中央空調壓縮機電機線圈燒毀的故障分析及解決措施

楊 光

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤南作業公司 天津300456)

壓縮機作為一種有效的氣體運輸設備，廣泛應用于天然氣輸送、空氣鉆井、化工制藥等行業[1]。隨著科學技術的發展，壓力能的應用日益廣泛，使得壓縮機在國民經濟建設的許多部門中成為必不可少的關鍵設備之一。壓縮機在運轉過程中，難免會出現一些故障，甚至事故[2]。各類機組參數的檢測、控制、聯鎖報警正常與否是保證機組正常運行狀態和安全的保證[3]。范博[4]研究和分析了壓縮機常見故障的主要原因；余欣[5]對 VRV 室外機壓縮機多次發生燒壞故障進行分析，對設備進行改造；劉許紅[6]將虛擬儀器和網絡技術緊密結合，提出了基于虛擬儀器技術的壓縮機遠程故障診斷方法。筆者針對海上中央空調壓縮機電機線圈頻繁燒毀的原因進行分析，提出幾種常見的故障點及解決措施，著重介紹通過改造控制系統的方法徹底解決壓縮機故障，消除設備隱患。

1 故障描述

中海石油(中國)有限公司天津分公司某海上平臺共有2臺中央空調，每臺空調配有一臺由比澤爾公司生產的半封閉式螺桿壓縮機(見圖1)。兩臺中央空調一臺運行，另一臺作為備用。這兩套系統采用的制冷劑均為134A型普通制冷劑。

圖1 半封閉式螺桿壓縮機Fig.1 Semi-closed screw compressor

自該平臺投產運行以來，在一年時間內，壓縮機的電機線圈出現兩次燒毀故障，不僅嚴重影響了人員日常生活和工作，還產生近40萬元的新增費用。

2 故障原因分析及解決措施

2.1 缺少制冷劑

當缺少制冷劑或者制冷系統滲漏后，制冷劑不能滿足空調壓縮機使用量的要求。對制冷系統進行泄壓，回收剩余制冷劑，采用充氮氣保壓或者充入熒光劑的方法檢查滲漏點，對檢查出的滲漏點進行焊接或者更換備件，直至系統保壓正常。使用真空泵抽出制冷系統中的其他氣體，充入適量的制冷劑，啟動機組試運行，即可解決該問題。

2.2 缺少冷凍油

缺少冷凍油可直接引起壓縮機故障停機，同時也影響壓縮機線圈冷卻，最終壓縮機線圈燒毀。通過冷凍油觀察孔觀察壓縮機加載和卸載時冷凍油的液位變化，標準是：壓縮機卸載時液位在觀察孔視窗的2/3以上，壓縮機加載時液位在觀察孔視窗的 1/4以上。當發現冷凍油缺少時，應該立即停止機組運行，添加冷凍油至標準液位范圍內，再啟動運行機組。

2.3 冷凍油過濾器臟堵

過濾器臟堵會降低冷凍油在系統中的使用量，降低冷卻和潤滑效果，導致壓縮機電機線圈燒毀。日常巡檢過程中，發現機組震動增大、冷凍油在加卸載過程中液位變化不大時，需要對過濾器進行檢查或更換濾芯。

2.4 壓縮機故障

由于各種原因，中央空調壓縮機故障不能正常運轉時，壓縮機電機功率逐漸增大，最終導致壓縮機電機線圈燒毀。編寫巡檢規定，每兩個小時對壓縮機進行巡檢，并記錄相關參數，發現參數變化異常時，及時處理相關故障。

2.5 壓縮機運行工況不穩定

這兩套中央空調系統的壓縮機排氣壓力是通過控制排氣溫度間接控制排氣壓力，而排氣溫度是通過控制兩組風機(每組 3臺)來實現。當排氣溫度達到63,℃時，第一組風機全部啟動，當溫度下降到 53,℃時，第一組風機全部停止；當溫度上升到 73,℃時，第二組風機全部啟動，當溫度下降低到 63,℃時，第二組風機全部停止運行，第一組風機繼續運行。

通過長期觀察和數據進行總結，每當排氣壓力出現波動時，壓縮機的貯液罐液位會瞬間降低，制冷劑由純液態變為液氣混合，再變為氣態，然后變為液氣混合，最終變為液態，該周期與壓縮機排氣壓力波動的周期相同。

