壓縮機常見故障分析(3)——缺油與潤滑不足

來源：上海川悅自動化系統有限公司瀏覽量：載入中...發布時間：2017.12.27

  1.引言
  壓縮機是高速運轉的復雜機器，保證壓縮機曲軸、軸承、連桿、活塞等運動件的充分潤滑是維持機器正常運轉的基本要求。為此，壓縮機制造商要求使用指定牌號潤滑油，并要求定期檢查潤滑油油位和顏色。然而,由于制冷系統設計、施工和維護方面的疏忽，壓縮機缺油、油焦化變質、回液稀釋、制冷劑沖刷、使用劣質潤滑油等造成運動件潤滑不足的情況比較常見。潤滑不足會引起軸承面磨損或劃傷，嚴重時會造成抱軸、活塞卡在氣缸內以及由此而引起的連桿彎曲、斷裂事故。
  2.缺油
  缺油是很容易辨別的壓縮機故障之一，壓縮機缺油時曲軸箱中油量很少甚至沒有潤滑油。
  壓縮機是一個特殊的氣泵，大量制冷劑氣體在被排出的同時也夾帶走一小部分潤滑油(稱為奔油或跑油)。壓縮機奔油是無法避免的，只是奔油速度有所不同。半封活塞式壓縮機排氣中大約有2-3%的潤滑油，而渦旋壓縮機為0.5-1%。對于一臺排量為100m3/hr、曲軸箱儲油量為6升的6缸壓縮機，3%的奔油意味著大約0.3-0.8升/分鐘的奔油量，或壓縮機無回油運轉時間為十幾分鐘。
  排出壓縮機的潤滑油不回來，壓縮機就會缺油。壓縮機回油有兩種方式，一種是油分離器回油，另一種是回氣管回油。油分離器安裝在壓縮機排氣管路上，一般能分離出50-95%的奔油，回油效果好，速度快，減少進入系統管路的油量，從而有效延長了無回油運轉時間。管路特別長的冷庫制冷系統、滿液式制冰系統以及溫度很低的凍干設備等，開機后十幾分鐘甚至幾十分鐘不回油或回油量非常少的情況并不稀奇，設計不好的系統會出現壓縮機油壓過低而停機的問題。這種制冷系統安裝高效油分離器能延長壓縮機無回油運轉時間，使壓縮機安全度過開機后無回油的危機階段。
  未被分離出來的潤滑油將進入系統，隨制冷劑在管內流動，形成油循環。潤滑油進入蒸發器后，一方面因溫度低溶解度小，一部分潤滑油從制冷劑中分離出來;另一方面，溫度低粘度大，分離出來的潤滑油容易附著在管內壁上，流動比較困難。蒸發溫度越低，回油越困難。這就要求蒸發管路設計和回氣管路設計和施工必須有利于回油，常見的做法是采用下降式管路設計，并保證較大的氣流速度。對于溫度特別低的制冷系統，如-85°C和-150°C醫用低溫箱，除選用高效油分離器外，通常還添加特殊溶劑，防止潤滑油堵毛細管和膨脹閥，并幫助回油。
  實際應用中，由于蒸發器和回氣管路設計不當引起的回油問題并不罕見。對于R22和R404A系統來說，滿液式蒸發器的回油非常困難，系統回油管路設計必須非常小心。對于這樣的系統，使用高效油分可以減小進入系統管路的油量，有效延長開機后回氣管無回油時間。
  當壓縮機比蒸發器的位置高時,垂直回氣管上的回油彎是必需的。回油彎要盡可能緊湊，以減小存油。回油彎之間的間距要合適，回油彎的數量比較多時，應該補充一些潤滑油。
  變負荷系統的回油管路也必須小心。當負荷減小時，回氣速度會降低，速度太低不利于回油。為了保證低負荷下的回油，垂直的吸氣管可以采用雙立管。
  壓縮機頻繁啟動不利于回油。由于連續運轉時間很短壓縮機就停了，回氣管內來不及形成穩定的高速氣流，潤滑油就只能留在管路內。回油少于奔油，壓縮機就會缺油。運轉時間越短，管線越長，系統越復雜，回油問題就越突出。對于沒有油壓安全開關的全封閉壓縮機(包括渦旋壓縮機和轉子壓縮機)和部分半封閉壓縮機)，頻繁啟動引起的損壞是比較多的。
  壓縮機維護同樣重要。除霜時蒸發器溫度升高，潤滑油粘度減小，易于流動。除霜循環過后，制冷劑流速大，滯留的潤滑油會集中返回壓縮機。因此，除霜循環的頻率以及每次持續的時間也需仔細設定，避免油位大幅度波動甚至油擊。
  制冷劑泄漏較多時回氣速度會降低，速度太低會造成潤滑油滯留在回氣管路，不能快速返回壓縮機。
