摘要：保证船用冷库的正常运行是保障船员生活质量的关键。就船用低温冷库温度偏高的实例，根据采集的技术参数，系统分析故障产生的原因，有针对性地提出故障排除措施。
关键词：船用冷库；冷凝温度；蒸发温度；膨胀阀
一、故障一例
对于远洋运输而言，制冷空调技术的应用情况直接影响船舶的作业半径和船员的生活条件。根据海上航行的特点，保证船用冷库稳定正常运行显得非常重要，这就要求轮机员必须具备制冷装置的正常维护保养知识和系统故障的快速诊断排除能力。以往返于印尼与中同的某船为例，其伙食冷库系统(制冷剂选用R22)的低温冷库温度只有-10°C左右，远未达到设计的低温值(-20°C左右)，蒸发盘管只有靠近膨胀阀约1/2处结霜，压缩机运转时间长。经检查发现，压缩机回气过热，热力膨胀阀出口处温度偏低。用数字式温度计测得系统蒸发器出口温度为-18°C，用压力表测得回气压力为0.1 MPa，对应的饱和温度为-40°C，制冷剂过热度为22 °C，远远超过系统正常的过热度。经进一步检查发现，冷却水泵和蒸发器风机正常运转，高低压压力继电器、温度继电器、供液电磁阀、油压差继电器、背压调节阀和止回阀等均无异常，排除这些部件、元件产生故障的可能性。
二、故障机理分析
压缩机长时间运转低温冷库的温度还是无法满足要求，原因可能是低温冷库隔热差、制冷剂不足、冷凝温度和蒸发温度出现偏差等。
1.冷库隔热差
冷库隔热差直接导致冷库全热负荷大幅度增加，压缩机一直运转，蒸发器大量吸热仍无法使库温降到设定的温度。检查低温冷库隔热层，没有发现损坏，库门也没有关不严的现象，所以排除环境热量进入冷库导致库温无法降低的可能性。
2.系统制冷剂不足
系统中制冷剂太少，液管吸口有时高于制冷剂液面，则液管中混有制冷剂气体，即使膨胀阀全开，液态制冷剂流量仍不足，致使：(1)蒸发温度低于0°C 的冷库，蒸发器后段的结霜融化。(2)压缩机吸气过热温度增加，吸入压力和排出压力都降低，制冷量减少或者压缩机长时间运转库温仍降不下来，严重时库温未到下限压缩机就因吸气压力过低而停车，引起压缩机起停频繁。
该船冷库制冷系统要求制冷剂全部回收时液位高度在80%左右，正常工作时根据冷库热负荷的大小，液位一般在1/3~1/2。冷凝器兼作贮液器并装有液位镜。故障时观察制冷剂液位在2/3处，可排除系统制冷剂过少因素。
3.冷凝温度出现较大偏差
冷凝温度过高将造成冷库的制冷量不足。如图l所示，在压焰阁上标示系统的循环为1-2-3-4-1，冷凝压力为pk，冷凝温度为tk，制冷压缩机的制冷量可由式(1)来表示：
Q0=λVtq0 / v1 (1)
其中：λ为压缩机的输气系数；Vt为压缩机的理论排气量；q0为制冷剂的单位制冷量；v1 为制冷剂在压缩机吸入口的比容。制冷压缩机的轴功率可由式(2)来表示：
Pe=λVt w0 / v1ηe( 2 )
其中： w0 为压缩机的单位理论功；ηe为压缩机的轴效率。
当冷却水温度过高或流量不足、冷凝器换热面脏污或制冷剂混入空气时，冷凝器的冷却能力会下降，冷凝压力升高为pk'，冷凝温度随之升高为tk'，系统的循环改变为1-2'-3'-4'-1，相应地，单位制冷量由q0 下降为q0 ' ，单位理论功由w0增加为w0'，压缩机的输气系数λ降低，而比容v1 和轴效率ηe不变。基于以上分析，根据式(1)和式(2)可得，当冷凝温度升高时，压缩机的轴功率Pe增加，制冷量Q0下降。
随着冷凝压力的下降，冷凝温度也会随之降低，并在一定程度上降低压缩机的轴功率和提高系统的制冷量；但冷凝压力过低反而导致通过膨胀阀的制冷剂减少，进入蒸发器的制冷剂流量不足。冷凝压力不足的产生原因主要是压缩机故障或冷凝器冷凝能力过强。吸排气阀片漏泄、活塞环密封不严或压缩机无法增载，均导致压缩机排压不足，而冷却水温度过低或 流量过大也将导致冷凝压力下降。
经检查系统中表值，压缩机的排气压力为1.61MPa，冷凝器中制冷剂的温度为40.5 °C，符合系统运行参数要求从而排除压缩机和冷凝器出现故障的可能。
4．蒸发温度过低
蒸发器蒸发压力过低，决定了蒸发温度偏低将使系统的制冷量降低。如图2所示，在压焓图上标示制冷循环为1-2-3-4-1，蒸发压力为p0，蒸发温度为t0。蒸发器换热能力下降或制冷剂不足将使蒸发器的制冷能力下降，蒸发压力下降为p0'，蒸发温度随之降低为t0' ，系统的循环改变为l' -2' -3 -4' -1'，相应地单位制冷量由q0下降为q0' ，单位理论功由w0增加为w0'，压缩机的输气系数λ降低，比容v1增大，轴效率ηe基本不变。基于以上分析，根据式(1)和式(2)可得，当蒸发温度降低时，压缩机的轴功率Pe和制冷量Q0都下降。
（1)蒸发器换热能力下降。
