制冷壓縮機在氣液兩相狀態(tài)下運行的故障檢測

魏永勝

（河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院，河南鄭州 450008）

0 引言

在古代，如果一個人發(fā)生疾病，中醫(yī)一般會通過“望聞問切”的方法進行診治?！巴剢柷小崩锩娴摹奥劇?，主要就是通過聽聲音來判斷患者患有的疾病。在制冷系統(tǒng)里壓縮機就相當(dāng)于人的心臟，如果在工作的時候制冷系統(tǒng)出現(xiàn)異常就會馬上在壓縮機顯示出來，檢修人員通過聽壓縮機聲音的異常就知道發(fā)生了什么問題，通過聲音找到出現(xiàn)問題的地方，再進行解決。在之前的幾年里，我國有很多研究學(xué)者成功地運用聽聲音的方法診斷了壓縮機的問題，像高晶波就用聲譜診斷法檢測了壓縮機氣閥的故障，周勃通過測量噪聲的分布和振動診斷了制冷機出現(xiàn)的運行故障，楊晉在檢查壓縮機排氣孔是否有問題的時候也是采用聽聲音的方法進行的。如果壓縮機里面出現(xiàn)了流水聲，就說明有問題出現(xiàn)。

1 傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)故障檢測的方法

傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)如果發(fā)生了故障，在檢測的時候主要會分為以下幾步進行：首先觀察壓縮機制冷系統(tǒng)里面的管道是否出現(xiàn)問題，其次再看焊接管道的地方有沒有出現(xiàn)漏洞，冷藏室和冷凍室的溫度是否達到了工作的要求；再次就是要聽壓縮機工作運轉(zhuǎn)時候發(fā)出的聲音和蒸發(fā)器里面的氣體流動的聲音；然后用手摸冷凝器和壓縮機外殼的溫度，再用萬用表測量壓縮機的運轉(zhuǎn)電流量和電流電壓等，用電子檢測儀檢查壓縮機里面的制冷劑是否出現(xiàn)泄漏；最后，根據(jù)之前測量的信息和數(shù)據(jù)進行分析。

這種傳統(tǒng)的檢測方式在測量時會消耗非常多的人力和物力，還需要很長的一段時間。在沒有發(fā)現(xiàn)新測量辦法的時候，一般都是靠工人工作的經(jīng)驗來進行判斷，難免出現(xiàn)人為失誤。在這樣的背景下，迫切需要有一個新的辦法來進行檢測。

2 制冷系統(tǒng)濕壓縮故障產(chǎn)生的原因分析

制冷系統(tǒng)正常工作的時候，壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置會一起工作。從蒸發(fā)器里面出來的一些低壓力工質(zhì)蒸汽會被壓縮機吸收，變成高壓力蒸汽之后再送到冷凝器，在冷凝器里面會變成高壓力液體，再通過一些節(jié)流的裝置把壓力較低的氣液相流之后送入到蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器里面會把液體進行吸熱處理，處理之后再把一些壓力比較低的蒸汽送到壓縮機的入口，這就是全部的制冷循環(huán)步驟。濕壓縮就是液態(tài)制冷劑會隨著氣體進入活塞壓縮機的氣缸，壓縮機在工作的時候會帶著這些液工作。如果這些液態(tài)制冷劑在使用的時候沒有在排氣過程中及時排出，就會對壓縮機里面的零件造成一定程度的傷害，這就是常說的液擊。在活塞式壓縮機里面就會經(jīng)常出現(xiàn)液擊情況，因為液體是一種不能壓縮的東西，所以經(jīng)常會給壓縮機帶來一些事故。在制冷系統(tǒng)的所有故障里面，危害最大的就是壓縮機液擊。所以如果制冷系統(tǒng)發(fā)生了濕壓縮故障就需要馬上想辦法解決，這樣才能增加制冷系統(tǒng)的壽命。

常用的節(jié)流機構(gòu)一般包括熱力膨脹閥、電子膨脹閥等部分。進行實驗時，制冷系統(tǒng)的工作具體過程如圖1 所示。

圖1 制冷系統(tǒng)的工作過程

通過圖1 可以發(fā)現(xiàn)：使用毛細管的時候，如果過量液體進入蒸發(fā)器就會出現(xiàn)濕壓縮發(fā)應(yīng)。

3 制冷系統(tǒng)濕壓縮故障振聲分析

在制冷壓縮機里面如果出現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜現(xiàn)象就會出現(xiàn)噪聲源，根據(jù)噪聲產(chǎn)生的原理，可以把噪聲源分為以下：機械、電磁、流體噪聲等。在發(fā)生濕壓縮故障的時候出現(xiàn)的噪聲就是流體噪聲。正常工作的時候活塞壓縮機會吸入氣態(tài)制冷劑后進行往復(fù)運動，再利用排氣閥把氣態(tài)制冷劑排出去，同時進氣閥會開啟，低壓氣流會進入活塞缸，振動會進而產(chǎn)生噪聲。在整個過程中，壓縮機里面的噪聲進氣的噪聲大，排氣的噪聲小。研究學(xué)者昌潔認為，壓縮機在工作運行的時候會發(fā)出一些沉悶的運轉(zhuǎn)聲，當(dāng)壓縮機里面閥片起落的時候還會出現(xiàn)敲擊氣缸的聲音，不過這種聲音只是比較輕微的，這個時候就已經(jīng)發(fā)生了液擊。因為聲音比較小，所以在聽的時候要非常認真。

