Większość awarii sprężarek jest spowodowana wadliwą pracą systemu chłodniczego, w którym sprężarka jest zamontowana. Zadaniem obsługi i serwisu jest usuniecie wszystkich usterek, celem zabezpieczenia sprężarki przed awarią.

Sprężarka chłodnicza stanowi główny i najważniejszy element układu chłodniczego. Wymusza ruch czynnika chłodniczego w układzie, zapewniając jego wymagane masowe natężenie przepływu. Jednocześnie sprężarka podnosi ciśnienie do wymaganego ciśnienia skraplania. Element rozprężny, przez który przepływający czynnik chłodniczy obniża swoje ciśnienie do ciśnienia parowania, jest tylko elementem pomocniczym, który rozdziela system chłodniczy na cześć wysokociśnieniową i niskociśnieniową (rys. 1.). Jeżeli dodamy do tego, ze koszt sprężarki stanowi około 40÷60% wartości całego układu chłodniczego (w zależności od jego wielkości i skomplikowania), to wiadomo, że jest to najważniejszy i najbardziej skomplikowany (jeżeli chodzi o budowę i ilość części ruchomych) element układu chłodniczego. Stąd można wysnuć tylko jeden wniosek. Jako obsługa i serwis musimy zrobić wszystko, aby ten najważniejszy element układu chłodniczego był sprawny. Sprężarka jako taka nie ma możliwości ulec awarii, jeżeli cały układ chłodniczy jest sprawny. Z badań wynika, że żywotność sprężarek chłodniczych średniej wydajności (handlowych) dochodzi do 15 lat.

Jeżeli zostaliśmy wezwani do niepracującego układu chłodniczego i stwierdzamy, że sprężarka chłodnicza uległa awarii, po analizie symptomów awarii powinniśmy być w stanie ocenić powód uszkodzenia sprężarki. Prawidłowe i szybkie usuniecie przyczyn awarii sprężarki wyeliminuje jej awarie w przyszłości.

Poniżej będą omówione główne przyczyny awarii i uszkodzeń sprężarek w urządzeniach i instalacjach chłodniczych.

Jakie są powody zalania sprężarki ciekłym czynnikiem chłodniczym?

Prawidłowo zaprojektowana i wykonana sprężarka chłodnicza przeznaczona jest do przetłoczenia par czynnika chłodniczego z ewentualną niewielką ilością oleju i ciekłego czynnika chłodniczego. Można oczywiście zaprojektować sprężarkę chłodniczą tak, aby była w stanie przetłoczyć również większe ilości ciekłego czynnika. Wymagałoby to jednak poważnych zmian konstrukcyjnych, które prowadziłyby do powiększenia wymiarów sprężarki, jej ciężaru, obniżenia wydajności i sprawności energetycznej, zwiększenia głośności i ceny.

Niezależnie jednak od sposobu zaprojektowania i typu, sprężarka jest w stanie przetłoczyć małą ilość ciekłego czynnika chłodniczego. Ilość ta zależy głównie od objętości wewnętrznej komory olejowej (karteru), ilości oleju i czynnika chłodniczego, jaką układ chłodniczy jest naładowany, rodzaju systemu chłodniczego, warunków pracy układu chłodniczego oraz systemu kontrolnego. Wszystkie te czynniki są zależne głównie od warunków pracy układu chłodniczego i jego przeznaczenia. Niebezpieczeństwo zalania sprężarki ciekłym czynnikiem jest głównie funkcją następujących parametrów pracy układu chłodniczego:

• przeładowanie układu chłodniczego czynnikiem chłodniczym,
• oblodzony parownik,
• niepracujący wentylator parownika,
• niewłaściwie dobrana rurka kapilarna,
• niewłaściwie dobrany lub ustawiony zawór rozprężny,
• nadmiar oleju w karterze sprężarki.

Rys. 1. Podział układu chłodniczego na strefę wysokiego i niskiego ciśnienia

Jak zidentyfikować uszkodzenie sprężarki i jego przyczynę?

Zanim przystąpimy do omawiania przyczyn uszkodzenia sprężarki, chciałbym na wstępie omówić pewne zależności, jakie występują pomiędzy poszczególnymi elementami układu chłodniczego.

Jaka jest zależność pomiędzy czynnikiem chłodniczym i olejem?

