7.2. Техническая диагностика холодильньгх установок

Техническая диагностика — ато процесс определения состояния оборудования (агрегатов, узлов) без разработки для обоснования необходимости его ремонта или технического обслуживания.

Диагностика на основе изучения зависимости показателей ра-боть машинь от состояния отдельньх ее узлов позволяет разраба-тьвать методь прямого или косвенного измерения параметров. Благодаря атому можно достаточно достоверно вьявлять дефекть, определять степень износа оборудования и решать вопрос о воз-можности дальнейшей аксплуатации или необходимости ремонта установки. Применение диагностики холодильного оборудования рефрижераторньх вагонов в процессе аксплуатации и деповского ремонта позволяет повьсить их надежность и аффективность.

Не менее сложнье вопрось она должна решать в системе техно-логического кондиционирования воздуха. Сложность заключается в том, что основной полезньй обьем кузова вагона заполняется гру-зом, которьй часто сначала надо бьстро охладить до определенной температурь, а затем поддерживать заданньй режим перевозки. Теп­ло и газовьделения груза бьвают очень значительньми, а обьем воз-духа, площадь сечения каналов и зазорь между грузом и ограждаю-щими конструкциями минимальньми. Все ато предьявляет особье требования к системам кондиционирования воздуха.

Следовательно, исправная система кондиционирования воздуха автоматически и с минимальньми затратами анергии поддерживает заданное качество воздуха в вагоне (в помещении) независимо от бьстро или медленно меняющихся параметров окружающей средь.

В соответствии с атим средства технического диагностирования (СТД) должнь обеспечивать контроль всех показателей работь системь кондиционирования воздуха. При разработке СТД и ал-горитмов диагностирования необходимо учитьвать структуру сис­тем кондиционирования воздуха. На пассажирских вагонах широ­ко применяют в основном четьре схемь установок кондициониро-вания воздуха:

1) схему установки с частичной рециркуляцией воздуха. Работает система следующим образом. Наружньй воздух через заборное уст­ройство всасьвается в приемньй канал, проходит очистку в фильтре и с помощью вентилятора под давлением проходит по охладителю и нагревателю. Обработанньй соответствующим образом воздух по воздухораспределительному каналу подается к воздуховьпускньм устройствам и поступает в купе. Из купе воздух вьходит в коридор, где частично всасьвается в рециркуляционньй канал и подается на обработку и для повторного использования. Другая часть воздуха дросселируется через неплотности кузова, а также вьходит в атмос­феру через дефлекторь. Такая система кондиционирования воздуха достаточно проста по конструкции, но имеет ряд недостатков по ка-честву регулирования параметров воздуха;

2. схему установки с обводньм каналом со створчатьм клапаном. Клапан расширяет возможности регулирования воздушньх потоков, а главное, позволяет при определенньх условиях значительно зконо-мить потребляемую знергию. Расположение вентиляторного агрегата после систем охлаждения и нагрева воздуха повьшает его КПД;

3. схему установки с двухтрубной конструкцией воздухораспре-делительного канала. Первьй канал предназначен для распределе-ния только теплого воздуха; второй канал — холодного. Предус-мотрень и раздельнье воздуховьпускнье устройства в купе. Такая конструктивная схема системь кондиционирования значительно сложнее предьдущих, но позволяет более гибко и с минимальньми затратами знергии регулировать качество воздуха в купе. В осталь-ном принцип работь такой системь аналогичен предьдущим схе­мам, т.е. централизованная подготовка воздуха с распределением по потребителям;

4. схему установки централизованной обработкой воздуха, со-вмещенной с индивидуальной. В каждом купе вьпускное устрой-ство соединено с системой индивидуальной обработки воздуха, снабженной автономньм охлаждающим и нагревающим устрой-ствами. Зто позволяет изменять параметрь централизованно рас-пределяемого кондиционированного воздуха в зависимости от же-лания или самочувствия пассажиров каждого купе. Разновиднос-тью зтой системь являются автономнье местнье кондиционерь. В таких кондиционерах все агрегать обьединеньї в единую компакт­ную конструкцию в виде шкафа, что повьшает удобство монтажа и зксплуатации. Кондиционерь размещают в каждом купе, а с цен­трализованньм воздуховодом вагона соединень гибкими шланга­ми. Часто холодильная установка таких кондиционеров летом ра­ботает в обьчном режиме, а зимой как тепловой насос, т.е. обеспе-чивает отопление вагона.

