船舶制冷系统排气压力过高的分析与处理.docx
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船舶制冷系统排气压力过高的分析与处理
大连海事大学
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毕业论文
二○一一年十月
船舶制冷系统排气压力过高的分析与处理
专业班级：
姓名：
###
指导教师：
韩彩娟
大连海事大学
内容摘要
压缩机是船舶制冷系统中的核心部件，被称为制冷装置的“主机”，是决定装置制冷量的关键设备，也是维护保养的重点。
只有通过它将电能转换为机械功，把低温低压气态制冷剂压缩为高温高压气体，才能保证制冷的循环进行。
由于各种损失诸如摩擦、泄漏、有害传热、电机损失、流动阻力、噪声振动等的存在，压缩机工作时实际效率远低于理论效率。
分析制冷压缩机常见故障，有效地对其进行维护保养，能很好地提高压缩机使用寿命和工作效率。
本文通过对船舶制冷压缩机常见故障进行了分析，使其在使用过程中能有针对性地进行管理，防止损坏事故的发生，能很大程度地提高船舶制冷装置的经济性和实用性。
船用制冷装置是船舶制冷的心脏，如今制冷技术已经广泛应用于船上，但有时制冷系统出现故障需要及时排除，以免造成严重的后果，所以说制冷系统排气压力过高的发生原因和掌握一些排除故障的方法显得尤为重要。
本文剖析了制冷压缩机产生排气压力过高故障的部位、现象及原因，并指出如何进行该故障的诊断和排除。
关键词：
制冷压缩机；排气压力；故障；排除
Abstract
Compressoristhecorecomponentsintherefrigerationsystem,knownasthe"host"ofrefrigerationequipment,itistodecidethekeyequipmentrefrigerationofthedevice,isalsothefocusofmaintenance.Onlythroughitwillbeelectricenergyintomechanicalwork,thelowtemperaturelowpressuregasrefrigerantscompressionforhightemperatureandhighpressuregas,canensurethatthecycleofrefrigeration.Duetothelossofsuchasfriction,leakage,harmful,motorloss,heatresistancetoflow,theexistenceofthevibrationnoiseandthecompressor,theactualworkefficiencyisfarlowerthanthetheoreticalefficiency.Analysisrefrigerationcompressorcommonfault,effectivelythemaintenance,canbeverygoodtoimprovecompressorservicelifeandworkefficiency.Thisarticlethroughtotheshiprefrigerationcompressorcommonfailuresareanalyzed,intheuseprocessthatcanbetargetedforthemanagement,andpreventdamagetotheaccident,cangreatlyimprovetheshiprefrigeration,economicandpractical.
Marinerefrigeratingdeviceistherefrigerationheart,nowrefrigerationtechnologyhasbeenusedwidelyintheboat,butsometimesrefrigerationsystemmalfunctionneedpromptlyeliminate,lestcauseseriousconsequences,sosayrefrigerationsystemofexhaustpressureistoohighinthecauseandmastersomewaystoremovethefaultsisparticularlyimportant.Thispaperanalyzestherefrigerationcompressorproduceexhaustpressureistoohightothepartsofthefault,thephenomenonandreason,andpointsouthowtoconductthefaultdiagnosisandruledout.
