检漏技术在整体式冷藏车制冷机组制造中的应用

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  摘要:本文主要介绍了整体式冷藏车制冷机组系统零部件及整机制造中常用检漏方法及检漏方法的组合,各检漏方法的操作要领及注意事项。
  关键词:整体式冷藏车制冷机组 氦检漏 卤素检漏 水槽气
  泡法 涂抹皂液法
  1 概述
  整体式冷藏车制冷机组(以下简称冷藏车制冷机组)采用蒸气压缩式制冷循环,制冷剂R404A或R134a在密闭的制冷部件及管路系统中周而复始地完成压缩、冷凝、膨胀节流、蒸发一系列过程,从而保持冷藏车保温箱体内所需的保鲜温度。
  冷藏车制冷机组安装在冷藏货车上,其工作环境严酷。机组的性能与可靠性显得尤为重要。制冷系统的气密性是影响机组性能与可靠性的重要因素之一。若制冷剂泄漏将导致制冷量不足,冷藏车箱内所需的保鲜温度无法保持,从而导致所运输食品的腐烂变质。对于使用制冷剂R134a的机组,为了保持箱内温度≤-17.8℃,则制冷机组的低压侧常常工作在负压下,空气将从漏点处吸入制冷系统中。空气中的水分将会造成膨胀阀冰堵、镀铜、金属腐蚀等问题,严重影响机组的正常运行;同时空气作为不凝性气体,将使冷凝器换热效率降低,压缩机排气压力升高,能耗增大,排气温度升高,加速冷冻机油的变质恶化。若制冷剂泄漏,修复漏点之前先要进行冷媒回收,漏点修复后还要再进行检漏、抽真空、充氟、开机调试。修复工作成本高,耗时耗力。由此可见,做好整机出厂前的检漏工作至关重要。
  2 漏率设定与漏率换算
  GB/T 21145-2007《运输用制冷机组》条款5.5.1规定:按6.3.1方法试验时,机组制冷系统和部件制冷剂泄漏量应不大于14g/a(即0.5oz/a)。条款6.3.1规定:制冷系统和部件在正常的制冷剂充灌量下,使用灵敏度为2.0×10-5mbar·L/s的电子式泄漏检测仪进行检测。冷藏车制冷机组制造商为了提高机组的性能和可靠性,通常依据ASHRAE Standard 147-2002,规定单点容许最大泄漏率为0.1oz/a(即2.8g/a)。
  由于气体漏率的标准单位是Pa·m3/s,需要将不同漏率单位换算成标准单位。
  2.1 将 g/a转变为Pa·m3/s
  根据阿伏伽德罗定律:在标准状态下(压力P0=1.01325×105Pa,温度T0=273K),1mol任何气体所占的体积Vm=22.4升。因此,当室温T=293K(20℃)时,对应的气体年漏率为:
  Q=P0×Vm×(g/M)×(T/T0)/31536000(Pa·m3/s)
  Q=1.01325×105×22.4×10-3×(2.8/97.6)×(293/273)
  /31536000
  =2.2×10-6 Pa·m3/s
  冷藏车制冷机组通常使用R404A制冷剂。R404A的摩尔质量为 97.6g/mol,1年为31536000秒。
  2.2 气体漏率转换为氦气漏率
  文献3中指出黏滞流的漏率范围为10-2Pa·m3/s ~10-7Pa·m3/s。结合前文的计算,气体漏率转换为氦气漏率的换算可按黏滞流对应的公式计算。
  当在常压或正压力下,漏孔泄漏的气流特性为粘滞流时,漏率与漏孔两侧压力平方差成正比,与流过气体的粘度系数成反比;漏率与检漏时充人的氦气浓度成正比。所以2.8g/a的冷媒R404A对应的氦漏率为:
  QHe=C×QR404A×(ηR404A/ηHe) ×[(P22-P12)/(P42-P32)]
  式中:
