船机故障心莫慌，船机故障找船机通
制冷系统主要有四个部分，蒸发器，膨胀阀，冷凝器，压缩机。
它们的功用是：
膨胀阀——控制冷剂的流量，并使流过的冷剂节流降压；
蒸发器 — — 使流经其中的冷剂吸热气化；
压缩机——抽吸蒸发器产生的冷剂气体并将其压送到冷凝器中；
冷凝器——使送来的冷剂气体降温并冷凝。
下图为小型空调系统见图，制冷系统中动力源为压缩机。
压缩机主要有活塞式，螺杆式，叶片式，滚子式，大型空调制冷系统主要是螺杆式比较多，也有叶片式的，在进口部分的吸口阀采用电动控制方式根据负荷大小舱室温度控制进口大小改变冷剂量。目前采用的冷剂都是无氟新型冷剂。
压缩机作为制冷系统的核心部件，其作用是系统的动力源。在制冷循环中，它负责提供动力，促使制冷剂在系统中不断循环。压缩机从蒸发器中吸收低温低压的气态制冷剂，经过压缩后，将高温高压的制冷剂气体排出，从而驱动整个制冷循环。压缩机螺杆式和叶片式运转可靠性高，只要保证足够的冷冻滑油就不会出现大的问题，另外活塞式压缩机由于缸头附件较多故障率偏高，但是小型压缩机大部分采用活塞式，另外小型挂机空调多采用的是转子的式压缩机螺杆式的。
冷凝器作用把高温高压的冷剂冷却成低温高压的液体冷剂。上图多用在小型空调系统。冷凝器是负责冷却经由制冷压缩机压缩后的高温制冷剂蒸汽，并通过热交换作用使其液化的关键设备。大型制冷设备一般采用水冷的方式，片式和壳管式比较常见，壳管式冷却器在船舶上主要采用海水冷却，主要的保养工作是清洁疏通海水面，及防止海水面的腐蚀工作，目前大部分采用在端盖处加锌块的方法防止腐蚀。
膨胀阀主要作用是控制冷剂进入到蒸发器，变成高温气体吸收热量。
热力膨胀阀主要有两种形式：内平衡和外平衡
热力膨胀阀主要由阀体、阀芯、感温包、平衡管、调节弹簧、固定孔板等组成。其中,阀体连通高低压侧,内装可上下移动的阀芯;阀芯顶部与调节弹簧相连,受弹簧力向下压紧;感温包置于蒸发器出口处,内装挥发性液体,并通过毛细管(外平衡管)与阀芯上腔相通;平衡管连接在膨胀阀前后,用于传递蒸发压力;固定孔板限制阀芯的最大行程[1]。
热力膨胀阀的开度调节过程如下:(1)感温包吸收蒸发器出口制冷剂的热量,使内部液体汽化,压力升高,推动膜片向上顶开阀芯,增大阀口流面积;(2)随着阀口开度增大,蒸发器供液量增加,出口过热度下降,感温包压力降低,在弹簧力和蒸发压力作用下,阀芯又逐渐下行,减小阀口开度;(3)当感温包压力、弹簧压力和蒸发压力达到平衡时,阀芯停止运动,阀口开度稳定在一个平衡位置[2]。
这种”蒸发器出口温度反馈-阀芯开度调节-供液量变化”的自动控制过程,使热力膨胀阀能根据负荷的变化,自动调节阀门开度,维持蒸发器出口过热度在设定范围内,保证系统安全、高效运行。
膨胀阀的主要故障现象
供液量异常
供液量异常是热力膨胀阀故障的典型表现之一。主要包括:
(1)供液过多:阀芯开度过大,使蒸发器液体充满,出口处甚至有液体溢出。此时吸气管温度接近饱和温度,压缩机有液击危险[3]。
(2)供液不足:阀芯开度过小,使蒸发器供液短缺,蒸发压力下降,吸气过热度上升。长期供液不足会使油被带入系统,引发压缩机润滑不良[4]。
蒸发温度频繁变化
