7.2. Техническая диагностика холодильных установок

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

Диагностика на основе изучения зависимости показателей работы машины от состояния отдельных ее узлов позволяет разрабатывать методы прямого или косвенного измерения параметров. Благодаря этомуможнодостаточно достоверно выявлятьдефекты, определять степень износа оборудования и решать вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации или необходимости ремонта установки. Применение диагностики холодильного оборудования рефрижераторных вагонов в процессе эксплуатации и деповского ремонта позволяет повысить их надёжность и эффективность.

Не менее сложные вопросы она должна решать в системе технологическогокондиционированиявоздуха. Сложностьзаключаетсяв том, что основной полезный объем кузова вагона заполняется грузом, который часто сначала надо быстро охладить до определенной температуры, азатемподдерживатьзаданныйрежимперевозки. Теплоигазовыделениягрузабываюточеньзначительными, аобъемвоздуха, площадь сечения каналов и зазоры между грузом и ограждающими конструкциями минимальными. Все это предъявляет особые требования к системам кондиционирования воздуха.

Следовательно, исправная система кондиционирования воздуха автоматически и с минимальными затратами энергии поддерживает заданное качество воздуха в вагоне (в помещении) независимо от быстро или медленно меняющихся параметров окружающей среды.

В соответствии с этим средства технического диагностирования

(СТД) должны обеспечивать контроль всех показателей работы системы кондиционирования воздуха. При разработке СТД и алгоритмов диагностирования необходимо учитывать структуру систем кондиционирования воздуха. На пассажирских вагонах широко применяют в основном четыре схемы установок кондиционирования воздуха:

1) схему установки с частичной рециркуляцией воздуха. Работает система следующим образом. Наружный воздух через заборное уст-

340

ройствовсасываетсявприемныйканал, проходиточисткувфильтре испомощьювентилятора поддавлением проходитпоохладителю и нагревателю. Обработанный соответствующим образом воздух по воздухораспределительному каналу подается к воздуховыпускным устройствам и поступает в купе. Из купе воздух выходит в коридор, где частично всасывается в рециркуляционный канал и подается на обработку и для повторного использования. Другая часть воздуха дросселируется через неплотности кузова, а также выходит в атмосферу через дефлекторы. Такая система кондиционирования воздуха достаточно проста по конструкции, но имеет ряд недостатков по качеству регулирования параметров воздуха;

2)схему установки с обводным каналом со створчатым клапаном. Клапан расширяет возможности регулирования воздушных потоков,

аглавное, позволяет при определенных условиях значительно экономитьпотребляемуюэнергию. Расположениевентиляторногоагрегата после систем охлаждения и нагрева воздуха повышает его КПД;

3)схему установки с двухтрубной конструкцией воздухораспределительного канала. Первый канал предназначен для распределения только теплого воздуха; второй канал — холодного. Предусмотрены и раздельные воздуховыпускные устройства в купе. Такая конструктивная схема системы кондиционирования значительно сложнее предыдущих, но позволяет более гибко и с минимальными затратами энергии регулировать качество воздуха вкупе. В остальном принцип работы такой системы аналогичен предыдущим схемам, т.е. централизованная подготовка воздуха с распределением по потребителям;

4)схему установки централизованной обработкой воздуха, совмещенной с индивидуальной. В каждом купе выпускное устройство соединено с системой индивидуальной обработки воздуха, снабженной автономным охлаждающим и нагревающим устройствами. Это позволяет изменять параметры централизованно распределяемого кондиционированного воздуха в зависимости от желания или самочувствия пассажиров каждого купе. Разновидностью этой системы являются автономные местные кондиционеры.

Втакихкондиционерахвсеагрегатыобъединенывединуюкомпактную конструкцию в виде шкафа, что повышает удобство монтажа и эксплуатации. Кондиционеры размещают в каждом купе, а с цен-

341

трализованным воздуховодом вагона соединены гибкими шлангами. Часто холодильная установка таких кондиционеров летом работает в обычном режиме, а зимой как тепловой насос, т.е. обеспечивает отопление вагона.

Структурные схемы кондиционирования воздуха можно представить схемой (рис. 7.10), в которой система кондиционирования воздуха состоит из ряда взаимосвязанных подсистем: регулирующихР, контролирующихКиаварийно-отключающихАустройств. Кроме основных подсистем, таких, как вентиляция В, холодильное X и отопительное О оборудование, фильтрация Ф и влажностная обработкаВлвоздуха, всистемукондиционированиявключенаподсистема изоляций И кузова вагона. Изоляция вагона обеспечивает не только шумо- и виброзащиту, но и повышает тепловую инерцию и герметичность кузова. Поэтому другие подсистемы кондиционирования воздуха необходимо рассматривать с обязательным учетом качества изоляции и наоборот, оценка технического состояния изоляции должна производиться на основе технико-экономического анализа работы отопления, охлаждения и вентиляции.