Структурнье схемь кондиционирования воздуха можно пред­ставить схемой (рис. 7.10), в которой система кондиционирования воздуха состоит из ряда взаимосвязанньх подсистем: регулирую-щих Р, контролирующих К и аварийно-отключающих А устройств. Кроме основньх подсистем, таких, как вентиляция В, холодильное X и отопительное О оборудование, фильтрация Ф и влажностная обработка Вл воздуха, в систему кондиционирования включена под-система изоляций И кузова вагона. Изоляция вагона обеспечивает не только шумо- и виброзащиту, но и повьшает тепловую инерцию и герметичность кузова. Поатому другие подсистемь кондициони-рования воздуха необходимо рассматривать с обязательньм учетом качества изоляции и наоборот, оценка технического состояния изо-ляции должна производиться на основе технико-акономического анализа работь отопления, охлаждения и вентиляции.

Основнье подсистемь взаимодействуют: с регулирующими уст-ройствами РВ, РХ, РО, РФ, РВл; аварийно-отключающими — АВ, АХ, АО, АФ, АВл соответственно вентиляции В, холодильного X и отопительного О оборудования, фильтрации Ф, влажностной об­работки воздуха Вл; контроля качества изоляции КИ и устройства-ми пожарозлектробезопасности ПЗБ.

Фактическое состояние холодильной установки независимо от вида в ней холодильного агента (хладагента) можно определить по некоторьм диагностическим признакам без применения каких-либо специальньх диагностических средств. Необходимо лишь, чтобь холодильная установка бьла в действующем состоянии, так как все диагностические признаки проявляются при ее работе в нормаль-ном режиме.

К диагностическим признакам технического состояния холодиль-ной установки относятся: наличие хладагента в системе; уровень масла в картере компрессора; температурнье перепадь, контроли-руемье по температурной шкале манометров; давление масла в си-стеме смазки; температура корпуса компрессора; наличие посторон-них шумов в работающем компрессоре, злектродвигателях тепло-обменньх аппаратов; внешние признаки утечки хладагента из зам-кнутой системь; дрожание стрелок манометров.

Наличие и уровень хладагента в системе проверяют после включе-ния установки и начала ее работь в нормальном режиме. Уровень хла-дона КЛ2 в хладоновой установке определяют по мерньм стеклам ре­сивера. В любом случае уровень хладагента не должен превьшать вьсоть мерного стекла. Переполнение системь хладагентом вьзьва-ет влажньй ход компрессора и создает угрозу появления гидравличес-кого удара в результате попадания жидкости в цилиндрь.

Уровень масла в компрессоре проверяют при тех же условиях, что и уровень хладагента. При контроле необходимо вьждать вре-мя, пока не прекратится вспенивание масла из-за активного вьпа-ривания из него легкорастворимого хладона КЛ2.

Непрекращающееся снижение уровня масла даже после попол-нения из резервного запаса свидетельствует о недостатке его в сис-теме (не наступило равновесия между уносом масла и возвратом его в компрессор) или об износе комплекта поршневьх колец и преж-де всего маслосьемньх.

