空調壓縮機常見故障分析

壓縮機常見故障分析(1)——電機燒燬

電動機壓縮機（以下簡稱壓縮機）的故障可分為電機故障和機械故障(包括 曲軸，連桿，活塞，閥片，缸蓋墊等)。機械故障往往使電機超負荷運轉甚至堵 轉，是電機損壞的主要原因之一。

電機的損壞主要表現為定子繞組絕緣層破壞（短路）和斷路等。定子繞組損 壞後很難及時被發現，最終可能導致繞組燒燬。繞組燒燬後，掩蓋了一些導致燒 毀的現象或直接原因，使得事後分析和原因調查比較困難。

然而，電機的運轉離不開正常的電源輸入，合理的電機負荷，良好的散熱和 繞組漆包線絕緣層的保護。從這幾方面入手，不難發現繞組燒燬的原因不外乎如下六種：(1)異常負荷和堵轉；(2)金屬屑引起的繞組短路；(3)接觸器問題；(4) 電源缺相和電壓異常；(5)冷卻不足；(6)用壓縮機抽真空。實際上，多種因素共 同促成的電機損壞更為常見。

1.異常負荷和堵轉

電機負荷包括壓縮氣體所需負荷以及克服機械摩擦所需負荷。壓比過大，或壓差 過大，會使壓縮過程更為困難；而潤滑失效引起的摩擦阻力增加,以及極端情況下的電機堵轉，將大大增加電機負荷。

潤滑失效，摩擦阻力增大,是負荷異常的首要原因。回液稀釋潤滑油，潤滑 油過熱，潤滑油焦化變質，以及缺油等都會破壞正常潤滑，導致潤滑失效。回液 稀釋潤滑油，影響摩擦面正常油膜的形成，甚至沖刷掉原有油膜，增加摩擦和磨 損。壓縮機過熱會引起使潤滑油高溫變稀甚至焦化，影響正常油膜的形成。系統 回油不好，壓縮機缺油，自然無法維持正常潤滑。曲軸高速旋轉，連桿活塞等高 速運動， 沒有油膜保護的摩擦面會迅速升溫， 局部高溫使潤滑油迅速蒸發或焦化， 使該部位潤滑更加困難，數秒鐘內可引起局部嚴重磨損。潤滑失效，局部磨損， 使曲軸轉動需要更大力矩。小功率壓縮機（如冰箱，家用空調壓縮機）由於電機 扭矩小，潤滑失效後常出現堵轉（電機無法轉動）現象，並進入“堵轉－熱保護－堵轉”死循環，電機燒燬只是時間問題。而大功率半封閉壓縮機電機扭矩很大，局部磨損不會引起堵轉，電機功率會在一定範圍內隨負荷而增大，從而引起更為嚴重的磨損，甚至引起咬缸（活塞卡在氣缸內），連桿斷裂等嚴重損壞。

2.金屬屑引起的短路

繞組中夾雜的金屬屑是短路和接地絕緣值低的罪魁禍首。 壓縮機運轉時的正常振 動，以及每次啟動時繞組受電磁力作用而扭動，都會促使夾雜於繞組間的金屬屑 與繞組漆包線之間的相對運動和摩擦。稜角銳利的金屬屑會劃傷漆包線絕緣層， 引起短路。

金屬屑的來源包括施工時留下的銅管屑，焊渣，壓縮機內部磨損和零部件損 壞（比如閥片破碎）時掉下的金屬屑等。對於全封閉壓縮機（包括全封閉渦旋壓 縮機），這些金屬屑或碎粒會落在繞組上。對於半封閉壓縮機，有些顆粒會隨氣 體和潤滑油在系統中流動，最後由於磁性聚集在繞組中；而有些金屬屑（比如軸 承磨損以及電機轉子與定子磨損（掃膛）時產生的）會直接落在繞組上。繞組中 聚集了金屬屑後，發生短路只是一個時間問題。

3.接觸器問題

接觸器是電機控制迴路中重要部件之一，選型不合理可以毀壞最好的壓縮機。按負載正確選擇接觸器是極其重要的。

接觸器必須能滿足苛刻的條件，如快速循環，持續超載和低電壓。它們必須 有足夠大的面積以散發負載電流所產生的熱量， 觸點材料的選擇必須在啟動或堵 轉等大電流情況下能防止焊合。