Keywords:
Refrigerationcompressor;Exhaustpressure;Fault;Ruledout
目录
绪论1
1.船用制冷“主机”介绍1
2.船舶制冷系统主要部件的工作原理及特点2
2.1制冷压缩机2
2.2换热器3
2.3冷凝器4
2.4蒸发器4
2.5易熔塞和高低压控制器4
2.6曲轴箱加热器4
2.7用于制冷、供暖空调设备上的自动控制器4
2.8热力膨胀阀5
2.9干燥过滤器5
3.制冷系统主要运行参数的节能控制调节6
3.1蒸发温度和蒸发压力6
3.2冷凝温度和冷凝压力6
3.3液体过冷度和吸气过热度7
3.4加强日常工作的管理9
4.制冷辅助设备10
4.1传热设备10
4.2分离设备12
4.3贮液器13
4.4排液桶13
4.5低压循环桶13
5.船舶制冷系统排气压力过高的危害13
6.船舶制冷系统排气压力过高的原因14
7.船舶制冷系统排气压力过高初步检查14
8.船舶制冷系统故障快速判断表15
9.船舶制冷系统排气压力过高处理方法16
10.结论18
11.致谢19
12.参考文献20
绪论
压缩机在运转过程中，难免会出现一些故障，甚至事故。
故障是指压缩机在运行中出现的不正常情况，一经排除压缩机就能恢复正常工作，而事故则是指出现了破坏情况。
两者往往是关联的，若碰到故障不及时排除便会造成事故。
压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械。
从能量的观点来看，压缩机是属于将原动机的动力能转变为气体压力能的机器。
随着科学技术的发展，压力能的应用日益广泛，使得压缩机在国民经济建设的许多部门中成为必不可少的关键设备之一。
制冷压缩机的故障可分为电机故障和机械故障，机械故障包括曲轴，连杆，活塞，阀片，缸盖垫等故障往往使电机超负荷运转甚至堵转，是电机损坏的主要原因之一。
液击可以在很短时间内造成压缩受力件的损坏，是往复式压缩机的致命杀手。
减少或避免液体进入气缸就可以防止液击的发生。
压缩机是高速运转的复杂机器，保证压缩机曲轴、轴承、连杆、活塞等运动件的充分润滑是维持机器正常运转的基本要求。
为此，压缩机制造商要求使用指定牌号润滑油，并要求定期检查润滑油油位和颜色。
然而,由于制冷系统设计、施工和维护方面的疏忽，压缩机缺油、油焦化变质、回液稀释、制冷剂冲刷、使用劣质润滑油等造成运动件润滑不足的情况比较常见。
润滑不足会引起轴承面磨损或划伤，严重时会造成抱轴、活塞卡在气缸内以及由此而引起的连杆弯曲、断裂事故。
压缩机正常运转时的发热量不应该引起过热。
正常的电机发热、压缩热以及摩擦热在设计压缩机时均做过认真的考虑，并有相应的冷却措施。
然而在实际使用中，由于超范围使用、电源不正常、电机过载、制冷剂泄漏、冷凝压力太高等问题引起的电机高温、排气温度过高、润滑油焦糊等过热现象比较常见，并已成为压缩机常见故障。
气缸排气温度是判断压缩机是否过热的重要指标之一。
压缩机过热是一个重要的故障信号，表明制冷系统存在较严重的问题，或者压缩机的使用和维护不当。
如果压缩机过热的根源在于制冷系统，只能从改进制冷系统设计和维护方面着手解决问题。
换一台新压缩机上去不能从根本上消除过热问题。
压缩机常见的故障（液击、缺油、润滑不足、电机损坏）产生的原因进行逐一分析，提出了相应的对策。
在设计及运用中避免液击的产生，保持适当的润滑油，正确安装和维护，有利于压缩机的正常工作，减少故障。
排气温度受压缩比影响很大，压缩比越大，排气温度就越高。
降低压缩比可以明显降低排气温度，具体方法包括提高吸气压力和降低排气压力。
吸气压力由蒸发压力和吸气管路阻力决定。
