浅谈螺杆式冰机故障原因分析及对策

王明 张毅峰 杜亚飞 杨佳卉 严军

摘要：针对某化工厂空分空压装置约克（YORK）螺杆式冷水机组运行中出现的滑阀无轴向移动，造成压缩机满负荷能量在100%工况下运行，能量调节失衡的问题，查找、分析故障原因，采取对冷水机组机头拆解大修，解决了影响冷水机组正常运行的问题，确保冷水机组制冷量稳定并在指标范围内。

关键词：螺杆式冷水机组;滑阀工作原理;故障分析;解决措施

1设备概况

空分空压装置约克（YORK）冰机是4#空分装置的重要设备，是YEWS型螺杆式双机头氟利昂冷水机组，其运行状态的好坏直接影响空冷塔空气出口温度和分子筛的吸附效果。螺杆式冷水机组是目前石油化工工业领域应用最广泛的机组，其以结构简单，运行稳定，采用滑阀无极调节方式来控制能量和卸荷启动。它是由螺杆式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、油分离器以及自控元件和仪表等组成的组装式制冷装置。

螺杆式冷水机组工作原理是：机组开始工作时，压缩机将蒸发器里的制冷剂（R22氟利昂）吸入压缩机气缸，经过压缩机的工作，制冷剂被压缩成为低温高压气体，经过排气管道进入冷凝器内。低温高压的制冷剂气体在冷凝器内与冷却水进行热交换，把热量传递给冷却水带走，而制冷剂气体则凝结为高压液体。从冷凝器出来的高压液体经热力膨胀阀节流降压后进入蒸发器。在蒸发器内，低压液体制冷剂吸收冷冻水的热量而汽化，使冷冻水降温冷却，成为所需要的低温用水。汽化后的制冷剂气体重新被压缩机吸入进行压缩，排入冷凝器，这样周而复始，不断循环，从而实现对冷冻水的冷却。

设备参数：

型号：YEWS200SC50C        设备重量：4827.3Kg

制冷剂：R22氟利昂制冷量：200KCAL/H 进水温度：12.5℃

介质：冷却水轴功率：158KW        出水温度：5.5℃

2滑阀的工作原理

螺杆式冷水机组压缩机是采用滑阀来调节能量，即在两个转子高压侧，设置了一个能够轴向移动的滑阀，来调节能量。滑阀调节能量的原理，是利用滑阀在螺杆的轴向移动，以改变螺杆的有效轴向工作长度，使能量在100%和0%之间连续无级调节。

能量调节主要与转子有效的工作长度有关。图4为滑阀的移动能量调节示意图。而图a示出满负荷时滑阀的位置，此时滑阀前端面与机头滑阀滑动缺口的底边紧贴，滑阀的前端面与滑动缺口的剩余面积组成径向排气口，此时压缩机内充气量最大，由吸入端吸入的气体经转子压缩后，从排气口全部排出，其能量为100%。如图b所示出部分负荷时滑阀位置，如图所示推动活塞使滑阀向排气端轴向移动，滑阀后缘随之被推离滑动缺口的底边，吸气口形成了盘通口，吸进的气体部分通过盘通口不经压缩返回压缩机的吸气侧，转子的有效工作长度缩短，因此减少了吸气量和制冷剂的流量，起到了能量调节的作用，此时调节指示器指针指示相应的改变排量的百分比。

當滑阀继续向排气端轴向移动时，制冷量随排出量的减少而连续降低，因而能量便可进行无级调节，当滑阀后缘接近排气孔口时，转子的有效工作长度接近于零，便能起到卸载启动的目的。

也就是说，压缩机启动或空载时，电磁线圈电压为0V，能量控制活塞处没有油压，在弹簧力的作用下活塞处于卸载位置;压缩机满载状态时，电磁阀线圈电压为12V，能量控制活塞处油压达到最大值，推动活塞至最大位置，所有转子腔卸载小孔完全堵塞，压缩机满负荷运行;当线圈电压在0-12V之间时，活塞位置处于最大或最小之间，电压的连续性变化使压缩机输气量连续变化。

3冷水机组运行情况

空分空压装置约克（YORK）冷水机组正常运行中发现滑阀无动作，但是系统显示滑阀满负荷加载，无减载量，马达电流130.0A，冷凝器过冷温度28.2℃，油压1078KPa，排气压力119 7KPa ，蒸发器压力374KPa，初步判定为能量控制活塞处油压达到最大值，推动活塞至最大位置，压缩机满负荷运行。