Основные подсистемы взаимодействуют: с регулирующими устройствами РВ, РХ, РО, РФ, РВл; аварийно-отключающими — АВ, АХ, АО, АФ, АВл соответственно вентиляции В, холодильного X и отопительного О оборудования, фильтрации Ф, влажностной об-

Рис. 7.10. Структурная схема системы кондиционирования воздуха в вагонах

342

работки воздуха Вл; контроля качества изоляции КИ и устройствами пожароэлектробезопасности ПЭБ.

Фактическое состояние холодильной установки независимо от вида в ней холодильного агента (хладагента) можно определить по некоторымдиагностическимпризнакамбезприменениякаких-либо специальных диагностических средств. Необходимо лишь, чтобы холодильнаяустановкабылавдействующемсостоянии, таккаквсе диагностические признаки проявляются при ее работе в нормальном режиме.

Кдиагностическимпризнакамтехническогосостоянияхолодильной установки относятся: наличие хладагента в системе; уровень масла в картере компрессора; температурные перепады, контролируемые по температурной шкале манометров; давление масла в системесмазки; температуракорпусакомпрессора; наличиепосторонних шумов в работающем компрессоре, электродвигателях теплообменных аппаратов; внешние признаки утечки хладагента из замкнутой системы; дрожание стрелок манометров.

Наличие и уровень хладагента в системе проверяют после включенияустановкииначалаееработывнормальномрежиме. Уровеньхладона R12 в хладоновой установке определяют по мерным стеклам ресивера. В любом случае уровень хладагента не должен превышать 2/3 высоты мерного стекла. Переполнение системы хладагентом вызываетвлажныйходкомпрессораисоздаетугрозупоявлениягидравлического удара в результате попадания жидкости в цилиндры.

Уровень масла в компрессоре проверяют при тех же условиях, что и уровень хладагента. При контроле необходимо выждать время, пока не прекратится вспенивание масла из-за активного выпаривания из него легкорастворимого хладона R12.

Непрекращающееся снижение уровня масла даже после пополнения из резервного запаса свидетельствует о недостатке его в системе (не наступило равновесия между уносом масла и возвратом еговкомпрессор) илиобизносекомплектапоршневыхколеципрежде всего маслосъёмных.

При диагностике технического состояния системы смазки следует иметь в виду, что в компрессоре благодаря постоянному контакту масла с хладоном R12 образуется маслохладоновый раствор, который циркулирует по всей системе холодильной машины. При

343

ее пуске после длительной остановки из за быстрого падения давления в полости компрессора и нагрева его деталей происходит выпаривание хладагента из этого раствора со вспениванием масла в картере. Часть масла в виде тумана и мелких капель, несмотря на наличие поршневых колец, увлекается сжатыми парами в систему трубопроводов и попадает через конденсатор, ресивер и регулирующий вентиль в испаритель. Отсюда оно возвращается с парами хладона в картер компрессора. Возврат масла при пуске компрессора по сравнению с тем его количеством, которое проходит через рабочую полость агрегата, практически ничтожно (5—10 % массы циркулирующего за 1 ч хладагента), что в конечном итоге способствует ухудшению режима смазывания агрегата. Унос масла происходит не только при пуске компрессора, но и при работе в установившемся режиме, но в этот 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 внутренней поверхности змеевиков тонкой пленкой, ухудшающей теплообмен с окружающей средой. Неизбежное потому, что оно зависит от множества причин и в первую очередь от конструкционных особенностейкомпрессора, состоянияегоклапанов, поршней, цилиндров, колец и других деталей. На чрезмерный унос немалое влияние оказываютэксплуатационныефакторы: переполнениекартерамасломикак результат интенсивное его разбрызгивание; слишком высокое давление в системе смазки из-за неисправности или неправильного регулирования редукционных клапанов и др. Таким образом, малый унос является признаком хорошего общего состояния агрегата.

Основные меры борьбы с уносом масла сводятся к улучшению технического состояния компрессора. Эффективной мерой является применение в картере электроподогревателей, которые автоматически включаются на период отключения или задолго перед пуском холодильной установки для подогрева масла бездействующего компрессора до 20—30 °С.

