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[摘 要]某船高温冷藏机组为YORK船用公司提供的两台SBO42型制冷压缩机，本文结合该机组在出海期间出现的机组排气压力高报警停机这一现象，通过理论分析，找出了问题存在的原因，提出了具体的解决方案，并在实战中得到了验证。
[关键词]制冷 压缩机 高压报警
中图分类号：TB65 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0119-01
1、故障现象
某船高温冷藏机组为YORK船用公司提供的两台SBO42型制冷压缩机，两台机组互为备用，该机组在船厂调试与首次试航期间，用任何一台压缩机运行，均能保证七个高温库同时正常制冷使用。而航行期间，出现频繁的排气压力高报警停机现象。启用备用机组进行换机使用，现象还是存在。为了能够满足高温库正常制冷的需要，故采取了两台机组同时运行，一台制冷压缩机打1#、2# 、3#、4#高温库，另一台压缩机打5#、6#、7#高温库，结果还是时有报警停机现象出现。但在船舶航行数日后，两台制冷压缩机排气压力高报警停机现象均消除，制冷压缩机运行正常。
2、冷藏机组的制冷过程与压焓图
压焓图描述了一个简单的制冷循环，当储液器中冷凝的制冷剂是A状态，处于液体的沸点线上。因此液体状态下有一个温度tk（冷凝温度），一个压力pk（冷凝压力），一个焓值ho。
当液态的制冷剂穿过膨胀阀后它的状态从A变化到B，这个状态的改变要在沸点下发生，因为压力下降为Po，与此同时由于压力的降低产生另一个沸点t0。在膨胀阀里由于热量能量既没有输入也没有移出，因此焓值仍然是ho。蒸发器的入口处是液态和气态制冷剂的混和，而蒸发器的出口点C是饱和蒸汽。温度和压力与B点相同，但由于蒸发器吸收了周围环境的热量焓值变到h1。
当制冷剂通过压缩机后它的的状态从C变成D，压力上升到冷凝压力Pk，温度上升到tov，它比tk要高，这是因为制冷剂已经高度过热。由于吸收了更多的热量，焓值也变成h2。
在冷凝器的入口D点处，制冷剂的状态是处于pk压力下的过热蒸汽。热量从冷凝器传到周围环境中，因此焓值再次变成A点状态。然后在冷凝器中制冷剂从过热蒸汽冷凝成饱和蒸汽（E点）。从E点到A点温度（冷凝温度）保持不变，这是因为冷凝和蒸发过程中温度恒定不变。
在压焓图上描述制冷过程和实际会有稍微的不同，这是因为通常情况下蒸发器中蒸气的过热度不会高，而且膨胀阀前的液体温度因为与周围环境的换热而稍微过冷。
3、原因分析
结合冷藏机组的制冷循环与工作原理，我们进行如下理论分析。冷凝器应与压缩机配套，其排热能力应与其热负荷相称。冷凝器的热负荷Qk—单位时间内所必须排走的热量，近似等于压缩机的制冷量Q0和指示功率Pi之和。
Qk=Q0+Pi
冷凝器在单位时间内被冷却介质所带走的热量称为冷凝器的排热量，用Qk’表示。它可用传热学公式来计算：
Qk’=KA（tk- tˉw）=KA[tk-（tw1+△tw）]
式中：K—冷凝器的传热系数，管壳式用光管时约为812—1044W/m2·℃；
A—冷却水管外表总面积，m2；
tk—冷凝器温度，℃；
tˉw—冷却水平均温度，tˉw=（tw1+tw2）=tw1+△tw。tw1、tw2、△tw分别为进、出口水温和水的温升。船用冷凝器设计时一般取△tw=2～4℃；tk-tw2=3～5℃；即tk-tw1=5～9℃
高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器后要经一段冷却才能降到冷凝温度。冷却段温度较高，但传热系数比冷凝段小，故全部按冷凝状况计算误差不大。此外，船用冷凝器进口温差与出口温差之比常小于3，可近似取算数平均温差，计算时将K取小些即可。
根据冷却水带走的热量来计算冷凝器的排热量，则可得：
Qk’=Gw·Cw·（tw2-tw1）
式中：Gw、Cw分别为水的质量流量和比热
于是，△tw=Qk’/Gw·Cw，经整理得：Qk’=a（tk-tw1）
式中：a=1/（）
当A、K、Gw、tw1既定时，Qk’是tk的一次函数。在图3-1冷凝器与压缩机性能曲线图中，将冷凝器的排热量Qk’曲线与冷凝器热负荷曲线Qk作于同一坐标上，则Qk’曲线在横坐标的起点相应于进水温度tw1，而其斜率tg与K、A、Gw大小有关；热负荷Qk曲线可根据式Qk=Q0+Pi和压缩机性能曲线近似作出（指示功率Pi=P·ηm，机械效率ηm约取0.9）