  QHe——检漏时的最大容许氦漏率(Pa·m3/s)。
  C——充入试件的氦浓度(%)。
  QR404A——试件工作时的制冷剂最大容许漏率(Pa·m3/s)。
  ηR404A——制冷剂R404A的粘度系数(1.28×10-5Pa·
  s)。
  ηHe——氦气的粘度系数(1.86×10-5Pa·s)。
  P2,P1——试件充氦的压力和待检件外压力(绝对压
  力)。
  P4,P3——试件工作时系统内压力和系统外压力(绝
  对压力)。
  充氦之前先对系统抽真空,但不可能抽至绝对的真空,充入机组的氦浓度通常取99%。机组的充氦压力为150psig~200psig,为保险起见,取下限值150psig(~1.0 MPa表压)。
  机组在平均压力1.0MPa(表压)下,R404A的最大容许漏率为2.8g/a,采用氦质谱检漏的充氦压力为1.0MPa(表压),氦气浓度为99%,则可确定氦漏率指标为:
  QHe=0.99×2.2×10-6×(1.28×10-5/1.86×10-5) ×[(1.1)2-(0.1)2]/[(1.1)2-(0.1)2]=1.5×10-6Pa·m3/s
  3 零部件检漏
  3.1 真空箱氦检漏
  对于外购的压缩机、冷凝器、蒸发器、汽液分离器、贮液器、回热器等制冷系统部件,专业配套厂家经氦检合格后出厂。工艺稳定、生产规模较大的零部件厂商,通常采用真空箱氦检漏系统。此系统由真空室、抽空泵、氦清除泵、氦质谱检漏仪、快速接头、电磁阀及管道构成。部分厂商采用吸枪式氦检漏。以下为某冷凝器厂商的真空箱氦检漏过程及设置参数:
  ①安装工件,关真空箱门,真空箱抽真空,同时工件内充高压氮气—检大漏。充入氮气2.8MPa,保压时间60s,大漏判定时间10s,大漏判定压降不超过4.0kPa。检大漏实际上是静态压降法在真空箱氦检漏系统中的应用。静态压降法检测的漏率与被检件的内容积有关,需事前向真空箱氦检漏系统供应商提供被检件的内容积,以便设备制造商设置检漏参数。   ②若检测不通过,则系统报警,检测程序中止。
  ③若检测通过,对工件抽真空,真空箱内的氦气本底抑零,工件内充入氦气,检中漏。充入氦气0.2MPa,测试时间15s,本底控制漏率6.0×10-6Pa·m3/s,漏率不超过7.0×10-6Pa·m3/s。
  ④若检测不通过,则系统报警,检测程序中止。
  ⑤若检测通过,继续充入氦气检微漏。充入氦气1.6MPa,漏率不超过2.0×10-5Pa·m3/s。
  ⑥若检测通过,真空箱内充入大气,同时工件内氦气回收,真空箱开门,检测完成。否则系统报警,检测程序中止。
  此种方法属于正压检漏,符合零部件实际工作中的受压状态,灵敏度高,检漏效率高,自动化程度高,同时真空箱也可视为充压零部件的安全防护装置。但设备投资较大,系统较复杂,需经过培训合格的专业人员来进行维护保养检修,真空箱内残留的氦气对下一个被检件的检漏工作的影响较大,需及时用压缩空气吹扫真空箱内室。此种方法检测的是零部件的总漏率。如有泄漏,还需采取其它方法定位漏点,以便后续返工修复。
  3.2 水槽气泡法
  被检件中充入氮气,被检件整个浸没在装有水的检漏槽中,由于漏孔两侧存在压差,氮气就通过漏孔从高压侧向低压侧流动,漏孔处将会冒出一个个气泡,从而指示漏孔的位置。这种方法简单可靠,成本低廉,使用方便,在制冷空调零部件的检漏中得到了广泛的应用。
  检漏槽采用不锈钢板制作。需保持水质清洁、透明,以免影响观测,根据水质实际情况或定期更换成清水。场地光线充足。检漏水箱应配备补水系统,槽底安装泄水阀,泄水管通至附近地漏。槽底应安装照度适中的防水照明灯具并配置照明配电箱,太明亮易造成检漏人员视觉疲劳,太阴暗易造成漏检。
