制冷壓縮機防液擊技術研究

周建佳 張明辰

摘 要：壓縮機在制冷系統中有廣泛應用，但在運轉過程中，液擊可以在很短時間內造成壓縮主要受力件損壞，是制冷壓縮機的致命殺手。基于此，本文論述了制冷壓縮機產生液擊的原理及危害，并針對液擊作出判斷及采取相應措施，主要有加熱、氣液分離器/儲液器、檢測和控制、優化回油結構和液位控制，可以有效減少液擊發生概率，提高壓縮機在啟動時的安全性，進而提高制冷空調的使用壽命。

關鍵詞：壓縮機;制冷;液擊;預防

中圖分類號：TB652 文獻標識碼：A 文章編號：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

制冷壓縮機是蒸氣壓縮式制冷裝置的重要設備，是維持制冷劑流動的動力部件。在制冷系統中，隨著制冷系統制冷劑流量增大，制冷劑在蒸發器內部進行蒸發吸熱，蒸發器周圍空氣中的相對濕度隨著蒸發器溫度降低而升高。當制冷系統長時間保持該工況時，蒸發器翅片周圍空氣的相對濕度可達100%，蒸發器翅片表面大量結露;若蒸發器翅片的表面溫度降至0℃以下，則翅片表面的大量露水發生凍結，嚴重時形成冰層，使蒸發器內部的制冷劑因無法吸收蒸發器周圍空氣的熱量而得不到充分蒸發，這種未能充分蒸發的液態制冷劑被壓縮機吸入，進入氣缸，造成液擊。

1 液擊的過程與現象

在制冷空調系統中，液擊是導致壓縮機嚴重損壞的重要因素之一[1]。液擊現象一旦出現，往往會造成壓縮機渦旋盤破裂（對于渦旋壓縮機）、連桿斷裂（對于活塞壓縮機），嚴重時甚至出現炸缸等后果，進而可能導致壓縮機電機燒毀并污染系統管路等。由于壓縮機損壞往往會給用戶造成很大的經濟損失，如導致制冷環境內重要設備出現故障、需更換損壞壓縮機并清洗污染管路等。因此，防止壓縮機出現液擊情況顯得尤為重要[2]。

當制冷空調設備長期停機時，由于室內外溫度差異等因素可能會導致制冷劑遷移并以液態形式積聚在吸氣管處，如果這些液態制冷劑在壓縮機啟動前不及時排走就容易導致液擊現象發生。隨著制冷空調設備廠家對節能產品的重視程度日益增強，出于節能考慮，會在部分設備的循環系統中同時安裝制冷劑泵和壓縮機。當室外溫度很低時，單獨運行制冷劑泵輸送制冷劑把室內熱量排到室外低溫環境;當室外溫度較高時，則使用壓縮機按照傳統逆卡諾循環把室內熱量排到室外環境。因為上述兩種運行方式需要共用相同的蒸發器、冷凝器、膨脹閥等主要器件和大部分氣/液管，所以根據不同的運行模式需要相應電磁開關閥或單向閥等輔助元件進行隔離。但這些輔助元件在使用中如果出現故障，可能會導致液態制冷劑積聚在壓縮機吸氣管和氣液分離器等處，如果未被及時排走，會在壓縮機啟動時導致其因液擊而損壞。

2 制冷壓縮機防液擊的措施

2.1 加熱

加熱措施包含以下4種方式：曲軸箱加熱、壓縮機內部加熱、吸氣管路加熱和蒸發器加熱。其中，曲軸箱加熱的方式應用最為廣泛，其次為對壓縮機內部進行加熱。

2.1.1 曲軸箱加熱。對曲軸箱內部進行加熱，可降低溶于潤滑油中的制冷劑含量，能夠有效防止液擊產生。在壓縮機底部油池內感測最大油液面和最小油液面，并在壓縮機吸氣入口處檢測存在的液體含量，當超過預定值時啟動曲軸箱內的加熱器，以便加熱油池和吸氣入口內的液體，防止壓縮機液擊損壞。壓縮機下部卷繞有曲軸箱加熱管，當熱泵熱水裝置停機時，留在管道內的熱水在重力作用下流經曲軸箱加熱管，從而對壓縮機下部進行加熱，使停留在壓縮機底部的液態制冷劑汽化，避免下次啟動時產生液擊。

2.1.2 壓縮機內部加熱。配置蒸發器加熱裝置，對蒸發器表面進行加熱，避免其結霜或結冰，蒸發器內部的制冷劑能夠吸收蒸發器周圍空氣的熱量充分蒸發。在空調機組的結霜部位設置電加熱裝置，保證熱交換器的冷熱交換能力，避免液態制冷劑因得不到充分蒸發而被吸入壓縮機氣缸內的危險。

