Перед тем, как приступить к изучению неисправности типа "слишком слабый компрессор", в настоящем разделе предлагается анализ причин, могущих вызвать разрушение клапанов холодильного компрессора, а также последствия и способы обнаружения такой поломки.

А) Почему разрушаются клапаны?

Основная причина разрушения клапанов (как всасывания, так и нагнетания) заключается в гидравлическом ударе, который возникает в магистрали всасывания и из нее доходит до цилиндров компрессора.


Если масло или жидкий хладагент, независимо от того, чем это вызвано, поступает в больших количествах на вход в компрессор (поз. 1 на рис 21.1), часть этой жидкости, вместо того, чтобы по отверстию возврата масла (поз. 2) перетечь в картер, может попасть в цилиндры.
При этом, поскольку жидкость несжимаема и ее скорость гораздо меньше, чем скорость газов, проходящих через нагнетательные клапаны (при обычной скорости вращения привода компрессора 1450 об/мин поршень в цилиндре совершает 24 возвратно-поступательных цикла в секунду!), в цилиндре во время подъема поршня развивается чрезвычайно высокое давление.
Расположенные со стороны поршня клапаны всасывания под действием этого давления очень сильно выгибаются наружу (поз. 3) и могут либо разршиться, либо, что бывает чаще, треснуть по длине.

Клапаны нагнетания, как правило, менее хрупкие (хотя они также иногда могут разрушиться при особо сильных гидроударах), так как они расположены с наружной поверхности клапанной головки и защищены пружиной, прижимающей их к головке (поз. 4).

Б) Что может быть причиной гидроударов?

Одной из наиболее частых причин возникновения гидроударов бесспорно является переразмеренность ТРВ, питающего испаритель.
В этом случае ТРВ работает в режиме "все или ничего", то есть с пульсациями от полного открытия до полного закрытия, и компрессор периодически получает более или менее тяжелые гидроудары в зависимости от степени переразмеренности ТРВ.

Другой серьезной причиной гидроударов является перетекание жидкого хладагента в нагнетательную полость головки цилиндра или в картер компрессора (см. раздел 28 "Проблема перетекания жидкого хладагента ").

Наконец, гидроудары также могут быть вызваны неудачной конструкцией всасывающих и нагнетательных трубопроводов, приводящей либо к появлению больших масляных пробок во всасывающей магистрали компрессора, либо к накоплению жидкости в нагнетательной полости головки цилиндра при остановке компрессора (см. раздел 37 ''Проблема возврата масла").

В) Каковы последствия разрушения клапанов?




Первым последствием разрушения клапана является потеря производительности компрессора из-за падения расхода всасываемого хладагента.

Возьмем в качестве примера поломку всасывающего клапана (поз. 1 на рис. 21.2) в компрессоре, состоящем из двух цилиндров.

Когда поршень опускается, цилиндр нормально заполняется парами из магистрали всасывания. Когда же поршень поднимается, никакое повышение давления в цилиндре с разрушенным клапаном невозможно и клапан нагнетания не может открыться.

Газ, который находился внутри дефектного цилиндра, возвращается в коллектор всасывания.








С другой стороны, исправный цилиндр (поз. 2) всасывает и нагнетает нормально, и компрессор работает как одноцилиндровый.

Если разрушен нагнетающий клапан (поз. 3 на рис 21.3), то при опускании поршня газ из магистрали нагнетания проникает в цилиндр и клапан всасывания открыться не может.

Как и в предыдущем случае, при подъеме поршня никакого повышения давления не происходит, но на этот раз газ возвращается в коллектор нагнетания.
Однако исправный цилиндр (поз. 4) всасывает и нагнетает нормально.

При разрушении клапана как высокого, так и низкого давления, ка
тина одинаковая: компрессор работает как одноцилиндровый.


