壓縮機(jī)常見(jiàn)故障分析(1)--電機(jī)燒毀

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  電動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)(以下簡(jiǎn)稱壓縮機(jī))的故障可分為電機(jī)故障和機(jī)械故障(包括曲軸，連桿，活塞，閥片，缸蓋墊等)。機(jī)械故障往往使電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)甚至堵轉(zhuǎn)，是電機(jī)損壞的主要原因之一。
  電機(jī)的損壞主要表現(xiàn)為定子繞組絕緣層破壞(短路)和斷路等。定子繞組損壞后很難及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，終可能導(dǎo)致繞組燒毀。繞組燒毀后，掩蓋了一些導(dǎo)致燒毀的現(xiàn)象或直接原因，使得事后分析和原因調(diào)查比較困難。然而，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)離不開(kāi)正常的電源輸入，合理的電機(jī)負(fù)荷，良好的散熱和繞組漆包線絕緣層的保護(hù)。從這幾方面入手，不難發(fā)現(xiàn)繞組燒毀的原因不外乎如下六種：(1)異常負(fù)荷和堵轉(zhuǎn);(2)金屬屑引起的繞組短路; (3)接觸器問(wèn)題;(4)電源缺相和電壓異常;(5)冷卻不足;(6)用壓縮機(jī)抽真空。實(shí)際上，多種因素共同促成的電機(jī)損壞更為常見(jiàn)。
  1. 異常負(fù)荷和堵轉(zhuǎn)
  電機(jī)負(fù)荷包括壓縮氣體所需負(fù)荷以及克服機(jī)械摩擦所需負(fù)荷。壓比過(guò)大，或壓差過(guò)大，會(huì)使壓縮過(guò)程更為困難;而潤(rùn)滑失效引起的摩擦阻力增加，以及極端情況下的電機(jī)堵轉(zhuǎn)，將增加電機(jī)負(fù)荷。潤(rùn)滑失效，摩擦阻力增大，是負(fù)荷異常的首要原因。回液稀釋潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油過(guò)熱，潤(rùn)滑油焦化變質(zhì)，以及缺油等都會(huì)破壞正常潤(rùn)滑，導(dǎo)致潤(rùn)滑失效?；匾合♂対?rùn)滑油，影響摩擦面正常油膜的形成，甚至沖刷掉原有油膜，增加摩擦和磨損。壓縮機(jī)過(guò)熱會(huì)引起使?jié)櫥透邷刈兿∩踔两够?，影響正常油膜的形成。系統(tǒng)回油不好，壓縮機(jī)缺油，自然無(wú)法維持正常潤(rùn)滑。曲軸高速旋轉(zhuǎn)，連桿活塞等高速運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有油膜保護(hù)的摩擦面會(huì)迅速升溫，局部高溫使?jié)櫥脱杆僬舭l(fā)或焦化，使該部位潤(rùn)滑更加困難，數(shù)秒鐘內(nèi)可引起局部嚴(yán)重磨損。潤(rùn)滑失效，局部磨損，使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)需要更大力矩。小功率壓縮機(jī)(如冰箱，家用空調(diào)壓縮機(jī))由于電機(jī)扭矩小，潤(rùn)滑失效后常出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)(電機(jī)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng))現(xiàn)象，并進(jìn)入“堵轉(zhuǎn)-熱保護(hù)-堵轉(zhuǎn)”死循環(huán)，電機(jī)燒毀只是時(shí)間問(wèn)題。而大功率半封閉壓縮機(jī)電機(jī)扭矩很大，局部磨損不會(huì)引起堵轉(zhuǎn)，電機(jī)功率會(huì)在一定范圍內(nèi)隨負(fù)荷而增大，從而引起更為嚴(yán)重的磨損，甚至引起咬缸(活塞卡在氣缸內(nèi))，連桿斷裂等嚴(yán)重?fù)p壞。
  堵轉(zhuǎn)時(shí)的電流(堵轉(zhuǎn)電流)大約是正常運(yùn)行電流的4-8倍。電機(jī)啟動(dòng)瞬間，電流的峰值可接近或達(dá)到堵轉(zhuǎn)電流。由于電阻放熱量與電流的平方成正比，啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)的電流會(huì)使繞組迅速升溫。熱保護(hù)可以在堵轉(zhuǎn)時(shí)保護(hù)電極，但一般不會(huì)有很快的響應(yīng)，不能阻止頻繁啟動(dòng)等引起的繞組溫度變化。頻繁啟動(dòng)和異常負(fù)荷，使繞組經(jīng)受高溫考驗(yàn)，會(huì)降低漆包線的絕緣性能。