提高蒸发温度，可以有效提高吸气压力，迅速降低压缩比，从而降低排气温度。
此外，制冷剂不足也是吸气压力低的一个因素。
制冷剂漏失后要及时补充。
实践表明，通过提高吸气压力来降低排气温度，比其他方法更简单有效。
排气压力过高的主要原因是冷凝压力太高。
冷凝器散热面积不足、积垢、冷却风量或水量不足、冷却水或空气温度太高等均可导致冷凝压力过高。
选择合适的冷凝面积、维持充足的冷却介质流量是非常重要的。
1.船用制冷“主机”介绍
在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。
制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。
压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。
冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。
节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。
实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。
制冷压缩机是制冷装置中的心脏，也就是最关键的“主机”，对装置的制冷量，制冷系数及其使用寿命有决定性的影响。
由于制冷压缩机有多种类型，例如，活塞式、回转式、离心式等类型。
回转式压缩机又包括螺旋式、涡旋式、滚动转子式等多种压缩机，下面我们将介绍一种船上应用最广泛，制造、管理和维修经验都比较成熟的一种：
活塞式制冷压缩机。
它的流量受其转速限制，局限用于小范围的制冷，不过是船舶制冷装置采用的主要机型。
按壳体结构分为以下几种：
开启式压缩机曲轴通过轴封伸出机体之外，再由原动机驱动。
轴封或多或少会有制冷剂泄漏。
较大的压缩机采用开启式。
半封闭式见，电动机和压缩机共用一根主轴，装在同一机体内，没有轴封；有可拆卸的缸盖，端盖以便更换气阀、油泵等易损件，采用垫片静密封，使制冷剂泄漏机会显著减少。
其电动机可由制冷剂吸气冷却，采用绝缘材料等必须耐油，耐制冷剂。
全封闭式，采用同一主轴的电动机和压缩机装在一个焊死的薄壁机壳内，没有任何可拆卸的部件。
这种压缩机可靠性能高，使用寿命长，同时也要求系统清洁，密封好，在使用期内一般可免维修。
主要用于冰箱，小型空调装置等。
2.船舶制冷系统主要部件的工作原理及特点
2.1制冷压缩机
制冷压缩机是用以压缩和输送制冷剂的设备。
在消耗外界补偿功的条件下，它以机械方法吸入来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸汽，将该蒸汽压缩成高温高压的过热蒸汽，并排放到冷凝器中去，使制冷剂能在制冷系统中实现制冷循环。
①开启式压缩机。
这种压缩机与电动机没有共同外壳。
根据曲轴箱形式，又可分为开式曲轴箱压缩机和闭式曲轴箱压缩机。
前者因曲轴箱与大气相通，气缸里漏出的制冷剂直接进人大气，泄漏量大，目前已很少应用。
后者曲轴箱的曲轴用轴封加以密闭，使曲轴箱封闭，以减少制冷剂的泄漏量。
②半封闭式压缩机。
这种压缩机与电动机直接连接；一起装在以螺栓连接的密封壳体内，并共用同一主轴，机壳为可拆卸式，便于维修。
根据电动机的冷却形式可分为进气冷却式、进气与空气混合冷却式等形式。
目前半封闭式压缩机多为高速多缸式。
③全封闭式压缩机：
这种压缩机和电动机直接连接，并一起装在一个焊接的密封壳体内。
这种压缩机结构紧凑、密封性极好。
使用方便、振动小、噪音低，适用于小型制冷设备。
全封式压缩机有活塞式、旋转式、涡旋式三种。