При диагностике технического состояния системь смазки сле-дует иметь в виду, что в компрессоре благодаря постоянному кон­такту масла с хладоном КЛ2 образуется маслохладоновьй раствор, которьй циркулирует по всей системе холодильной машинь. При ее пуске после длительной остановки из за бьстрого падения дав-ления в полости компрессора и нагрева его деталей происходит вьпаривание хладагента из атого раствора со вспениванием масла в картере. Часть масла в виде тумана и мелких капель, несмотря на наличие поршневьх колец, увлекается сжатьми парами в систему трубопроводов и попадает через конденсатор, ресивер и регулиру-ющий вентиль в испаритель. Отсюда оно возвращается с парами хладона в картер компрессора. Возврат масла при пуске компрес-сора по сравнению с тем его количеством, которое проходит через рабочую полость агрегата, практически ничтожно (5—10 % массь циркулирующего за 1 ч хладагента), что в конечном итоге способ-ствует ухудшению режима смазьвания агрегата. Унос масла про-исходит не только при пуске компрессора, но и при работе в уста-новившемся режиме, но в атот период количество уносимого масла равно количеству, возвращаемому в картер. Унос масла — явление нежелательное, но и неизбежное. Нежелательное потому, что мас­ло, попав в конденсатор и воздухоохладитель, оседает на внутрен-ней поверхности змеевиков тонкой пленкой, ухудшающей тепло-обмен с окружающей средой. Неизбежное потому, что оно зависит от множества причин и в первую очередь от конструкционньх осо-бенностей компрессора, состояния его клапанов, поршней, цилиндров, колец и других деталей. На чрезмерньй унос немалое влияние оказь-вают аксплуатационнье факторь: переполнение картера маслом и как результат интенсивное его разбрьзгивание; слишком вьсокое давле-ние в системе смазки из-за неисправности или неправильного регули-рования редукционньх клапанов и др. Таким образом, мальй унос является признаком хорошего общего состояния агрегата.

Основнье мерь борьбь с уносом масла сводятся к улучшению технического состояния компрессора. Зффективной мерой являет-ся применение в картере алектроподогревателей, которье автома-тически включаются на период отключения или задолго перед пус­ком холодильной установки для подогрева масла бездействующего компрессора до 20—30 °С.

Температурнье перепадь или соответствующие им перепадь давлений проверяют по приборам. Например, температура испаре-ния хладона КЛ2 Ід должна бьть на 10—15 °С ниже температурь в грузовом помещении, температура конденсации паров і_к — на 12—

15 °С вьше температурь охлаждающего воздуха ?_охл, наибольшее давление конденсации не должно превьшать 1,6 МПа.

Давление масла в системе смазки должно бьть не менее предус-мотренного технической документацией. Заниженное давление мо-жет бьть результатом неудовлетворительной работь масляного насоса компрессора, увеличенньх зазоров в подшипниках колен-чатого вала или несоответствия качества масла рекомендованному заводом-изготовителем.

Температура корпуса работающего компрессора должна бьть такой, чтобь рука могла вьдерживать продолжительное соприкос-новение с ним. Местньй перегрев нередко является результатом нарушения режима работь подшипниковьх узлов и других меха-низмов компрессора. Зтот признак в равной степени относится к злектродвигателям вентиляторов теплообменньх аппаратов.

Посторонние шумь и стуки, нарушающие ритмичную работу компрессора, могут свидетельствовать о неисправности клапанно­го узла, завьшенньх зазорах в подшипниках скольжения коленча-того вала. Дребезжащий звук возникает и при повреждениях под-шипников качения злектродвигателей.

Внешние признаки утечки хладагента из герметизированной си-стемь хладоновьх установок проявляются по-разному. Утечку хла­дона КЛ2 определяют с помощью галоидного или злектронного те-чеискателя или по образованию маслянистьх пятен вокруг неплот-ностей, сквозньх свищей или трещин.

Дрожание стрелок манометров, контролирующих давление хла-дагента в системе, свидетельствует о наличии в нем примеси возду-ха, снижающего зффективность работь установки.

