制冷系統(tǒng)不平衡故障狀態(tài)分析及系統(tǒng)調(diào)節(jié)

馮文娟

（天津市環(huán)湖醫(yī)院，天津 300060）

1 故障狀態(tài)分析

蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)一般由四部分組成，即蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥，其間由制冷劑管道連接而成。制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)往復(fù)的進(jìn)行著狀態(tài)和相態(tài)的變化，從而完成制冷的功能，這一過(guò)程正常情況處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，然而由于多種原因使系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)入非平衡狀態(tài)，因此出現(xiàn)故障，影響空調(diào)設(shè)備正常運(yùn)行。下面就R22系統(tǒng)非平衡態(tài)故障進(jìn)行定性的理論分析，探討非平衡態(tài)故障產(chǎn)生的原因，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)和影響進(jìn)行闡述。

這里主要以壓焓圖 （Lgp-h）為工具。首先分析單級(jí)壓縮制冷實(shí)際循環(huán)工程。

在壓焓圖中，1-2-3-4-5-0-1為理論循環(huán)過(guò)程，Is-2s-2′-2-3-4-5-0-1′為實(shí)際循環(huán)過(guò)程。點(diǎn)1′表示壓縮機(jī)進(jìn)口狀態(tài)，是過(guò)熱狀態(tài)；點(diǎn)2′是壓縮終點(diǎn)，壓縮機(jī)出口狀態(tài)，蒸氣過(guò)熱；點(diǎn)3是膨脹閥進(jìn)口狀態(tài)，液體過(guò)冷；點(diǎn)4是蒸發(fā)器進(jìn)口狀態(tài)，氣液混合（氣體約占10%）。正常情況下，制冷系統(tǒng)按照系統(tǒng)規(guī)律的過(guò)程往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)制冷。然而，當(dāng)制冷系統(tǒng)由于某些原因，制冷過(guò)程偏離了正常的曲線，而且較大，如果不加處理的話，某些過(guò)更可能出現(xiàn) “惡性循環(huán)”，愈來(lái)愈嚴(yán)重，造成較大故障。這里稱這種現(xiàn)象為制冷系統(tǒng)的不平衡故障狀態(tài)。

圖1 單級(jí)壓縮制冷循環(huán)壓焓圖

對(duì)于R22系統(tǒng)制冷時(shí)，一般認(rèn)為蒸發(fā)壓力在0.5～0.7MPa（5～7kgf/cm2）絕對(duì)壓力，蒸發(fā)溫度在3～10℃，過(guò)熱 3～5℃，冷凝壓力在 1.5～1.9MPa絕對(duì)壓力，冷凝溫度在40～50℃，過(guò)冷5～15℃。

制冷系統(tǒng)在這樣的工況下工作，能夠獲得正常的制冷性能。然而，由于什么原因時(shí)制冷系統(tǒng)偏離正常工況，以下對(duì)一些現(xiàn)象和原因作以分析：

現(xiàn)象一：一臺(tái)集中空調(diào)制冷機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)中，蒸發(fā)壓力0.43～0.48MPa，高壓1.5MPa，系統(tǒng)工作一階段后，發(fā)現(xiàn)制冷量明顯降低，檢查發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器從下半部開始結(jié)霜，壓縮機(jī)從進(jìn)氣口開始結(jié)冰，愈來(lái)愈嚴(yán)重，直至壓縮機(jī)吸氣端壓力不斷降低導(dǎo)致低壓保護(hù)器斷路。

分析：蒸發(fā)器和壓縮機(jī)結(jié)冰，說(shuō)明以下問(wèn)題：

蒸發(fā)器回路管溫度低，且低于0℃，蒸發(fā)溫度在-2～-5℃，低于正常的蒸發(fā)溫度；部分制冷劑液體進(jìn)入壓縮機(jī)，在壓縮機(jī)吸氣口蒸發(fā)吸熱。從壓焓圖上可以看出，蒸發(fā)壓力在0.43～0.48 MPa，低于正常工作壓力 （注：此臺(tái)空調(diào)機(jī)原先制冷正常，R22無(wú)泄漏）。

故障排除：經(jīng)以上分析，得知制冷劑在蒸發(fā)器里沒(méi)有完全蒸發(fā)，空氣處理系統(tǒng)供給蒸發(fā)器的熱量不足，原因可能有：

（1）環(huán)境溫度過(guò)低；溫度設(shè)定不合理。

（2）風(fēng)量不足。經(jīng)查，確是室內(nèi)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口被石棉隔熱板擋住了很大一部分，致使風(fēng)量不足。