為了安全可靠，壓縮機接觸器要同時斷開三相電路。谷輪公司不推薦斷開二相電路的方法。 在美國，谷輪公司認可的接觸器必須滿足如下四項：

·接觸器必須滿足 ARI 標準 780-78“專用接觸器標準”規定的工作和測試準則。

·製造商必須保證接觸器在室溫下，在最低銘牌電壓的 80％時能閉合。

·當使用單個接觸器時， 接觸器額定電流必須大於電機銘牌電流額定值(RLA). 同時，接觸器必須能承受電機堵轉電流。如果接觸器下游還有其它負載，比如電 機風扇等，也必須考慮。

·當使用兩個接觸器時，每個接觸器的分繞組堵轉額定值必須等於或大於壓 縮機半繞組堵轉額定值。 接觸器的額定電流不能低於壓縮機銘牌上的額定電流。規格小或質量低劣的 接觸器無法經受壓縮機啟動，堵轉和低電壓時的大電流衝擊，容易出現單相或多 相觸點抖動,焊接甚至脫落的現象，引起電機損壞。

觸點抖動的接觸器頻繁地啟停電機。 電機頻繁啟動，巨大的啟動電流和發熱,會加劇繞組絕緣層的老化。每次啟動時，磁性力矩使電機繞組有微小的移動和相互摩擦。如果有

如果接觸器選型偏小，觸頭不能承受電弧和由於頻繁開停循環或不穩定控制迴路電壓產生的高溫，可能焊合或從觸頭架中脫落。焊合的觸頭將產生永久性單 相狀態，使過載保護器持續地循環接通和斷開。

因此，當電機燒燬後，檢查接觸器是必不可少的工序。接觸器是導致電機損壞的一個常常被人遺忘的重要原因。

4.電源缺相和電壓異常

電壓不正常和缺相可以輕而易舉地毀掉任何電機。 電源電壓變化範圍不能超過額 定電壓的±10%。三相間的電壓不平衡不能超過 5％。大功率電機必須獨立供電， 以防同線其他大功率設備啟動和運轉時造成低電壓。 電機電源線必須能夠承載電 機的額定電流。

如果發生缺相時壓縮機正在運轉，它將繼續運行但會有大的負載電流。電機 繞組會很快過熱，正常情況下壓縮機會被熱保護。當電機繞組冷卻至設定溫度， 接觸器會閉合，但壓縮機啟動不起來，出現堵轉，並進入“堵轉－熱保護－堵轉” 死循環。

5.冷卻不足

功率較大的壓縮機一般都是回氣冷卻型的。蒸發溫度越低， 系統質量流往往越小。當蒸發溫度很低時（超過製造商的規定），流量就不足以冷卻電機，電機就會在 較高溫度下運轉。空氣冷卻型壓縮機（一般不超過 10HP）對回氣的依賴性小， 但對壓縮機環境溫度和冷卻風量有明確要求。

製冷劑大量洩漏也會造成系統質量流減小，電機的冷卻也會受到影響。一些 無人看管的冷庫等，往往要等到製冷效果很差時才會發現製冷劑大量洩漏了。

電機過熱後會出現頻繁保護，有些用戶不深入檢查原因，甚至將熱保護器短路，那是非常糟糕的事情。過不了多久，電機就會燒掉。

壓縮機都有安全運行工況範圍。 安全工況主要的考慮因素就是壓縮機和電機的負荷與冷卻。由於不同溫區的壓縮機的價格不同，過去國內冷凍行業超範圍使 用壓縮機是比較常見的。隨著專業知識的增長和經濟條件的改善，情況已明顯改善。

6.用壓縮機抽真空

開啟式製冷壓縮機已經被人們淡忘了， 但製冷行業中還有一些現場施工人員保留了過去的習慣――用壓縮機抽真空。這是非常危險的。

空氣扮演著絕緣介質的角色。密閉容器內抽真空後，裡面的電極之間的放電現象就很容易發生。因此，隨著壓縮機殼體內的真空度的加深，殼內裸露的接線 柱之間或絕緣層有微小破損的繞組之間失去了絕緣介質，一旦通電，電機可能在 瞬間內短路燒燬。如果殼體漏電，還可能造成人員觸電。