Техническое состояние холодильньх установок можно оценивать и по другим диагностическим признакам, например, по наличию вла-ги в хладоне КЛ2 и компрессорном масле, по результатам спектраль­ного и химического анализа компрессорного масла, перепаду темпе­ратур воздуха, обдувающего конденсатор, и др. К зтому следует доба­вить широко практикуемое в рефрижераторньх депо диагностирова-ние отдельньх холодильньх аппаратов на специальном оборудова-нии — испьтательньх стендах и диагностических установках.

Для диагностирования технического состояния компрессора ис-пользована закономерность изменения его производительности от степени износа важнейших деталей компрессора в определенньх ди-апазонах рабочих режимов. Снижение холодопроизводительности компрессора более чем на 10 % от номинального значения является той границей, когда ставится вопрос о необходимости его техничес-кого обслуживания с полной или частичной разборкой.

Для определения холодопроизводительности компрессора мож­но на жидкостной линии холодильной установки смонтировать постоянное расходомерное устройство, позволяющее измерять рас-ход хладагента во всем диапазоне рабочих режимов.

Вьсокую точность измерений показьвают расходомернье уст-ройства в виде диафрагм с входньм конусом.

Для определения холодопроизводительности компрессора ис-пользуется стенд «Газовое кольцо» (рис. 7.11), позволяющий ими-тировать условия работь компрессора под нагрузкой в комплекте холодильной установки.

Контроль за работой стенда осуществляется манометрами давле-ния: нагнетания 13, всасьвания 15 и масла 17, степень разряженности во всасьвающем трубопроводе определяется по мановакуумметру 16. Для защить данной системь предусмотрена установка реле максималь­ного давления хладагента и реле минимального давления масла. Цир-куляция хладагента происходит по замкнутому кольцу (жирная ли-ния) по трубопроводу, через регулирующий вентиль, смеситель, фильтр. Часть сжатьх паров хладагента по трубопроводу 3 попадает в кон­денсатор, где они конденсируются в жидкость и перетекают в ресивер 4. Жидкий хладагент, проходя через осушитель 6, подается к терморе-гулирующему вентилю 7, где дросселируется и перетекает в смеситель. Впрьскивание в смеситель жидкого хладагента позволяет снизить тем­пературу хладагента, нагретого при сжатии.

Давление паров, всасьваемьх компрессором, регулируется вен­тилем и более точно дозируется параллельньм вентилем. Терморе-гулирующий вентиль при относительно вьсокой температуре вса-сьвания уменьшает подачу жидкого хладагента и наоборот.

При испьтании компрессора на стенде «Газовое кольцо» контроли-руется температура и давление паров всасьвания и нагнетания, частота вращения коленчатого вала компрессора и потребляемая мощность.

Испьтание проводится в два атапа. Первьй атап осуществляют при значениях давления всасьвания 0,27 МПа (температура всась-вания +5 °С) и давлении конденсации 0,87 МПа (температура кон­денсации +40 °С). Второй атап — соответственно давление всась-вания 0,03 МПа и температура конденсации +40 °С. Давление мас­ла должно составлять 0,25—0,30 МПа.

Плотность автоматического запорного вентиля проверяют на специальном стенде. Внешнюю плотность проверяют сухим возду-хом или азотом под водой при давлении 2,5—0,2 МПа. Сжатьй газ подводится к фланцу всасьвающего трубопровода, когда другие присоединения вентиля плотно закрьть заглушками. При атом не должно бьть появления пузьрьков.

Плотность седла всасьвающего клапана, седла нагнетательно-го клапана и седла клапана управления проверяют вместе. Фланец кожуха с всасьвающим патрубком плотно закрьвают заглушкой. Штуцерь для измерения и маслопроводов на крьшке гидравличес-кого цилиндра также должнь бьть закрьть.

При постепенном повьшении давления в течение 0,5 мин от 0 до 2,0 МПа на фланцах 8 к 12 нагнетательного и всасьвающего трубо-проводов и вьдержки после атого вентиля 10 мин в ванне, не долж-на возникать утечка газа.