当热力膨胀阀发生故障时,蒸发器的蒸发温度往往出现异常波动。常见的是:
(1)蒸发温度忽高忽低:阀芯振动频繁,开度时大时小,使蒸发温度忽高忽低,系统制冷效果忽冷忽热[5]。
(2)蒸发温度持续偏低:感温包失灵或平衡孔堵塞,使阀芯长时间处于全开状态,导致蒸发温度持续偏低,压缩机吸气压力降低[6]。
阀后压力不正常
阀后压力异常是判断热力膨胀阀故障的重要依据。主要表现为:
(1)阀后压力过高:平衡孔泄漏或感温包泄漏,使阀后压力异常升高,甚至接近冷凝压力,系统制冷效果下降[7]。
(2)阀后压力过低:阀芯卡涩或弹簧松动,使阀门开度不足,导致阀后压力过低,低于蒸发压力,压缩机吸气压力降低[8]。
热力膨胀阀故障的原因分析
阀芯咔脂
阀芯卡涩是热力膨胀阀常见的机械故障,使阀芯无法随感温包压力变化而自如调节开度。主要原因包括:
(1)阀芯磨损:阀芯与阀座长期摩擦,表面出现划痕、裂纹等磨损,导致啮合间隙增大,密封性下降[9]。
(2)阀芯弯曲:装配不当或外力作用,使阀杆产生微小的弯曲变形,阻碍阀芯的升降运动[10]。
(3)阀体杂质:焊渣、铁屑等异物进入阀体,卡在阀芯与阀座之间,妨碍阀芯动作[11]。
(4)润滑油脂变质:阀芯润滑脂使用时间过长,在高温下氧化变质,粘度增大,阻力增加[12]。
感温包失效
感温包是反馈蒸发器出口温度信号的关键部件,其失灵会使阀芯失去温度反馈,无法适应负荷变化。常见的失灵原因有:
(1)感温包泄漏:感温包焊缝开裂、膜片破损等,使其内部气体泄漏,压力降低,推力不足[13]。
(2)毛细管堵塞:毛细管内脏污、油垢等杂质堆积,堵塞气体通道,使感温包压力信号无法传递到阀芯上腔[14]。
(3)感温包安装不当:感温包未紧贴蒸发器出口管壁,或绑扎过松,使其无法及时、准确地感应制冷剂温度变化[15]。
平衡管脏堵
平衡管用于将蒸发压力引入阀芯下腔,平衡感温包压力,其堵塞会扰乱阀芯的受力平衡。常见堵塞原因包括:
(1)焊渣堵塞:安装时焊接不慎,使焊渣溅入平衡管内,造成局部堵塞[16]。
(2)油垢堆积:系统杂质、焦炭等随制冷剂进入平衡管,逐渐沉积堆积,封堵管路[17]。
(3)铜屑堵塞:铜管切割、扩口时产生的铜屑,在系统运行时被带入平衡管,引发堵塞[18]。
外平衡管泄露
外平衡孔是连接感温包与阀芯上腔的通道,其泄漏会导致感温包压力降低,阀芯开度异常。泄漏原因主要有:
(1)密封垫损坏:平衡孔密封垫老化、破损,使平衡孔与阀体接触面渗漏[19]。
(2)平衡孔磨损:长期运行使平衡孔壁产生磨损,孔径增大,泄漏加剧[20]。
(3)紧固螺母松动:固定平衡孔的螺母因振动等原因松脱,使泄漏通道扩大[21]。
四、热力膨胀阀故障的诊断方法
供液量是诊断热力膨胀阀故障的首要判据。通过观察以下特征参数,可初步判断故障类型:
(1)吸气压力:供液过多时,吸气压力高于正常值10%以上;供液不足时,吸气压力低于正常值10%以上[22]。
(2)吸气过热度:供液过多时,吸气过热度低于正常值5K以上;供液不足时,吸气过热度高于正常值5K以上[23]。
(3)电流及蒸发温度:供液过多时,压缩机电流高于额定值,且蒸发温度波动较小;供液不足时,压缩机电流低于额定值,且蒸发温度波动较大[24]。