現(xiàn)象二：一臺(tái)5匹空調(diào)器制冷運(yùn)行中，高壓2.2～2.5MPa，高壓壓力及排氣溫度高于正常值，低壓只有0.2 MPa，制冷效果不良，直至高壓保護(hù)動(dòng)作。

分析：一般情況下系統(tǒng)高壓高，低壓亦應(yīng)高，此故障的產(chǎn)生有兩個(gè)原因：

（1）室內(nèi)、外機(jī)換熱器散熱不良；換熱器被灰塵、油污堵塞。

（2）系統(tǒng)半堵；系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)入不凝性空氣或腐蝕物。

故障排除：經(jīng)檢查，設(shè)備室內(nèi)、室外換熱器干凈，通風(fēng)良好；進(jìn)而基本斷定系統(tǒng)堵塞，經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查，拆開室外機(jī)管路中的過(guò)濾器，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重堵塞，清理重新焊接后，故障排除。

制冷系統(tǒng)的故障產(chǎn)生的原因比較簡(jiǎn)單，但其現(xiàn)象的形成機(jī)理卻極為復(fù)雜，需要運(yùn)用熱動(dòng)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)定量分析，這里只定性的歸納和分析如下。

排氣壓力升高的原因：

（1）系統(tǒng)中有空氣等不凝性氣體；

（2）冷凝器中集油過(guò)多降低傳熱系數(shù)；

（3）室外風(fēng)扇轉(zhuǎn)速低或風(fēng)扇電機(jī)燒毀不運(yùn)轉(zhuǎn)；室外溫度過(guò)高或散熱器過(guò)臟，通風(fēng)不暢；

（4）系統(tǒng)內(nèi)制冷劑過(guò)多，使冷凝器管內(nèi)被液態(tài)制冷劑寢沒(méi)過(guò)多，造成冷凝器換熱面積減少。

排氣壓力降低的原因：

（1）由于制冷系統(tǒng)閥門接口不嚴(yán)造成制冷劑泄漏；

（2）室內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低或不轉(zhuǎn)，蒸發(fā)器結(jié)霜或臟堵；

（3）壓縮機(jī)排氣效率下降；

（4）四通換向閥或電磁旁通閥內(nèi)部泄漏。

（5）制冷系統(tǒng)堵塞或室外機(jī)低壓角閥未打開。

（6）室外環(huán)境溫度過(guò)低且風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度太高，不能調(diào)節(jié)。

吸氣壓力升高的原因：

（1）電子膨脹閥開啟度過(guò)大；閥體本身有故障或溫度傳感器故障；

（2）室內(nèi)外環(huán)境溫度過(guò)高，

（3）系統(tǒng)中制冷劑過(guò)量；

（4）室外散熱器過(guò)臟；

（5）壓縮機(jī)吸排氣效率下降。

吸氣壓力降低的原因：

（1）制冷系統(tǒng)中制冷劑過(guò)少；

（2）壓縮機(jī)吸排氣效率下降；

（3）室內(nèi)散熱器或過(guò)濾器堵塞；

（4）室內(nèi)環(huán)境溫度過(guò)低；

（5）電子膨脹閥開啟過(guò)小；

（6）室內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低或停轉(zhuǎn)；

（7）制冷系統(tǒng)半堵塞 （臟堵、冰堵、油堵）。

造成制冷系統(tǒng)溫度變化的原因：制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度與吸氣壓力相對(duì)應(yīng)，冷凝溫度與排氣壓力相對(duì)應(yīng)。

（1）系統(tǒng)吸氣溫度高，其吸氣壓力也相應(yīng)高；

（2）系統(tǒng)吸氣溫度低，其吸氣壓力也相應(yīng)低；

（3）系統(tǒng)流量大，其吸氣溫度低；

（4）系統(tǒng)流量小，其吸氣溫度高；

（5）系統(tǒng)毛細(xì)管一定，制冷劑注入量多，吸氣溫度低；

（6）系統(tǒng)毛細(xì)管一定，制冷劑注入量少，吸氣溫度高；

（7）系統(tǒng)膨脹閥開啟度小，吸氣溫度高；

（8）系統(tǒng)膨脹閥開啟度大，吸氣溫度低；

（9）系統(tǒng)冷凝溫度高，其排氣壓力也相應(yīng)高；

（10）系統(tǒng)冷凝溫度低，其排氣壓力也相應(yīng)低。

2 運(yùn)行參數(shù)和系統(tǒng)調(diào)節(jié)