在冷凝器工况稳定时，Qk应等于热负荷Q，即稳定工况点为排热量曲线与热负荷曲线的交点C，其横坐标即给出了值tk（pk）值。
从图3-1冷凝器与压缩机性能曲线图中可以看出所有影响装置pk（tk）的因素，并从中分析出压缩机排气压力过高的几种原因如下：
3.1 冷凝器脏污或有空气（K减小）、水量不足（Gw减少）、冷凝器换热面积被制冷剂液体浸没过多或选用过小（A减小），都会导至Qk’曲线斜率降低，使工况点移至C1，则造成tk（pk）增高。上述情况可由tk-tw1变大来看出。冷凝器长期使用后K值甚至可能降低到清洁时的左右。
3.2 压缩机吸入压力增高（P0、t0增高），则Q斜线上移，使工况点移至C3，于是tk、pk也即增高；反之，如吸入壓力降低，或压缩机本身性能降低（如减缸运行、漏泄严重等）时，则Qk斜线下移，因此tk、pk也变低。
3.3 冷却水温度tw1增高，将使斜线右移，工况点移至C2、tk、pk增高。
4、问题解决
某船设计为无限航区，且由于任务的需要，航行于赤道附近无法避免，此时冷却水的温度必然很高，那么如何解决由于冷却水水温高而带来的报警停机问题呢？再来看图3-1冷凝器与压缩机性能曲线图，可以看出只要增大曲线斜率及tgα的值，使水温升高时工况点移至C2时pk值小于设定值，这样问题就可以得以解决。而
式中： K、Gw、Cw为不可变量。所以只要相应增大A，tgα也便增大，问题即便可以解决。在同YORK船用公司协调后，该公司对于以上分析给予了肯定，也认为是冷却器选型不够准确，并同意更换冷却器，以此来增大冷却面积及增大A值。
某船试航回码头后，由YORK船用公司将我船的两台高温冷藏机组的冷却进行了更换，在随后的07-35、867-20两次任务以及921-07与867-21任务中，船舶跨赤道航行时两台机组均运行正常，没有出现高压报警停机现象，验证了我们对此问题的分析。由此可见，在更换了较大型号的冷凝器后我船的两台高温冷藏机组排气压力高报警停机这一问题得以圆满解决。
参考文献
[1] 费千《船舶辅机》.大连海事大学出版社.
[2] SBO活塞式压缩机使用指南.YORK船用公司.
[关键词]制冷 压缩机 高压报警
中图分类号：TB65 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0119-01
1、故障现象
某船高温冷藏机组为YORK船用公司提供的两台SBO42型制冷压缩机，两台机组互为备用，该机组在船厂调试与首次试航期间，用任何一台压缩机运行，均能保证七个高温库同时正常制冷使用。而航行期间，出现频繁的排气压力高报警停机现象。启用备用机组进行换机使用，现象还是存在。为了能够满足高温库正常制冷的需要，故采取了两台机组同时运行，一台制冷压缩机打1#、2# 、3#、4#高温库，另一台压缩机打5#、6#、7#高温库，结果还是时有报警停机现象出现。但在船舶航行数日后，两台制冷压缩机排气压力高报警停机现象均消除，制冷压缩机运行正常。
2、冷藏机组的制冷过程与压焓图
压焓图描述了一个简单的制冷循环，当储液器中冷凝的制冷剂是A状态，处于液体的沸点线上。因此液体状态下有一个温度tk（冷凝温度），一个压力pk（冷凝压力），一个焓值ho。
当液态的制冷剂穿过膨胀阀后它的状态从A变化到B，这个状态的改变要在沸点下发生，因为压力下降为Po，与此同时由于压力的降低产生另一个沸点t0。在膨胀阀里由于热量能量既没有输入也没有移出，因此焓值仍然是ho。蒸发器的入口处是液态和气态制冷剂的混和，而蒸发器的出口点C是饱和蒸汽。温度和压力与B点相同，但由于蒸发器吸收了周围环境的热量焓值变到h1。
当制冷剂通过压缩机后它的的状态从C变成D，压力上升到冷凝压力Pk，温度上升到tov，它比tk要高，这是因为制冷剂已经高度过热。由于吸收了更多的热量，焓值也变成h2。
在冷凝器的入口D点处，制冷剂的状态是处于pk压力下的过热蒸汽。热量从冷凝器传到周围环境中，因此焓值再次变成A点状态。然后在冷凝器中制冷剂从过热蒸汽冷凝成饱和蒸汽（E点）。从E点到A点温度（冷凝温度）保持不变，这是因为冷凝和蒸发过程中温度恒定不变。