阀后压力是判定膨胀阀阀口开度的直接指标。可从以下两方面检查:
(1)压力表读数:通过在阀后装压力表,直接读取阀后压力值,若阀后压力远高或低于蒸发压力,则阀口开度异常[25]。
(2)制冷剂流态:正常情况下,经节流后的制冷剂呈汽液两相雾状;若呈液柱状,则阀门开度过大;若呈过热蒸汽态,则阀门开度过小[26]。
对于一些无法从外部诊断的故障,需要拆卸膨胀阀,检查内部零部件。主要检查项目包括:
(1)阀芯动作:手动上下推动阀芯,观察其动作是否灵活、到位,阻力是否均匀[27]。
(2)感温包状态:目测感温包表面有无破损、泄漏,手捏感温包,感受其硬度、压力[28]。
(3)平衡管流通性:用压缩空气吹入平衡管两端,感受其阻力大小,判断有无堵塞[29]。
(4)外平衡孔密封:涂抹皂液于平衡孔外,观察是否产生气泡,判断有无泄漏[30]。
五、热力膨胀阀故障的维修措施
对于阀芯卡涩故障,可采取以下维修措施:
(1)更换阀芯:对于阀芯严重磨损、弯曲变形的,直接更换新阀芯,并检查阀座、阀体有无损坏[31]。
(2)清洗阀体:拆开阀体,用细铜丝、毛刷等工具清除阀芯、阀座表面的杂质和氧化物,再用汽油、丙酮等溶剂清洗,吹干后涂润滑脂重新装配[32]。
(3)调整弹簧:适当增大或减小弹簧预紧力,使阀芯在平衡位置时开度适中,并保证阀芯的灵活性[33]。
对于感温包失灵故障,可视情采取以下对策:
(1)更换感温包:对于感温包泄漏、毛细管堵死的,直接更换新的感温包,注意选型规格要与原型号一致[34]。
(2)清洗毛细管:用钢丝疏通毛细管内的杂质和油垢,必要时可用化学溶剂浸泡、超声波清洗,确保毛细管通畅[35]。
(3)调整安装位置:重新安装感温包,使其紧贴蒸发器出口弯头处,并用绝热胶带缠紧,减小散热损失[36]。
对于平衡管堵塞故障,可采取以下疏通措
(1)正反吹洗:用高压氮气对平衡管进行正向和反向吹洗,排出内部的焊渣、油垢等杂质[37]。
(2)热煮清洗:将平衡管与阀体分离,放入煮沸的水中加热,使管内杂质溶解、软化,再用高压气体吹净[38]。
(3)机械疏通:用钢丝、铜丝等从平衡孔插入,捅通局部堵塞,注意不要刮伤管壁[39]。
对于外平衡孔泄漏故障,可采取以下维修方法:
(1)更换密封垫:拆下平衡孔,更换新的密封垫,材料应选用耐油、耐高温的氟橡胶或四氟乙烯[40]。
(2)修复平衡孔:对于平衡孔磨损,可用铰刀略微扩孔,再用丝锥攻丝,恢复孔壁光洁度[41]。
(3)紧固连接螺母:重新涂抹螺纹密封胶,拧紧连接螺母,并在螺母上加装防松垫圈,防止螺母松动[42]。
六、热力膨胀阀故障的预防对策
膨胀阀选型不当,会加剧磨损和内漏等故障。因此,选型时应注意:
(1)阀体材质:根据制冷剂种类,选用相容性好的阀体材料,如氨系统选用钢制,氟系统选用黄铜[43]。
(2)流量系数:根据蒸发器的设计流量,选择流量系数匹配的膨胀阀,既不过大也不过小[44]。
(3)平衡方式:全封闭系统选用内平衡阀,半封闭和开启系统选用外平衡阀,避免平衡失调[45]。
不当的安装是引发膨胀阀早期失效的主要原因。安装时应把握以下要点:
(1)安装位置:膨胀阀应安装在蒸发器入口处,紧靠分配器,减少吸气过热[46]。