Итак, каким бы ни был разрушенный клапан (высокого или низкого давления), с точки зрения механики результат строго один и тот же: цилиндр, на котором это произошло, становится совершенно неработоспособным, как если бы его не было вовсе. Незамедлительным следствием такого дефекта является снижение объема всасываемого компрессором газа и, следовательно, падение массового расхода хладагента в контуре установки. Падение массового расхода хладагента приводит к снижению холодопроизводительности (другие симптомы будут изучены в следующем разделе 22 "Слишком слабый компрессор ").

При поломке клапанов может возникнуть и другая проблема, если кусочки металла, образовавшиеся при разрушении клапана, упадут внутрь цилиндра на поршень (см. рис. 21.4).


Тогда, чрезвычайно быстрое возвратно-поступательное движение поршня будет происходить вместе с этими кусочками, что чревато образованием многочисленных и глубоких царапин как на стенках цилиндра, так и на головке поршня (может случиться также, что кусочек клапана застрянет между цилиндром и юбкой поршня или между цилиндром и поршневым кольцом, приводя к появлению глубоких трещин как на цилиндре, так и на поршне).

Таким образом, когда ремонтник меняет разрушенный клапан, он должен внимательно осмотреть состояние поверхности цилиндра и поршня с целью обнаружения возможных царапин и кусочков клапана.






Когда поршень поднимается, давление в цилиндре возрастает (см. поз. 1 на рис. 21.5) до тех пор, пока не откроется нагнетательный клапан.


Если на стенках цилиндра имеются царапины, значительная часть газа высокого давления может просочиться по этим царапинам в картер компрессора (поз. 2) ввиду разности давлений с одной и с другой сторон поршня.


Этот газ, который по царапинам просачивается в картер, вместо того, чтобы попасть в холодильный контур, приводит к снижению массового расхода на выходе из компрессора (и, следовательно, падению холодопроизводительности), что может иногда обусловливать появление признаков, аналогичных неисправности типа "сликом слабый компрессор".



Заметим также, что если на верхней части поршня имеются царапины, их объем добавляется к объему вредного пространства, что вызывает дополнительное снижение массового расхода и, следовательно, падение холодопроизводительности (см. раздел 9 "Влияние давления на массовый расход и холодопроизводителъностъ ").
Наконец, нужно иметь ввиду, что при осмотре бессальниковых компрессоров в случае разрушения клапанов необходимо проверить отсутствие кусочков клапана в обмотке электродвигателя, а также между ротором и статором, поскольку эти кусочки могут застрять и там, вызывая местные короткие замыкания обмотки и ее перегорание.

Г) Как обнаружить поломку клапанов?

Общие признаки поломки клапанов (главным образом, снижение холодопроизводительности, высокое давление всасывания и падение давления нагнетания) будут подробно рассмотрены в следующем разделе 22 "Слишком слабый компрессор". Однако всякий раз, когда появляются признаки неисправности типа "слишком слабый компрессор" и ремонтник начинает думать о том, что вероятной причиной может быть разрушение клапанов, для многоцилиндровых компрессоров с демонтируемыми головками блоков существует способ проверить точность диагноза и определить, какую из головок следует демонтировать и проверить в первую очередь.



Рассмотрим, например, двухцилиндровый компрессор. Цилиндр (поз. 1 на рис. 21.6) работает нормально, всасывает холодные пары из испарителя и нагнетает нагретые в результате сжатия пары.

Следовательно, головка 1 будет очень горячей со стороны нагнетания и тепловатой (или даже прохладной) со стороны всасывания. С другой стороны, при разрушенном клапане головки 2, холодный газ не всасывается в эту головку (поз. 2) и не охлаждает ее.

В результате головка 2 будет горячей со стороны всасывания и достаточно ее просто потрогать и, сравнив ее температуру с температурой другой головки, надежно и быстро установить поломку.

Таким образом, чтобы обнаружить поломку клапанов, обычно бывает достаточно пощупать головки блока цилиндров со стороны всасывания и оценить температуру
каждой головки.

