制冷压缩机液击详解!(压缩机液击是什么现象)

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液击是指液态制冷剂或润滑油随气体进入压缩机气缸后,在压缩行程中因液体不可压缩特性引发的压力突变现象。当两相流以10-30m/s高速冲击吸气阀片时,会导致阀片塑性变形甚至断裂;若残留液体未被及时排出,活塞接近上止点时会被压缩形成超过正常压力5-10倍的瞬时高压冲击波,这种0.01秒内发生的压力骤升可造成连杆弯曲、曲轴断裂等结构性损伤。该现象对往复式压缩机具有毁灭性破坏力,超过80%的液击事故会直接导致阀片碎裂,同时伴随活塞顶部液压凹痕、连杆45°剪切断裂等特征性损伤。通过优化系统设计(如安装气液分离器)、规范操作流程(如曲轴箱预热)以及控制制冷剂充注量,可有效阻断液态介质进入气缸,从而实现液击的完全预防。

吸气阀片断裂:

压缩机通过活塞往复运动压缩气体,半封闭式机型活塞频率达1450次/分钟,全封闭式则高达2900次/分钟,对应单次吸排气过程仅需0.02秒。阀板系统的吸排气孔径、阀片弹性模量及机械强度均针对气体流动特性优化设计,正常工况下气体冲击力分布相对均匀。

当液态制冷剂夹杂液滴进入气缸形成两相流时,其物理特性发生显著变化:液体密度是气体的数十至数百倍,导致其流动动量远超气体,产生更强的冲击力。这种两相流冲击阀片时,会产生类似台风裹挟碎石撞击玻璃的瞬时高压脉冲(强度可达常规气体冲击的5-10倍),在0.01秒内形成超过材料屈服极限的应力波,导致阀片发生塑性变形甚至断裂。该现象作为液击的典型特征,往往伴随连杆塑性弯曲、曲轴断裂等连锁性机械损伤。

连杆断裂:

液击现象中,压缩行程仅持续约0.02秒,而排气过程更为短暂(通常不足0.01秒)。气缸内残留的液态制冷剂或润滑油必须在极短时间内通过排气孔排出,其高速流动(速度可达30m/s)产生的动量远超气体冲击力。排气阀片虽与吸气阀片结构相似,但配备限位板及弹簧片支撑系统,使其抗冲击能力提升约40%,但仍可能在极端工况下发生变形甚至翘曲。

当液态介质未被及时排出时,活塞接近上止点会引发瞬时高压压缩过程。由于压缩时间极短(约0.01秒),该过程表现为剧烈的液压冲击波(压力峰值可达正常工况的10-15倍),导致缸盖出现特征性金属爆裂声。这种瞬态压力波会对阀板组件、活塞顶部、曲轴连杆组等核心部件产生叠加损伤,其中连杆弯曲变形发生率高达73%。

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液击引发的连杆断裂具有显著特征:断裂面呈现45°剪切特征且断茬光滑,与抱轴故障的磨损失效(断茬粗糙)或活塞咬缸的疲劳断裂(贝壳状断口)存在本质区别。此外,液击发生时电机电流无明显波动,热保护器不会触发,这与过载故障的伴随现象形成对比。检修时若仅更换断裂连杆而忽略阀板垫变形、曲轴颈划痕等隐性损伤,将导致3-6个月内重复故障率提升50%。

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原因分析1.回液

回液指制冷系统运行时蒸发器内的液态制冷剂通过吸气管路回流至压缩机的现象。该现象与膨胀阀选型不当(如过热度设定过小、感温包安装错误或失效)密切相关,毛细管系统过量充注制冷剂同样会引发回液。热气融霜系统因蒸发器残留液态制冷剂易产生回液,蒸发器结霜严重、风机故障或冷库温度频繁波动会加剧此风险。

回液对压缩机的危害具有双重性:在风冷半封闭压缩机中,液态制冷剂直接冲击气缸引发液击,造成阀片断裂、连杆变形等机械损伤;在回气冷却型压缩机中,液态制冷剂稀释曲轴箱润滑油,导致油膜破裂引发运动部件异常磨损。当润滑油含液量超过15%时,轴承磨损速率提升3倍,严重时曲轴偏移引发定子扫膛故障。

预防回液危害需采取系统级防护:安装气液分离器可拦截90%以上的液态制冷剂回流,配合曲轴箱加热器(维持油温≥40℃)能有效抑制制冷剂迁移。对于高风险系统,采用电子膨胀阀替代毛细管可将过热度控制精度提升至±1K,显著降低回液概率。