Sadzę, że to zagadnienie jest bardzo ważne, przy analizie uszkodzenia sprężarki i w większości przypadków pomijane w analizie niepracującego układu chłodniczego. Podstawową zależnością pomiędzy czynnikiem chłodniczym i olejem w handlowych instalacjach chłodniczych jest fakt, że obie te substancje mieszają się ze sobą. Poza tym, w czasie postoju sprężarki, cześć czynnika chłodniczego przemieszcza się z cylindra sprężarki do jej karteru, w którym miesza się z olejem. W karterze sprężarki panuje wystarczająco niskie ciśnienie i stosunkowo niska temperatura, aby pary czynnika migrujące do karteru uległy skropleniu. Ta migracja czynnika do karteru trwa tak długo, dopóki nie nastąpi całkowite nasycenie oleju czynnikiem chłodniczym. Ilość czynnika chłodniczego, jaki został rozpuszczony w oleju zależy od ciśnienia i temperatury w karterze sprężarki.

Mamy więc do czynienia z sytuacją, w której do karteru sprężarki przemieściła się pewna ilość czynnika chłodniczego. Temperatura w przestrzeni chłodzonej wzrosła i termostat włączył sprężarkę.

Co się w takiej sytuacji dzieje z olejem i czynnikiem chłodniczym znajdującym się w karterze sprężarki?

Z chwilą uruchomienia sprężarki, ciśnienie w karterze ulega gwałtownemu obniżeniu. Gdy ciśnienie w karterze sprężarki obniża się, czynnik chłodniczy gwałtownie odparowuje, powodując spienienie mieszaniny oleju i czynnika chłodniczego. Spieniony olej zostaje wraz z czynnikiem chłodniczym przetłoczony do układu chłodniczego w ciągu bardzo krótkiego czasu. Poza tym pompa sprężarki tłocząca olej do łożysk powoduje dodatkowe jego wzburzenie i przyspieszenie procesu pienienia się oleju. Jednym z objawów wypompowania oleju z karteru sprężarki jest obniżenie się jego ciśnienia. W przypadku, kiedy układ chłodniczy wyposażony jest w czujnik ciśnienia oleju, czujnik ten wyłącza sprężarkę. Jeżeli osoba przeprowadzająca inspekcję układu chłodniczego zidentyfikuje, że czujnik oleju wyłączył sprężarkę, można być pewnym, że olej został w dużej ilości wypompowany z karteru sprężarki.

Co się stanie ze sprężarką, gdy układ nie będzie wyposażony w czujnik ciśnienia?

W tym przypadku, rozrzedzony i wymieszany z czynnikiem chłodniczym olej traci swoje własności smarne i nie jest w stanie w wystarczający sposób smarować łożysk sprężarki i pozostałych elementów współpracujących ze sobą. Poza tym, czynnik chłodniczy przepompowany przez pompę olejową do łożysk wymywa z nich olej, pogarszając dodatkowo warunki pracy łożysk.

Jakie są objawy ubytku oleju z karteru sprężarki?

Aby to sprawdzić, musimy otworzyć sprężarkę i sprawdzić jej wszystkie elementy zaangażowane w tłoczenie czynnika chłodniczego. W przypadku zdecydowania się na otwarcie sprężarki zalecałbym sprawdzenie następujących jej elementów:

1. Korbowód i jego łożyska – wykażą duże zniszczenie spowodowane brakiem smarowania (rysy na łożyskach często bardzo głębokie),
2. Łożyska wału korbowego – równomiernie porysowane,
3. Korbowód ze względu na brak smarowania może ulec zniszczeniu,
4. Jeżeli sprawdzimy karter sprężarki, znajdziemy w nim niewielkie ilości oleju i drobne cząstki metalu, powstałe w wyniku bezsmarowego tarcia w łożyskach.

Aby zapobiec w przyszłości uszkodzeniu sprężarki z uwagi na brak smarowania, należy:

1. Sprawdzić czy element kontrolujący ciśnienie oleju ma właściwe nastawy,
2. Sprawdzić czy system miał właściwe naładowanie czynnikiem chłodniczym,
3. Sprawdzić i poprawić nienormalnie niskie obciążenie cieplne parownika i krótkie cykle pracy sprężarki,
4. Sprawdzić i poprawić średnice rurek i kształtek, w których mogło nastąpić zatrzymanie się oleju,
5. Sprawdzić i poprawić nastawy systemu odszraniania.