4 噪聲測量

本項目主要監(jiān)控和測量濕壓縮故障出現(xiàn)時候的噪聲。通過實驗?zāi)軌虻玫揭韵陆Y(jié)論，濕壓縮出現(xiàn)的時候，壓縮機里面會出現(xiàn)結(jié)霜的情況，這個時候壓縮機的噪聲就會出現(xiàn)更大的沉悶聲。所以在檢測制冷系統(tǒng)正常工作和出現(xiàn)濕壓縮故障發(fā)生的聲音時都進行了振聲測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：制冷系統(tǒng)正常工作的時候測量距離壓縮機缸體末端5 cm 處進行噪聲測量，并且記錄出這時候的聲音。在試驗的時候需要先打開毛細管兩端的截止閥，當(dāng)壓縮機開始結(jié)霜之后在壓縮機末端同樣的5 cm 處進行噪聲測試，并在相同的時間記錄，這樣在進行比較的時候就會避免客觀因素的影響。如表1 正常時候的壓縮機噪聲情況和出現(xiàn)濕壓縮故障時候的壓縮機噪聲情況：

在測量的時候每30 s 測量一次，通過表中的數(shù)據(jù)可知，正常工作時平均值比較小，在濕壓縮故障出現(xiàn)的時候噪聲就會越大。制冷系統(tǒng)出現(xiàn)濕壓縮故障的時候噪聲會增加，并且已經(jīng)超過了標(biāo)準(zhǔn)的噪聲要求，要想更深入地了解壓縮機噪聲診斷系統(tǒng)故障的可行性，還可以通過分析壓縮機噪聲頻率來判斷。

表1 兩種工況下的噪聲測量數(shù)據(jù)

5 頻率變化分析

制冷系統(tǒng)如果發(fā)生濕壓縮故障，壓縮機會被制冷劑影響，之后就會產(chǎn)生噪聲。在壓縮機里面如果氣體和液體兩種不同介質(zhì)進入氣管道和閥片的時候都會產(chǎn)生不同的噪聲，這兩種噪聲的區(qū)別非常的明顯，出現(xiàn)的聲音就是液體和固體撞擊的聲音，撞擊發(fā)出的聲音不同所產(chǎn)生的氣體壓力波也就不同，這個時候振動減弱的部分在頻率能量上就會變得非常大，本來應(yīng)該加強的地方能量又會變得非常小。正常的信號也會因為壓縮機發(fā)生故障而出現(xiàn)變化，主要就是通過譜圖的能量分布進行表現(xiàn)，再利用專業(yè)的音頻編輯軟件記錄這些音頻文件，得到的結(jié)果如圖2 所示。

在制冷系統(tǒng)工作的時候，制冷劑一般都是通過流體波的形式存在，波動的形式主要通過一些物理參數(shù)表現(xiàn)出來，在制冷系統(tǒng)流動的時候設(shè)備也會影響制冷系統(tǒng)的流動，所以只要設(shè)備的狀態(tài)改變，噪聲聲波就會出現(xiàn)變化，設(shè)備停止改變的時候噪聲的聲波又會變得正常。制冷系統(tǒng)發(fā)生濕壓縮故障時，出現(xiàn)的壓縮機噪聲不同也會反映在噪聲的頻率上。

從圖2 可知，制冷系統(tǒng)發(fā)生故障的時候曲線會發(fā)生相應(yīng)的變化，發(fā)生故障后譜圖上面的能量顯示非常明顯的變化，并且峰值會減少。從圖中的數(shù)據(jù)還能知道，在正常工作的時候，最大的幅值會達到5719 Hz，發(fā)生故障時就會在1430～1523 Hz，這個時候譜峰也會增加。這說明如果從物理角度進行分析，氣體振動的頻率越大，液體就會變得越??；正常工作的時候氣體振動占主體部分時高頻聲壓高，液體振動的時候低頻聲壓會變高，并且液體份額變得越大、低頻聲壓也變得越大。另外，通過整體的頻率圖還可以發(fā)現(xiàn)，理論和實踐的結(jié)果相同。這說明利用壓縮機噪聲診斷制冷系統(tǒng)濕壓縮故障的方法是可行的，并且有大量的應(yīng)用發(fā)展空間。

圖2 壓縮機噪聲時域圖

6 結(jié)論

通過對實驗的分析可以知道，制冷系統(tǒng)正常工作的時候和出現(xiàn)故障的時候會發(fā)出不同的噪聲，這個時候要想進行噪聲識別可以借助一些聲音設(shè)備，在測試的時候主要分析的就是壓縮機在正常工作情況下和出現(xiàn)故障的情況下的噪聲頻率的區(qū)別，通過數(shù)據(jù)分析診斷壓縮機濕壓縮故障，這種診斷的方法可行性非常高，在檢測的時候也能夠?qū)崟r地進行監(jiān)控，這樣就不會出現(xiàn)重大的事故。并且這種檢測方法與傳統(tǒng)的檢測方法相比，節(jié)約了很多的人力和物力，減少了很多檢測需要的時間，提高了檢測的工作效率，還能在壓縮機工作的時候及時發(fā)現(xiàn)故障的原因和問題，及時提出解決問題的辦法并盡早維修，使壓縮機的使用壽命變得更長。