Температурные перепады или соответствующие им перепады давлений проверяют по приборам. Например, температура испарения хладона R12 t0 должна быть на 10—15 °С ниже температуры в грузовомпомещении, температураконденсации паровtк — на12—

344

15 °С выше температуры охлаждающего воздуха tохл, наибольшее давление конденсации не должно превышать 1,6 МПа.

Давление масла в системе смазки должно быть не менее предусмотренного технической документацией. Заниженное давление может быть результатом неудовлетворительной работы масляного насоса компрессора, увеличенных зазоров в подшипниках коленчатого вала или несоответствия качества масла рекомендованному заводом-изготовителем.

Температура корпуса работающего компрессора должна быть такой, чтобырукамоглавыдерживатьпродолжительноесоприкосновение с ним. Местный перегрев нередко является результатом нарушения режима работы подшипниковых узлов и других механизмов компрессора. Этот признак в равной степени относится к электродвигателям вентиляторов теплообменных аппаратов.

Посторонние шумы и стуки, нарушающие ритмичную работу компрессора, могут свидетельствовать о неисправности клапанного узла, завышенных зазорах в подшипниках скольжения коленчатого вала. Дребезжащий звук возникает и при повреждениях подшипников качения электродвигателей.

Внешние признаки утечки хладагента из герметизированной си- стемыхладоновыхустановокпроявляютсяпо-разному. Утечкухладона R12 определяют с помощью галоидного или электронного течеискателя или по образованию маслянистых пятен вокруг неплотностей, сквозных свищей или трещин.

Дрожание стрелок манометров, контролирующих давление хладагента в системе, свидетельствует о наличии в нем примеси воздуха, снижающего эффективность работы установки.

Техническое состояние холодильных установок можно оценивать иподругимдиагностическим признакам, например, поналичиювлаги в хладоне R12 и компрессорном масле, по результатам спектрального и химического анализа компрессорного масла, перепаду температурвоздуха, обдувающегоконденсатор, идр. Кэтомуследуетдобавить широко практикуемое в рефрижераторных депо диагностирование отдельных холодильных аппаратов на специальном оборудовании — испытательных стендах и диагностических установках.

Для диагностирования технического состояния компрессора использована закономерность изменения его производительности от

345

степени износа важнейших деталей компрессора вопределенных диапазонах рабочих режимов. Снижение холодопроизводительности компрессора более чем на 10 % от номинального значения является той границей, когда ставится вопрос о необходимости его технического обслуживания с полной или частичной разборкой.

Для определения холодопроизводительности компрессора можно на жидкостной линии холодильной установки смонтировать постоянноерасходомерноеустройство, позволяющееизмерятьрасход хладагента во всем диапазоне рабочих режимов.

Высокую точность измерений показывают расходомерные устройства в виде диафрагм с входным конусом.

Для определения холодопроизводительности компрессора используется стенд «Газовое кольцо» (рис. 7.11), позволяющий имитировать условия работы компрессора под нагрузкой в комплекте холодильной установки.

Рис. 7.11. Стенд «Газовое кольцо»: 1 — компрессор; 2 — маслоотделитель; 3 — трубопровод; 4 — ресивер; 5 — вентиль; 6 — осушитель; 7 — терморегулирующий вентиль; 8 — смеситель; 9 — регулирующий вентиль; 10 — дозировочный вентиль; 11 — трубопровод; 12 — фильтр; 13 — нагнетательныйманометр; 14 — реле максимальногодавления; 15 — всасывающийманометр; 16 — мановакууметр; 17 — масляныйманометр; 18 — релеминимальногодавлениямасла; 19 — мерноесопло

346

Контроль за работой стенда осуществляется манометрами давления: нагнетания 13, всасывания 15 и масла 17, степень разряженности вовсасывающемтрубопроводеопределяетсяпомановакуумметру16. Длязащитыданнойсистемыпредусмотренаустановкарелемаксимальногодавленияхладагентаирелеминимальногодавлениямасла. Циркуляция хладагента происходит по замкнутому кольцу (жирная линия) потрубопроводу, черезрегулирующийвентиль, смеситель, фильтр. Часть сжатых паров хладагента по трубопроводу 3 попадает в конденсатор, гдеониконденсируются вжидкостьиперетекаютвресивер 4. Жидкийхладагент, проходячерезосушитель6, подаетсяктерморегулирующемувентилю7, гдедросселируетсяиперетекаетвсмеситель. Впрыскиваниевсмесительжидкогохладагентапозволяетснизитьтемпературу хладагента, нагретого при сжатии.

