【船舶制冷装置常见故障及预防分析7200字（论文）】

引言降低周围环境的温度，并保持稳定，这就是制冷。它分为两部分，一是从空间带走热量，二是与外界绝热。其方式有两种，一是自然制冷，二是人工制冷。本文所研究的船舶制冷，属于人工制冷，它可以在不受时间和空间的情况下进行制冷。但由于大多数船舶在发生制冷故障问题时的相关解决方式不够科学，所以船舶在运行过程中发生制冷故障问题是很常见的。因此，科学有效及时地解决船舶制冷故障问题是十分重要的。船舶制冷装置对船舶伙食冷库、工作环境、保证船员的正常生活和降低耗能具有重要意义。由于船运业的特殊性和船员的不规范操作，使制冷装置发生故障的概率提升。在制冷设备发生故障时，若不能及时科学修复，必将影响全船人员的工作和生活。本论文针对船舶制冷系统故障问题，对故障原因及处理措施进行探究，得出科学有效的船舶制冷装置故障的解决方案。1船舶制冷系统1.1船舶制冷系统的基本原理船舶制冷装置多用压缩式制冷，其原理如图1-1。制冷剂在膨胀阀节流降压，到蒸发器吸热蒸发为气态，实现制冷，再经压缩机的吸气管到压缩机升压，再通过压缩机的排气管到冷凝器中冷凝为液体，再通过液管流到膨胀阀，保持制冷循环的稳定。从而实现连续的制冷循环[1]。图1-1制冷系统原理图1.2船舶制冷系统的基本部件船舶制冷装置主要有冷凝器、膨胀阀、蒸发器和压缩机四部分。除此之外，通常在压缩机高压端安装滑油分离器，来分离压缩做功后的高温高压气体中的滑油；此外，储液器装配于冷凝器后，用作存储液态制冷剂的储存容器；和用于干燥的干燥过滤器和回热器等各种仪器设备组成，协同配合，来提升船舶制冷系统的制冷效率[2]。1.2.1制冷压缩机制冷压缩机是船舶制冷装置的核心，是为制冷装置提供动力的重要设备，也是船舶制冷装置的四大组成部分之一，在制冷装置中扮演着很重要的角色。制冷剂在制冷压缩机中进行绝热压缩，使从蒸发器出来的低压制冷剂过热蒸汽转化成高压的制冷剂过热蒸汽。制冷压缩机可以提高蒸汽压力，还可以使制冷剂克服流动阻力，使制冷循环持续地进行下去。制冷压缩机的性能优劣，对输出的制冷量，制冷装置的制冷效率和经济性都有着决定性影响。所以，要保证制冷压缩机正常有效的运行对船舶制冷系统来说是十分重要的。1.2.2冷凝器冷凝器是将制冷剂蒸汽转化成液体，同时带走热量的设备。将压缩机排出高温高压的蒸汽，冷凝成液体，在蒸发器内，被周边的介质，如水、大气等吸收热量，来供整个制冷系统循环利用[3]。船舶制冷装置中常用卧式壳管式冷凝器（如图1-2）。图1-2卧式壳管式冷凝器1-壳体；2-冷却管；3-进气管接头；4-平衡管接头；5-管板；6-水侧端盖；7-放空气阀接头；8-泄放水阀接头；9-输液管接头；10-集液筒；11-进水管接头；12-出水管接头；13-安全阀接头1.2.3膨胀阀膨胀阀是制冷系统的重要部分之一。它可根据冷库的热负荷，控制供入蒸发器制冷剂的量；将来自冷凝器的高压制冷剂液体节流降压；使制冷剂离开蒸发器时有一定过热度，确保制冷剂不进至压缩机。船舶制冷装置中常用热力膨胀阀（如图1-3）。图1-3热力膨胀阀示意图1.2.4蒸发器蒸发器是制冷装置是实现制冷的关键部件。经膨胀阀节流降压的制冷剂被送入蒸发器，在蒸发器盘管中来回移动，吸收盘管周围介质的热量而汽化，将附近介质的温度降低，以达到制冷目的[4]。1.3船舶制冷系统的制冷剂制冷剂利用相变的过程传热，是实现制冷循环的工质。并在补偿功或外功作用下，将热量传送至四围。于蒸发器汽化吸热，降低空间温度，然后于冷凝器放热。船舶制冷系统需要制冷剂能够使制冷循环获得高效率，又同时也要满足经济性、安全性等方面要求。常用的制冷剂有R717(NH3)、R22（CHCLF2）等[5]。1.3.1对制冷剂的要求在人工制冷领域，制冷剂的种类有很多种，但由于船舶航行的特殊条件，真正可以用于船舶制冷系统中的制冷剂并不多。并且在使用和添加制冷剂的要保证船员的安全。具体要求主要包括：制冷剂在工作中有适当的压力比和压力。