單級壓縮制冷設備制冷不良故障診斷

牛洪兵， 魯春梅

（南京長江電子信息產業集團有限公司，南京210038）

0 引 言

家用電冰箱、冷凍柜、空調器，以及特定產品冷卻設備，其降溫方式多采用以氟利昂為制冷劑的壓縮冷卻方式。這種制冷方式，使得制冷劑經歷了壓縮、冷凝、膨脹、蒸發過程[1-2]，過程中制冷劑發生液態和氣態狀態變化，兩種狀態變化時需要吸熱和放熱，從而實現熱量轉移的目的。

參照圖1所示的制冷設備基本組成關系目錄樹，通常制冷設備主要包含制冷循環系統、控制單元和輔助單元。其中制冷循環系統由壓縮機、冷凝器、膨脹機構（膨脹閥或毛細管）和蒸發器等4部分組成。控制單元一般包含溫濕度傳感器、開關、繼電器、控制電路等，起感知環境和設備狀態、控制設備運行等作用。風扇或水泵可定義為輔助單元，利用風扇或水泵強迫空氣或冷卻液流過蒸發器或冷凝器，滿足設備強迫對流換熱工作要求。

圖1 制冷設備組成關系目錄樹

1 制冷循環系統工作原理

圖2所示為小型壓縮式制冷設備的制冷循環。壓縮機輸入功w，吸入低壓制冷劑蒸氣，并壓縮成高壓制冷劑蒸氣；高壓制冷劑蒸氣進入冷凝器，冷凝器對外界放熱r+Aw后(A為功熱當量)，形成高壓制冷劑液體；通過膨脹閥節流機構減壓后，變成低壓制冷劑液體，液體進入蒸發器，由蒸發器向外界吸收熱量r，制冷劑變成了低壓蒸氣[1]。

圖2 制冷循環

2 制冷不良故障診斷

2.1 構建制冷不良故障診斷網絡節點

制冷設備制冷不良現象具有一果多因特點，可能因使用不當或環境因素而導致，也可能是設備自身發生了故障[3-6]。當設備出現制冷不良現象時，需要遵循“一聽、二看、三摸、四查、五分析”的步驟[7]，明確故障位置，并加以排除解決。

由工作實踐得知，可將制冷不良診斷分解成3個獨立的初始表現癥狀：第一表現是設備不起動；第二表現是壓縮機起動，但立刻停止；第三表現是制冷系統運行，但冷卻效果差。基于制冷設備組成、功能作用，制冷循環原理，并依據制冷不良產生原因，結合制冷不良3種基本故障表現，運用層層分解、遞進方法，就可構建一個圖3所示的制冷不良故障診斷網絡節點圖。該圖含有59個節點，沿3條鏈路主干延伸，圖中節點既可以為設備故障表現，也可作為處理方法概要，如果不是此節點問題時，此節點可作為轉入下一個環節的拐點。

圖3 制冷不良故障診斷網絡節點圖

2.2 制冷不良故障診斷網絡節點解析與故障診斷方法

2.2.1 基本操作與鑒別

在制冷設備研制、維修和使用過程中，面對制冷設備制冷不良故障，首先需要對設備進行開機，通過聽、看、摸等方法，判斷設備是否可啟動運轉，尤其需要觀察壓縮機是否運行。對于含有輔助單元的制冷設備，風扇或水泵正常運轉是制冷系統有效運行的前提條件，本文不作詳述。

開機后，如表現為設備無不起動（節點1）現象，便可確定屬于電路不通問題（節點2），至此暫不敘述這一鏈路后續處理。當開機后發生壓縮機起動，但立刻停止（節點13）情形，表明存在深層原因需要進一步分析判斷。開機后，如出現制冷系統運轉，但冷卻效果差（節點27）的現象，由制冷系統工作原理和工作經驗得知，這一現象中有相當一部分是使用和維護不當所致，造成產熱量大于設備制冷能力，讓使用者感覺是設備制冷不良問題。如節點28、29、30、31、32、40、41、44、45、46對應列出的被冷卻空間密封性較差、陽光直接照射、溫控設定值不科學、被冷卻空間門窗開閉頻繁、冷卻空間有多余熱源、被冷卻物較多、被冷卻物內部有貯藏熱、蒸發器和冷凝器嚴重臟污、冷卻水量不足、冷凝器側環境溫度較高。使用不當，造成設備假性制冷不良，更需要維修人員告知用戶，制冷設備的制冷量是在一定工況條件下的測試值，并作節點描述問題反向處理進行甄別、驗證。當然，對應用于特定工程上的制冷設備，冷熱負荷是否失配，還需要必要的實驗測量，進行熱負荷總量計算明確選型是否確當。在此建議：在制冷產品維修時，提倡首先需要進行基本操作與鑒別，防止誤判，造成維修成本提高和浪費時間。