Давление паров, всасываемых компрессором, регулируется вентилем и более точно дозируется параллельным вентилем. Терморегулирующий вентиль при относительно высокой температуре всасывания уменьшает подачу жидкого хладагента и наоборот.

При испытании компрессора на стенде «Газовое кольцо» контролируется температура и давление паров всасывания и нагнетания, частота вращенияколенчатоговалакомпрессораипотребляемаямощность.

Испытание проводится в два этапа. Первый этап осуществляют при значениях давления всасывания 0,27 МПа (температура всасывания +5 °С) и давлении конденсации 0,87 МПа (температура конденсации +40 °С). Второй этап — соответственно давление всасывания 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 воздухом или азотом под водой при давлении 2,5—0,2 МПа. Сжатый газ подводится к фланцу всасывающего трубопровода, когда другие присоединения вентиля плотно закрыты заглушками. При этом не должно быть появления пузырьков.

Плотность седла всасывающего клапана, седла нагнетательного клапана и седла клапана управления проверяют вместе. Фланец кожуха с всасывающим патрубком плотно закрывают заглушкой. Штуцеры для измерения и маслопроводов на крышке гидравлического цилиндра также должны быть закрыты.

347

При постепенном повышении давления в течение 0,5 мин от 0 до 2,0 МПанафланцах 8 к 12 нагнетательного ивсасывающего трубопроводов и выдержки после этого вентиля 10 мин в ванне, не должна возникать утечка газа.

Работоспособностьавтоматическогозапорноговентиляконтролируют на работающем компрессоре на испытательном стенде или на работающей холодильной установке. При этом следует иметь в виду, что не позднее чем через 1 мин после остановки компрессора вентильдолженбытьзакрыт, приэтомслышитсяхарактерныйзвук закрывания (давление масла менее 0,04 МПа); при включении компрессора должен быть слышен звук момента открывания вентиля, но не позднее, чем при достижении давления масла 0,1 МПа. Эту проверку следует повторять до 5 раз.

Для безразборной диагностики технического состояния холодильной установки ВР в условиях эксплуатации по методике, разработанной во ВНИИЖТе, необходимо измерить производительность компрессора на нескольких режимах.

Согласнометодикемерныйцилиндрприсоединяетсянажидкостной линии до ТРВ.

Цилиндрпредставляетсобойтолстостеннуютрубуобъемом5—6 л. Он установлен вертикально и снабжен мерными смотровыми окнами или внешней стеклянной трубкой, по которым определяется объем жидкого хладона в цилиндре. Мерные стекла (в верхней части цилиндра, посередине и внизу) могут быть использованы вместе с уплотнительной арматурой от ресиверов холодильной установки. Объемным способом определен, оттарирован сосуд и нанесены деления через 0,1 л. В верхней части имеется контрольный манометр и трубка с вентилем для компенсации давления в ресивере. На выходе из цилиндра также имеется вентиль.

В холодильных установках грузовых вагонов мерный цилиндр присоединен нижней частью к заправочному вентилю, а компенсация давления в ресивере осуществляется с помощью гибкого шланга, присоединяемого через тройник к линии высокого давления, на которой установлен манометр высокого давления. Перед началом измерений вгрузовомпомещении вагонаустанавливаютповышенную температуру (с помощью электропечей), а компрессор принудительно прогревают на режиме оттаивания. Необходимые режи-

348

мы конденсации регулируют открытием жалюзи. По достижении необходимого установившегося режима, который контролируется постоянством показаний манометров на линии всасывания и нагнетания в течение 5—8 мин, осуществляется заправка мерного сосудажидкимхладоном. Дляэтогооткрываютзаправочныйвентиль, приоткрывают накидную гайку на верхней части цилиндра для выпуска воздуха и паров хладона. Уровень жидкого хладона определяют по мерным стеклам. При достижении необходимого уровня затягивают накидную гайку и закрывают заправочный вентиль. После заправки открывают уравновешивающий вентиль в верхней части сосуда, тем самым устанавливается соответствие параметров хладона в ресивере и мерном сосуде.

При измерении подачи компрессора перекрывают вентиль после ресивера, ведущий к ТРВ, открывают заправочный вентиль, и мерный 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 открывают выходной вентиль на ресивере и холодильную установку проверяют на другом режиме работы. Параметры режимов могут измеряться по штатным приборам или манометрам более высокого класса, устанавливаемым взамен штатных.