2）临界温度要高。3）为了节约能耗，循环效率要高，单位压缩功和容积压缩功要小。4）等熵压缩终了温度不可太高。5）黏度和比重要小，减少管路内动力消耗和流动阻力。6）热导率大。7）热稳定性好。8）良好电气绝缘性。9）不易爆易燃，不会污染冷藏的物品也对人体没有危害。10）价格低廉，易于补给。2船舶制冷装置的常见故障2.1冰塞船舶制冷装置大多采用“一机多库”系统，这便对制冷系统要比较高，一不小心便很容易出现冰塞故障。冰塞也是制冷系统最为常见的故障之一。主要是由于制冷系统中存在游离水和溶于制冷剂中的水两种。正常情况下，溶于制冷剂中的水是不会结冰的，而游离水会在温度低于冰点的地方结冰。随着制冷系统的持续运行，冰会越结越多，最终形成冰塞，阻碍制冷剂的流动，使制冷系统无法正常运行。正常情况下，制冷系统中只含少量水分时，并不会出现严重的冰塞事故。只有当系统中的水分过多时才会出现冰塞，水分大于制冷剂的溶解能力时，便会成为游离水，在低于冰点的地方逐渐积冰，成为冰塞。一旦出现冰塞，压缩机的吸入端的压力会由于制冷剂堵塞而降低。压缩机会因长时间制冷剂供应不足，导致吸入温度升高，减少压缩机的运行，造成恶性循环。系统的循环量和制冷剂流量就会减小，压缩机会因蒸发器的出口过热度上升并且吸入压力在不断下降而不工作。管道表面有出现不正常结霜。系统堵塞压力增加，水分与制冷剂相融而引起腐蚀，滑油变质，破坏滑油分配机构。冰塞严重或者没有及时得到处理时，将导致库温升高，空间没有起到被制冷的效果，食物变质，影响船员健康饮食和船舶正常运作等。2.2液击液击是制冷装置的液态制冷剂或润滑剂意外随气体进入制冷压缩机的气缸内，造成阀片破坏的现象，或者在排气过程中冷却液排出，在排气过程中活塞接近上止点时产生高液压的现象。液击是制冷系统的致命杀手，它分为两个进程。由于液体的不可压缩性，在液态制冷剂或润滑油，高速冲击进入压缩机气缸时，将会引起吸气阀片的弯曲，严重时断裂；另外，当这些液体，没有及时清除时，又受到活塞压缩的作用，在气缸内部产生很高的压力，可导致受力件变形乃至损坏。2.3压缩机启停频繁制冷系统压缩机启停频繁通常指船舶制冷压缩机在短时间频繁启动和停止的现象，对制冷系统的危害很大，它会增加部件的磨损，减少零件的寿命，使制冷系统的效率降低，制冷装置不正常运行，影响制冷循环，若不及时处理将会使制冷系统出现更多的故障，严重时导致制冷系统失效。某些自动化元件的故障很容易制冷系统压缩机启停频繁。供液电磁阀频繁启停。由于船舶的特殊性引起供液电磁阀频繁启停的原因也有很多种，主要是温度继电器不正常，供液电磁阀本身的零部件出问题和库房的保温条件太差或不保温所致。低压继电器启停频繁。这主要是信号传递的问题，可能是由于低压继电器本身的故障，压缩机的设定值不准确，或者吸气压力低，膨胀阀调整不合适等。高压继电器启停频繁。这个问题多是排出压力过高，高压继电器本身故障或调整不当使高压继电器失效，以及内部某些地方泄漏所致。3船舶制冷装置故障分析船舶制冷装置组成复杂，相互联系，互相影响，相辅相成。所以在找故障时，必须从装置的全局出发，仔细分析，才能找到科学的处理方法和预防手段。3.1冰塞的故障分析3.1.1冰塞的理论探究造成冰塞的情况有很多：1）膨胀阀与蒸发器的连接管小于蒸发器管子，有的有多处弯管，故连接管子及膨胀阀出口部位最易“冰塞”。2）一般堵塞部位前管子外面附有一层薄霜，而后面冰层融化，同时膨胀阀出口处可观察到结霜程度，如出口霜层变为湿霜并逐渐融化，则可初步判断为冰塞。3）滤网处会拦住许多细小的冰晶，久而久之这些冰晶积少成多，直到整个流道，造成了“冰塞”。通常膨胀阀内滤网和其蒸发器管路都会存在“冰塞”现象，不仅如此，背压阀和前滤网截止阀也会发生。冰塞的出现会影响制冷系统的正常运转，对船员饮食和船舶正常运作产生不利影响。所以，冰塞问题不容小觑，平时一定要加强检查，发现问题及时处理。3.1.2冰塞的处理出现冰塞时，一定要及时清除，防止冰塞越来越严重，对制冷系统造成更大的影响。