空調(diào)機(jī)組機(jī)械式壓力開關(guān)常見的故障及解決對策

徐耀澎 蔡偉達(dá)

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

壓力開關(guān)[1]用于空調(diào)機(jī)組，起到機(jī)組冷媒壓力異常的保護(hù)作用，是空調(diào)器的重要組成部件。壓力開關(guān)故障[2,3]會無法監(jiān)測空調(diào)機(jī)組運行異常，嚴(yán)重時會損壞壓縮機(jī)。內(nèi)部金屬氧化、內(nèi)部金屬斷裂、觸點異物等是壓力開關(guān)常見的故障問題，本文將通過實驗分析壓力開關(guān)的故障機(jī)理，并提出對應(yīng)的改善方案。

1 壓力開關(guān)概述

1.1 壓力開關(guān)的作用

壓力開關(guān)可以廣泛用于石油、化工、電力、供水等領(lǐng)域。也用于制冷系統(tǒng)的高、低壓力保護(hù)控制，安裝位置見圖1。

圖1 空調(diào)用壓力開關(guān)的安裝位置

安裝在壓縮機(jī)排氣管口后的低壓開關(guān)檢測壓縮機(jī)啟動后管路中的壓力是否達(dá)到系統(tǒng)運行壓力。壓縮機(jī)運行后，如果管路出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏或壓縮機(jī)上壓過低時，低壓開關(guān)會保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，控制板做出低壓保護(hù)報警、停止壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)等動作。

安裝在冷凝器后的高壓開關(guān)主要是保護(hù)該段管路的壓力不超過預(yù)定的警戒值。當(dāng)外機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速過慢、停轉(zhuǎn)或者管路系統(tǒng)堵塞等因素導(dǎo)致該段管路壓力過高時，高壓開關(guān)會將斷開信號提供給主控板，主控板將做出相應(yīng)的保護(hù)動作。

1.2 壓力開關(guān)的分類

壓力開關(guān)根據(jù)不同的用途及結(jié)構(gòu)有多種分類，其中常見的分類有：

1）按照安裝形式可以分為：螺紋快速接頭和銅管焊接式。

2）按照開關(guān)連接方式可以分為：插片式和引線式。

3）按照感應(yīng)方式可以分為：電子式和機(jī)械式。

4）按照大氣壓下觸點的接觸形式可以分為：常閉型和常開型。

因銅管焊接密封性能比較好，價格便宜，空調(diào)機(jī)組大多數(shù)使用機(jī)械式銅管焊接的壓力開關(guān)。

1.3 壓力開關(guān)結(jié)構(gòu)

空調(diào)機(jī)組使用的壓力開關(guān)通常由銅管或接頭、感應(yīng)器、金屬膜片、導(dǎo)桿、環(huán)氧樹脂、內(nèi)殼、觸點開關(guān)、插片或引線組成，其半解剖圖見圖2。

圖2 壓力開關(guān)半解剖注釋圖

2 常見的故障分析

2.1 陶瓷桿磨損

生產(chǎn)和售后時常發(fā)生壓力開關(guān)不導(dǎo)通的問題，其中動靜觸點接觸不良是壓力開關(guān)不導(dǎo)通的常見原因，通過X光透視發(fā)現(xiàn)動靜觸點有間隙導(dǎo)致接觸不良，但是有動靜觸點點接觸，壓力開關(guān)仍然不導(dǎo)通的故障案例，見圖3。

圖3 觸點有間隙

對失效樣品進(jìn)行解剖分析，發(fā)現(xiàn)動、靜觸點接觸面有黑色物質(zhì)，見圖4對黑色物質(zhì)在電鏡下觀察，黑色物質(zhì)表面有金屬熔融物質(zhì)（見圖5，掃描發(fā)現(xiàn)黑色物質(zhì)存在鋁元素，見表1。）

圖4 接觸面有黑色物質(zhì)

圖5 電鏡分析

表1 掃描檢測元素

綜上，分析觸點黑色異物為陶瓷桿受系統(tǒng)壓力波動而上下移動，與注塑孔相互摩擦產(chǎn)生Al2O3粉末，該粉末在長期使用下逐漸轉(zhuǎn)移觸點造成開關(guān)動靜觸頭接觸失效打火，最終形成黑色熔融狀物質(zhì)粘附在觸頭表面，造成壓力開關(guān)不導(dǎo)通的問題。

2.2 簧片斷裂

壓力開關(guān)簧片大多采用鈹青銅材料，學(xué)者們曾研究鈹青銅簧片斷裂的原因并提出改善建議[4-6]。本文研究的閥片斷裂多集中于低壓開關(guān)，空調(diào)機(jī)組正常工作時低壓開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，即陶瓷桿向上彈起動簧片，簧片處于持續(xù)受力狀態(tài)。