4故障原因分析及解决对策

针对空分空压装置约克（YORK）冷水机组运行过程中，能量控制滑阀满负荷加载，无减载量的问题，结合此次冷水机组压缩机大修期间，我们对压缩机进行整体拆解并进行相应的故障原因分析及处理。

4.1设备故障诊断

结合空分空压装置约克（YORK）冷水机组日常能量控制滑阀满负荷加载操作运行数据，并与故障后的数据进行对比，推断能量控制滑阀满负荷加载，无减载量的问题，是有一下几点故障引起的：

4.1.1压缩机双螺杆或滑阀表面缺陷造成滑阀轴向运动卡涩;

4.1.2滑阀容量控制弹簧故障，弹簧断裂或无弹性不回弹;

4.1.3油压控制电磁阀故障，电磁阀无反馈信号或电磁阀供电故障（也就是电磁阀不带电）;

4.2设备故障现象

空分空压装置约克（YORK）冷水机组压缩机大修期间，整体拆解压缩机机头，检查压缩机双螺杆及滑阀表面光滑，无表面缺陷，滑阀轴向运动无卡涩，可排除此项故障。冰机在未大修之前运行过程中，联系仪表维保人员对油压控制电磁阀是否带电进行测试，测试时拆除电磁阀线圈，接引24V电源测试电磁阀带点，故排除油压控制电磁阀故障，电磁阀有反馈信号或电磁阀供电正常。

在对压缩机机头拆解过程中，发现容量控制弹簧断裂为3段，从弹簧断裂的断口截面分析，属于循环载荷作用下承受拉压应力下的疲劳断裂。这时压缩机输气量增大，导致工艺受控的吸气量产生波动，如图5所示。

4.3故障原因分析

4.3.1从压缩机容量控制弹簧的断裂程度，结合能量控制滑阀满负荷加载、无减载量的工艺情况来看，初步分析是容量控制弹簧由于长时间作轴向拉压运动，加之长期过载损伤的积累造成弹簧疲劳断裂。

4.3.2由于压缩机容量控制弹簧断裂后此时定子线圈电压为12V，能量控制活塞处油压达到最大值，推动活塞至最大位置，所有转子腔卸载小孔完全堵塞，压缩机满负荷运行，电压比增高，对压缩机驱动电机有一定的损伤，也会造成在冷水机组运行状态下，增加将制冷剂压入冷凝器中的风险。

4.3.3设备维护保养不到位，在对近年来空分空压装置约克（YORK）冷水机组维保记录进行查阅，得知其中进行过1次大修及2次小修后至今再无对（YORK）冷水机组进行过维修。故空分空压装置约克（YORK）冷水机组维护保养不到位也是此次容量弹簧断裂的因素之一。

4.3.4空分空压装置约克（YORK）冰机频繁启停，也是造成容量控制弹簧疲劳断裂的主要原因，由于1#冰机容易自停，在日常操作中就需要频繁启动1#冰机，在目前系统的设定情况下，1#冰机无法自启动且无法在线启动（即不停止2#的情况下启动1#），必须断电复位，将2#一同停运，再重新启动运行。

4.4解决措施

4.4.1利用空分空压装置约克冷水机组压缩机大修机会，约克厂家维修人员对1#、2#冰机压缩机进行解体检查维修，经对压缩机解體后检查，1#冰机压缩机各部件完好，进行常规维修，2#冰机压缩机容量控制弹簧断裂，更换029-25801-000型号的弹簧。

4.4.2优化冰机系统设定，保证能使1#冰机在线启动（2#不停机）。将系统超前/滞后设置为：2#，就是说2#系统超前运行，1#系统滞后运行，当系统负荷低时，首先停运1#，保证2#运行。所以，以这样的设定，当1#停机后，恰恰与设定值相匹配，2#冰机单独运行，减少冰机启停次数。

5结束语

通过此次对空分空压装置约克冰机大修，主要对1#、2#冰机压缩机进行常规解体检修，针对2#冰机压缩机滑阀满负荷运行，无减载量的问题，着重对2#冰机压缩机滑阀部分进行检查，对容量控制弹簧断裂问题进行原因分析并更换容量控制弹簧，消除了冷水机组运行时因容量控制弹簧断裂，致使能量控制滑阀满负荷运行，无减载量的问题。

参考文献

[1]《制冷及空气调节技术》第五版-中国工信出版集团（电子工业出版社）第三章3.1-3.9;

[2]《冰机压缩机操作维护手册》无锡约克冰机公司.