在压焓图上描述制冷过程和实际会有稍微的不同，这是因为通常情况下蒸发器中蒸气的过热度不会高，而且膨胀阀前的液体温度因为与周围环境的换热而稍微过冷。
3、原因分析
结合冷藏机组的制冷循环与工作原理，我们进行如下理论分析。冷凝器应与压缩机配套，其排热能力应与其热负荷相称。冷凝器的热负荷Qk—单位时间内所必须排走的热量，近似等于压缩机的制冷量Q0和指示功率Pi之和。
Qk=Q0+Pi
冷凝器在单位时间内被冷却介质所带走的热量称为冷凝器的排热量，用Qk’表示。它可用传热学公式来计算：
Qk’=KA（tk- tˉw）=KA[tk-（tw1+△tw）]
式中：K—冷凝器的传热系数，管壳式用光管时约为812—1044W/m2·℃；
A—冷却水管外表总面积，m2；
tk—冷凝器温度，℃；
tˉw—冷却水平均温度，tˉw=（tw1+tw2）=tw1+△tw。tw1、tw2、△tw分别为进、出口水温和水的温升。船用冷凝器设计时一般取△tw=2～4℃；tk-tw2=3～5℃；即tk-tw1=5～9℃
高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器后要经一段冷却才能降到冷凝温度。冷却段温度较高，但传热系数比冷凝段小，故全部按冷凝状况计算误差不大。此外，船用冷凝器进口温差与出口温差之比常小于3，可近似取算数平均温差，计算时将K取小些即可。
根据冷却水带走的热量来计算冷凝器的排热量，则可得：
Qk’=Gw·Cw·（tw2-tw1）
式中：Gw、Cw分别为水的质量流量和比热
于是，△tw=Qk’/Gw·Cw，经整理得：Qk’=a（tk-tw1）
式中：a=1/（）
当A、K、Gw、tw1既定时，Qk’是tk的一次函数。在图3-1冷凝器与压缩机性能曲线图中，将冷凝器的排热量Qk’曲线与冷凝器热负荷曲线Qk作于同一坐标上，则Qk’曲线在横坐标的起点相应于进水温度tw1，而其斜率tg与K、A、Gw大小有关；热负荷Qk曲线可根据式Qk=Q0+Pi和压缩机性能曲线近似作出（指示功率Pi=P·ηm，机械效率ηm约取0.9）
在冷凝器工况稳定时，Qk应等于热负荷Q，即稳定工况点为排热量曲线与热负荷曲线的交点C，其横坐标即给出了值tk（pk）值。
从图3-1冷凝器与压缩机性能曲线图中可以看出所有影响装置pk（tk）的因素，并从中分析出压缩机排气压力过高的几种原因如下：
3.1 冷凝器脏污或有空气（K减小）、水量不足（Gw减少）、冷凝器换热面积被制冷剂液体浸没过多或选用过小（A减小），都会导至Qk’曲线斜率降低，使工况点移至C1，则造成tk（pk）增高。上述情况可由tk-tw1变大来看出。冷凝器长期使用后K值甚至可能降低到清洁时的左右。
3.2 压缩机吸入压力增高（P0、t0增高），则Q斜线上移，使工况点移至C3，于是tk、pk也即增高；反之，如吸入壓力降低，或压缩机本身性能降低（如减缸运行、漏泄严重等）时，则Qk斜线下移，因此tk、pk也变低。
3.3 冷却水温度tw1增高，将使斜线右移，工况点移至C2、tk、pk增高。
4、问题解决
某船设计为无限航区，且由于任务的需要，航行于赤道附近无法避免，此时冷却水的温度必然很高，那么如何解决由于冷却水水温高而带来的报警停机问题呢？再来看图3-1冷凝器与压缩机性能曲线图，可以看出只要增大曲线斜率及tgα的值，使水温升高时工况点移至C2时pk值小于设定值，这样问题就可以得以解决。而
式中： K、Gw、Cw为不可变量。所以只要相应增大A，tgα也便增大，问题即便可以解决。在同YORK船用公司协调后，该公司对于以上分析给予了肯定，也认为是冷却器选型不够准确，并同意更换冷却器，以此来增大冷却面积及增大A值。
某船试航回码头后，由YORK船用公司将我船的两台高温冷藏机组的冷却进行了更换，在随后的07-35、867-20两次任务以及921-07与867-21任务中，船舶跨赤道航行时两台机组均运行正常，没有出现高压报警停机现象，验证了我们对此问题的分析。由此可见，在更换了较大型号的冷凝器后我船的两台高温冷藏机组排气压力高报警停机这一问题得以圆满解决。
参考文献
[1] 费千《船舶辅机》.大连海事大学出版社.
[2] SBO活塞式压缩机使用指南.YORK船用公司.