中央空調控制系統采用 PLC進行控制，該壓縮機使用的制冷劑采用 134A型，該制冷劑特點是：壓力與溫度呈線性關系(見圖 2)，因此要穩定排氣壓力就需要穩定排氣冷凝后的制冷劑溫度，而冷凝溫度的控制是靠散熱風機的啟停數量決定的。控制散熱風扇啟停的方法有兩種：一是由壓縮機的排氣溫度來控制；二是由壓縮機的排氣壓力來控制。中央空調原始設計是利用壓縮機排氣溫度來控制，采集溫度信號是壓縮機排氣管線上安裝的溫度變送器。

圖2 制冷劑的壓力與溫度在一定程度上呈線性關系Fig.2 Refrigerant pressure and temperature are linear to some extent

中央空調壓縮機運行工況的不穩定，是由排氣壓力的變化導致，而排氣壓力的變化是由排氣溫度變化而引起。壓縮機排氣壓力的變化導致蒸發器中制冷劑時而過多，時而過少。當制冷劑過少時，造成內部冷凍油溫度較低，直接影響壓縮機潤滑效果，最終導致壓縮機電機線圈高溫燒毀。

解決措施：對風機的電氣控制進行回路改造。由于原風機分為2組，由兩個繼電器(KM4、KM5)分別控制，要實現單臺逐次啟動，為每臺風機增加一個接觸器，接觸器的吸合受PLC程序控制(見圖3～5)。

圖3 改造前線路圖Fig.3 Road map before alteration

在壓縮機出口安裝了一臺 0～5,MPA的壓力變送器，將壓縮機排氣壓力信號反饋中央空調控制系統，見圖6。

圖4 改造后的電氣圖紙Fig.4 Electrical drawing after modified

圖5 改造后的PLC邏輯圖Fig.5 PLC Logic Diagram after transformation

圖6 壓力變送器Fig.6 Pressure transmitter

在中央空調控制系統中新增一個模擬量輸入模塊，接收壓縮機排氣壓力變送器的反饋信號。

原設計控制系統的 PLC程序采用溫度信號控制兩組冷卻風機啟停，見圖7。

圖7 溫度信號控制兩組冷卻風機Fig.7 Control of two groups of cooling fans by temperature signal

在硬件改造完成以后，對 PLC控制程序進行了修改，修改的內容如下：將風機啟動的控制信號，由壓縮機排氣溫度信號改為壓縮機排氣壓力信號。將冷卻風機重新分組，由原來的2段式控制改為單臺風機啟停的六段式控制，風機啟停由新增的壓力變送器控制，當排氣壓力達到 15,kg/cm2G 后，壓力每上升1,kg/cm2G，PLC 就會控制啟停風機。PLC 的輸出點采用了原PLC的冗余輸出點，如圖8所示。

圖8 原PLC的冗余輸出點Fig.8 Redundancy output point of original PLC

3 結 論

中央空調壓縮機電機線圈燒毀是制冷類型壓縮機常見的故障，分析故障主要從制冷和潤滑兩大系統出發，對控制邏輯進行適當改造，保證機組運行工況穩定，及時有效處理壓縮機電機線圈燒毀問題。制冷壓縮機的穩定運行，不僅保證了制冷系統長期有效運轉，而且能夠大量降低檢修人員的工時和備件材料費用，還能夠減少制冷劑對大氣環境的污染。

[1]王毅. 壓縮機防喘振研究[J]. 化工管理，2014(5)：199.

[2]高文元. 壓縮機常見故障、事故原因及對策[J]. 中國新技術新產品，2009(22)：87.

[3]黎通. 淺談大型機組自控系統檢修[J]. 化工管理，2016(14)：27.

[4]范博，任剛偉. 減少壓縮機故障停機次數方案的研究與實施[J]. 四川化工，2016，19(5)：51-53.

[5]余欣. VRV壓縮機故障分析及設備改良[J]. 制冷，2016(3)：89-92.

[6]劉許紅，安偉. 基于虛擬儀器的壓縮機故障遠程診斷和監測研究[J]. 壓縮機技術，2008(2)：8-10.