A、旋转式压缩机
是一种特殊的小型回转式压缩机，如图1－l－2所示。
其转子偏心地装在定子内，排气时间长（比往复活塞式长30％左右），流过气阀的流动阻力损失小，缸径行程比大，排气容积和吸气管管径大，吸气过热小，电动机工作温度低，效率高，成本低以及寿命长。
C、涡旋式压缩机
是通过涡旋定子和涡旋转子组成涡卷以及构成这个涡卷的端板所形成的空间来压缩气的回转式压缩机。
工作时，随着曲轴的回转，涡旋转子以其中心始终绕涡旋定子中心作一偏心量为半径的圆周运动。
它与往复活塞式压缩机相比，其主要特点是：
压缩气体几乎不泄漏、不需吸排气阀、绝热效率可提高10％、震动小、扭矩变化小、噪音可降低5dB（A）、体积减小40％、重量减轻15％。
它适用于热泵式、吊顶型等空调机上。
④双螺杆式压缩机。
A、双螺杆式压缩机是依靠两个螺旋形转子相互啮合而进行压缩的回转式压缩机，主由阳螺杆、阴螺杆、气缸、转轴和轴封等组成。
阳螺杆为主动螺杆，阴螺杆为从动螺杆，两螺杆的啮合与旋转齿轮传动相似。
气缸做成横“矿字形，其内壁与两螺杆的齿面之间的空间形成气缸工作容积，吸气口与排气口分别布置在气缸的两端。
螺杆旋转时，对吸入的蒸汽进行压缩，直至最后排出。
由于螺杆的转速较高，因此排气压力脉动性小。
它不存在余隙容积，效率高。
B、双螺杆式制冷压缩机的性能特点：
a）双螺杆式压缩机属于容积式气体压缩机，即通过工作容积的逐渐减少来达到工质压力提高的目的。
b）双螺杆式压缩机的工作腔是由一对相互平行放置的啮合的阴阳转子和壳体组成。
转子两端置于轴承之上，阳转子的一端与电动机相连，阴转子为从动转子，由阳转手带动，转子的两端有吸气口及排气口。
c）一般阳转子有四个凸而宽的齿，阴转子有六个四面窄的齿。
与一对螺旋齿轮相似，相互咬合，凸齿逐渐地在齿沟的总长度上移动，达到压缩的目的，并更进一步促进吸气。
带走压缩机压缩过程中所产生的压缩热，使压缩尽可能接近于等温压缩以提高热效率。
并且排气温度与绝热压缩的情况相比要低得多。
如单级压缩的冷凝温度为+40℃，蒸发温度为-40℃的情况下，工质使用氨时活塞式压缩机的排气温度达到200℃左右，根本不能工作，如采用螺杆式压缩机，在上述情况下排气温度可以控制在80℃左右。
由于双螺杆式压缩机的排气温度十分低，所以就能够防止轴承、转子、滑阀机构及箱体等的热变形，转子间的间隙因而可以造得比无油螺杆式压缩机更小，从而使内部泄漏减少。
2.2换热器
用来实现冷热流体之间热量交换的设备称为换热器
;机组中有两类换热器即风换热器和水换热器;风换热器作为冷凝器作用是将压缩机排出的高温高压制冷剂气体冷却为液体，将热量传到空气中；作为蒸发器的作用是让低温低压的制冷剂液体气化，吸收空气中的热量。
水换热器作为蒸发器的作用是令低压制冷剂液体气化，吸收水中的热量，从而使水的温度降低。
作为冷凝器的作用是将高温高压制冷剂气体冷却为液体，将热量传入水中，而使水的温度升高。
风换热器的结构为内螺纹铜管串铝翅片结构以增加制冷剂在铜管内搅动流动，而风在铝翅片间流动。
风换热器在运动时，注意保持通风良好，翅片表面无挡风，翅片间无脏物，平时注意定时清洗。
2.3冷凝器
冷凝器又称为“液化器”，是使蒸汽在其中放出热量而液化的热交换器。
在制冷系统中，它是制冷剂向系统外放热的热交换器。
来自压缩机的制冷剂过热蒸汽进人冷凝器后，将热量传给周围介质——空气或水，而其自身因放出潜热而凝结成液体体p液化）。
按所采用的冷却介质，冷凝器可分为风冷式（或称空冷式）和水冷式。
2.4蒸发器
蒸发器是液体制冷剂在其中蒸发的热交换器。
在制冷系统中，蒸发器是产冷设备，它属于问壁式热交换器，被冷却介质的热量通过管壁式板壁传给制冷剂，制冷剂在低温下蒸发，把热量从蒸发器中带走。