因此，禁止用壓縮機抽真空，並且在系統和壓縮機處於真空狀態時（抽完真空還沒有加製冷劑），嚴禁給壓縮機通電。

總結電機燒燬後，掩蓋了繞組損壞的現象，給故障分析造成了一定的困難。然而引起 壓縮機電機損壞的根本原因並不會消失。 潤滑不良或失效時引起的異常負荷甚至 堵轉，散熱不足，都會縮短繞組的壽命；繞組中夾雜了金屬屑更是為短路提供了便利；接觸器焊合將使壓縮機的保護無法執行；電機賴以運轉的電源出現異常， 將從根本上毀掉任何電機；用壓縮機抽真空，可能引起內接線柱放電。

壓縮機常見故障分析(2)——液擊

1.引言

液態製冷劑和／或潤滑油隨氣體吸入壓縮機氣缸時損壞吸氣閥片的現象， 以及進 入氣缸後沒有在排氣過程迅速排出， 在活塞接近上止點時被壓縮而產生的瞬間高 液壓的現象通常被稱為液擊。液擊可以在很短時間內造成壓縮受力件（如閥片、 活塞、連桿、曲軸、活塞銷等）的損壞，是往復式壓縮機的致命殺手。減少或避 免液體進入氣缸就可以防止液擊的發生，因此液擊是完全可以避免的。

2.過程與現象

(1)吸氣閥片斷裂

壓縮機是壓縮氣體的機器。通常，活塞每分鐘壓縮氣體 1450 次（半封壓縮 機）或 2900 次（全封壓縮機），即完成一次吸氣或排氣過程的時間為 0.02 秒 甚至更短。閥板上的吸排氣孔徑的大小以及吸排氣閥片的彈性與強度均是按照氣 體流動而設計的。從閥片受力角度講，氣體流動時產生的衝擊力是比較均勻的。

(2)連桿斷裂

壓縮行程的時間約 0.02 秒，而排氣過程會更短暫。氣缸中的液滴或液體必須在如此短的時間內從排氣孔排出，速度和動量是很大的。排氣閥片的情況與吸 氣閥片相同，不同之處在於排氣閥片有限位板和彈簧片支撐，不容易折斷。衝擊 嚴重時，限位板也會變形翹起。

如果液體沒有及時蒸發和排出氣缸，活塞接近上止點時會壓縮液體，由於時間很短，這一壓縮液體的過程好像是撞擊，缸蓋中也會傳出金屬敲擊聲。壓縮液 體是液擊現象的另一部分或過程。

3.原因分析

顯然，能引起壓縮機液擊的液體不外乎如下幾種來源：1）回液，即從蒸發器中流回壓縮機的液態製冷劑或潤滑油；2）帶液啟動時的泡沫；3）壓縮機內的潤 滑油太多。本文將對這幾種原因逐一分析。

(1)回液

通常，回液是指壓縮機運行時蒸發器中的液態製冷劑通過吸氣管路回到壓縮機的現象或過程。

對於使用膨脹閥的製冷系統，回液與膨脹閥選型和使用不當密切相關。膨脹閥選型過大、過熱度設定太小、感溫包安裝方法不正確或絕熱包紮破損、膨脹閥失靈都可能造成回液。對於使用毛細管的小製冷系統而言，加液量過大會引起回液。

利用熱氣融霜的系統容易發生回液。無論採用四通閥進行熱泵運行，還是採用熱氣旁通閥時的製冷運行，熱氣融霜後會在蒸發器內形成大量液體，這些液體 在隨後的製冷運行開始時既有可能回到壓縮機。

回液不僅會引起液擊，還會稀釋潤滑油造成磨損。磨損時電機的負荷和電流會大大增加，久而久之將引起電機故障。對於回液較難避免的製冷系統， 安裝氣液分離器和採用抽空停機控制可以有效阻止或降低迴液的危害。

（2）帶液啟動

與回液不同，引起帶液啟動的製冷劑是以“製冷劑遷移”的方式進入曲軸箱的。製冷劑遷移是指壓縮機停止運行時，蒸發器中的製冷劑以氣體形式，通過回 氣管路進入壓縮機並被潤滑油吸收， 或在壓縮機內冷凝後與潤滑油混合的過程或現象。