對開關(guān)簧片斷裂的樣品研究分析，發(fā)現(xiàn)斷裂位置均在簧片彎折位置，此處部分彎折角度較大，且在開關(guān)動作時長期受陶瓷桿機(jī)械應(yīng)力作用，存在長期疲勞的問題，見圖6。

圖6 簧片斷裂

對各結(jié)構(gòu)類型的開關(guān)簧片進(jìn)行放大觀察，發(fā)現(xiàn)失效品彎折角度較大，應(yīng)力較為集中，見圖7。開關(guān)簧片做厚度、彎度和折彎角度對比，結(jié)果見表2，對比各樣品的簧片結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)樣品1簧片厚度偏小，且折彎角度偏大，存在應(yīng)力集中問題，造成其耐機(jī)械沖擊強(qiáng)度性能差。

圖7 不同結(jié)構(gòu)開關(guān)彎折部位放大圖

表2 不同結(jié)構(gòu)樣品的結(jié)構(gòu)對比

判斷簧片斷裂的主要原因為簧片本身結(jié)構(gòu)問題造成，屬于應(yīng)力集中的表現(xiàn)，對三個樣品進(jìn)行復(fù)現(xiàn)實驗，復(fù)現(xiàn)實驗結(jié)果如表3。

表3 不同結(jié)構(gòu)樣品試驗后的斷裂情況

綜上，確認(rèn)導(dǎo)致簧片斷裂問題的原因為簧片厚度偏薄，加之折彎角度存在明顯尖角，導(dǎo)致其彎折處應(yīng)力集中，長期導(dǎo)致斷裂異常。

2.3 簧片氧化

壓力開關(guān)在售后常見觸點生銹氧化問題，見圖8。

圖8 開關(guān)氧化

對空調(diào)機(jī)組的壓力開關(guān)所在的環(huán)境進(jìn)行情況排查，發(fā)下壓力開關(guān)所在位置的周邊存在大量冷凝水，從結(jié)構(gòu)環(huán)境上觀察，壓力開關(guān)長期處于較為潮濕的環(huán)境下工作，所以壓力開關(guān)的密封性尤為重要。

氧化的壓力開關(guān)中，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)引線與環(huán)氧樹脂配合處能看到明顯的縫隙，機(jī)組運行溫度較高，引線在高溫下會變軟，冷凝水順著引線和環(huán)氧樹脂的縫隙慢慢滲入開關(guān)腔體內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部進(jìn)水氧化生銹。

解剖三個不同結(jié)構(gòu)的壓力開關(guān)觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)（見表4）。對三個結(jié)構(gòu)的壓力開關(guān)進(jìn)行100 ℃、2 h水煮實驗，實驗后對3個樣品進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)樣品1內(nèi)腔發(fā)現(xiàn)水珠，樣品3開關(guān)內(nèi)腔留有積水較多，樣品2內(nèi)腔未發(fā)現(xiàn)水珠，見表5。

表4 不同結(jié)構(gòu)樣品內(nèi)部的密封性

表5 不同結(jié)構(gòu)樣品的水煮試驗結(jié)果

綜上，壓力開關(guān)氧化為開關(guān)密封性不足造成，從開關(guān)結(jié)構(gòu)看出，開關(guān)引線與環(huán)氧樹脂間有縫隙，及開關(guān)塑殼與蓋板配合不夠緊密導(dǎo)致開關(guān)內(nèi)部進(jìn)入水汽，長時間積累腐蝕導(dǎo)致內(nèi)部彈片等金屬部件發(fā)生氧化，造成開關(guān)失效。

3 結(jié)束語

空調(diào)機(jī)組在實際運行過程中因壓力開關(guān)故障而導(dǎo)致機(jī)組運行異常或停機(jī)現(xiàn)象較多，對已發(fā)生的故障進(jìn)行細(xì)致的分析和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)壓力開關(guān)主要的售后問題有內(nèi)部金屬氧化、金屬斷裂和觸點異物等，通過實驗分析得出以下結(jié)論：

1）針對壓力開關(guān)的陶瓷桿磨損異物問題，建議提高陶瓷桿成分，加強(qiáng)陶瓷桿的硬度。

2）針對簧片斷裂問題，建議增加簧片厚度、減小簧片彎折角度，防止出現(xiàn)彎折“尖角”的異常情況。

3）針對售后簧片腐蝕問題，建議提升壓力開關(guān)內(nèi)部的密封結(jié)構(gòu)，提升開關(guān)自身密封性。