螺杆机组回油系统的原理、故障及维修

目前,螺杆制冷机组主要采用两种回油方式:油泵强制回油和热虹吸自动回油。

 1、油泵强制回油   

油泵强制回油是利用机械油泵将油库中的润滑油抽吸到压缩机的供油口,再经过压缩机内部的油道和轴承,最后从排气口排出,进入油气分离器。在油气分离器中,油气混合物被分离,油液流回油库,而制冷剂气体则进入冷凝器。这种回油方式控制精确,不受工况波动影响,但系统复杂,成本较高[1]。

其基本布局如下:油库→油泵→压缩机→油气分离器→油库。  

2、热虹吸自动回油   

热虹吸自动回油是利用油气分离器与压缩机之间的温差,使高温高压的油气混合物在重力和压差作用下自动流回压缩机。由于油的比重远大于制冷剂,因此油液会优先流回,而制冷剂则被截留在油气分离器中。这种回油方式结构简单,无需额外动力,但容易受到工况波动的影响[2]。

其基本布局如下:压缩机→油气分离器→压缩机。  

对于小型螺杆机组,通常采用热虹吸自动回油;而大型螺杆机组则多采用油泵强制回油。

螺杆制冷机组缺油是指压缩机的实际油位低于正常油位,或者润滑油无法正常到达压缩机的摩擦部件。其主要原因有:

 1、油路泄漏   

压缩机与油气分离器之间的油管、接头、阀门等如果出现松动、开裂或腐蚀,都会导致大量润滑油泄漏,造成油位下降。泄漏部位常见于:

(1)回油管路的法兰、焊缝等连接处;

(2)回油电磁阀、单向阀等容易损坏的部件;

(3)压缩机壳体或油气分离器的裂纹、砂眼等。

 2、回油阻塞   

回油管路中如果混入焊渣、金属屑、氧化物等杂质,或者管道内部结垢、积碳,都会阻碍油液的正常流动,使回油量大幅降低。常见的阻塞位置有:

(1)回油滤网堵塞;

(2)单向阀芯卡死;

(3)电磁阀铁芯锈蚀;

(4)油管弯头处有异物。

 3、油泵故障   

对于采用油泵强制回油的机组,油泵是保证回油的关键。如果油泵出现以下问题,就会导致供油不足[3]:

(1)油泵叶轮磨损,容量下降;

(2)油泵轴承损坏,转速降低;

(3)油泵吸入口阻塞,压差不足;

(4)旁通阀门未关严,油液外溢。

 4、油位计失灵   

油库中设有油位计,用于监测油位变化。如果油位计失灵,会给人一种"假缺油"的错觉。常见的失灵原因有:

(1)浮球腐蚀,液位显示失真;

(2)玻璃管碎裂,油面观察不清;

(3)电气接点松脱,信号传输中断;

(4)指示灯损坏,无法报警提示。

 5、系统漏油   

除了局部油路泄漏外,制冷系统的其他部件如果发生漏油,也会导致油量损失。常见的漏油点包括:

(1)压缩机轴封、O型圈老化;

(2)冷凝器管束腐蚀、砂眼;

(3)储液器焊缝开裂;

(4)油冷却器盘管穿孔。

 6、油品劣化   

润滑油长期使用会氧化变质,粘度上升,润滑性能下降。劣化后的油品会加剧摩擦磨损,造成压缩机抱轴、咬死等故障,从而加速油耗。同时油泥、胶质也会堵塞油道,影响回油顺畅[4]。

与缺油相对,跑油是指压缩机的实际排油量远大于供油量,导致大量油品进入系统其他部件。跑油的主要原因有:

 1、吸气过热度过高   

吸气过热度是指气体进入压缩机时的实际温度与饱和温度的差值。过热度过高意味着气体温度偏高,比容增大,从而夹带更多油蒸气。一般认为,吸气过热度应控制在5~10K,超过20K就很容易引起跑油[5]。