ВНИМАНИЕ! ДЕЛАТЬ ЭТО НУЖНО ОЧЕНЬ ОСТОРОЖНО, поскольку температура головок со стороны нагнетания может быть около 100°С!
Конечно, если компрессор оборудован регулятором производительности, с помощью которого отключается часть цилиндров, перед выполнением такой проверки необходимо включить компрессор для работы в течение нескольких минут на полной мощности с задействованием всех цилиндров.

В данном случае, если одна из головок оказывается аномально горячей по сравнению с другими, это может означать не только поломку клапана, но и плохую работу устройства разгрузки подозрительного цилиндра (см. раздел 84).
Существует и другой способ проверки состояния клапанов. Если клапан дефектный, снижается всасывающая способность цилиндра. Поэтому при закрытом жидкостном вентиле на ресивере время падения давления в системе обязательно будет больше, нежели при нормальной работе всех клапанов.

Однако этот способ применим только для установок, в которых время падения давления и условия проведения такого эксперимента заранее оговорены и известны, поскольку в общем случае очень трудно определить в норме или нет находится время снижения давления, если оно неизвестно для исправного компрессора. Поэтому при вводе в эксплуатацию новой установки, мы рекомендуем откачать хладагент из испарителя с помощью компрессора и полученные результаты занести в паспорт установки с тем, чтобы облегчить последующие операции по ее обслуживанию и проверкам.

Например:
13.03.2003 г. Давление нагнетания 15,4 бар. Время падения давления всасывания от 4,5 бар до 0,5 бар после закрытия жидкостного вентиля на ресивере составляет для компрессора №1 48 секунд.

Такая запись позволит ремонтнику или обслуживающему персоналу в дальнейшем отслеживать возможное изменение во времени (по мере наработки) всасывающей способности компрессора и сделать вывод о степени герметичности клапанов, поршневых колец и т.д.



Другим интересным показателем является поведение во всасывающей магистрали давления после остановки компрессора по окончании откачки хладагента из контура при закрытом жидкостном вентиле ресивера.

После снижения давления в контуре (например, до 0,5 бар) масло, находящееся в картере (поз. 2 на рис 21.7), может в результате падения давления выделить некоторое количество хладагента, что вызывает небольшой рост давления, который очень быстро прекращается (например, при достижении 0,7 бар).

Если клапан всасывания разрушен (поз. 1), то после дегазации масла давление больше не растет.

С другой стороны, если разрушен клапан нагнетания (поз. 3), то после остановки компрессора давление во всасывающей магистрали (НД) сначала будет медленно расти из-за дегазации масла, но на этом оно не остановится и продолжит медленный подъем до тех пор. пока не сравняется с давлением в нагнетательной магистрали (БД).

Попробуйте найти объяснение этому явлению, прежде чем продолжите дальнейшее чтение.

В любом случае НД устанавливается в картере под поршнем.
Если разрушен клапан всасывания, это означает, что НД установится также и над поршнем.



Однако, если разрушен клапан нагнетания, то после остановки компрессора над поршнем установится ВД. Поскольку поршень, к счастью, не соединен наглухо с цилиндром, и принимая во внимание существенную разницу давлений над поршнем и под ним, мы вправе считать, что пары ВД будут через зазоры в поршневых кольцах проникать под поршень (см. рис. 21.8).
Эти нормальные утечки газа между поршнем и цилиндром приводят к подъему НД при разрушении клапана нагнетания (Внимание! Утечка через жидкостной вентиль также может вызвать подъем НД. Следовательно, жидкостной вентиль должен быть полностью закрытым и герметичным).
Заметим, что подъем НД будет происходить тем быстрее, чем хуже герметичность поршневых колец и таким образом скорость подъема НД может служить для оценки их состояния.
В случае, когда разрушен клапан всасывания, никакого подъема НД, кроме того, что вызван дегазацией масла, не будет. Таким образом, данное испытание позволяет ремонтнику получить ориентировку относительно объекта его внимания, если он решил снять головку блока цилиндров, чтобы проверить состояние клапанов.
Другой важной характеристикой, позволяющей косвенно судить о состоянии клапанов, является, без сомнения, сила тока, потребляемого двигателем компрессора.
Действительно, если клапан разрушен, соответствующий цилиндр становится бездействующим и двигателю для обеспечения работы компрессора нужно меньше энергии.
Следовательно, он начинает потреблять меньше энергии из электросети и сила тока, проходящего через двигатель, заметно падает.

