，还能在压缩机工作的时候及时发现故障的原因和问题，及时提出解决问题的办法并尽早维修，使压缩机的使用寿命变得更长。