  此外，壓縮氣體所需負(fù)荷也會(huì)隨壓縮比增大和壓差增大而增大。因此將高溫壓縮機(jī)用于低溫，或?qū)⒌蜏貕嚎s機(jī)用于高溫，都會(huì)影響電機(jī)負(fù)荷和散熱，是不合適的，會(huì)縮短電極使用壽命。
  繞組絕緣性能變差后，如果有其它因素(如金屬屑構(gòu)成導(dǎo)電回路，酸性潤(rùn)滑油等)配合，很容易引起短路而損壞。
  2. 金屬屑引起的短路
  繞組中夾雜的金屬屑是短路和接地絕緣值低的罪魁禍?zhǔn)住嚎s機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的正常振動(dòng)，以及每次啟動(dòng)時(shí)繞組受電磁力作用而扭動(dòng)，都會(huì)促使夾雜于繞組間的金屬屑與繞組漆包線之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和摩擦。棱角銳利的金屬屑會(huì)劃傷漆包線絕緣層，引起短路。
  金屬屑的來(lái)源包括施工時(shí)留下的銅管屑，焊渣，壓縮機(jī)內(nèi)部磨損和零部件損壞(比如閥片破碎)時(shí)掉下的金屬屑等。對(duì)于全封閉壓縮機(jī)(包括全封閉渦旋壓縮機(jī))，這些金屬屑或碎粒會(huì)落在繞組上。對(duì)于半封閉壓縮機(jī)，有些顆粒會(huì)隨氣體和潤(rùn)滑油在系統(tǒng)中流動(dòng)，由于磁性聚集在繞組中;而有些金屬屑(比如軸承磨損以及電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子磨損(掃膛)時(shí)產(chǎn)生的)會(huì)直接落在繞組上。繞組中聚集了金屬屑后，發(fā)生短路只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。
  需要特別提請(qǐng)注意的是雙級(jí)壓縮機(jī)。在雙級(jí)壓縮機(jī)中，回氣以及正常的回油直接進(jìn)入級(jí)(低壓級(jí))氣缸，壓縮后經(jīng)中壓管進(jìn)入電機(jī)腔冷卻繞組，然后和普通單級(jí)壓縮機(jī)一樣，進(jìn)入第二級(jí)(高壓級(jí)氣缸)?；貧庵袔в袧?rùn)滑油，已經(jīng)使壓縮過(guò)程如履薄冰，如果再有回液，級(jí)氣缸的閥片很容易被打碎。碎閥片經(jīng)中壓管后可進(jìn)入繞組。因此，雙級(jí)壓縮機(jī)比單級(jí)壓縮機(jī)更容易出現(xiàn)金屬屑引起的電機(jī)短路。
  不幸的事情往往湊到一塊，出問(wèn)題的壓縮機(jī)在開(kāi)機(jī)分析時(shí)聞道的常常是潤(rùn)滑油的焦糊味。金屬面嚴(yán)重磨損時(shí)溫度是很高的，而潤(rùn)滑油在175oC以上時(shí)開(kāi)始焦化。系統(tǒng)中如果有較多水分(真空抽得不理想，潤(rùn)滑油和制冷劑含水量大，負(fù)壓回氣管破裂后空氣進(jìn)入等)，潤(rùn)滑油就可能出現(xiàn)酸性。酸性潤(rùn)滑油會(huì)腐蝕銅管和繞組絕緣層，一方面，它會(huì)引起鍍銅現(xiàn)象;另一方面，這種含有銅原子的酸性潤(rùn)滑油的絕緣性能很差，為繞組短路提供了條件。
  3. 接觸器問(wèn)題
  接觸器是電機(jī)控制回路中重要部件之一，選型不合理可以毀壞的壓縮機(jī)。按負(fù)載正確選擇接觸器是極其重要的。
  接觸器必須能滿足苛刻的條件，如快速循環(huán)，持續(xù)超載和低電壓。它們必須有足夠大的面積以散發(fā)負(fù)載電流所產(chǎn)生的熱量，觸點(diǎn)材料的選擇必須在啟動(dòng)或堵轉(zhuǎn)等大電流情況下能防止焊合。
  為了安全可靠，壓縮機(jī)接觸器要同時(shí)斷開(kāi)三相電路。谷輪公司不推薦斷開(kāi)二相電路的方法。
  在美國(guó)，谷輪公司認(rèn)可的接觸器必須滿足如下四項(xiàng)：
  · 接觸器必須滿足ARI標(biāo)準(zhǔn)780-78“接觸器標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定的工作和測(cè)試準(zhǔn)則。
