空調機組機械式壓力開關常見的故障及解決對策

徐耀澎 蔡偉達

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

壓力開關[1]用于空調機組，起到機組冷媒壓力異常的保護作用，是空調器的重要組成部件。壓力開關故障[2,3]會無法監測空調機組運行異常，嚴重時會損壞壓縮機。內部金屬氧化、內部金屬斷裂、觸點異物等是壓力開關常見的故障問題，本文將通過實驗分析壓力開關的故障機理，并提出對應的改善方案。

1 壓力開關概述

1.1 壓力開關的作用

壓力開關可以廣泛用于石油、化工、電力、供水等領域。也用于制冷系統的高、低壓力保護控制，安裝位置見圖1。

圖1 空調用壓力開關的安裝位置

安裝在壓縮機排氣管口后的低壓開關檢測壓縮機啟動后管路中的壓力是否達到系統運行壓力。壓縮機運行后，如果管路出現嚴重泄漏或壓縮機上壓過低時，低壓開關會保持斷開狀態，控制板做出低壓保護報警、停止壓縮機運轉等動作。

安裝在冷凝器后的高壓開關主要是保護該段管路的壓力不超過預定的警戒值。當外機風扇轉速過慢、停轉或者管路系統堵塞等因素導致該段管路壓力過高時，高壓開關會將斷開信號提供給主控板，主控板將做出相應的保護動作。

1.2 壓力開關的分類

壓力開關根據不同的用途及結構有多種分類，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）按照開關連接方式可以分為：插片式和引線式。

3）按照感應方式可以分為：電子式和機械式。

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，空調機組大多數使用機械式銅管焊接的壓力開關。

1.3 壓力開關結構

空調機組使用的壓力開關通常由銅管或接頭、感應器、金屬膜片、導桿、環氧樹脂、內殼、觸點開關、插片或引線組成，其半解剖圖見圖2。

圖2 壓力開關半解剖注釋圖

2 常見的故障分析

2.1 陶瓷桿磨損

生產和售后時常發生壓力開關不導通的問題，其中動靜觸點接觸不良是壓力開關不導通的常見原因，通過X光透視發現動靜觸點有間隙導致接觸不良，但是有動靜觸點點接觸，壓力開關仍然不導通的故障案例，見圖3。

圖3 觸點有間隙

對失效樣品進行解剖分析，發現動、靜觸點接觸面有黑色物質，見圖4對黑色物質在電鏡下觀察，黑色物質表面有金屬熔融物質（見圖5，掃描發現黑色物質存在鋁元素，見表1。）

圖4 接觸面有黑色物質

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壓力波動而上下移動，與注塑孔相互摩擦產生Al2O3粉末，該粉末在長期使用下逐漸轉移觸點造成開關動靜觸頭接觸失效打火，最終形成黑色熔融狀物質粘附在觸頭表面，造成壓力開關不導通的問題。

2.2 簧片斷裂

壓力開關簧片大多采用鈹青銅材料，學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，空調機組正常工作時低壓開關處于導通狀態，即陶瓷桿向上彈起動簧片，簧片處于持續受力狀態。

對開關簧片斷裂的樣品研究分析，發現斷裂位置均在簧片彎折位置，此處部分彎折角度較大，且在開關動作時長期受陶瓷桿機械應力作用，存在長期疲勞的問題，見圖6。

圖6 簧片斷裂

對各結構類型的開關簧片進行放大觀察，發現失效品彎折角度較大，應力較為集中，見圖7。開關簧片做厚度、彎度和折彎角度對比，結果見表2，對比各樣品的簧片結構，發現樣品1簧片厚度偏小，且折彎角度偏大，存在應力集中問題，造成其耐機械沖擊強度性能差。

圖7 不同結構開關彎折部位放大圖

表2 不同結構樣品的結構對比

判斷簧片斷裂的主要原因為簧片本身結構問題造成，屬于應力集中的表現，對三個樣品進行復現實驗，復現實驗結果如表3。

表3 不同結構樣品試驗后的斷裂情況

綜上，確認導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，導致其彎折處應力集中，長期導致斷裂異常。

2.3 簧片氧化

壓力開關在售后常見觸點生銹氧化問題，見圖8。

圖8 開關氧化

對空調機組的壓力開關所在的環境進行情況排查，發下壓力開關所在位置的周邊存在大量冷凝水，從結構環境上觀察，壓力開關長期處于較為潮濕的環境下工作，所以壓力開關的密封性尤為重要。

氧化的壓力開關中，對其結構進行觀察，發現引線與環氧樹脂配合處能看到明顯的縫隙，機組運行溫度較高，引線在高溫下會變軟，冷凝水順著引線和環氧樹脂的縫隙慢慢滲入開關腔體內部，導致內部進水氧化生銹。

解剖三個不同結構的壓力開關觀察內部結構（見表4）。對三個結構的壓力開關進行100 ℃、2 h水煮實驗，實驗后對3個樣品進行解剖，發現樣品1內腔發現水珠，樣品3開關內腔留有積水較多，樣品2內腔未發現水珠，見表5。

表4 不同結構樣品內部的密封性

表5 不同結構樣品的水煮試驗結果

綜上，壓力開關氧化為開關密封性不足造成，從開關結構看出，開關引線與環氧樹脂間有縫隙，及開關塑殼與蓋板配合不夠緊密導致開關內部進入水汽，長時間積累腐蝕導致內部彈片等金屬部件發生氧化，造成開關失效。

3 結束語

空調機組在實際運行過程中因壓力開關故障而導致機組運行異常或停機現象較多，對已發生的故障進行細致的分析和總結，發現壓力開關主要的售后問題有內部金屬氧化、金屬斷裂和觸點異物等，通過實驗分析得出以下結論：

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

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，建議提升壓力開關內部的密封結構，提升開關自身密封性。