2.1 蒸發(fā)溫度t0變化對(duì)系統(tǒng)的影響

制冷劑在蒸發(fā)器里由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)從而吸熱，降低周圍環(huán)境溫度，環(huán)境溫度是個(gè)變量。

（1）t0升高的影響：t0升高，產(chǎn)冷量Q0增加。

（2）t0降低的影響：t0降低，產(chǎn)冷量Q0下降。

由于t0降低，蒸發(fā)壓力P0也降低。壓縮機(jī)吸氣壓力低，排氣溫度tK升高。

（3）t0升高的其他問(wèn)題：蒸發(fā)器是冷卻被冷物的冷源，它的溫度必須比被冷卻物低，因而t0的升高是有限度的。t0升高，耗功增大。從lg-h圖上看，t0升高后，對(duì)每千克制冷劑耗功減少了，但由于t0升高，制冷劑循環(huán)量增加的更多，而總耗功是每千克制冷劑耗功和循環(huán)量的乘積，因而總耗功增加。t0升高，產(chǎn)冷量Q0增加有類同上面的原因。另外，t0升高，造成冷凝器熱負(fù)荷增大。

2.2 冷凝溫度tk變化對(duì)系統(tǒng)的影響

（1）tk與冷凝效果有關(guān)

環(huán)境溫度低，風(fēng)量充足，風(fēng)冷冷凝器tk一定會(huì)低。冷凝壓力的高低，與冷凝器的性能和環(huán)境溫度與風(fēng)量有直接關(guān)系。它們之間的關(guān)系是個(gè)系統(tǒng)工程，需要全面考慮。

（2）tk升高的后果

tk升高，Pk增大，壓縮比增大，功耗增多，安全性下降。單位制冷量由qo減小為q′o，單位理論功由W增大到W′o，所以循環(huán)的制冷系數(shù)必然降低；同時(shí)比容v1雖然未變，但因qo減小，故單位容積制冷量qv必然減小。當(dāng)tk升高時(shí)，COP降低。當(dāng)tk降低時(shí)，COP增加。因此，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中，應(yīng)盡量保持可能低的冷凝溫度。

2.3 正確調(diào)整供液量

供液不足的原因是節(jié)流閥開啟度不足；毛細(xì)管太細(xì)或太長(zhǎng)；熱力膨脹閥開啟度過(guò)小 （彈簧預(yù)緊力大）。還有一個(gè)原因，冷凝壓力過(guò)低。因此，一個(gè)系統(tǒng)必須協(xié)調(diào)，并非冷凝壓力越低越好。供液不足，不能充分發(fā)揮蒸發(fā)器的功能。

如果冷凝壓力正常，只因節(jié)流器件開度不足造成供液不足，后果是冷凝壓力上升，蒸發(fā)壓力下降，壓縮機(jī)排氣溫度升高。這種情況，不但系統(tǒng)失調(diào)，而且有危險(xiǎn)性，因此必須及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)。

熱力膨脹閥開度過(guò)大也會(huì)造成不良后果。這會(huì)造成過(guò)液，感溫包內(nèi)有很小的壓力即很小的過(guò)熱度，就能使熱力膨脹閥閥芯打開，過(guò)液。

閥桿開度過(guò)大后果是t0（P0）升高，由于過(guò)液量太大，蒸發(fā)來(lái)不及，在蒸發(fā)器里積液，還容易造成制冷劑液體被壓縮計(jì)抽回，對(duì)壓縮機(jī)形成液擊。因此，調(diào)整熱力膨脹閥桿開度時(shí)要微調(diào)，切不可大動(dòng)作。

3 結(jié)論

制冷系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，在檢查、分析、排除故障時(shí)要用系統(tǒng)論、控制論的觀點(diǎn)解決問(wèn)題，其中包含著諸如控制、反饋、干擾等許多極其復(fù)雜的熱動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，我們要不斷在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)用理論知識(shí)加以分析和指導(dǎo)，提高自己的業(yè)務(wù)技能。

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