Typowe problemy i rozwiązania płynnych czynników chłodniczych w układach chłodniczych
1. Migracja ciekłego czynnika chłodniczego
Migracja czynnika chłodniczego odnosi się do gromadzenia ciekłego czynnika chłodniczego w skrzyni korbowej sprężarki, gdy sprężarka jest wyłączona. Dopóki temperatura wewnątrz sprężarki jest niższa niż temperatura wewnątrz parownika, różnica ciśnień między sprężarką a parownikiem będzie przenosić czynnik chłodniczy do chłodniejszego miejsca. Zjawisko to najprawdopodobniej występuje w mroźne zimy. Jednak w przypadku klimatyzatorów i pomp ciepła, gdy agregat skraplający znajduje się daleko od sprężarki, migracja może wystąpić nawet przy wysokiej temperaturze.
Po wyłączeniu systemu, jeśli nie zostanie on włączony w ciągu kilku godzin, nawet jeśli nie ma różnicy ciśnień, może wystąpić zjawisko migracji z powodu przyciągania czynnika chłodniczego ze skrzyni korbowej do czynnika chłodniczego.
Jeśli nadmiar ciekłego czynnika migruje do skrzyni korbowej sprężarki, na początku sprężarki wystąpi silne zjawisko trzaskania cieczą, powodując różne awarie sprężarki, takie jak pęknięcie płyty zaworowej, uszkodzenie tłoka, awaria łożysk i erozja łożysk (czynnik chłodniczy wypłukuje olej z łożysk).
2. Przepełnienie płynnego czynnika chłodniczego
Gdy zawór rozprężny ulegnie awarii, wentylator parownika ulegnie awarii lub zostanie zablokowany przez filtr powietrza, ciekły czynnik chłodniczy przeleje się do parownika i dostanie się do sprężarki przez rurę ssącą w postaci cieczy, a nie pary. Gdy urządzenie pracuje, z powodu przelewania się cieczy rozcieńczającej olej chłodniczy, ruchome części sprężarki zużywają się, a ciśnienie oleju spada, powodując zadziałanie zabezpieczenia ciśnienia oleju, powodując w ten sposób utratę oleju ze skrzyni korbowej. W takim przypadku, jeśli maszyna zostanie wyłączona, zjawisko migracji czynnika chłodniczego wystąpi szybko, powodując uderzenie cieczy przy ponownym uruchomieniu.
3. Płynne uderzenie
Gdy nastąpi uderzenie cieczą, słychać trzask metalu z wnętrza sprężarki, któremu mogą towarzyszyć gwałtowne wibracje sprężarki. Uderzenie cieczy może spowodować pęknięcie zaworu, uszkodzenie uszczelki głowicy sprężarki, pęknięcie korbowodu, pęknięcie wału korbowego i uszkodzenie innych typów sprężarek. Uderzenie cieczy występuje, gdy ciekły czynnik chłodniczy migruje do skrzyni korbowej i uruchamia się ponownie. W niektórych jednostkach, ze względu na strukturę orurowania lub położenie komponentów, ciekły czynnik chłodniczy gromadzi się w rurze ssawnej lub parowniku podczas wyłączania jednostki i wchodzi do sprężarki jako czysta ciecz i ze szczególnie dużą prędkością podczas rozruchu. . Prędkość i bezwładność uderzenia cieczy są wystarczające, aby pokonać wszelkie wbudowane zabezpieczenia sprężarki przed uderzeniem cieczy.
4. Działanie hydraulicznego urządzenia sterującego bezpieczeństwa
W zestawie jednostek niskotemperaturowych, po okresie odszraniania, często uruchamiane jest urządzenie zabezpieczające ciśnienie oleju z powodu przelewu ciekłego czynnika chłodniczego. Wiele systemów jest zaprojektowanych tak, aby umożliwić skraplanie się czynnika chłodniczego w parowniku i linii ssawnej podczas odszraniania, a następnie przepływ do skrzyni korbowej sprężarki podczas rozruchu, powodując spadek ciśnienia oleju, powodując zadziałanie urządzenia zabezpieczającego ciśnienie oleju.