制冷系统中的蒸发器按冷却方式不同，可分为直接冷却式和间接冷却式两大类。
两者冷却空气或冷却物体，后者先冷却载冷剂——盐水或淡水，再去冷却空气或冷却物体。
前者降温快、冷量损失小、结构紧凑，主要用于冰箱、冷藏箱。
小冷库、小型制冷设备及各种空调机中，而后者用于较大型的空调和冷冻设备中。
2.5易熔塞和高低压控制器
这两个部件都是为制冷系统安全运行而设置的。
为了防止压缩机排气压力过高与吸气压力过低而设置了压力继电器，它属于双位调节器。
当压缩机排气压力超过设定值时，高压控制器的微动开关断开压缩机电源，待故障排除后，手动复位。
当吸气压力过低时，低压控制器就会动作而使压缩机停车。
其高低压力设定值可调节。
2.6曲轴箱加热器
曲轴箱加热器是在压缩机底部外围紧靠着压缩机固定的电加热器。
为了使压缩机底部的冷凝器用），而冷液态制冷剂不断地保持气体状态，可用曲轴箱加热器对压缩机本身进行保温。
2.7用于制冷、供暖空调设备上的自动控制器
电磁阀可以受压力、温度、液面、流量控制器或手动开关发出的指挥信号所控制的一种开关式自动调节阀，广泛用于空调制冷系统中。
电磁阀由电磁头、外壳、线圈、芯铁。
弹簧、膜片或活塞、阀体等主要零部件组成。
当电源接通或断开时，线圈中磁场形成或消失，吸起阀门或让阀门利用弹簧力和铁芯本身的自重而关闭。
电磁阀的外形结构如图1-l-8所示。
四通换向阀是一种两进两出的特殊电磁阀，用于压缩式热泵系统供暖与制冷工况转换。
当热泵从制冷工况转为供暖工况时，四通换向阀动作（转到供暖工况位置），于是室内蒸发器作为冷凝器用，压缩机排出的高温制冷剂蒸汽经四通间流入室内蒸发器（此时作冷凝器用），而冷凝器则成为蒸发器，完成工况转换。
四通阀由主阀、导阀和电磁线圈三个主要部分组成。
当电磁线圈通电时，机组处于制热运行状态，当电磁线圈断电时，机组处于制冷运行状态。
四通阀在使用维修时，应当注意以下几点；在拆装时，一定要使四通阀的接管和接线正确无误。
安装前尽量清除管内的杂物。
焊接时，将线圈拆下，阀体用湿布包扎。
通电前，一定核实四通阀线圈的电压与电源电压是否一致，线圈是否牢固地套在阀杆上。
在线圈通电时，切忌不断电拆卸阀的线圈。
四通阀在制冷时不通电，在制热时，电磁阀通电，此时能够听到阀体内有“咔哒”的响声，然后可以听到急促的气流声。
若制冷制热不能切换，一般为四通阀换向失灵。
2.8热力膨胀阀
1、热力膨胀阀是调节进入蒸发器中挥发性制冷剂流量的控制机构。
其随蒸发器压力变化和出口的过热度变化而动作。
热力膨胀阀是压缩式制冷系统中常备的一个节流部件。
它由感温包、毛细管、膜片、定值弹簧、节流针阀及调节螺丝等零件组成。
感温包、毛细管及膜片所组成的密闭系统中充注低沸点工质作为感温系统。
它装在蒸发器进口端，而感温包紧贴在蒸发器出口端的管上。
2、膨胀阀在制冷系统中有三个作用：
节流降压：
当高压常温的制冷剂液体经过膨胀阀后，就变为低压低温的制冷剂液体，这些低压低温的制冷剂液体流入换热器中迅速蒸发，从而实现换热。
控制流量：
膨胀阀通过感温包感受进入压缩机的气体温度控制膨胀阀的开度，调节流过膨胀阀的制冷剂流量，使制冷剂流量与换热器的热负荷相匹配。
控制过热度：
膨胀阀在出厂时，调整好的设定，使之既能保持换热器传热面积的充分利用，又防止压缩机的液击。
2.9干燥过滤器
干燥过滤器是清除机组中的杂质污物和水份的元件。
在制冷系统中，由于制冷剂、冷冻油中含有水份，而在组装时也会不可避免地有氧化物及潮气，机组运行也能产生部分脏物，而制冷系统对水份和杂质又特别敏感，若系统中的水份或杂质物达到一定的量，就会对压缩机及制冷配件造成严重的危害，故在系统中必须加装干燥过滤器。
