某船雙螺桿型冷水機組的構造原理及故障分析

張立元 張明敏 馬田鈺哲

（中國衛星海上測控部，江蘇無錫214431）

0 引言

SAB163型冷水機組是大型遠洋船舶空調制冷系統的重要組成部分，由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器以及各種壓力和溫度傳感器等組成，船上各個空調器用于熱交換所需的冷媒水均由該冷水機組通過制冷所得。

1 結構組成及主要性能參數

1.1 結構組成

由主電動機、滑油泵、油冷卻器、儲油器、高壓控制器、油分離器、干燥過濾器、低壓控制器、媒水流量控制器、溫度傳感器或溫度控制器、框架底座、管路電纜、電氣控制箱等部件組成。

1.2 性能參數

SAB163型冷水機組主要性能參數如表1所示。

表1 SAB163型冷水機組參數

2 工作原理及主要部件的作用

壓縮機通過主電動機的帶動吸入來自蒸發器的制冷劑氣體，利用壓縮機內部的雙螺桿壓縮成高溫高壓的制冷劑氣體后排放至油分離器，在油分離器內制冷劑和滑油被分離開來，隨后制冷劑進入冷凝器，高溫高壓的制冷劑氣體在冷凝器中進行熱交換，將制冷劑冷凝成常溫的液態制冷劑后再排至膨脹閥，常溫液態制冷劑經膨脹閥的節流降壓作用后成為低溫低壓的液態制冷劑，最后低溫低壓的液態制冷劑重新進入蒸發器進行氣化吸熱，從而使冷媒水溫度降低，整個程序進行周而復式的循環，就構成了冷水機組制冷過程。

2.1 雙螺桿型壓縮機

雙螺桿型壓縮機（圖1）由本體、轉子軸承、主動螺桿、從動螺桿、滑油濾網、吸氣濾網以及傳感器組成。雙螺桿壓縮機通過主電動機帶動內部的主動螺桿，再由主動螺桿帶動從動螺桿，將來自蒸發器的常溫低壓氣態制冷劑壓縮成高溫高壓的氣態制冷劑。

圖1 壓縮機實物圖

2.2 冷凝器

冷凝器由殼體、銅管、壓力表及相關管路組成，其銅管內部流動的為海水，而銅管外部則是由壓縮機排出高溫高壓的氣態制冷劑。銅管內流動的海水溫度一般在28 ℃，而壓縮機排出的氣態制冷劑溫度一般在50 ℃左右，由于兩者存在較大溫度差，所以高溫高壓的氣態制冷劑會被冷凝成常溫的液態制冷劑。

2.3 膨脹閥

該船安裝的SAB163型冷水機組膨脹閥為電子膨脹閥（圖2），主要由驅動頭和閥體兩部分構成，并設有“手動”和“自動”兩種工作模式，冷水機組正常運行狀態下為“自動”模式，必要時也可設定為“手動”模式，“自動”模式下通過壓縮機的吸氣過熱度來控制其開度大小。來自冷凝器的常溫液態制冷劑通過膨脹閥的節流降壓作用后成為低溫低壓的液態制冷劑。

圖2 膨脹閥實物圖

2.4 蒸發器

蒸發器由殼體、銅管、管路閥件、壓力表及外部保溫材料組成，其銅管內部流動的為冷媒水，而銅管外部則是經膨脹閥節流降壓后的低溫低壓的液態制冷劑。銅管內流動的冷媒水溫度一般在12 ℃，而銅管外部制冷劑的溫度可達0 ℃以下，由于兩者存在溫度差，所以冷媒水被冷卻到5～7 ℃，而低溫低壓的液態制冷劑由于吸熱蒸發又變成了常溫低壓氣態制冷劑。

2.5 油分離器

該船安裝的SAB163型冷水機組油分離器為撞擊式油分離器，一般安裝于壓縮機和冷凝器的中間。由于壓縮機排出的氣體為制冷劑和滑油的混合氣體，為防止滑油進入冷凝器或蒸發器影響換熱效果，要在壓縮機的排氣端安裝油分離器，油分離器將混合氣體中的制冷劑和滑油分離開來，使得制冷劑蒸汽進入下一個制冷過程，而積聚在油分離器底部的滑油又會經過回油裝置返回壓縮機，以保證壓縮機內的滑油處于正常液位。

2.6 干燥過濾器

過濾器和干燥器常組合在一起，共同構成干燥過濾器，安裝于膨脹閥前端。干燥過濾器的作用是防止制冷劑里含有的水分或雜質進入制冷系統。從冷凝器出來的常溫液態制冷劑進入膨脹閥后，由于膨脹閥的節流降壓作用，制冷劑的溫度大幅度降低，一般都在0 ℃以下，這時系統里如果含有水分的話，就會出現冰塞的現象，影響機組的正常運行。

