渦旋壓縮機簡介與常見故障

知識 01-14

渦旋壓縮機工作原理

渦旋壓縮機是怎樣工作的

渦旋壓縮機特點優點:

結構簡單、體積小、重量輕。（與活塞壓縮機比：零件減少90%、體積減小40%、重量減輕15%）

無吸排氣閥。減少了易損件,降低吸排氣阻力損失,降低噪音與振動,易於實現變轉速

無餘隙容積。容積效率提高

不直接接觸，採用油膜密封。摩擦損失小，機械效率高

多壓縮室同時工作，工作連續，壓縮力矩變化平穩

缺點:

精度要求高，形位公差都在微米級

無排氣閥，變工況性能欠佳

工作腔不易實施外部冷卻，壓縮過程的熱量難排出，因此只能夠壓縮絕熱指數小的氣體或者內冷卻

大排量渦旋壓縮機難實現。受齒高限制，排量大直徑大，不平衡旋轉質量增大，機器不緊湊且重量增加。

效率高的特點：

與其他結構壓縮機相比，渦旋式壓縮機無餘隙容積，所以容積效率高。

高精密機加工設備，保證渦旋加工精度，泄漏小。

低振動、低噪音特點：

渦旋壓縮機，動盤旋轉一周時，吸氣、壓縮、排氣過程是連續進行的，而且,各級壓力腔對稱分布,迴轉速度低,因此，其旋轉一周時的壓縮扭力變化很小（左圖表示：往複式、旋轉及渦旋式壓縮機的扭力變化）

渦旋壓縮機與其他壓縮機相比較之下，扭力變化幅度僅有1/10，非常小，所以其運行時振動、噪音均很小。

高壓腔與低壓腔渦旋壓縮機特點：

高壓腔與低壓腔渦旋壓縮機的劃分，主要是對全封閉渦旋壓縮機中，電機所處在的工作環境溫度進行區分。

電機處於排氣側（殼體內為排氣壓力），稱為高壓腔（一般以HITACHI為代表)；

電機處於回氣側（殼體內為回氣壓力），稱為低壓腔（一般以COPELAND為代表）。

兩種結構的渦旋壓縮機，與其結構對應具有相應的特點，且各具優缺點。

高壓腔渦旋壓縮機結構

低壓腔渦旋壓縮機結構

1.高壓腔與低壓腔渦旋壓縮機特點對比

高壓腔結構優點：具有較大的排氣緩衝容積, 振動小, 輸氣均勻

吸氣預熱小﹑容積效率高(直接吸氣)

潤滑得到可靠保證(可以採用壓力供油潤滑)

壓縮機中可以有較多的潤滑油起良好的潤滑﹑冷卻及液體阻塞作用

直接吸氣不存在液體製冷劑對潤滑油膜的破壞作用

承受軸向氣體力的能力較好,螺釘只起緊固作用

低壓腔結構優點：吸氣段具有較大的緩衝容積

電機的工作環境較好(低溫﹑低壓)

殼體大部分低壓,氣密性及受力較好

抗液擊的能力較強，對進入管道中的異物﹑雜質抵抗能力較強

2.高壓腔與低壓腔渦旋壓縮機特點對比

高壓腔結構缺點：較小的吸氣緩衝容積,吸氣消音效果較差

抗液擊的能力較差

高壓殼體對氣密性及強度要求較高

電機工作環境惡劣，直接吸氣容易因雜質﹑異物損壞壓縮機

低壓腔結構缺點：較強的吸氣預熱造成容積效率下降

較小的排氣緩衝容積,噪音﹑振動較大

壓縮機中油量必須嚴格控制,潤滑密封效果較差

液體製冷劑有可能破壞潤滑油膜,造成軸承潤滑惡化

殼體內高﹑低壓腔的存在，增加了密封的難度

影響EER主要因素

從製冷系統上說，降低冷凝溫度Tk和升高蒸發溫度T0都可以使EER上升

採用高效的壓縮機，採用直流變頻壓縮機代替普通定速壓縮機或交流變頻壓縮機

適當加大冷凝器、加大室外機的風量，使Tk下降；適當加大蒸發器、加大室內機的風量，使T0上升。但加大內外機風量的同時要考慮風機功率的增加，從整機上說，不一定是風量越大EER越高