 2、排气温度过高   

排气温度是指气体离开压缩机时的温度,它与吸气温度、压缩比、制冷剂类型等因素有关。排气温度过高会导致油蒸发加剧,油气比例失衡。因此要严格控制排气温度,一般不超过100℃为宜。  

 3、压比失调   

压比是指排气压力与吸气压力之比,反映了压缩机所承受的载荷。当系统实际压比与设计压比不符时,会引起排气量骤变,油气比例失调。压比过高时,排气量减小,油气比例升高,油易被带出;压比过低时,吸气量增大,气体密度降低,同样会带走更多油蒸气[6]。

 4、分离器失效   

油气分离器是实现油气分离的关键部件,其性能直接影响到系统的含油率。如果出现以下问题,分离器就难以发挥应有的作用:

(1)滤网堵塞,油滴聚并受阻;

(2)回油口位置偏高,油液溢出;

(3)除雾器损坏,油雾夹带量大;

(4)壳体腐蚀,油气混合物外泄。

 5、油位过高   

油库中的油位应保持在刻度范围内,过高或过低都会引起异常。如果加注过量润滑油,油面就会淹没回油口,使大量油液倒灌入压缩机,并随排气带入系统[7]。

6、油黏度不合适   

润滑油的粘度要与螺杆压缩机的型号、转速、工况等因素相匹配。粘度过低的油易被气流带走,而粘度过高的油流动性差,回油阻力大。一般来说,螺杆压缩机常用ISO VG 32~100的矿物冷冻机油,需定期检测油品粘度[8]。

螺杆制冷机组如果长期缺油或润滑不良,会产生以下危害:

 1、压缩机磨损加剧   

螺杆、轴承、同步齿轮等摩擦副得不到良好润滑,就会加速磨损,缩短使用寿命。特别是在高温重载下,油膜强度不足极易引起烧结、熔毁等事故[9]。

2、系统效率下降   

由于缺油导致的机械损耗增大,压缩机的容积效率和制冷量都会明显下降,能耗上升。据测试,当油位下降30%时,压缩机效率可降低5%以上[10]。

 3、泄漏风险加大   

螺杆压缩机的轴封、O型圈等密封件在缺乏润滑的状态下,极易因过热、磨损而失效,导致制冷剂大量泄漏,污染环境。  

 4、油品劣化加剧   

残留的少量润滑油在高温氧化环境中,会加速老化变质,产生大量油泥、胶质,堵塞油道,恶化散热,形成恶性循环。

 5、电机绝缘降低   

润滑油除了起润滑作用外,还兼有冷却、清洁、防锈等功能。一旦缺油,电机绕组的散热和绝缘性能就会下降,加大短路烧毁风险。

另一方面,如果螺杆制冷机组出现严重跑油,也会带来诸多危害:

 1、压缩机抱轴   

过量的润滑油进入气缸后,会在高温高压下裂解产生炭粒,沉积在螺杆表面。炭粒会嵌入间隙,引起局部过热,使螺杆膨胀变形,最终抱轴咬死[11]。

2、蒸发器结油   

随排气进入系统的润滑油最终会聚集在蒸发器内表面,形成油膜,阻碍换热。油膜的导热系数远低于制冷剂,会大大降低蒸发器制冷量。据统计,当蒸发器含油率超过5%时,换热系数可下降30%以上[12]。

 3、膨胀阀失灵   

跑油还会引起热力膨胀阀失灵。一方面,油污会堵塞毛细管和阀口;另一方面,含油制冷剂的热力性质发生改变,饱和压力降低,使得阀门开度失去控制[13]。

4、油品混溶   

矿物冷冻机油与HFC类制冷剂有一定互溶性,但其溶解度随温度升高而下降。当大量油品进入冷凝器时,遇冷析出,与液态制冷剂难以分离,最终混溶形成油浆,堵塞毛细管路[14]。

 5、测量失真   

流经流量计、压力表等测量元件的含油工质,会使其测量值失真,误导判断。同时含油量波动也会引起控制系统抖动,降低调节品质[15]。

 针对螺杆制冷机组的缺油跑油问题,可采取以下解决措施: 