提高制冷系统的效率，保证制冷装置正常有效的运行。但是，处理冰塞并不是一件容易的事情，若处理不当，很可能造成对制冷系统造成二次伤害，进一步加重冰塞的影响。一般来说可以采用加热的方法，但是这种方法有很大的局限性。对于少量的冰塞可以，但对于稍微严重的冰塞就有些力不从心，不仅会耗费大量的人力物力，还可能使冰塞扩张。这是由于制冷系统的冰没有完全消解，而是转化成小冰晶在别处汇集。根据冰塞的情况，以下方法效果良好。1）拆洗法。在冰塞还不算太严重的时候，可以将冰塞部件拆解下来，用纯酒精进行清洗，这种方法特别使用于膨胀阀和滤器等容易拆除的部件。注意清洗冰塞结束后，要干燥后再进行安装，这样效果更佳。2）热气融冰法。在冰塞较为严重的时候，可用高温高压的排气进行重刷，效果很好。3）自然融化法。在输送冻品的船上，待卸完货后，等温度达零摄氏度以上，拆卸热力膨胀阀或管子进行倒冲，等水分冲出后，关闭膨胀阀进口阀。4）化学除霜法。在制冷剂中加入解冻剂，通过制冷剂本身的循环，将冰塞除去。这种方法，比较耗时，并对解冻剂的要求比较高，首先不可以与制冷剂发生反应，不可腐蚀系统的管路和部件，并而能被干燥剂吸收易于除去。以上方法操作前先调换干燥剂，以免再次引起冰塞。3.1.3冰塞的预防冰塞是最让人头疼的故障，处理起来异常繁琐，不仅耽误船员的宝贵时间，让人身心俱疲，严重时甚至还会影响船舶的正常航行。因此，冰塞故障的预防就显得尤为重要。以下是通过上述理论分析和实际处理过程中所遇到的问题而总结出来的冰塞故障预防方法：1）预防冰塞，最重要的是不能让系统内存在水分。减少空气的进入，并将干燥器投入使用。2）定期检查制冷剂的泄漏。3）严格按照正确的步骤，补充制冷剂。补充制冷剂前，要将系统抽真空。4）选用质量较好的制冷剂。5）定期检查干燥器的干燥剂，并及时更新。3.2液击的故障分析3.2.1液击的理论探究液击主要是由于压缩机中进入液体造成的，而进入液体的原因主要有三种。1）带液启动。压缩机在启动过程中，由于压力突然降低，溶解在润滑油的大量制冷剂突然剧烈汽化，就如同打开一瓶可乐一样，在曲轴箱里产生大量泡沫的过程。在润滑油中溶解的制冷剂越多，这种现象就会越明显，持续时间就越长。气泡越多，越容易被吸入气缸而造成液击。使制冷系统发生故障。2）压缩机回液。压缩机运行过程中制冷剂有时一不小心会从蒸发器的吸气管，回流至压缩机中，造成压缩机回液现象。另外，膨胀阀的调定值或开度不合适的时候这种情况会更加明显。3）润滑油过多。当压缩机内润滑油过高时，在曲轴和连杆的带动下，润滑油就会在曲轴箱内到处飞溅，很容易会通过气道进入气缸内部，造成液击。3.2.2液击的处理液击问题对压缩机来说是致命的，是制冷系统中最严重的故障之一。但是，通过对其产生的原因进行探究，可以很容易发现，液击问题是可以通过采取合适的技术手段和方法来防止液体进入压缩机来完全避免液击问题的发生。1）压缩机带液启动的原因主要是润滑油中溶解的制冷剂太多，若要彻底解决这个问题，就要找到一种与润滑油不相容的制冷剂，不过这样成本太高，经济性太差，得不偿失。所以，较理想的方法是在停机前，利用压缩机把制冷剂抽出来，这样就没有制冷剂可以容在润滑油中了，便从根本上解决了压缩机带液启动的发生液击的问题。2）适量添加润滑油，可以增加压缩机内部件的润滑，来有效降低压缩机回液带来的阀片轴承咬死和零部件损坏等问题，但过多的润滑油也会带来负面的影响。所以，在压缩机曲轴箱中保持合适的润滑油量是非常重要的。另外，安装气液分离器也是解决压缩机回液造成液击的常用方法，效果显著。3.2.3液击的预防液击的情况比较多样，要针对情况来具体应对。液击是制冷装置中最为严重的故障之一，出现液击时若处理不当，将很容易引起系统瘫痪，对船舶的正常运行产生较大的影响。因此加强平时的预防维护，是防止液击发生的最有效手段。下面是通过上述理论和实践分析而总结出来的液击故障预防方法：1）选用合适的膨胀阀，调节膨胀阀开度合适，维持稳定过热度的设定值。