利用高效的換熱器，例如用內螺紋管代替光管，採用合適的管徑與流路等

採用高效的直流電機代替交流電機

冷媒充注量盡量少

採用排量較大的變頻壓縮機代替排量較小的變頻壓縮機，以壓縮機的額定頻率來做製冷的主頻

問題與解決方法

能力不足：

壓縮機是否過小？毛細管與冷媒量是否是最佳組合？室內側與室外側風量是否合理？兩器大小是否合理？

功率過高與最大製冷跳停：

外側風量是否合理？冷凝器大小是否合理？冷凝器製作是否有問題(沒有脹緊、疊片、倒片、片距不對)？是否冷媒過多或者毛細管過長？冷凝器流路設計不合理造成嚴重複熱，或流路半堵，降低冷凝器性能？

凝露工況不合格：

低風風速是否定得過低(但風速過高會造成吹水)？室內機是否漏風？是否流路不均，嚴重偏流？冷媒是否不足，造成缺液蒸發

室外機有冷媒流動聲：

毛細管組件用防振膠包住；在兩個管徑變化大的地方加過渡管；在過渡管處包防振膠等。

異聲或噪音超標：

如果是風道的異聲，則要改變風輪轉速、安裝位置或換風輪；如果是製冷系統的異聲，則在固頻不合格處加配重塊或防振膠改變其固頻；在配管振動大的地方貼防振膠；在壓縮機排氣管上加消聲器；壓縮機包隔音棉；鈑金件上貼隔音棉等

壓縮機運行中常見的故障：

1.缺油與潤滑不足損壞

2.電機損壞

3.液擊損壞

4.高溫損壞

避免缺油與潤滑不足損壞的要點

1.適當的壓縮機注油量

2.適當的冷凍機油粘度

3.防止過度的過濕運轉

4.防止過度的過熱運轉

壓縮機常見的缺油故障

壓縮機長時間缺油——機構部和各摩擦副過熱，導致軸承燒結、抱軸。

壓縮機短時間缺油——機構部和各摩擦副異常磨損，導致振動、噪音大。

如何保證適當的油量

壓縮機在排出冷媒時，也會排出微量的冷凍機油。即使只有0.5%的上油率，如果油不能通過系統循環回到壓縮機中，若以5HP為例,循環量在ARI工況下約為330kg/h，則在50分鐘就可以將壓縮機內的油全部帶出，大約在2～5小時內壓縮機將會燒壞。因此為了確保壓縮機運行不缺油，應該從以下二方面著手：

1.確保排出壓縮機的冷凍機油回到壓縮機；

2.減少壓縮機的上油率；

確保排出壓縮機的冷凍機油回到壓縮機:

應確保吸氣管冷媒的流速（約6m/s），才能使油回到壓縮機，但最高流速應小於15m/s，以減小壓降與流動噪音，對水平管還應沿冷媒流動方向有向下的坡度，約0.8cm/m.

防止冷凍機油滯留在蒸發器內

確保適當的氣液分離器的回油孔，過大會造成濕壓縮，過小則會回油不足，滯流油在氣液分離器中

系統中不應存在使油滯留的部位

確保在長配管高落差的情況下有足夠的冷凍機油在壓縮機里，通常用帶油麵鏡的壓縮機確認

壓縮機頻繁啟動不利於回油。

如何減少壓縮機的上油率:

在停機時應保證製冷劑不溶解到冷凍機油中（使用曲軸加熱器）

應避免過濕運轉，因為會起泡而引起的上油過多

內部設置油分離器裝置

壓縮機內部的油起泡使油容易被帶出壓縮機.