Поскольку сила тока, потребляемого компрессором, зависит от условий его работы (главным образом от величины давления нагнетания), необходимо точно указать ее значение в паспорте установки при предшествовавших замерах.

Например:
19.03.2003 г. НД = 4,5 бар. ВД=16,2 бар. Сила тока, потребляемого компрессором Ml = 3 х 16,2 А при напряжении 3 х387 В.

Таким образом, перечисленные проверки могут позволить быстро и точно установить диагноз в случае неисправных клапанов.

Тем не менее, перед снятием головки блока компрессора для проверки состояния клапанов ремонтник должен подготовить все необходимое для демонтажа, ремонта и последующей сборки компрессора (динамометрический ключ, клапаны, прокладки клапанов и головки блока...).

Примечание. Перед установкой в блок новых прокладок нужно полностью смазать обе их поверхности холодильным маслом. Этим вы снизите опасность их разрыва при последующем демонтаже. Действительно, чтобы осмотреть или отремонтировать клапаны компрессора, ремонтник должен снять головку блока. В этот момент, если пластинчатая прокладка клапанов не была перед установкой полностью смазана маслом, появится опасность разрушения прокладки из-за того, что она может сильно "прикипеть " к металлу.

Во время ремонта у ремонтника может не оказаться в запасе нужной прокладки и тогда он будет вынужден изготовить ее сам. Для этого необходимо использовать клингерит (или аналогичный материал) той же толщины, что и у прокладки фабричного изготовления...


Действительно, представим себе, что при осмотре разрушенного клапана всасывания (поз. 1 на рис 21.9) ремонтник по неосторожности повредил пластинчатую клапанную прокладку (поз. 2) во время разборки цилиндра. Поскольку у него под рукой не было нужной прокладки и для того, чтобы сделать "как можно прочнее ", он изготовил для замены прокладку из материала более толстого, чем был вначале (поз. 3) и с этой прокладкой запустил установку.

Напомним, что в поршневых компрессорах, чтобы не допустить удара поршня о пластины клапанов, необходимо иметь предохраняющее пространство в цилиндре, обеспечивающее механическую безопасность и называемое мертвым объемом, так как его наличие приводит к потерям холодопроизводительности (см. раздел 9 "Влияние давления на массовый расход и холодопроизводителъностъ ").

Пространство мертвого объема (поз. 4) над поршнем зависит от расстояния между верхней мертвой точкой поршня и плоскостью головки блока цилиндров. Однако некоторые конструкторы компрессоров в качестве высоты мертвого объема используют толщину прокладки головки блока.

В нашем примере, когда поршень (поз. 5) будет находиться в верхней мертвой точке, объем газа ВД, заключенный во вредном пространстве (поз. 6), окажется гораздо большим, чем это предусматривалось конструктором вначале (поз. 7), что будет приводить к потерям холодопроизводительности.

В зависимости от условий работы, увеличение толщины прокладки головки блока на 1 мм может приводить к снижению холодопроизводительности на 5... 10 %.

В заключение отметим, что слишком тонкая прокладка при работе агрегата может привести к очень серьезным механическим повреждениям в результате нагрева поршня, его расширения и последующих ударов о клапанную пластину.