壓縮機停機後，溫度會降低，而壓力會升高。由於潤滑油中的製冷劑蒸汽分壓低，就會吸收油麵上的製冷劑蒸氣，造成曲軸箱氣壓低於蒸發器氣壓的現象。油溫愈低，蒸汽壓力越低，對製冷劑蒸汽的的吸收力就愈大。蒸發器中的蒸汽就 會慢慢向曲軸箱“遷移”。此外，如果壓縮機在室外，天氣寒冷時或在夜晚，其溫 度往往比室內的蒸發器低，曲軸箱內的壓力也就低，製冷劑遷移到壓縮機後也容 易被冷凝而進入潤滑油。

由於結構原因，空冷壓縮機啟動時曲軸箱壓力的降低會緩慢得多，起泡現象不很劇烈，泡沫也很難進入氣缸，因此空冷壓縮機不存在帶液啟動液擊問題。

理論上講，壓縮機安裝曲軸箱加熱器（電熱器）可以有效防止製冷劑遷移。 短時間停機（比如在夜間）後，維持曲軸箱加熱器通電，可以使潤滑油溫度略高於系統其它部位，製冷劑遷移不會發生。長時間停機不用（比如一個冬天）後，開機前先加熱潤滑油幾個或十幾個小時，可以蒸發掉潤滑油中的大部分製冷劑， 既可以大大減小帶液啟動時液擊的可能性，也可以降低製冷劑沖刷造成的危害。 但實際應用中，停機後維持加熱器供電或者開機前十幾小時先給加熱器供電，是 有難度的。因此，曲軸箱加熱器的實際效果會大打折扣。

當然，通過改進壓縮機結構，可以阻止製冷劑遷移，並減緩潤滑油起泡程度。通過改進回氣冷卻型壓縮機內的回油路徑，在電機腔與曲軸箱遷移的通道上增加關卡（回油泵等），停機後即可切斷通路，製冷劑無法進入曲軸腔；減小進氣道 與曲軸箱的通道截面可以減緩開機時曲軸箱壓力下降速度，進而控制起泡的程度 和泡沫進入氣缸的量。

(3)潤滑油太多

半封閉壓縮機通常都有油視鏡，以便觀察油位高低。油位高於油視鏡範圍， 說明油太多了。油位太高，高速旋轉的曲軸和連桿大頭就可能頻繁撞擊油麵，引 起潤滑油大量飛濺。 飛濺的潤滑油一旦竄入進氣道，帶入氣缸，就可能引起液擊。

大型製冷系統安裝調試時，往往需要適當補充潤滑油。但對於回油不好的系 統，要認真尋找影響回油的根源，一味地補充潤滑油是危險的。即使暫時油位不高，也要注意潤滑油突然大量返回時（比如化霜後）可能造成的危險。潤滑油引 起的液擊並不罕見。

壓縮機故障分析(3)——缺油與潤滑不足

1.引言

壓縮機是高速運轉的複雜機器，保證壓縮機曲軸、軸承、連桿、活塞等運動件的 充分潤滑是維持機器正常運轉的基本要求。為此，壓縮機制造商要求使用指定牌 號潤滑油，並要求定期檢查潤滑油油位和顏色。然而,由於製冷系統設計、施工和維護方面的疏忽，壓縮機缺油、油焦化變質、回液稀釋、製冷劑沖刷、使用劣 質潤滑油等造成運動件潤滑不足的情況比較常見。 潤滑不足會引起軸承面磨損或 劃傷，嚴重時會造成抱軸、活塞卡在氣缸內以及由此而引起的連桿彎曲、斷裂事 故。

2.缺油

缺油是很容易辨別的壓縮機故障之一，壓縮機缺油時曲軸箱中油量很少甚至沒有 潤滑油。

壓縮機是一個特殊的氣泵，大量製冷劑氣體在被排出的同時也夾帶走一小部 分潤滑油（稱為奔油或跑油）。壓縮機奔油是無法避免的，只是奔油速度有所不 同。半封活塞式壓縮機排氣中大約有 2-3％的潤滑油，而渦旋壓縮機為 0.5-1%。 對於一臺排量為 100m3/hr、曲軸箱儲油量為 6 升的 6 缸壓縮機，3％的奔油意 味著大約 0.3-0.8 升／分鐘的奔油量，或壓縮機無回油運轉時間為十幾分鍾。