2.7 滑油泵

該船安裝的SAB163型冷水機組滑油泵為容積式齒輪泵（圖3），其作用是當壓縮機啟動時為壓縮機提供滑油，用于負荷調節和潤滑。

圖3 齒輪泵示意圖

2.8 儲油器

儲油器用于儲存冷水機組日常所需的滑油，當機組啟動時滑油泵將儲油器的滑油輸送至壓縮機各處用于負荷調節及潤滑。儲油器自帶加熱棒，在機組啟動前加熱棒須提前加熱7～9 h來確保滑油中含有最少量的制冷劑。因為當滑油中含有大量的制冷劑時，將會變得黏稠而失去潤滑作用，且滑油的流動性也會變差，會導致壓縮機有被滑油流量開關停止的可能。

2.9 媒水流量控制器

媒水流量控制器安裝于蒸發器的出口端，用以檢測冷媒水的流動性，當其檢測不到冷媒水流動時會發出報警，使冷水機組停機，起保護作用。

3 冷水機組的一般故障分析與排除

3.1 排氣壓力高

故障現象：某臺冷水機組運行時，排氣壓力時常達到1.8 MPa的報警值，冷媒水的出水溫度偏高，一直在10 ℃左右降不下來。

原因分析：（1）環境溫度高。（2）系統制冷劑過量。（3）冷卻水量偏小。（4）冷凝器管側臟污。（5）膨脹閥開度過大。（6）系統中有不凝性氣體。

排除方法：（1）加開一臺冷水機組，關閉艙室門窗或水密門。（2）泄放機組內部分制冷劑。（3）關小其他冷水機組冷卻水流量閥，增加其冷卻水流量。（4）清潔冷凝器。（5）打開冷凝器高位處排放閥，對其系統內的不凝性氣體進行排空。

3.2 冷水機組無法啟動

故障現象：某臺冷水機組啟動時，點擊“啟動”按鈕后油泵開始運轉，但在油泵運轉后控制屏發出報警信號，顯示啟動失敗。

原因分析：（1）系統管路不暢或閥件未開。（2）電器控制箱內相關傳感器開關未合閘。（3）電站主配電屏未應答。（4）時間繼電器發生故障。

排除方法：（1）檢查系統管路是否通暢，截止閥是否開關正確。（2）檢查電氣控制箱內相關傳感器開關是否已合閘。（3）聯系電站值班人員進行應答。（4）檢查時間繼電器是否動作。

3.3 冷水機組制冷劑泄漏

故障現象：某臺冷水機組運行時，巡視人員發現該冷水機組吸氣壓力較以前在逐漸降低，于是對其加注制冷劑至正常吸氣壓力，但一段時間過后吸氣壓力又開始降低。

原因分析：（1）冷水機組管路連接處發生制冷劑泄漏。（2）冷凝器內制冷劑發生泄漏。（3）蒸發器內制冷劑發生泄漏。

排除方法：（1）用制冷劑檢漏儀對機組整體及管路連接處進行檢測。（2）關閉冷凝器冷卻水進出口閥觀察冷水機組冷凝器壓力是否升高，若升高則證明冷凝器泄漏。當冷凝器發生泄漏后，首先把冷凝器的海水進出管路閥關死或用悶板悶上，然后將冷凝器內的海水泄放掉，防止制冷劑泄漏完后壓力降低，海水經泄漏處進入冷水機組，以免給后續檢修增加難度。（3）檢查冷媒水泵壓力是否突然升高和高層空調器出風溫度是否異常升高，若泵的壓力和高層空調器溫度異常升高，則說明蒸發器內制冷劑發生泄漏。

3.4 冷水機組無法增減載

故障現象：某臺冷水機組自動運行時，巡視人員發現冷水機組出水溫度為4 ℃，已接近報警值，而此時機組卻依然保持在100%的滿負荷狀態，無法自動調整負荷；于是將冷水機組切換至“手動”狀態后進行負荷調節，結果還是無法調節。

原因分析：（1）增減載電磁閥故障。（2）負荷調節閥卡滯。（3）負荷調節滑塊O型圈損壞。

排除方法：（1）檢查增減載電磁閥是否發生故障或損壞。（2）檢查負荷調節閥是否發生卡滯現象。（3）檢查負荷調節滑塊O型圈是否損壞。

4 結語

本文通過對某船SAB163型冷水機組的組成構造、各部件的作用和工作原理的介紹，列舉了SAB163型冷水機組使用過程中的常見故障，并對故障進行了分析，提出了一系列行之有效的解決措施，為以后提高崗位人員的操作和維護技能提供了一定的學習參考。