单螺杆式冷水机组压缩机磨损原因分析及处理

曾继平刘隽

摘要：单螺杆式冷水机组是为核电站通风系统提供冷源，此设备的正常运行是保证厂房内温度在设计范围内。冷水机组调试投运半年后，压缩机启动电流过大而出现上游开关跳闸，解体压缩机发现一个星轮齿面和齿顶部位出现严重的磨损痕迹。综合考虑整个系统运行工况，结合调试和维修经验，分析了星轮产生磨损的可能原因，给出了解决办法。并通过相关技术改造工作，提高了系统运行的稳定性和可靠性，有效降低了冷水机组故障率。

关键词：冷水机组；压缩机；星轮；磨损

1.冷水机组制冷原理

RLSF130A机组为半封闭螺杆式冷水机组，主要包括压缩机、二次油分离器、冷凝器、储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀、蒸发器、气液分离器、电控箱（控制柜/启动柜）等部件。制冷循环流程见图2-1。

图2-1制冷循环流程图

制冷循环

螺杆式冷水机组的主要部件由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀组成，所用制冷剂为R134a。整个制冷循环过程由两个定压过程，一个绝热压缩过程和一个节流过程组成，四个循环过程如下：

压缩过程：蒸发器中的制冷剂蒸汽被螺杆式压缩机吸入后，通过压缩机对其施加能量，消耗机械功，将制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂；

冷凝过程：高温高压的气态制冷剂进入冷凝器，经排风机冷却放出热量，同时凝结为中温高压制冷剂液体；

节流过程：低温高压液体制冷剂流过膨胀阀时发生节流，膨胀为低温低压的液态制冷剂；

蒸发过程：低温低压的液态制冷剂进入蒸发器内，在低压条件下汽化吸热，然后再次流入压缩机，同时将冷冻水冷却，达到制冷效果。

2.故障排查及分析

该冷水机组压缩机过电流无法启动故障出现后，结合前期运行情况及可能出现故障原因，打开压缩机端盖发现螺杆一侧星轮出现严重磨损，排除冷冻油超过额定加油量50%，其他未发现明显异常。图3-1为压缩机星轮外观。

图3-1压缩机星轮外观

2.1机组频繁启停

工程安装条件不理想，调试过程中冷冻水系统出现脏堵（水泵入口Y型过滤器堵塞、冷冻水质较差）、通风系统脏堵（通风过滤器脏堵）等，系统实际利用冷负荷降低，导致冷水机组频繁启停。而每次启动且短时间内停机会使二次油分离器内的油与压缩机内的油无法达到平衡状态，二次油分离器内的油逐渐累积至压缩机中。

冷水机组制冷模式运行时，室外环境范围要求在18~43℃。环境温度低于18℃机组运行，6台冷凝风机全部启动，加速热交换速率，冷凝压力低于最小设定值670KPa，导致供油压差不能满足机组运行要求，属于超设计工况运行，长期超低负荷运行，压缩机不但供油受到影响，而且会出现喘振。

2.2压缩机抛油

冷水机组在高的冷凝压力和低的蒸发压力运行时，排气和润滑油温度或内置电动机温度会过高，造成保护动作，压缩机停机。为了保证压缩机能在工作界限范围内运行，系统在储液器下游引取两路管线，通过连接的电磁阀和热力膨胀阀开关向压缩机和电机输送液态制冷剂，利用制冷剂汽化潜热实现冷却作用。压缩机具有两级喷液，二级喷液管线由一个电磁阀和一个热力膨胀阀串联控制，当排气温度≥95℃电磁阀开启开始喷液，≤90℃停止喷液；一级喷液管线只设置了一个机械式喷液热力膨胀阀控制，其开度并不是完全可控，特别在过热度较低需要关闭该膨胀阀时，不能完全保证膨胀阀处于关闭状态，将会有液态制冷剂进入压缩机吸气侧，大量R134a制冷剂融入冷冻油中导致冷冻油粘度降低，再次启机压缩机会出现抛油。

二次油分电磁阀和引射泵电磁阀按固定的频率30秒通和30秒断进行开关控制。因二次油分的温度较低，压缩机较长时间停机后，二次油分内部残余的制冷剂大都以液态的方式存在于二次油分底部，当机组再次启动时如果二次油分电磁阀开启，底部制冷剂会回到压缩机，加速压缩机启动阶段的抛油。引射泵此时回油的危害与二次油分类同。

2.3引射回油不足

满液式制冷系统在压缩机排气口与冷凝器之间安装一个二次油分离器，进一步减少进入系统的冷冻油，其分离效率可达99.9%，但仍有少量冷冻油随制冷剂进入系统，最终在蒸发器液态制冷剂表面漂浮。如果蒸发器中的液态制冷剂液位较低，蒸发器中与冷媒相容的冷冻油不容易回到压缩机中，不但影响制冷剂蒸发，机组出力不足，而且会使压缩机中冷冻油变少。

3.故障处理

解体压缩机，检查其他转动部件及供油回路和调节机构，更换压缩机星轮。同时根据原因分析结果，完成冷冻水系统和通风系统缺陷处理、压缩机喷液回路改造、优化控制程序，提高系统的稳定性。

3.1系统回路检查及控制方式设定

建立定期预防性维修项目，定期清理冷冻水循环泵入口过滤器、通风系统过滤器压差超过限制及时更换。为了机组安全使用，机组在过渡季节，当室外环境温度低于18℃时严禁开制冷运行。从而降低机组频繁启停次数，同时在低负荷运行时，压缩机两次启动间隔设置为30分钟。

当机组重新送电，机组必须满足通电480分钟（默认）以上，机组才允许开机运行，即使手动操作点击运行，机组也需要到达设定时间后自动启动。对于机组刚断电再上电的情况，因系统内冷冻油温满足运行条件，可以先将时间设置成1-2分钟，等机组运行后，再将时间恢复设置为480分钟。

3.2压缩机喷液回路改造

在向压缩机喷液时，为了预防喷液超标加重压缩机抛油问题，在第一级喷液回路机械式喷液膨胀阀上游增加一个电磁阀（EVR10），形成串联控制，当排气温度≥85℃开始喷液，实现压缩机冷却，≤75℃停止喷液。通过此次改造解决了机组在低排气温度运行或停机状态时漏液的风险，有效防止系统内有液态制冷剂回至压缩机内而引起压缩机抛油。压缩机第二级喷液回路不变。

3-1喷液回路改造

4.结论

通过此次单螺杆式冷水机组故障缺陷处理及原因分析，确定了压缩机星轮损坏的根本原因：

本文通过综合分析并完成设备缺陷处理，提高了设备运行的可靠性，对冷水机组类似故障提供了分析及案例参考。

参考文献

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[2]孙见君主编.制冷设备维修工（高级）[M].北京：化学工业出版社，2009.5

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