По результатам измерений рассчитывают подачу компрессора в единицу времени на заданном режиме и сравнивают с эталонной. Так, например, для новых холодильных установок заводомизготовителем гарантируется холодопроизводительность сдопуском ± 7 % при сравнительных температурных условиях II группы: температура испарения t0 = – 15 °С, температура конденсации tк = 30 °C, холодопроизводительность 20,9 кВт. Этосоответствует расходу жидкого хладона 155 см3/с. Снижение подачи компрессора более чем на 30 % приводит к необходимости его демонтажа из вагона и отправки в ремонт.

Передразборкойпроизводитсялокальноедиагностирование, позволяющее определить техническое состояние отдельных цилиндропоршневых и шатунных групп компрессора. Для этого используется установка (рис. 7.12), определяющая утечку по каждому цилиндру и зазоры в подшипниках верхней и нижней головок шатуна.

349

Рис. 7.12. Установка для диагностики состояния шатунно-поршневой группы компрессора

Сдиагностируемойгруппыцилиндровснимаетсякрышка, клапанная доска и устанавливается головка пневмоиндикатора 13. Вакуумным 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 выключают вакуумный насос, вентилем 11 выравнивают давление и открывают вентиль 2 баллона 1 с азотом. Через редукционный клапан 3 азот поступает в уравнительную камеру, где установлен клапан постоянного давления 4. Трехходовой вентиль 8 устанавливают в положение, прикоторомазотпоступаеткпневмоизмерителю. Изуравнительного бакачерезкалиброванноеотверстие5 азотпоступаетпошлангувнадпоршневоепространствоцилиндра. Расходазотазависитотплотности цилиндра. Следовательно, по перепаду давлений, контролируемомудифманометром6, можноопределитьплотностьцилиндраинеобходимость смены колец 15 поршня.

Показанияиндикатора12 определяют суммарныйзазорвовкладыше нижнейголовки, пальце, втулкешатунаибобышкепоршня. Дляразделениязазоровпоэлементамнеобходимопроделатьследующиеоперации.

Перекрывают вентиль 2, вентилем 11 выравнивают давление в полости поршня, переключают трехходовой вентиль 8 к вакуумной линии н включают вакуумный насос 10. Постепенно открывая вентиль 9, следят за показаниями индикатора 12. В момент начала движения стрелки определяют давление по вакуумметру 7. Величина разрежения характеризует упругость колец поршня и, следовательно, их износ. Придвижениистрелкииндикатораонаостанавливаетсятрираза: первый— привыборезазорамеждупальцемибобышкойпоршня(до-

350

пустимый зазор 0,015 мм), второй — при выборе зазора между пальцем поршня ивтулкой шатуна(допустимый зазор 0,05 мм) итретий — при выборе зазора между вкладышем нижней головки шатуна и шейкой коленчатого вала (допустимый зазор 0,35 мм).

При диагностировании технического состояния теплообменных аппаратовнеобходимознатьвесовуюконцентрациюмаславхладоне, циркулирующем в системе. Для этого используют сосуд с мерными стекламиивключаютегомеждуресиверомиТРВ. Маслохладоновый растворциркулируетчерезприбордоокончанияиспытаний, продолжительность которых составляет 5—10 мин после установившегося режима. Затем закрывают вентили у входа и выхода прибора, дают маслу отстояться и по мерному стеклу определяют объем масла:

ε'м = VмV+фVф ,

где Vм — объем масла; Vф — объем хладона.

Знаяплотностьмаслаρм ихладонаρФ , определяютвесовуюконцентрацию:

εм = Vм ρVMф +ρVмф ρф

При расчете коэффициентов теплопередачи теплообменных агрегатов вводится поправочный коэффициент весовой концентрации масла, который позволяет определить состояние внутренних поверхностей теплообменников. Во ВНИИЖТе ведутся работы по анализу цикла холодильной установки и получения инструментального метода комплексной оценки системы: холодильная установка — грузовое помещениевагона. Дляопределениятехническогосостоянияхолодильного оборудования в депо изготовлены также стенды испытаний теплообменныхаппаратов, стендопределения объемнойпроизводительности компрессоров, стенды юстировки датчиков температуры и ряд других разработок дорожных лабораторий диагностики.

Диагностикатехническогосостоянияаппаратовхолодильнойустановкибезразборкипозволяетустановитьоптимальныйобъемремонтных работ и существенно снизить расход материальных и денежных средств.

351