2.1.3 吸氣管路加熱。在壓縮機吸氣管路上設置加熱器，通過電加熱器加熱流過管道的制冷劑，促使制冷劑蒸發，避免液態制冷劑殘留，提高制冷劑的帶油能力，防止液擊和潤滑不良故障。通過采集氣液分離器溫度、吸氣溫度和吸氣壓力，準確自動地控制電加熱體加熱消除進氣管道內的液滴來消除液擊，從而避免制冷劑蒸發不徹底、節流失控、溫度過低、過熱度偏低等產生液滴的狀況，使氣液分離器表面溫度急劇下降甚至結霜，導致氣液分離器不能準確消除液擊的情況發生。

2.1.4 蒸發器加熱。在啟動前對壓縮機進行預熱，能夠減少啟動時回液的情況產生。利用電加熱的方式對壓縮機進行預熱，待進入壓縮機的液體冷媒氣化后，再啟動壓縮機運行，避免壓縮機吸入液態冷媒，減少了啟動時空調系統回液所造成的液擊現象。在壓縮機內部設有檢測冷媒的液面位置的液位開關和加熱液態冷媒的電加熱帶，當液位開關檢測到液態冷媒的液面位置超過預定液面位置時，關閉渦旋壓縮機并啟動電加熱帶加熱液態冷媒，使其迅速蒸發。電加熱帶安裝在渦旋壓縮機內部，僅在液態冷媒液面達到危險液面時才啟動加熱，能夠及時避免壓縮機吸入液態冷媒，縮短了液態冷媒的加熱時間，提高了防液擊的技術效果。

2.2 設置氣液分離器或儲液器

在壓縮機的吸入口前，如在吸氣管路上安裝氣液分離器或者儲液器，以防止液滴直接進入壓縮機，這是避免壓縮機產生液擊的一種常規技術手段。然而當系統循環中未蒸發的液態冷凝劑增多，導致氣液分離器內的液體聚集而分離效果不佳時，仍然無法避免液滴進入壓縮機的可能。

筆者對氣液分離器作了改進，包括筒體、小U型管、隔板、大U型管、延伸管和位于筒體內隔板的上部空間的緩沖室。延伸管是由設置在隔板之下的大U型管的一部分穿過隔板延伸到緩沖室內的一段管道;小U型管設在緩沖室內，與筒體焊接連接，底部設有限流孔，隔板上設有卸流孔。來自大U型管內的液體在緩沖室內經過分離，限流再被壓縮機吸入，同時設置卸流孔防止緩沖室內停車存留液體，達到防止液擊的目的。此外，還在氣液分離器上部設有使氣態冷凝劑過熱的過熱管，能夠加熱來自下部分的氣態制冷劑，使其有一定程度的過熱再進入壓縮機，從而有效避免液滴直接進入壓縮機的情況。

氣液分離器包括分液器筒體，分別與分液器筒體固定連接的吸氣管、排氣管和連接管。連接管的第一端與旋轉式壓縮機的低壓壓縮結構的排氣側相連接的下法蘭的空腔相連通，并穿入分液器筒體中，第二端從分液器筒體中穿出并與旋轉式壓縮機的高壓壓縮結構的吸氣腔相連通。從低壓壓縮結構壓縮后排出的氣體在連接管中流入高壓壓縮結構，流過連接管的氣體通過連接管時與氣液分離器產生熱交換使溫度降低，從低壓壓縮結構壓縮后排出的氣體通過連接管流經氣液分離器時與氣液分離器產生熱交換，增強了氣液分離器的氣液分離效果，可有效防止液擊現象。

2.3 液擊的檢測和控制

液擊作為制冷壓縮機常見的故障之一，需要及早檢測并采取相應制止措施，從而預防并降低液擊現象帶來的危害。

第一，分別檢測壓縮機的表面溫度和冷凝器的表面溫度，如通過壓縮機的表面和冷凝器的表面連接感溫包，通過感溫包分別感知壓縮機表面和冷凝器表面的溫度。第二，根據壓縮機表面溫度和冷凝器表面溫度的溫差控制壓縮機的運行頻率和電子膨脹閥開度。具體而言，根據壓縮機的表面溫度可以判斷壓縮機的液態冷媒量，根據冷凝器的表面溫度可以判斷冷凝器的換熱能力，了解輸出至電子膨脹閥的冷媒量，進而根據壓縮機表面溫度和冷凝器表面溫度的溫差對空調系統的運行狀態進行調節，也就是調節壓縮機的運行頻率和電子膨脹閥的開度，使壓縮機輸出的冷媒量和輸出至蒸發器的冷媒量以及蒸發器的換熱能力合理匹配，使蒸發器可以完全蒸發，避免蒸發不充分造成大量液態冷媒回流至壓縮機，導致壓縮機發生液擊，進而造成壓縮機損壞。

檢測裝置可以根據馬達驅動轉矩或馬達驅動電流和冷媒系統的溫度信息和/或壓力信息預先檢測出穩定狀態（穩定狀態下的瞬時轉矩或穩定狀態下的瞬時電流），然后與檢測出的瞬時轉矩或瞬時電流進行比較。由于液擊使轉矩或電流超過了預先設定的規定量，因此，根據壓縮機軸承異常時的負荷轉矩大幅增加超過了正常時的負荷轉矩的情況，可實時檢測壓縮機的內部狀態，如潤滑不良和液擊等，并可通過降低壓縮機的運轉頻率緩和液擊現象產生。