2.带液启动

带液启动指回气冷却型压缩机启动时,曲轴箱内润滑油因溶解的制冷剂瞬间气化产生剧烈泡沫的现象。该现象可通过油视镜观察到,其本质是停机后滞留在润滑油中的制冷剂(尤其溶解态)在系统压力骤降时发生闪蒸,形成类似碳酸饮料开瓶的剧烈气液混合状态。泡沫持续时间为数分钟至十余分钟,当泡沫通过吸气管进入气缸后,液态制冷剂-润滑油混合物将引发液击。

与回液不同,带液启动的制冷剂通过"制冷剂迁移"进入曲轴箱。该过程表现为:停机后蒸发器中的气态制冷剂因曲轴箱温度较低(尤其冬季或室外环境),通过回气管路持续迁移至压缩机。由于润滑油对制冷剂的溶解特性(分压差驱动),制冷剂逐渐溶解于润滑油并沉降至底部,形成分层现象。停机时间越长,迁移量越大,含制冷剂的润滑油因密度较大沉降至曲轴箱底部。

关键机理包括:

压力差驱动:停机后蒸发器压力高于曲轴箱,驱动气态制冷剂迁移

温度梯度效应:环境温度低于压缩机时加速制冷剂冷凝迁移

溶解度特性:润滑油对制冷剂的溶解度随压力降低而下降,导致闪蒸

热力学滞后:停机后润滑油温度逐渐降低,持续吸收制冷剂蒸气

预防措施需针对迁移路径:安装曲轴箱加热器维持油温>40℃,可降低制冷剂溶解度达60%;采用倒U型回气管设计可形成液封阻隔迁移;停机前执行抽空操作可移除90%以上液态制冷剂 。

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除容易引起液击外,“制冷剂迁移”还会稀释润滑油。很稀的润滑油被油泵送到各摩擦面后,可能冲涮掉原有油膜,引起严重磨损( 这种现象常称为“制冷剂冲刷” )。过渡磨损会使配合间隙变大,引起漏油,从而影响较远部位的润滑,严重时会引起油压保护器动作。

由于结构原因,空冷压缩机启动时曲轴箱压力的降低会缓慢得多,起泡现象不很剧烈,泡沫也很难进入气缸,因此空冷压缩机不存在带液启动液击问题。理论上讲,压缩机安装曲轴箱加热器(电热器)可以有效防止“制冷剂迁移”。短时间停机( 比如在夜间 )后,维持曲轴箱加热器通电,可以使润滑油温度略高于系统其它部位,“制冷剂迁移”不会发生。长时间停机不用( 比如一个冬天 )后,开机前先加热润滑油几个或十几个小时,可以蒸发掉润滑油中的大部分制冷剂,既可以大大减小带液启动时液击的可能性,也可以降低“制冷剂冲刷”造成的危害。但实际应用中,停机后维持加热器供电或者开机前十几小时先给加热器供电,是有难度的。因此,曲轴箱加热器的实际效果会大打折扣。

对于较大系统,停机前让压缩机抽干蒸发器中液态制冷剂( 称为“抽空停机” ),可以从根本上避免“制冷剂迁移”。而回气管路上安装气液分离器,可以增加“制冷剂迁移”的阻力,降低“迁移”量。

当然,通过改进压缩机结构,可以阻止“制冷剂迁移”,并减缓润滑油起泡程度。通过改进回气冷却型压缩机内的回油路径,在电机腔与曲轴箱“迁移”的通道上增加关卡( 回油泵等 ),停机后即可切断通路,制冷剂无法进入曲轴腔;减小进气道与曲轴箱的通道截面可以减缓开机时曲轴箱压力下降速度,进而控制起泡的程度和泡沫进入气缸的量。

3. 润滑油太多

半封闭压缩机通常都有油视镜,以便观察油位高低。油位高于油视镜范围,说明油太多了。油位太高,高速旋转的曲轴和连杆大头就可能频繁撞击油面,引起润滑油大量飞溅。飞溅的润滑油一旦窜入进气道,带入气缸,就可能引起液击。

大型制冷系统安装调试时,往往需要适当补充润滑油。但对于回油不好的系统,要认真寻找影响回油的根源,盲目地补充润滑油是危险的。即使暂时油位不高,也要注意润滑油突然大量返回时( 比如化霜后 )可能造成的危险。润滑油引起的液击并不罕见。

液击是压缩机常见故障。发生液击,表明系统或维护中一定存在问题,需要加以纠正。认真观察分析系统的设计、施工和维护,不难找到引起液击的根源。不从根源上防止液击,而简单地将故障压缩机维修或更换一台新压缩机,只能使液击再次发生。

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