長配管高落差

當配管長比容許值大時，配管內的壓力損失會變大，使得蒸發器中的冷媒量減少，導致能力下降。同時，配管內有油滯留時，使得壓縮機缺油，導致壓縮機故障的發生。當壓縮機內冷凍機油不足時，應從高壓側追加與壓縮機出廠相同牌號的冷凍機油。

設置回油彎的必要性

落差超過10m~15m時，應在氣管側設置回油彎管。

必要性

停機時，避免附著在配管中的冷凍機油返回壓縮機，引起液壓縮現象。另一方面，為了防止氣管回油不好導致壓縮機缺油。

回油彎設置間隔

每10m落差設置一個回油彎。

如何確保適當冷凍機油粘度

冷凍機油和製冷劑有互溶性，停機時，製冷劑幾乎全部溶解在冷凍機油中，因此需安裝曲軸加熱器以防止溶解。

運轉中不應使含有液體的製冷劑回到壓縮機中，即保證壓縮機吸氣有過熱度

起動及除霜時，不應產生回液現象

避免在過度過熱狀態下運轉，避免油劣化

氣液分離器的回油孔大小應適當

孔徑過大會吸入液體製冷劑造成過濕運轉

孔徑過小會使回油不順暢，使油滯留在氣液分離器中

壓縮機電機損壞的主要原因:

異常負荷和堵轉

金屬屑引起的繞組短路

接觸器問題

電源缺相和電壓異常

冷卻不足

用壓縮機抽真空

導致異常負荷或者堵轉的主要原因:

壓比過大，或壓差過大，會使壓縮過程更為困難；而潤滑失效引起的摩擦阻力增加，以及極端情況下的電機堵轉，將大大增加電機負荷。如果負荷增大到熱保護動作，而保護又是自動複位時，則會進入「堵轉－熱保護－堵轉」的死循環，頻繁啟動和異常負荷，使繞組經受高溫考驗，會降低漆包線的絕緣性能。繞組絕緣性能變差後，如果有其它因素（如金屬屑構成導電迴路，酸性潤滑油等）配合，很容易引起短路而損壞。

金屬屑引起的繞組短路

金屬屑的來源包括施工時留下的銅管屑、焊渣、壓縮機內部磨損和零部件損壞時掉下的金屬屑等。在工作時，在氣流的帶動下，這些金屬屑或碎粒會落在繞組上。壓縮機運轉時的正常振動，以及每次啟動時繞組受電磁力作用而扭動，都會促使夾雜於繞組間的金屬屑與繞組漆包線之間的相對運動和摩擦。稜角銳利的金屬屑會劃傷漆包線絕緣層，引起短路，導致電機燒毀。

接觸器問題

為了安全可靠，壓縮機接觸器要同時斷開三相電路。接觸器必須能滿足苛刻的條件，如快速循環，持續超載和低電壓。它們必須有足夠大的面積以散發負載電流所產生的熱量，觸點材料的選擇必須在啟動或堵轉等大電流情況下能防止焊合。否則接觸器觸點焊合後，依賴接觸器斷開壓縮機電源迴路的所有控制（比如高低壓控制，溫度控制，融霜控制等）將全部失效，壓縮機處於無保護狀態。因此，當電機燒毀後，檢查接觸器是必不可少的工序。

源缺相和電壓異常

電源電壓變化範圍不能超過額定電壓的±10%。三相間的電壓不平衡不能超過3％。如果發生缺相時壓縮機正在運轉，它將繼續運行但會有大的負載電流。電機繞組會很快過熱，正常情況下壓縮機會被熱保護。當電機繞組冷卻至設定溫度，接觸器會閉合，但壓縮機啟動不起來，出現堵轉，並進入「堵轉－熱保護－堵轉」死循環。如果缺相發生壓縮機啟動時，壓縮機將啟動不起來，出現堵轉，進入「堵轉－熱保護－堵轉」死循環。

電壓不平衡百分數計算方法為,相電壓與三相電壓平均值的最大偏差值與三相電壓平均值比值. 作為電壓不平衡的結果，在正常運行時負載電流的不平衡是電壓不平衡百分點數的4－10倍。