(2)连接方式:膨胀阀与管路的连接应采用螺纹或法兰,不得焊接,以便拆卸更换[47]。
(3)固定支撑:膨胀阀应用合适的支架固定,防止管路应力传递给阀体[48]。
(4)辅助节流:在膨胀阀前设置干过滤器,在出口设置单向阀,保护膨胀阀不受杂质和反向气流影响[49]。
膨胀阀投运后,应进行反复调试,优化运行参数,避免长期偏离额定工况。调试时应关注:
(1)阀门开度:通过调节弹簧压力,使阀门开度在50%~75%之间,既不过饱满,也不过匮乏[50]。
(2)过热度设定:根据压缩机允许的吸气过热度范围,调整膨胀阀的过热度设定值,一般控制在4~8K[51]。
(3)感温包位置:调整感温包安装位置,使其能准确反映蒸发器出口过热度变化[52]。
为延长膨胀阀使用寿命,减少故障发生,日常运行中还应注意:
(1)定期巡检:每月至少巡检一次,检查阀体有无泄漏、振动等异常,感温包安装是否牢固[53]。
(2)清洗管路:每年停机时,对膨胀阀前后管路进行吹扫清洗,排出沉积杂质和油垢[54]。
(3)更换滤芯:定期更换膨胀阀前的干过滤器滤芯,避免滤芯堵塞影响膨胀阀供液[55]。
(4)避免超压:严格控制系统充注量,避免冷凝压力过高导致膨胀阀超压损坏[56]。
图为小型空调的循环图。
制冷剂冷凝的控制
·冷凝器能力决定于以下因素：
-制冷剂和冷却介质之间的温差
-通过冷凝器的冷却介质的流速
-通过冷凝器的制冷剂的流速
上图为了更准确的制冷采用温控探测控制冷却水流量。
控制制冷方式有多种：主要有膨胀阀及电磁阀控制冷剂的流量，另外控制冷媒水的流量控制制冷效果，在是控制海水流量控制制冷效果。
上图为小型空调或冰机的蒸发器，蒸发器作为制冷系统中的核心部件，其作用不可忽视。当低温的冷凝液体经过蒸发器时，会与外部空气进行热交换，从而发生气化吸热的过程，这一机制正是实现制冷效果的关键，一般在船上肉库或者菜库采用这种蒸发器，但是时间长了由于空气水分较重导致结冰结霜严重现象，大部分采用电热融霜的方式，定时开启电加热融霜。
蒸发器控制
·蒸发器能力的影响因素如下：
一制冷剂和蒸发介质（空气或水）之间的温差
-空气或水在蒸发器中的流速
-制冷剂在蒸发器中的流速
上图壳管式蒸发器，大部分大型空调制冷系统采用，把冷剂通过壳管把冷媒水制冷，然后泵送到换热器去冷却舱室，冷剂也被当做储液器使用。
膨胀阀：节流阀在制冷系统中扮演着至关重要的角色。它能够将冷凝器中的饱和液体或过冷液体，在冷凝压力下进行节流，降低至蒸发压力和蒸发温度。此外，节流阀还能根据系统负荷的变动，精细地调节进入蒸发器的制冷剂流量，确保制冷效果的稳定与高效。在众多节流装置中，膨胀阀是制冷系统中最常见的一种。膨胀阀主要有两种形式：外平衡和内平衡之分。
膨胀阀还有一个作用控制过热度
·过热度太小：
－压缩机液压缩的几率增大
·过热度太大：
-系统效率降低
一盘管结霜可能性增大
－压缩机过热的几率增大
也有为了更好的控制在膨胀阀前增加一个电磁阀，通过综合测量信号来控制电磁阀开度以达到更准确控制冷剂流量。