針對壓縮機帶液啟動時導致的液擊，在機組收到停機命令時，壓縮機不立即停機，而是先關閉連接在蒸發器與冷凝器之間的液體管路電磁閥，蒸發器中的冷媒含量持續下降，冷媒依次經過壓縮機、單向排氣閥存儲在冷凝器。連接在壓縮機吸氣端的吸氣壓力檢測控制裝置通過檢測管道中的壓力值降低到預設值時，控制壓縮機停止運轉，蒸發器內部的冷媒含量很少，尤其是液體冷媒量不會存在。因此，在機組下次啟動時，盡管在電磁閥打開的瞬間會有液態冷媒進入蒸發器，但由于此時機組蒸發器內的水溫較高，通過換熱可以將液態冷媒完全汽化，壓縮機吸入后不會產生液擊現象，杜絕啟動時液擊產生。

2.4 優化回油結構

壓縮機產生液擊現象的主要原因是隨著吸氣過程而吸入液態冷凍油，避免系統管路中液體殘存，如減少含油率和出油量，增大回油量，改進壓縮機內的氣液分離效果，是抑制液擊產生的有效途徑。這樣一種回油裝置，包括前缸體和相對設置的后缸體，在前缸體的上部和后缸體的上部圍繞形成有低壓腔，在前缸體的中部和后缸體的中部圍繞形成有缸體內腔，缸體內腔與低壓腔之間通過連接部間隔設置，后缸體的頂部設有用于通入冷媒氣、冷凍油的與低壓腔相連通的低壓油進口;連接部上設有回油槽，低壓腔通過回油槽與缸體內腔相連通;前缸體的左端部和后缸體的右端部分別設有冷媒氣出口，冷媒氣出口與低壓腔相連通。采用上述結構形式，前缸體的左側壁和后缸體的右側壁能有效阻擋冷凍油直接從低壓腔進入前缸蓋和后缸蓋的吸氣腔中，使從低壓吸氣閥返回的冷凍油和冷媒氣的混合氣體在缸體壁碰撞后產生油氣分離，冷凍油可有效回到缸體內腔，減少了系統管路中冷凍油的殘存量，使冷凍油可被制冷劑溶解并完全被汽化，有效防止了液擊現象。

在熱泵空調系統的冷凝器與蒸發器底部、冷凝器與壓縮機吸氣管下部之間分別安裝旁通管，旁通管與蒸發器、壓縮機吸氣管均為切向連接;實時監測管路中的制冷劑流量和系統運行時間，在制冷劑流量達到一定以及運行時間一定時，則開啟旁通管，高壓制冷劑液體經過旁通管的節流后，以切線方向噴入蒸發器的底部或吸氣管下部潤滑油匯集區，將發生堵塞的制冷劑管路中積聚的潤滑油帶回壓縮機，實現系統順利回油。采用上述結構可在不影響熱泵空調系統正常工作的情況下，有效提高系統回油效率，減少蒸發器與吸氣立管底部等部位潤滑油積聚，避免發生液擊損壞，提高系統運行的穩定性

2.5 液位控制

液擊產生的原因之一是潤滑油太多。油位太低導致系統工作效率降低，主要工作部件得不到充分潤滑，或者在氣液分離器中，由于系統無法根據內部儲存的液體情況進行有效控制，當氣液分離器中儲存過量的液體后，容易導致壓縮機過濕運行，甚至產生液擊現象。因此，合理控制液位，是避免制冷壓縮機產生液擊的手段之一。

液位自動控制器包括浮球、增力機構和節流閥，節流閥采用密封彈子和施壓彈簧密封措施，密封可靠，使壓縮機內的潤滑油液位不會超過控制范圍，徹底解決了壓縮機回霜問題，防止了濕行程和液擊故障發生。

空調系統及氣液分離器的液位檢測方法對氣液分離器內部液位進行檢測判斷，當氣液分離器液位高于警戒液位時，外機執行相應控制，通過外機輸出及閥體調節來調節氣液分離器中的液位，使液位處于安全范圍，防止由于氣液分離器中液位過高，導致壓縮機回氣帶液，壓縮機過濕運行甚至液擊，從而保證外機系統安全可靠運行。

3 結語

液擊現象是嚴重危害制冷系統正常運轉的故障之一。本文論述了制冷壓縮機產生液擊的原理及危害，并采取加熱、氣液分離器/儲液器、檢測和控制、優化回油結構、液位控制等手段有效減少液擊發生的概率，提高了制冷空調的使用壽命。

參考文獻：

[1]賀萬華，屈明輝，喻俊，等.一例制冷壓縮機液擊故障分析[J].壓縮機技術，2006（5）：43-45.

[2]蔣其昂.一臺進口制冷壓縮機液擊事故的分析[J].壓縮機技術，1998（4）：31-32.