壓縮機電機冷卻不足

製冷劑大量泄漏或者蒸發壓力低時會造成系統質量流減小，使得電機無法得到良好的冷卻，電機過熱後會出現頻繁保護。

用壓縮機抽真空導致壓縮機電機損壞

空氣起著絕緣介質的作用。密閉容器內抽真空後，裡面的電極之間的放電現象就很容易發生（真空放電）。因此，隨著壓縮機殼體內的真空度的加深，殼內裸露的接線柱之間或絕緣層有微小破損的繞組之間失去了絕緣介質，一旦通電，電機可能在瞬間內短路燒毀。如果殼體漏電，還可能造成人員觸電。因此，禁止用壓縮機抽真空，並且在系統和壓縮機處於真空狀態時（抽完真空還沒有加製冷劑時），嚴禁給壓縮機通電。

壓縮機液擊損壞的主要原因

回液，即從蒸發器中流回壓縮機的液態製冷劑或潤滑油

帶液啟動

壓縮機內的潤滑油太多

回液導致壓縮機損壞的主要原因

回液，就很容易引發液擊事故。即使沒有引起液擊，高壓腔結構的回液將稀釋或沖刷掉滑動面的潤滑油，加劇磨損。低壓腔結構的回液會稀釋油池內的潤滑油。含有大量液態製冷劑的潤滑油粘度低，在摩擦面不能形成足夠的油膜，導致運動件的快速磨損。另外，潤滑油中的製冷劑在輸送過程中遇熱會沸騰，影響潤滑油的正常輸送。而距離油泵越遠，問題就越明顯越嚴重。如果電機端的軸承發生嚴重的磨損，曲軸可能向一側沉降，容易導致定子掃膛及電機燒毀。對於回液較難避免的製冷系統，安裝氣液分離器和採用抽空停機控制可以有效阻止或降低回液的危害。

帶液啟動導致壓縮機損壞的主要原因

在油視鏡上可以清晰地觀察到帶液啟動時有起泡現象。帶液啟動的根本原因是潤滑油中溶解的以及沉在潤滑油下面了大量的製冷劑，在壓力突然降低時突然沸騰，並引起潤滑油的起泡現象。帶液啟動的製冷劑是以「製冷劑遷移」的方式進入曲軸箱的。由於潤滑油中的製冷劑蒸汽分壓低，就會吸收油麵上的製冷劑蒸氣，造成油池中氣壓低於蒸發器氣壓的現象。油溫愈低，蒸汽壓力越低，對製冷劑蒸汽的的吸收力就愈大。系統中的蒸汽就會慢慢向壓縮機「遷移」。停機時間越長，遷移到潤滑油中的製冷劑就會越多。製冷劑遷移會稀釋潤滑油。對低壓腔還容易引起液擊。

液態冷媒或者油與冷媒的混合物都不是良好的潤滑劑，會造成磨損甚至卡死。此時由於電機浸在液體中，電機上的過載保護器不會動作。

安裝曲軸箱加熱器、氣液分離器和採用抽空停機控制可以有效阻止或降低製冷劑遷移

潤滑油太多導致壓縮機液擊損壞

對低壓腔壓縮機，高速旋轉的部件如轉子，會頻繁撞擊油麵，如果油麵過高，引起潤滑油大量飛濺。飛濺的潤滑油一旦竄入進氣道，帶入氣缸，就可能引起液擊。

壓縮機高溫損壞的主要原因

由於超範圍使用、電源不正常、電機過載、製冷劑泄漏、冷凝壓力太高等問題引起的電機高溫、排氣溫度過高、潤滑油焦糊等過熱現象。

壓縮機表面溫度是判斷壓縮機是否過熱的重要指標之一。如果表面溫度超過135°C，一般認為壓縮機已經處於嚴重過熱狀態；而如果表面溫度低於120°C，壓縮機溫度正常。

電機高溫的主要原因

電機發熱量大供電不正常會引起電機發熱量增大，如：電壓不穩、電壓太低或太高、電壓不平衡、缺相等都屬於電源供電不正常。

壓縮機頻繁啟動、連桿抱軸、活塞咬缸、潤滑不足或缺油等問題均會大大增加發熱量。

超範圍使用壓縮機很容易引起電機過熱和損壞

電機冷卻不足