检查蒸发器时，发现蒸发器外表面并没有脏污情况，内表面油污也不明显，经过热气除霜后效果也没有大的变化，所以排除蒸发器换热能力差的可能性。
（2)制冷剂流量不足。
蒸发器内制冷剂蒸发温度偏低的另一个原因是制冷剂流量不足，这种现象可能是由于系统出现冰塞、脏堵或热力膨胀阀故障造成的。
①冰塞。系统内含水量超过制冷剂的溶解能力，一旦温度低于0°C，水会迅速凝结形成冰塞。冰塞一般发生在流道狭窄处。膨胀阀阀孔通道狭窄、膨胀阀前后的阀件开度不足或滤器脏堵等原因都会导致冰塞。冰塞程度较轻会造成进入蒸发器的制冷剂不足，冷库温度不符合要求。冰塞严重时会导致压缩机停车时间加长，运转时间更短，以致不能正常工作，但本故障是压缩机长时间运转仍元法使冷库温度符合设计要求，所以排除严重冰塞的可能。
为了证实是否存在冰塞可以停止压缩机运转一段时间，并用开水浇烫膨胀阀，启用干燥过滤器，然后启动压缩机，运行1h后，重新将干燥过滤器旁通，再让系统正常运行一段时间发现库温并没有太大变化，彻底排除了冰塞的可能。
②油堵。若冷冻机油凝固点较高，在温度低于冷冻机油凝固点的系统某处凝固，即为油堵。油堵时压缩机表现类似冰塞，不同点在于曲轴箱内滑油油位会明显降低。消除油堵最根本的方法是更换全部冷冻机油，临时措施是加热油堵部位。检查压缩机曲轴箱内油位，确认其正常，排除油堵的可能。
③干燥过滤器脏堵。装置正常运行时，干燥过滤器处于被旁通状态以防制冷剂的流动阻力增加和干燥剂进入系统。只有系统出现“冰塞”、充注制冷剂、更换冷冻机油或进行维修可能混入水分时，才将干燥过滤器接入系统吸收水分。干燥过滤器出现脏堵的后果与冰塞相似：轻则导致蒸发器制冷剂流量不足，制冷能力下降；重则引起流量不足、吸入压力降低、吸气过热度增加和压缩机起停频繁等现象。但脏堵比较稳定，随时间延长而加重的情况不明显。
判断干燥过滤器是否脏堵，可以观察它后面的管路是否结霜。若存在结霜现象，则说明在干燥过滤器处出现堵塞，液态制冷剂在该处节流降压，导致少量制冷剂提前“闪发”(汽化)吸热使后面管路温度降低而在表面结霜，消除的方法只能是拆下清洗滤器或更换干燥剂。本例中，发现干燥过滤器后的管路元结霜现象，故排除干燥过滤器堵塞的可能。
④热力膨胀阀故障或调节不当。热力膨胀阀通过感受蒸发器出口气态制冷剂的过热度，控制进入蒸发器的制冷剂流量，以调节制冷系统工况。这样既避免压缩机吸进湿蒸气发生液击也防止供液过少蒸发器不能充分发挥作用。若膨胀阀感温包内液体因使用时间长而减少，或膨胀阀弹簧调节过紧，则膨胀阀开度过小，制冷剂流量过小，蒸发器后段结霜融化，压缩 机吸气过热度增加，制冷量减少，冷库温度偏高。
正常时候，热力膨胀阀阀体靠出口一半(针阀后一半阀体)会结霜，原因是经过针阀节流降压后，少量液态制冷剂提前“闪发”吸热导致后面阀体温度降低并在其表面产生结霜现象。经检查发现整个热力膨胀阀阀体严重结霜。根据以上对其他设备元件的工作分析并排除它们产生故障的可能，判断本故障基本是膨胀阀异常造成的。
三、故障的排除
关闭低温库膨胀阀前的截止阀，抽空制冷剂，再关闭膨胀阀后的截止阀，拆下膨胀阀检查，发现阀前滤器的滤网比较脏。正因为膨胀阀进口滤器出现脏堵，造成液体制冷剂流经该滤器时已经被节流降压，提前“闪发”使整个阀体结霜，更严重的是导致进入蒸发器的制冷剂不足，冷库温度一直无法降低。
找出本故障的原因后先对该热力膨胀阀的滤器进行清洗，并正确安装在系统中，同时对膨胀阀重新调整。启动制冷装置并使冷库处于正常稳定运行状态下，小幅度转动调节螺杆的圈数(每次调1/4圈) ，每次调节间隔的时间要求达到30 min，因为实际工作中的热力膨胀阀感温系统存在一定热惰性，信号传递滞后，所以每次调节之后需待系统运行基本稳定后， 再根据冷库的热力参数值确定是否需要进一步调整。 正确调整热力膨胀阀后，蒸发器出口温度为-25°C，回气压力为0.16MPa，对应饱和温度为-30°C，相减后过热度为5 °C，符合过热度的要求，同时数小时之后该低温库的温度达到-20°C(设定值)。
四、结束语
船用冷库的特殊性以及制冷装置自身的复杂性，给轮机员准确分析故障并采取相应排除措施带来很大的压力。当冷库出现异常时，应迅速判断故障的类型，熟练运用有关理论知识，借助系统采集的数据参数值对照系统的设计值，初步确定产生故障的原因，并利用丰富的实践经验最终找出故障产生的准确部位并采取正确的处理方法予以排除。
参考文献：
[1]费千.船舶辅机[M].大连：大连海事大学出版社，2005.
[2]李福海.船舶伙食制冷系统冷剂流量不足故障一例[J].航海技术，2009(2)：65-66.
[3]刘恩海，蔡友周.船舶伙食冷藏库的设计[J].船舶工程，2009(5)：20-22.
作者：林文城 来源：世界海运