Работоспособность автоматического запорного вентиля контро-лируют на работающем компрессоре на испьтательном стенде или на работающей холодильной установке. При атом следует иметь в виду, что не позднее чем через 1 мин после остановки компрессора вентиль должен бьть закрьт, при атом сльшится характерньй звук закрьвания (давление масла менее 0,04 МПа); при включении ком-прессора должен бьть сльшен звук момента открьвания вентиля, но не позднее, чем при достижении давления масла 0,1 МПа. Зту проверку следует повторять до 5 раз.

Для безразборной диагностики технического состояния холо-дильной установки ВР в условиях аксплуатации по методике, раз-работанной во ВНИИЖТе, необходимо измерить производитель-ность компрессора на нескольких режимах.

Согласно методике мерньй цилиндр присоединяется на жидкостной линии до ТРВ.

Цилиндр представляет собой толстостенную трубу обьемом 5—6 л. Он установлен вертикально и снабжен мерньми смотровьми окна-ми или внешней стеклянной трубкой, по которьм определяется обьем жидкого хладона в цилиндре. Мернье стекла (в верхней час­ти цилиндра, посередине и внизу) могут бьть использовань вместе с уплотнительной арматурой от ресиверов холодильной установ­ки. Обьемньм способом определен, оттарирован сосуд и нанесень деления через 0,1 л. В верхней части имеется контрольньй мано­метр и трубка с вентилем для компенсации давления в ресивере. На вьходе из цилиндра также имеется вентиль.

В холодильньх установках грузовьх вагонов мерньй цилиндр присоединен нижней частью к заправочному вентилю, а компенса-ция давления в ресивере осуществляется с помощью гибкого шлан­га, присоединяемого через тройник к линии вьсокого давления, на которой установлен манометр вьсокого давления. Перед началом измерений в грузовом помещении вагона устанавливают повьшен-ную температуру (с помощью алектропечей), а компрессор прину-дительно прогревают на режиме оттаивания. Необходимье режи­мь конденсации регулируют открьтием жалюзи. По достижении необходимого установившегося режима, которьй контролируется постоянством показаний манометров на линии всасьвания и на-гнетания в течение 5—8 мин, осуществляется заправка мерного со-суда жидким хладоном. Для зтого открьвают заправочньй вентиль, приоткрьвают накидную гайку на верхней части цилиндра для вь-пуска воздуха и паров хладона. Уровень жидкого хладона опреде-ляют по мерньм стеклам. При достижении необходимого уровня затягивают накидную гайку и закрьвают заправочньй вентиль. После заправки открьвают уравновешивающий вентиль в верхней части сосуда, тем самьм устанавливается соответствие параметров хладона в ресивере и мерном сосуде.

При измерении подачи компрессора перекрьвают вентиль после ресивера, ведущий к ТРВ, открьвают заправочньй вентиль, и мер-ньй сосуд начинает играть роль ресивера. Начало отчета измерения осуществляют по верхнему делению на мерном стекле, конец — по делению на нижнем стекле. Время определяют по секундомеру.

После окончания измерения открьвают вьходной вентиль на ресивере и холодильную установку проверяют на другом режиме работь. Параметрь режимов могут измеряться по штатньм при­борам или манометрам более вьсокого класса, устанавливаемьм взамен штатньх.

По результатам измерений рассчитьвают подачу компрессора в единицу времени на заданном режиме и сравнивают с зталон-ной. Так, например, для новьх холодильньх установок заводом-изготовителем гарантируется холодопроизводительность с допус­ком ± 7 % при сравнительньх температурньх условиях II группь: температура испарения І0 = - 15 °С, температура конденсации і_к = 30 °С, холодопроизводительность 20,9 кВт. Зто соответствует рас-ходу жидкого хладона 155 см³/с. Снижение подачи компрессора более чем на 30 % приводит к необходимости его демонтажа из вагона и отправки в ремонт.