  潤滑油回到壓縮機殼體內并不等于回到曲軸箱。采用曲軸腔負壓回油原理的壓縮機，如果活塞因磨損等引起泄漏時，曲軸箱的壓力上升，回油單向閥受壓差作用而自動關閉，從回氣管返回的潤滑油就滯留在電機腔中，無法進入曲軸箱，這就是內回油問題，內回油問題同樣會引起缺油。這種事故除發生于磨損的舊機器中，制冷劑遷移引發的帶液啟動也會造成內回油困難，但通常時間較短，多十幾分鐘。
  出現內回油問題時，可以觀察到壓縮機油位不斷下降，直至油壓安全裝置動作。壓縮機停機后，曲軸箱的油位很快恢復。內回油問題的根源在于氣缸泄漏，應及時更換磨損活塞組件。
  油壓安全護裝置在缺油時會自動停機，保護壓縮機不受損壞。沒有視油鏡和油壓安全裝置的全封閉壓縮機(包括轉子和渦旋壓縮機)以及風冷壓縮機，缺油時沒有明顯癥狀，也不會停機，壓縮機會在不知不覺中磨損損壞。壓縮機噪音、震動或電流過大，可能與缺油有關，對壓縮機和系統運行狀況的準確判斷就顯得非常重要。環境溫度過低有可能導致一些油壓安全裝置失靈，會造成壓縮機磨損。
  壓縮機缺油引起的磨損一般比較均勻。如果潤滑油很少或者沒有油，軸承表面就會出現劇烈的摩擦，溫度會在幾秒內迅速升高。如果電機的功率足夠大，曲軸會繼續轉動，曲軸和軸承表面會被磨損或劃傷，否則曲軸會被軸承抱死，停止轉動。活塞在氣缸內的往復運動也是一樣的，缺油會導致磨損或劃傷，嚴重時活塞會卡在氣缸內不能運動。
  3.潤滑不足
  磨損的直接原因是潤滑不足。缺油肯定會引起潤滑不足，但油潤不足不一定就是缺油引起的。以下三種原因也可以造成潤滑不足：潤滑油無法到達軸承表面;潤滑油雖已到達軸承表面，但是粘度太小，不能形成足夠厚度的油膜;潤滑油雖已到達軸承表面，但是由于過熱而分解掉了，不能起到潤滑作用。
  吸油網或供油管路堵塞、油泵故障等均會影響潤滑油的輸送，潤滑油無法到達遠離油泵的摩擦面。吸油網和油泵正常，但軸承磨損、間隙過大等造成漏油和油壓過低，會使遠離油泵的摩擦面得不到潤滑油，造成磨損和劃傷。
  回液是常見的系統問題，回液的一大危害在于稀釋潤滑油。被稀釋的潤滑油到達摩擦面后，粘度低，不能形成足夠厚度的保護油膜，久而久之會造成磨損。回液量比較大時，潤滑油會很稀，不但不能起到潤滑作用，而且還會溶解沖刷原有油膜，引起制冷劑沖刷。
  由于種種原因(包括壓縮機啟動階段)沒有得到潤滑油的摩擦面溫度會迅速攀升，超過175°C后潤滑油就開始分解。“潤滑不足-摩擦-表面高溫-油分解”是一個典型的惡性循環，許多惡性事故包括連桿抱軸、活塞卡缸都與這個惡性循環有關。
  潤滑不足和缺油現象可以在拆開的壓縮機中看到。缺油一般表現為大面積、比較均勻的表面損傷和高溫，而潤滑不足更多的是在一些特定部位的磨損、劃傷和高溫，如遠離油泵的軸承面等。
  活塞上下運動時，活塞銷的負載是在軸承表面的上部和下部之間輪換的，這可以讓潤滑油均勻地刷過活塞銷，并提供足夠的潤滑。如果排氣閥片彎曲或者折斷，或者壓縮機長期高壓比工作，將造成活塞銷單側潤滑不足和磨損，孔隙增大。活塞銷有晃動間隙，活塞就會在上止點處被拋出并撞擊閥片和閥板，產生撞擊聲。因此，更換閥片時，應檢查活塞銷磨損情況。
  4.結論與建議
  缺油會引起嚴重的潤滑不足，缺油的根本原因不在于壓縮機奔油多少和快慢，而是系統回油不好。安裝油分離器可以快速回油，延長壓縮機無回油運轉時間。蒸發器和回氣管路的設計必須考慮到回油。避免頻繁啟動、定時化霜、及時補充制冷劑、及時更換磨損的活塞組件等維護措施也有助于回油。
  回液和制冷劑遷移會稀釋潤滑油，不利于油膜的形成;油泵故障和油路堵塞會影響供油量和油壓，導致摩擦面缺油;摩擦面高溫會促使潤滑油分解，使潤滑油失去潤滑能力。這三方面問題引起的潤滑不足也常常造成壓縮機損壞。
  缺油的根源在于系統。因此，只更換壓縮機或某些配件不能從根本上解決缺油問題。

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