供液电磁阀装在热力膨胀阀之前的液管上，根据温度继电器送来的电信号来启闭，以控制 是否向该库的蒸发器供给液态冷剂。用温度继电器感知库温，当库温升到上限时，温度继电器 接通供液电磁阀开始供液；库温降到下限，则温度继电器断电，电磁阀靠重力而关闭，停止供 液。
上图是有个加冷剂口，一般加注冷剂的方法是把冷凝器出口关小，打开加冷剂阀启动压缩机正常运转，为了更好的冲加可以把冷剂提高或者加高冷剂温度，把冷剂瓶放入热水中。也有小型的冰机加注方法在压缩进口，关闭进压缩机的阀门打开加注阀门启动压缩机，知道压缩机进出口压力正常为止，最好的加注方法是称重多次添加。新装或大修后的制冷装置经气密试验和抽空后，可充入制冷剂。正在使用中的装置，经设 备检修，更换干燥剂、滑油，以及清洗滤器、放空气等操作后，难免要损失制冷剂，压缩机轴封即 使正常也会有微量渗漏(小型机只允许有微量渗油，大中型机每小时滴油不许超过10滴),因 此，在装置使用一个时期后需要适当补充制冷剂。充剂时的注意要点和操作方法如下：
1)充剂前，必须首先确定钢瓶中是否装的是要充的制冷剂。通常，钢瓶上标有制冷剂的分 子式或名称。为了便于识别，氟利昂钢瓶常漆成银灰色，氨液钢瓶常漆成黄色。在难于确定瓶 中制冷剂类别时，可先测出环境温度，然后在钢瓶出口装一压力表，根据瓶中压力与温度是否 符合某种制冷剂饱和压力与饱和温度的关系，作出判断(氨有强烈气味，很容易识别)。
2)充剂时最好备有秤随时称量充剂数量。
3)充剂时要通过干燥器，若干燥剂已失效则应换新。如制冷剂含水较多，最好在充剂接管 上临时加接较大的干燥器。
4)充剂量不宜太多，以系统中全部制冷剂收回时贮液器中液体约占80%为宜。工作期间 贮液器液位约1/2～1/3;如冷凝器兼贮液器，其下部液位表应显示半高。
5)添加制冷剂通常通过充剂阀进行，操作方法如下：
①保持冷却水正常循环，关闭贮液器出液阀，其他各阀按正常运行工况启闭。
②制冷剂钢瓶出口向下倾斜放置，用合适的接管连接钢瓶出口阀和充剂阀，但靠充剂阀那 端的接头螺母暂时不要拧紧。然后，稍开钢瓶出口阀，用制冷剂气体吹除接管中的空气，再拧 紧接头螺母，并开足钢瓶出口阀。
③开启充剂阀，起动压缩机，使制冷剂经干燥器进入系统。在充剂过程中如发现低压管路 结霜融化，吸人压力降低，干燥器、充液接管和钢瓶结霜，稍过片刻又融化，则说明钢瓶中制冷 剂已抽完，应另换一瓶。
④根据贮液器液位判断充剂量已达到要求时，关闭钢瓶出口阀，继续抽吸至钢瓶出口接管 结霜，待结霜又消失后，即表明接管中液态制冷剂已经收回，便可关闭充剂阀，开启贮液器出口 阀 。
如果新装或大修后的系统初次充剂，或为了快速向系统中补充制冷剂，可让液态制冷剂直 接向贮液器中转移。这时可将制冷剂钢瓶接通贮液器，而关闭贮液器出液阀，并保持钢瓶中制 冷剂的温度(压力)比贮液器中高。为此，冷却水应接通，必要时可用热水对钢瓶适当加温，但 不允许过度加热。
某些没有充剂阀的小型装置，可将钢瓶充液接管接在压缩机吸入端的合适部位。此时钢 瓶必须直立正放，钢瓶阀也不要开得太大，以免压缩机起动后吸入液态制冷剂。充剂过程中如 有液击声，应立即关小钢瓶阀，减慢充入速度。
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