Co to jest migracja czynnika chłodniczego?

(...)

Jak zapobiec migracji oleju?

(...)

Jak pracuje układ spompowania czynnika?

(...)

Jakie są objawy migracji czynnika chłodniczego?

(...)

Jakie są powody zalania sprężarki ciekłym czynnikiem chłodniczym?

(...)

Jakie są objawy zalania sprężarki ciekłym czynnikiem chłodniczym?

(...)

Jakie są objawy zużycia sprężarki?

(...)

Jak zapobiec zalaniu sprężarki ciekłym czynnikiem chłodniczym?

(...)

Jak rozpoznać czy układ chłodniczy jest przeładowany czynnikiem chłodniczym czy też jest zapowietrzony?

(...)

W jaki sposób powietrze dostaje się do układu chłodniczego i jakie są tego objawy?

(...)

Jak sprawdzić czy układ chłodniczy zassał powietrze, czy jest przeładowany czynnikiem chłodniczym?

(...)

Jak naładować czynnikiem chłodniczym system z kapilarą jako elementem rozprężnym?

(...)

W jakich układach chłodniczych i dlaczego powinniśmy stosować kapilary jako element rozprężny?

Rurka kapilarna w zdecydowany sposób rożni się od innych elementów rozprężnych. Różnica ta polega na tym, że rurka kapilarna nie zamyka przepływu czynnika chłodniczego w czasie postoju sprężarki chłodniczej. Powoduje to, że ciśnienia tłoczenia i ssania wyrównują się w całym układzie chłodniczym. Z tego powodu, naładowanie czynnikiem chłodniczym systemu z rurką kapilarną jest bardzo ważne. W każdym przypadku ładowania układu z rurką kapilarną, ilość naładowanego czynnika powinna być tak mała, aby tylko zapewnić wymaganą wydajność chłodniczą układu. Z tego powodu, układ z kapilarą nie wymaga zbiornika ciekłego czynnika. Jakakolwiek ilość czynnika chłodniczego przekraczająca tę wymaganą minimalną wartość powoduje blokowanie skraplacza, przez co ciśnienia skraplania i tłoczenia rosną, a system chłodniczy staje się systemem pozbawionym równowagi.

Rurka kapilarna powinna być użyta tylko i wyłącznie w układach, które są specjalnie projektowane dla rurki kapilarnej. Układ z rurką kapilarną pracuje najlepiej jeżeli układ chłodniczy jest:

1. o zwartej budowie,
2. o stałym obciążeniu cieplnym,
3. ze sprężarką hermetyczną.

Dodatkową i to dużą zaletą układu chłodniczego z rurką kapilarną jest jego prosta budowa i niski koszt. Ponieważ ciśnienia tłoczenia i ssania wyrównują się w czasie postoju sprężarki, sprężarka jest uruchamiana bez obciążenia. Pozwala to na zastosowanie sprężarki typu LST (Low Starting Torque), która jest dużo tańsza od sprężarki z HST (High Starting Torque). Po drugie, niskie naładowanie układu z kapilarą czynnikiem chłodniczym pozwala na wyeliminowanie zbiornika cieczy. Dodatkowe oszczędności związane są z budową skraplacza, którego średnica rurek powinna być mniejsza od układów z zaworem rozprężnym. Układ z kapilarą pracuje najlepiej, jeżeli rurka kapilarna łączy bezpośrednio skraplacz z parownikiem. W tym przypadku oszczędzamy na wyeliminowaniu rurek pomiędzy skraplaczem i rurką kapilarną. Nie zapominajmy również, ze spore oszczędności wiążą się również z mniejszym naładowaniem czynnikiem chłodniczym w porównaniu z układami z zaworem rozprężnym. Powyższe uproszczenia układu z rurką kapilarną czynią go bardzo tanim i atrakcyjnym.

Część druga nie wyczerpuje tematu. Zapraszam do kolejnej części w następnym numerze CHiK.

Andrzej WESOŁOWSKI
były pracownik Carrier, York i Embraco, USA

Więcej na ten temat przeczytają Państwo w Chłodnictwie i Klimatyzacji nr 09/2013