2）选用合适的制冷剂，防止压缩机损坏。3）保证合适的蒸发器负荷，采用正确的蒸发器除霜方式。4）将冷库规范布置，食品合理堆放。5）定期检查压缩机内的润滑油，使滑油量处于合适的位置。3.3压缩机启停频繁的故障分析3.3.1压缩机启停频繁的理论探究引起压缩机启停频繁的因素有很多。首先跟自身因素有关，压缩机的低压控制器控制着压缩机的正常启停，当低压控制器的幅差值设定太小时，就很容易引起压缩机的频繁启停，另外，冷库的隔热机构时对冷库保温起着重要作用，若其发生了老化或破损，也很容易引起低压控制器动作导致压缩机启停频繁。其次，当制冷循环的某一环节出现不正常的情况也会引起压缩机的不正常工作，如当压缩机输气量较大时，就会加重压缩机的工作负荷导致压缩机启停频繁，还有在吸气压力较低的时候，压缩机发挥不出它应有的功效，不能保持库温稳定，而引起压缩机启停频繁。再者，由于船舶制冷系统中各部分之间相辅相成，相互联系，互相影响，也会导致压缩机启停频繁，特别是在高低压和管路之间存在严重泄漏时，制冷效果将明显下降，压缩机被迫工作，而引起压缩机启停频繁。当膨胀阀调整不当或失效时，制冷循环难以顺利进行，使得压缩机频繁启停。3.3.2压缩机启停频繁的处理在处理压缩机启停频繁故障时，应从根本出发，找到导致压缩机启停频繁的痛点，先易后难，一步一步解决压缩机启停频繁的故障。第一，关闭排气阀，若压缩机依然启停频繁，便有可能是滑油分离器泄漏所致，应对滑油分离器进行修补。第二，关掉吸气阀，若压缩机还是启停频繁，则可能是机内或安全阀产生了漏泄，需对其进行检修。第三，关闭供液电磁阀，压缩机依然启停频繁，便有可能是电磁阀内漏，应进行检修或更换。第四，关掉供液电磁阀故障消除，这可能是由于膨胀阀冰塞，制冷剂太少，或幅差值较小所致。需有针对性地对其检修。若日常维护保养不合格，很容易造成压缩机频繁启停。因此，一定要加强平时的保养和维护。3.3.3压缩机启停频繁的预防制冷压缩机的启停频繁看似不是什么大问题，在实际操作中通常也难以引起轮机员的重视，但却是影响制冷系统正常有效运行的元凶之一。压缩机起停频繁的问题不容小觑，严重时会引起制冷系统的严重瘫痪。因此，做好压缩机启停频繁故障的预防十分重要。下面是经过分析得出的预防压缩机的启停频繁的方法：1）定期检漏，防止滑油分离器及安全阀泄漏。2）防止膨胀阀冰塞和局部脏堵。3）调整合适的启停上下限幅差值。4）及时补充制冷剂，防止出现制冷剂缺少的情况。5）及时清洗制冷剂过滤器防止其脏堵。6）调整合适的膨胀阀开度，保证膨胀阀正常运行。结论本文通过对船舶制冷系统故障进行探究，得出了科学高效的处理方法和于实际工作时应该注意的问题。实际中，制冷装置的复杂性决定了它故障的多样性，各个部件之间都会互相影响，使故障产生的原因多种多样，这给维修造成了较大困难。还有很多人为因素造成的故障，比如操作管理不当。所以，在故障处理过程中，要进行细致的调查分析，以便及时准确地发现故障原因，确定故障处理措施。更重要的是防患于未然，预防是最主要的解决措施。通过对产生故障原因的分析，从源头上加强防患，在平时的维护管理工作中，结合实际经验，正确操作，减少故障的可能性，严格执行安全技术规程，防止故障的发生，确保船舶制冷系统安全可靠运行。参考文献[1]陈海泉.船舶辅机[M].大连：大连海事大学出版社，2016.282～350.[2]潘灶林，黄应邦.浅谈船舶制冷系统常见故障[J].中国水运，2017，17（9）：115～116.[3]梁恩胜.船舶制冷装置液击故障的分析及排除[J].黑龙江科技信息，2016（26）：143.[4]ConstantineN.Michos.AnalysisofthebackpressureeffectofanOrganicRankineCycle(ORC)evaporatorontheexhaustlineofaturbochargedheavydutydieselpowergenerato