排出壓縮機的潤滑油不回來，壓縮機就會缺油。壓縮機回油有兩種方式，一 種是油分離器回油，另一種是回氣管回油。油分離器安裝在壓縮機排氣管路上， 一般能分離出 50-95％的奔油，回油效果好，速度快，大大減少進入系統管路的油量，從而有效延長了無回油運轉時間。

管路特別長的冷庫製冷系統、滿液式製冰系統以及溫度很低的凍幹設備等， 開機後十幾分鍾甚至幾十分鐘不回油或回油量非常少的情況並不稀奇，設計不好的系統會出現壓縮機油壓過低而停機的問題。這種製冷系統安裝高效油分離器能大大延長壓縮機無回油運轉時間，使壓縮機安全度過開機後無回油的危機階段。

出現內回油問題時，可以觀察到壓縮機油位不斷下降，直至油壓安全裝置動作。壓縮機停機後，曲軸箱的油位很快恢復。內回油問題的根源在於氣缸洩漏，應及時更換磨損活塞組件。

壓縮機缺油引起的磨損一般比較均勻。如果潤滑油很少或者沒有油，軸承表 面就會出現劇烈的摩擦，溫度會在幾秒內迅速升高。如果電機的功率足夠大，曲軸會繼續轉動，曲軸和軸承表面會被磨損或劃傷，否則曲軸會被軸承抱死，停止轉動。活塞在氣缸內的往復運動也是一樣的，缺油會導致磨損或劃傷，嚴重時活 塞會卡在氣缸內不能運動。

3.潤滑不足

磨損的直接原因是潤滑不足。缺油肯定會引起潤滑不足，但油潤不足不一定就是缺油引起的。以下三種原因也可以造成潤滑不足：潤滑油無法到達軸承表面；潤 滑油雖已到達軸承表面，但是粘度太小，不能形成足夠厚度的油膜；潤滑油雖已 到達軸承表面，但是由於過熱而分解掉了，不能起到潤滑作用。

吸油網或供油管路堵塞、油泵故障等均會影響潤滑油的輸送，潤滑油無法到 達遠離油泵的摩擦面。吸油網和油泵正常，但軸承磨損、間隙過大等造成漏油和油壓過低，會使遠離油泵的摩擦面得不到潤滑油，造成磨損和劃傷。

回液是常見的系統問題，回液的一大危害在於稀釋潤滑油。被稀釋的潤滑油 到達摩擦面後，粘度低，不能形成足夠厚度的保護油膜，久而久之會造成磨損。 回液量比較大時，潤滑油會很稀，不但不能起到潤滑作用，而且還會溶解沖刷原有油膜，引起製冷劑沖刷。

由於種種原因（包括壓縮機啟動階段）沒有得到潤滑油的摩擦面溫度會迅速 攀升，超過 175° 後潤滑油就開始分解。“潤滑不足－摩擦－表面高溫－油分解” C 是一個典型的惡性循環，許多惡性事故包括連桿抱軸、活塞卡缸都與這個惡性循環有關。

潤滑不足和缺油現象可以在拆開的壓縮機中看到。缺油一般表現為大面積、 比較均勻的表面損傷和高溫，而潤滑不足更多的是在一些特定部位的磨損、劃傷 和高溫，如遠離油泵的軸承面等。

4.結論與建議

缺油會引起嚴重的潤滑不足，缺油的根本原因不在於壓縮機奔油多少和快慢，而 是系統回油不好。安裝油分離器可以快速回油，延長壓縮機無回油運轉時間。蒸 發器和回氣管路的設計必須考慮到回油。避免頻繁啟動、定時化霜、及時補充制 冷劑、及時更換磨損的活塞組件等維護措施也有助於回油。

回液和製冷劑遷移會稀釋潤滑油，不利於油膜的形成；油泵故障和油路堵塞 會影響供油量和油壓，導致摩擦面缺油；摩擦面高溫會促使潤滑油分解，使潤滑 油失去潤滑能力。這三方面問題引起的潤滑不足也常常造成壓縮機損壞。

缺油的根源在於系統。因此，只更換壓縮機或某些配件不能從根本上解決缺 油問題。

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