Д) Некоторые особенности работы компрессоров при параллельном монтаже



Позднее мы увидим преимущества параллельного монтажа двух компрессоров вместо установки только одного (см. раздел 30 "Проблема повышенной частоты включения компрессоров "). Пока же представим, что нагнетающие патрубки двух компрессоров, смонтированных в параллель, соединены так, как показано на рис. 21.10. При этом компрессор С2 остановлен, а компрессор С1 работает. Соединение патрубков по такой схеме приводит к тому, что не только часть масла, нагнетаемая компрессором С1, может накапливаться в головке компрессора С2, но более того, в головку компрессора С2 будет попадать и там конденсироваться хладагент, если компрессор С2 остановлен на длительный период, так как температура его головки в этом случае равна температуре окружающей среды.
Если же нагнетающий клапан компрессора С2 имеет негерметичность, то вследствие перепада давления на нем, часть жидкости (поз. 1) может попадать в полость цилиндра С2 и тогда при запуске возникает опасность сильного гидроудара в компрессоре С2.
Чтобы ограничить возможность возникновения этих явлений, предпочтительно соединять нагнетающие патрубки двух параллельно смонтированных компрессоров так, как указано на рис. 21.11.



Можно встретить также монтаж, указанный на рис. 21.12, с лирообразным компенсатором, проходящим по земле. Лирообразный компенсатор (поз. 1), находящийся в непосредственной близости от компрессоров, имеет ту же температуру, что и окружающая среда.

Он служит жидкостной ловушкой {см. раздел 37 "Проблемы возврата масла"), одинаково хорошо работающей как по отношению к маслу, так и по отношению к жидкому хладагенту, а также, дополнительно к этому, позволяет ослабить вибрации и скомпенсировать тепловые деформации труб. Обратите также внимание на трубопровод выравнивания уровня масла (поз. 2).


Однако приведенные способы соединения хотя практически полностью и исключают накопление масла в головке блока остановленного компрессора, тем не менее не позволяют избежать попадания в нее паров хладагента и их последующей конденсации там...

Чтобы быть совершенно уверенным в том, что при остановке одного из параллельно смонтированных компрессоров в его головку блока не попадут пары хладагента, иногда на нагнетающих патрубках каждого из таких компрессоров устанавливают обратные клапаны.

Заметим, однако, что такое решение чревато своими нежелательными последствиями и для достижения желаемого эффекта всегда требует принятия некоторых предосторожностей.

Во-первых, обратные клапаны должны иметь минимально возможные гидросопротивления, так как повышая потери давления на нагнетающей магистрали, они вызывают рост температуры нагнетающих паров и заметное снижение холодопроизводительности.

Во-вторых, достаточно мельчайшей посторонней частицы (медной стружки, капельки оторвавшегося припоя или флюса...), попавшей под седло обратного клапана, чтобы нарушить его герметичность и, следовательно, работоспособность, поэтому монтаж холодильного контура с обратными клапанами должен производиться исключительно аккуратно и тщательно.



Наконец, большинство обратных клапанов могут "хлопать" вследствие пульсации давления нагнетания, если они установлены слишком близко к нагнетающему патрубку, что создает опасность их быстрого разрушения.
Следовательно, для эффективной работы обратного клапана на магистрали нагнетания его нужно устанавливать как можно дальше от компрессора и предпочтительно после глушителя (или маслоотделителя), что позволит задержать возможные посторонние частицы и ослабить пульсации давления.

Заметим, что глушитель при монтаже устанавливается таким образом, чтобы обеспечить свободную циркуляцию масла, для чего на его наружной поверхности выгравировано английское слово "Тор", что означает "Верх". При установке глушителя и обратного клапана необходимо учитывать направление движения жидкости и строго соблюдать инструкцию разработчика (см. рис. 21.13).

Проблемы поломки клапанов, вызванные гидроударами, очень часто служат причиной неисправности типа "слишком слабый компрессор", к изучению которой мы переходим в следующем разделе...