  · 制造商必須保證接觸器在室溫下，在銘牌電壓的80%時(shí)能閉合。
  · 當(dāng)使用單個(gè)接觸器時(shí)，接觸器額定電流必須大于電機(jī)銘牌電流額定值(RLA). 同時(shí)，接觸器必須能承受電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流。
  · 如果接觸器下游還有其它負(fù)載，比如電機(jī)風(fēng)扇等，也必須考慮。
  · 當(dāng)使用兩個(gè)接觸器時(shí)，每個(gè)接觸器的分繞組堵轉(zhuǎn)額定值必須等于或大于壓縮機(jī)半繞組堵轉(zhuǎn)額定值。
  接觸器的額定電流不能低于壓縮機(jī)銘牌上的額定電流。規(guī)格小或質(zhì)量低劣的接觸器無(wú)法經(jīng)受壓縮機(jī)啟動(dòng)，堵轉(zhuǎn)和低電壓時(shí)的大電流沖擊，容易出現(xiàn)單相或多相觸點(diǎn)抖動(dòng), 焊接甚至脫落的現(xiàn)象，引起電機(jī)損壞。
  觸點(diǎn)抖動(dòng)的接觸器頻繁地啟停電機(jī)。電機(jī)頻繁啟動(dòng)，巨大的啟動(dòng)電流和發(fā)熱,會(huì)加劇繞組絕緣層的老化。每次啟動(dòng)時(shí)，磁性力矩使電機(jī)繞組有微小的移動(dòng)和相互摩擦。如果有其它因素配合(如金屬屑，絕緣性差的潤(rùn)滑油等)，很容易引起繞組間短路。熱保護(hù)系統(tǒng)并未設(shè)計(jì)成能防止這種毀壞。此外，抖動(dòng)的接觸器線圈容易失效。如果有接觸線圈損壞，容易出現(xiàn)單相狀態(tài)。
  如果接觸器選型偏小，觸頭不能承受電弧和由于頻繁開(kāi)停循環(huán)或不穩(wěn)定控制回路電壓產(chǎn)生的高溫，可能焊合或從觸頭架中脫落。焊合的觸頭將產(chǎn)生性單相狀態(tài)，使過(guò)載保護(hù)器持續(xù)地循環(huán)接通和斷開(kāi)。
  需要特別強(qiáng)調(diào)的是，接觸器觸點(diǎn)焊合后，依賴接觸器斷開(kāi)壓縮機(jī)電源回路的所有控制(比如高低壓控制，油壓控制，融霜控制等)將全部失效，壓縮機(jī)處于無(wú)保護(hù)狀態(tài)。
  因此，當(dāng)電機(jī)燒毀后，檢查接觸器是必不可少的工序。接觸器是導(dǎo)致電機(jī)損壞的一個(gè)常常被人遺忘的重要原因。
  4. 電源缺相和電壓異常
  電壓不正常和缺相可以輕而易舉地毀掉任何電機(jī)。電源電壓變化范圍不能超過(guò)額定電壓的±10%。三相間的電壓不平衡不能超過(guò)5%。大功率電機(jī)必須供電，以防同線其他大功率設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)造成低電壓。電機(jī)電源線必須能夠承載電機(jī)的額定電流。
  如果發(fā)生缺相時(shí)壓縮機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)，它將繼續(xù)運(yùn)行但會(huì)有大的負(fù)載電流。電機(jī)繞組會(huì)很快過(guò)熱，正常情況下壓縮機(jī)會(huì)被熱保護(hù)。當(dāng)電機(jī)繞組冷卻至設(shè)定溫度，接觸器會(huì)閉合，但壓縮機(jī)啟動(dòng)不起來(lái)，出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，并進(jìn)入“堵轉(zhuǎn)-熱保護(hù)-堵轉(zhuǎn)”死循環(huán)。
  現(xiàn)代電機(jī)繞組的差別非常小，電源三相平衡時(shí)相電流的差別可以忽略。理想狀態(tài)下，相電壓始終相等，只要在任一相上接一個(gè)保護(hù)器就可以防止過(guò)電流造成的損壞。實(shí)際上很難保證相電壓的平衡。
  電壓不平衡百分?jǐn)?shù)計(jì)算方法為,相電壓與三相電壓平均值的偏差值與三相電壓平均值比值. 例如，標(biāo)稱380V三相電源，在壓縮機(jī)接線端測(cè)量的電壓分別為380V,366V,400V. 可以計(jì)算出三相電壓平均值382V, 偏差為20V,所以電壓不平衡百分?jǐn)?shù)為5.2%。
  作為電壓不平衡的結(jié)果，在正常運(yùn)行使負(fù)載電流的不平衡是電壓不平衡百分點(diǎn)數(shù)的4-10倍。前例中, 5.2%不平衡電壓可能引起50%的電流不平衡。