Czasami jedno lub dwa działania urządzenia zabezpieczającego ciśnienie oleju nie będą miały poważnego wpływu na sprężarkę, ale wielokrotne powtórzenie bez dobrych warunków smarowania spowoduje awarię sprężarki. Urządzenie kontrolujące ciśnienie oleju jest często traktowane przez operatora jako drobna usterka, ale jest to ostrzeżenie, że sprężarka pracowała bez smarowania dłużej niż dwie minuty i należy na czas wdrożyć środki zaradcze.
5. Zalecane środki zaradcze
Im większa ilość czynnika chłodniczego w układzie chłodniczym, tym większa szansa na jego awarię. Maksymalną i bezpieczną ilość czynnika chłodniczego można określić tylko wtedy, gdy sprężarka i inne główne elementy systemu są ze sobą połączone w celu przetestowania systemu. Producenci sprężarek mogą określić maksymalną ilość ciekłego czynnika chłodniczego, która nie spowoduje uszkodzenia części roboczych sprężarki, ale nie mogą określić, jaka część całkowitego ładunku układu chłodniczego znajduje się w sprężarce w najbardziej ekstremalnych przypadkach. Maksymalna ilość ciekłego czynnika chłodniczego, jaką może wytrzymać sprężarka, zależy od jej konstrukcji, objętości wewnętrznej i ilości oleju chłodniczego. W przypadku migracji cieczy, przepełnienia lub uderzenia cieczy należy podjąć niezbędne działania zaradcze. Rodzaj działań naprawczych zależy od konstrukcji systemu i rodzaju awarii.
A. Zmniejsz ilość czynnika chłodniczego
Najlepszym sposobem ochrony sprężarki przed awarią powodowaną przez ciekły czynnik chłodniczy jest ograniczenie ilości czynnika chłodniczego do dopuszczalnego zakresu sprężarki. Jeśli nie jest to możliwe, opłatę należy maksymalnie zmniejszyć. Pod warunkiem, że przepływ jest spełniony, rury skraplacza, parownika i łączącego powinny być wykonane z rur o jak najmniejszych średnicach, a także należy dobrać możliwie najmniejsze zbiorniki cieczy. Prawidłowe działanie jest wymagane po zminimalizowaniu objętości napełniania, a czujność na pęcherzyki powietrza we wzierniku spowodowane zbyt małą średnicą cieczy i zbyt niskim ciśnieniem w głowicy może doprowadzić do poważnego przepełnienia.
B. Cykl odpompowania
Najbardziej agresywną i niezawodną metodą kontrolowania ciekłego czynnika chłodniczego jest cykl odpompowania. Zwłaszcza, gdy napełnienie układu jest duże, zamykając zawór elektromagnetyczny przewodu cieczowego, czynnik chłodniczy może być pompowany do skraplacza i akumulatora, a sprężarka pracuje pod kontrolą niskociśnieniowego urządzenia zabezpieczającego, więc czynnik chłodniczy znajduje się w sprężarce. Jest izolowany od sprężarki, gdy nie pracuje, zapobiegając przedostawaniu się czynnika chłodniczego do skrzyni korbowej sprężarki. Podczas wyłączania zalecany jest ciągły cykl odpompowania, aby zapobiec wyciekowi zaworu elektromagnetycznego. Jeśli jest to cykl odpompowania lub nazywany metodą kontroli bez recyrkulacji, nastąpi nadmierne uszkodzenie sprężarki spowodowane wyciekiem czynnika chłodniczego podczas długotrwałego przestoju. Chociaż ciągły cykl wypompowywania jest najlepszym sposobem zapobiegania migracji, nie chroni on sprężarki przed szkodliwymi skutkami zalania czynnikiem chłodniczym.