• 检查并修复油路泄漏点,如更换损坏的油管、紧固松动的管接头等。

• 定期清洗或更换回油滤网、油道,确保油路畅通。

• 检修或更换故障油泵,必要时可改用双油泵并联。

• 校验油位计,确保显示准确,低油位报警及时。

• 彻查制冷系统的泄漏点,尤其是易泄漏部位如焊缝、阀门等,及时修复或更换。

• 定期检测油品品质,当酸值和粘度超标时应及时更换新油。

• 控制吸气过热度在合理范围内,必要时可在吸气管路上设置冷却装置。

• 优化喷油冷却控制逻辑,防止排气温度过高。

• 检查并校正膨胀阀的过热度调节,使系统维持在设计压比附近运行。

• 检修或更换失效的油气分离器,定期排净积油,避免回油口淹没。

• 严格按照厂家规定添加润滑油,切勿过量。配备透明油位计,便于观察。

• 根据压缩机参数选择合适粘度等级的润滑油,定期检测粘度并记录。

• 安装压缩机振动和轴承温度监测装置,及时发现磨损征兆。

• 改善蒸发器的除油措施,如设置集油槽、增大过热段长度等。

• 在膨胀阀前设置干燥过滤器,拦截杂质和油污。

• 选用与油品匹配的合成制冷剂,尽量避免矿物油与HFC剂混用。

• 校准测量仪表,改进控制算法,提高系统适应性。

参考文献:
[1] 王华君. 螺杆制冷压缩机组回油系统的设计[J]. 制冷与空调, 2015(3):73-77.
[2] 马国梁. 热虹吸式回油在螺杆制冷机组中的应用[J]. 石化设备, 2018, 45(3):75-78.
[3] 崔健. 螺杆压缩机强制回油油泵的选型计算[J]. 化工设计通讯, 2017, 43(9):165-167.
[4] 郭晓明, 王璐. 螺杆制冷压缩机润滑油劣化原因及检测方法探讨[J]. 设备管理与维修, 2019(18):83-85.
[5] 王永亮, 李雪峰, 冯长根. 吸气过热度对螺杆制冷压缩机性能的影响[J]. 制冷学报, 2014, 35(4):79-83.
[6] 赵永占, 温泉, 王华君. 螺杆制冷机组排气温度过高的原因及处理[J]. 制冷与空调, 2016, 30(6):563-566.
[7] 袁家海. 螺杆压缩机内部压比失调的原因分析及对策[J].2020(2):117-118.
[8] 裴晓峰. 油气分离器结构对螺杆压缩机组性能的影响[J].化工管理, 2018(31):115-116.
[9] 王军, 何利剑. 螺杆制冷压缩机油位对其性能的影响[J]. 化工设计通讯, 2019, 45(7):154.
[10] 黄勇, 李少博, 徐华龙. 螺杆压缩机常用润滑油的选型原则[J]. 设备管理与维修, 2020(5):82-85.
[11] 朱荣生. 浅谈螺杆压缩机润滑不良的原因及解决措施[J].科技创新导报, 2017, 14(5):185-186.
[12] 余斌, 郑伟康. 含油制冷剂对蒸发器传热性能的影响研究[J]. 制冷学报, 2015, 36(3):22-27.
[13] 郑文革. 螺杆制冷压缩机跑油的危害和防治[J]. 电子制作, 2013(18):319.
[14] 李阳, 王璐, 丁文江. 含油制冷剂的热力性质研究进展[J]. 化工学报, 2016, 67(S1):515-520.
[15] 刘阳, 孟祥举, 刘志恒. 含油制冷剂对热力膨胀阀性能的影响[J]. 流体机械, 2018, 46(12):66-72.

以上内容是笔者通过搜集整理相关文献资料,并结合实践经验总结而成。限于个人学识,不足之处在所难免,欢迎广大读者批评指正。衷心希望本文能为广大制冷从业者提供一些参考,为螺杆制冷机组的安全高效运行尽绵薄之力。让我们携手并进,共同推动制冷事业的发展!