干燥过滤器的工作原理为分子筛和玻璃棉层混合作用，分子筛去除水份和蜡质，玻璃。
在使用时，由于分子筛吸水能力较强，故平时存放干燥过滤器不要开口暴露在大气当，。
在正常运行时，干燥过滤器整体温热。
若干燥过滤器半截发热半截发凉，说明干燥过滤器堵塞。
干燥过滤器的工作原理为分子筛和玻璃棉层混合作用，分子筛去除水分和蜡质，玻璃棉过滤固体杂质。
在使用时，由于分子筛吸水能力较强，故平常存放干燥过滤器不要开口暴露在大气当中。
焊接时，在干燥过滤器上包湿布，在焊接后不要浇水。
在正常运行时，干燥过滤器整体温热。
若干燥过滤器半截发热半截发凉，说明干燥器堵塞。
3制冷系统主要运行参数的节能控制调节
在实际的制冷设备及系统工程运行中，我们认识到不仅应该把制冷系统调整到合理的运行范围，满足制冷工艺的要求，维持其安全正常运行，而且还应该并可以进一步将制冷系统调整到最佳运行状态，实现高效节能的运行目的，提高制冷设备运行的节能水平。
3.1蒸发温度和蒸发压力
在制冷设备的设计中，提高蒸发温度将使制冷系统的压缩比降低、功耗减少，这对节能是十分有利的。
问题是蒸发温度取决于被冷却对象，调整蒸发温度必须以不影响被冷却对象的制冷工艺要求为前提。
但在制冷装置的操作调节中，应注意观察，及时采取相应措施，如适当除霜、适当增大供液量、对蒸发器进行放油除污垢清理、对压缩机实施有效能量调节等，使蒸发温度稳定在设计温度，避免蒸发温度不必要地过低还是非常必要的。
从节能的角度来讲，适当地提高蒸发温度是经济合理的，计算表明当用-25℃的库温代替-30℃库温时，由于蒸发温度升高，将节约电能达9.8%。
因此，对于贮存期较短，质量对低温要求不高的情况，可以适当地提高蒸发温度，达到节能的效果。
另外一般制冷装置都按满负荷进行设计，而实际在满负荷运行的时间并不长，大部分时间是在小于设计负荷的条件下运行。
在部分负荷即耗冷量减少时，提高蒸发温度，可以利用减小蒸发器的传热温差，达到同样的降温效果。
例如，当冷凝温度为38℃时，制冷系统的蒸发温度-33℃；当耗冷量减少为原设计的50%，原蒸发器传热温差由10℃减少为5℃，库房仍利用原有设备，使库温维持在-23℃，但此时蒸发温度提高为-28℃，计算表明节能效果可达15%。
3.2冷凝温度和冷凝压力
冷凝温度过高，将引起压缩机排气压力过高，排气温度升高，这对压缩机的安全运行十分不利，容易造成事故；同时使制冷装置效率降低，能耗增加。
从节能角度，在制冷设备设计时应适当选取较高的冷凝温度，即配置较大的冷凝换热面积，达到实际节能运行的目的。
从操作调节的角度，应控制制冷设备在尽可能低的冷凝温度下运行，以提高制冷效率，降低运行费用。
冷凝温度决定于冷却介质的温度、流量、流速、冷凝面积、压缩机的排气量以及空气湿度、油污、水垢等影响冷凝器传热效率的各种因素。
要使冷凝温度尽量低，主要从两方面入手：
一是保持换热面积的清洁，消除影响热交换的因素，即及时除垢、放油、排除不凝结气体；另一方面，就是控制冷却介质的流量、流速，保证冷却介质均匀地流过换热面积；还要特别注意冷却水在冷凝器中分配的均匀性。
在系统设备部分负荷下运行时，应特别注意同时对应控制调节冷凝系统的水泵或风机负荷，避免无效的换热功耗。
因为制冷设备的总能耗包括了压缩机的能耗和换热器水泵和风机的能耗。
3.3液体过冷度和吸气过热度
液态制冷剂节流后进入两相湿蒸汽区，此时制冷剂的干度越小，其在蒸发器中气化时的吸热量即制冷量越大，循环的制冷系数亦越高。
在一定的冷凝温度、
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