  美國(guó)國(guó)家電器制造商協(xié)會(huì)(NEMA)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)出版物指出，由不平衡電壓造成的相繞組溫升百分比大約是電壓不平衡百分點(diǎn)數(shù)平方的兩倍。前例中電壓不平衡點(diǎn)數(shù)為5.2，繞組溫度增加的百分?jǐn)?shù)為54%. 結(jié)果是一相繞組過(guò)熱而其他兩個(gè)繞組溫度正常。
  一份由U.L.(保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室，美國(guó))完成的調(diào)查顯示，43%的電力公司允許3%的電壓不平衡，另有30%的電力公司允許5%的電壓不平衡。
  5. 冷卻不足
  功率較大的壓縮機(jī)一般都是回氣冷卻型的。蒸發(fā)溫度越低，系統(tǒng)質(zhì)量流往往越小。當(dāng)蒸發(fā)溫度很低時(shí)(超過(guò)制造商的規(guī)定)，流量就不足以冷卻電機(jī)，電機(jī)就會(huì)在較高溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)?？諝饫鋮s型壓縮機(jī)(一般不超過(guò)10HP)對(duì)回氣的依賴性小，但對(duì)壓縮機(jī)環(huán)境溫度和冷卻風(fēng)量有明確要求。
  制冷劑大量泄漏也會(huì)造成系統(tǒng)質(zhì)量流減小，電機(jī)的冷卻也會(huì)受到影響。一些無(wú)人看管的冷庫(kù)等，往往要等到制冷效果很差時(shí)才會(huì)發(fā)現(xiàn)制冷劑大量泄漏了。
  電機(jī)過(guò)熱后會(huì)出現(xiàn)頻繁保護(hù)，有些用戶不深入檢查原因，甚至將熱保護(hù)器短路，那是非常糟糕的事情。過(guò)不了多久，電機(jī)就會(huì)燒掉。
  壓縮機(jī)都有安全運(yùn)行工況范圍。安全工況主要的考慮因素就是壓縮機(jī)和電機(jī)的負(fù)荷與冷卻。由于不同溫區(qū)的壓縮機(jī)的價(jià)格不同，過(guò)去國(guó)內(nèi)冷凍行業(yè)超范圍使用壓縮機(jī)是比較常見(jiàn)的。隨著專業(yè)知識(shí)的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)條件的改善，情況已明顯改善。
  6. 用壓縮機(jī)抽真空
  開(kāi)啟式制冷壓縮機(jī)已經(jīng)被人們淡忘了，但制冷行業(yè)中還有一些現(xiàn)場(chǎng)施工人員保留了過(guò)去的習(xí)慣――用壓縮機(jī)抽真空。這是非常危險(xiǎn)的。
  空氣扮演著絕緣介質(zhì)的角色。密閉容器內(nèi)抽真空后，里面的電極之間的放電現(xiàn)象就很容易發(fā)生。因此，隨著壓縮機(jī)殼體內(nèi)的真空度的加深，殼內(nèi)裸露的接線柱之間或絕緣層有微小破損的繞組之間失去了絕緣介質(zhì)，一旦通電，電機(jī)可能在瞬間內(nèi)短路燒毀。如果殼體漏電，還可能造成人員觸電。
  因此，禁止用壓縮機(jī)抽真空，并且在系統(tǒng)和壓縮機(jī)處于真空狀態(tài)時(shí)(抽完真空還沒(méi)有加制冷劑)，嚴(yán)禁給壓縮機(jī)通電。
  7. 總結(jié)
  電機(jī)燒毀后，掩蓋了繞組損壞的現(xiàn)象，給故障分析造成了一定的困難。然而引起壓縮機(jī)電機(jī)損壞的根本原因并不會(huì)消失。潤(rùn)滑不良或失效時(shí)引起的異常負(fù)荷甚至堵轉(zhuǎn)，散熱不足，都會(huì)縮短繞組的壽命;繞組中夾雜了金屬屑更是為短路提供了變利;接觸器焊合將使壓縮機(jī)的保護(hù)無(wú)法執(zhí)行;電機(jī)賴以運(yùn)轉(zhuǎn)的電源出現(xiàn)異常，將從根本上毀掉任何電機(jī);用壓縮機(jī)抽真空，可能引起內(nèi)接線柱放電。
  不幸的是，上述不利因素還會(huì)相互引發(fā)：異常負(fù)荷和堵轉(zhuǎn)時(shí)的大電流可能導(dǎo)致接觸器焊合;單個(gè)觸點(diǎn)拉弧甚至焊合會(huì)引起相不平衡或單相;相不平衡會(huì)引起散熱問(wèn)題;散熱不足會(huì)引起磨損;磨損會(huì)產(chǎn)生金屬屑…
  因此，正確安裝使用壓縮機(jī)，以及合理的日常維護(hù)，可以防止不利因素的出現(xiàn)，是避免壓縮機(jī)電機(jī)損壞的根本方法。

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