2.2.2 設備自身制冷不良

制冷不良故障診斷網絡節點圖也歸納了設備自身制冷不良的產生原因和故障診斷，在制冷設備研制、調試、生產、檢測和維修工作過程中呈現的制冷不良故障，除需要基本操作與鑒別外，還要熟悉制冷系統原理，了解設備控制電路、結構，掌握設備具體性能指標。

繼節點2所述電路不通問題后續檢查，節點3、4、5、6都屬于檢查控制單元中的開關、保險絲、繼電器、電路板等是否有問題。節點7作為設備電路連接是否正常的拐點，轉入檢查電壓環節，當明確不屬于供電電壓偏低（節點9），且經線路和電氣件安裝檢查、確認后（節點10、11），該條鏈路上起始所出現的開機設備不起動問題就可定位到是發射機損壞（節點12）。

沿著圖3所示第二條診斷鏈路，從節點13所描述“壓縮機起動，但立刻停止”現象開始追查，節點16～19歸納了兩種傳感器設值不當引發傳感器動作而停機。針對節點14、15闡述的電功率負荷大造成保險絲熔斷而停機，電功率負荷大產生的原因有可能是壓縮機內部滑片機械故障造成壓縮機電動機堵轉，也可能是開關機倉促、制冷系統管路壓力不平衡所致。節點20、21是屬于供電問題，當發生過負荷繼電器保護動作（節點22），并確定屬于壓縮機過負荷運轉（節點23）問題，這一現象除可能是因壓縮機過熱運轉（節點24）造成外，還有是蒸發壓力高（節點25）或冷凝壓力（節點26）等兩種原因造成。造成蒸發壓力高的原因有熱負荷過大、熱負荷突然增加、壓縮機效率降低、制冷劑供液過多等因素；輔助單元問題引起的冷凝水（風）供給不足、冷凝器自身臟污、冷凝器換熱面積小、制冷循環系統混入空氣則是冷凝壓力高產生的原因。

如果將制冷不良原因定位到第三條診斷鏈路起始節點27所述“制冷系統運轉，但冷卻效果差”，經上文所述節點診斷后，也可將問題定位至制冷循環系統不良（節點34），再向下節點排查獲知壓縮機輸出溫度偏高（節點35）和壓縮機輸出端溫度適當偏高（節點36）后，此時不妨沿著節點37支路方向檢查鑒別蒸發器側情況。發現蒸發效果不良（節點37）后，并根據節點38、39、40、41所述情況和要求，明確一下是否因蒸發側問題引起制冷不良。如不屬于蒸發問題，則把判斷線路拉回到節點42，檢查冷凝效果好壞，這部分內容在前文已有介紹，部分屬于使用和維護方面造成。排除冷凝器引發問題（節點47）后，需要將注意力集中在多因素引起的制冷劑系統問題（節點48），圖3表明有制冷劑存量、管道堵塞、膨脹節流機構及壓縮機損壞四方面原因可引發制冷不良。當進行制冷劑存量識別時（節點49、50、51、52環節），暫且認為壓縮機完好，開機聆聽高壓端管路和冷凝器是否有“嘶嘶”聲[7]，檢查過程中也可適當補充一點制冷劑，以此方式檢查是否出現管路損傷；當設備使用毛細管節流時，也可以通過觀察毛細管出口端結霜情況判斷制冷劑存量。實踐證明，正常制冷運轉時，毛細管上結一層薄霜，隨后逐漸融化。這里需要注意區分毛細管結霜也有另外兩種原因：一是因管路系統中含有水分產生冰堵所致；二是生產、維修時焊接所引起的配管堵塞（節點58）。節點55～59分別是對膨脹閥和毛細管作為膨脹節流機構引起的制冷不良進行分析和判斷，屬于比較深層次的研究，主要適用于制冷設備研發人員，所涉及膨脹閥的選型正確與否，以及毛細管孔徑和長度計算值，有待調試、試驗加以確定。

3 結 語

本文面向研發、維修人員及用戶給出單級壓縮制冷設備制冷不良故障診斷方法，梳理出制冷不良產生的多重原因，除了可為本專業人員提供診斷方案和步驟外，普通用戶也可借助本文來簡單判斷家用空調器和冰箱是否因使用不當造成假性制冷不良，是當前制冷設備設計和維修類文獻的補充文稿。