C. Grzałka karteru
Grzałki karteru mogą opóźnić migrację w sytuacjach, w których określone systemy, warunki pracy, koszty lub preferencje klienta mogą uniemożliwić cykle odpompowania.
Zadaniem grzałki karteru jest utrzymywanie temperatury oleju chłodniczego w skrzyni korbowej powyżej temperatury najzimniejszej części układu. Jednak moc grzewcza grzałki karteru musi być ograniczona, aby zapobiec przegrzaniu i zwęgleniu schłodzonego oleju. Gdy temperatura otoczenia jest bliska -18 stopni lub gdy przewód ssący jest odsłonięty, działanie grzałki karteru zostanie częściowo zniwelowane i nadal może wystąpić migracja.
Grzałki karteru są zazwyczaj ogrzewane w sposób ciągły, ponieważ gdy czynnik chłodniczy dostanie się do skrzyni korbowej, skrapla się w schłodzonym oleju i powrót do przewodu ssawnego może trwać nawet kilka godzin. Grzałki karteru są bardzo skuteczne w zapobieganiu migracji, gdy sytuacja nie jest szczególnie poważna, ale grzałki karteru nie mogą chronić sprężarki przed uszkodzeniem przez powrót płynu.
D. Separator gazu i cieczy rury ssącej
W przypadku systemów podatnych na przelewanie się cieczy na rurze ssawnej należy zainstalować separator gaz-ciecz, aby tymczasowo magazynować przelewający się ciekły czynnik chłodniczy w systemie i zawracać ciekły czynnik do sprężarki w tempie, które może wytrzymać sprężarka.
Przepełnienie czynnika chłodniczego jest najbardziej prawdopodobne, gdy pompa ciepła jest przełączana z trybu chłodzenia na ogrzewanie. Ogólnie rzecz biorąc, separatory gazu i cieczy na rurze ssącej są wymaganym wyposażeniem we wszystkich pompach ciepła.
Systemy wykorzystujące odszranianie gorącym gazem są również podatne na przelewanie się cieczy na początku i na końcu odmrażacza. Jednostki o niskim przegrzaniu, takie jak agregaty wody lodowej i niskotemperaturowe sprężarki gabloty, czasami przepełniają się z powodu niewłaściwej kontroli czynnika chłodniczego. W przypadku instalacji w pojazdach poważne zalania mogą również wystąpić podczas ponownego uruchamiania po długim okresie przestoju.
W sprężarce dwustopniowej ssanie wraca bezpośrednio do cylindra dolnego stopnia i nie przechodzi przez komorę silnika. W celu ochrony zaworu sprężarki przed uderzeniem cieczy należy zastosować separator gaz-ciecz.
Ze względu na różne ogólne wymagania dotyczące napełnienia różnych systemów chłodniczych i różne metody kontroli czynnika chłodniczego, to, czy wymagany jest separator gaz-ciecz i jaki rozmiar jest wymagany, zależy w dużej mierze od wymagań konkretnego systemu. Bez dokładnego testowania ilości powracającej cieczy konserwatywne podejście projektowe polega na doborze wielkości separatora gaz-ciecz na 50 procent całkowitego obciążenia systemu.
E. Separator oleju
Separatory oleju nie są w stanie rozwiązać problemów związanych z powrotem oleju ze względu na konstrukcję systemu, ani nie są w stanie rozwiązać problemów z kontrolą płynnego czynnika chłodniczego. Jednak separatory oleju pomagają zmniejszyć ilość oleju krążącego w systemie, gdy awarii sterowania systemem nie można rozwiązać w inny sposób, i mogą pomóc systemowi w krytycznym okresie, dopóki sterowanie systemem nie powrócą do normy. Na przykład w jednostkach o bardzo niskich temperaturach lub zalanych parownikach odszranianie może mieć wpływ na powrót oleju, w którym to przypadku separator oleju może pomóc w utrzymaniu ilości oleju chłodniczego w sprężarce podczas odszraniania układu.