Перед разборкой производится локальное диагностирование, по-зволяющее определить техническое состояние отдельньх цилиндро-поршневьх и шатунньх групп компрессора. Для зтого используется установка (рис. 7.12), определяющая утечку по каждому цилиндру и зазорь в подшипниках верхней и нижней головок шатуна.

С диагностируемой группь цилиндров снимается крьшка, клапан­ная доска и устанавливается головка пневмоиндикатора 13. Вакуум-ньм насосом 10 создается разрежение в надпоршневом пространстве и поршень 14 переходит в положение В.М.Т. Головку индикатора 12 часового типа устанавливают в нулевое положение. Затем вьключа-ют вакуумньй насос, вентилем 11 вьравнивают давление и открьва-ют вентиль 2 баллона 1 с азотом. Через редукционньй клапан 3 азот поступает в уравнительную камеру, где установлен клапан постоян-ного давления 4. Трехходовой вентиль 8 устанавливают в положение, при котором азот поступает к пневмоизмерителю. Из уравнительного бака через калиброванное отверстие 5 азот поступает по шлангу в над-поршневое пространство цилиндра. Расход азота зависит от плотнос-ти цилиндра. Следовательно, по перепаду давлений, контролируемо-му дифманометром 6, можно определить плотность цилиндра и необ-ходимость смень колец 15 поршня.

Показания индикатора 12 определяют суммарньй зазор во вкладьше нижней головки, пальце, втулке шатуна и бобьшке поршня. Для разделе-ния зазоров по алементам необходимо проделать следующие операции.

Перекрьвают вентиль 2, вентилем 11 вьравнивают давление в по-лости поршня, переключают трехходовой вентиль 8 к вакуумной ли-нии н включают вакуумньй насос 10. Постепенно открьвая вентиль 9, следят за показаниями индикатора 12. В момент начала движения стрелки определяют давление по вакуумметру 7. Величина разреже-ния характеризует упругость колец поршня и, следовательно, их из-нос. При движении стрелки индикатора она останавливается три раза: первьй—при вьборе зазора между пальцем и бобьшкой поршня (до­пустимьй зазор 0,015 мм), второй — при вьборе зазора между паль­цем поршня и втулкой шатуна (допустимьй зазор 0,05 мм) и третий — при вьборе зазора между вкладьшем нижней головки шатуна и шей-кой коленчатого вала (допустимьй зазор 0,35 мм).

При диагностировании технического состояния теплообменньх аппаратов необходимо знать весовую концентрацию масла в хладоне, циркулирующем в системе. Для зтого используют сосуд с мерньми стеклами и включают его между ресивером и ТРВ. Маслохладоновьй раствор циркулирует через прибор до окончания испьтаний, продол-жительность которьх составляет 5—10 мин после установившегося режима. Затем закрьвают вентили у входа и вьхода прибора, дают маслу отстояться и по мерному стеклу определяют обьем масла:

^у м ^{т у} ф

где У_м — обьем масла; Уф — обьем хладона. Зная плотность масла р_м и хладона р_ф , определяют весовую кон-центрацию:

= ^Уф • Р м

^Ум ^ ^р _м + ^Уф ^ ^р ф

При расчете козффициентов теплопередачи теплообменньх агре-гатов вводится поправочньй козффициент весовой концентрации масла, которьй позволяет определить состояние внутренних поверх-ностей теплообменников. Во ВНИИЖТе ведутся работь по анализу цикла холодильной установки и получения инструментального мето­да комплексной оценки системь: холодильная установка — грузовое помещение вагона. Для определения технического состояния холодиль­ного оборудования в депо изготовлень также стендь испьтаний теп-лообменньх аппаратов, стенд определения обьемной производитель-ности компрессоров, стендь юстировки датчиков температурь и ряд других разработок дорожньх лабораторий диагностики.

Диагностика технического состояния аппаратов холодильной ус­тановки без разборки позволяет установить оптимальньй обьем ре-монтньх работ и существенно снизить расход материальньх и де-нежньх средств.