  某冷凝器的水槽气泡法检漏过程如下:
  ①检漏前先进行焊点处的焊后处理,去除残留助焊
  剂、焊渣、油污、粉末等杂质。
  ②被检件中先充入0.2MPa~0.3MPa氮气,用听音法检查有无大漏(大于10-3Pa·m3/s),待大漏消除后再放入水中,否则将会影响小漏孔的检漏。
  ③以0.1MPa/s的速率升压至2.8MPa。被检件在水中要放稳定。要待水面静下来后才能进行气泡观测。检漏时间3min。
  ④检漏时要认真区别实漏与虚漏。虚漏的气泡抹去或捅破后,一般就不再重复出现;而实漏的气泡抹去或捅破后,仍会有规律地出现。
  ⑤漏点定位好后,清晰标识漏点,以便返工修复。
  通常气泡在大小、影像以及气泡的形成速率上,用眼睛直接观查时,会出现以下三种现象:
  ①出现气泡小、形成速率均匀、气泡持续时间长。漏率范围10-5~10-2Pa·m3/s。
  ②出现随机的大小气泡混合。漏率范围10-2~10-1Pa·m3/s。
  ③出现气泡大、形成速率快、气泡持续时间短。漏率范围10-1~1Pa·m3/s。
  某些零部件制造厂商根据水槽气泡法检漏的理论公式推导出气泡直径、每分钟气泡数(即气泡形成速率)与漏率对照表来指导实际生产。但气泡直径、每分钟气泡数难以准确获取,过程难以控制,工艺稳定性差,并且随着制冷空调设备产品生产许可证制度的深入实施,这种方法不适合作为测量漏率的首选方法,非常适合用于真空箱氦检漏不合格对漏点定位及整机装配厂的来料检验手段。
  4 整机检漏
  4.1 吸枪法氦检漏
  吸枪法氦检漏工作在机组制冷系统抽真空之前、制冷系统零部件、管路安装连接紧固及钎焊之后进行,用于检验制冷系统的气密性、O形圈密封的螺纹连接和钎焊的质量,同时对压缩机、两器、贮液器、汽液分离器、回热器等零部件的气密性做进一步检验。
  吸枪法氦检漏应在氦检房内进行,否则空气流动会吹散从漏点漏出微量氦气而造成漏检。每班次开始作业前,检漏仪开机预热后,对检漏仪进行校准。制冷系统中先充入0.2MPa~0.3MPa氮气,用听音法或静态压降法检查有无大漏。如无大漏,系统抽真空至130Pa(绝对压力),充入氦气,氦气压力150psig~200psig。检漏仪漏率设定值1.5×10-6Pa·m3/s。由于氦气比空气轻,按照从下到上的顺序对制冷系统中零部件及管路的每个焊点、螺纹连接处、阀杆处、开启式往复压缩机轴封、压缩机气缸盖密封垫处及缸盖紧固螺栓等处进行检漏。压缩机轴封处的最大容许漏率可适当放宽至0.5oz/a。
  吸枪法的灵敏度与吸咀离漏点的距离和吸咀移动速度有关。距离越近灵敏度越高,但距离太近,吸咀容易触及被检件表面而吸入杂物,造成吸枪流量不稳或堵塞,以3~5mm为宜;移动速度快,吸入的氦就少,容易漏检;移动太慢,会降低检漏效率。通常移动速度不超过10mm/s。检漏完毕后,应将被检件内的氦气回收,以避免检漏仪周围空气中氦含量过高和波动,而直接影响仪器的本底及其稳定性。
  如发现漏点,应先用压缩空气吹除泄漏出的氦气,再次用吸枪探查可疑泄漏部位,以防误检及准确定位漏点,必要时用下述的涂刷皂液法来辅助定位漏点。
  4.2 涂刷皂液法
  吸枪法氦检漏常常与涂刷皂液法组合使用对整机进行检漏。由于此种方法简单直观,成本低廉,使用方便,在制冷空调整机设备制造中通常采用涂刷皂液法来辅助定位漏点。
  皂液的配比应稀稠得当。太稀易于流动和滴落而造成误检,太稠则透明度差容易漏检。盛装皂液的容器应及时封闭,以防止沾染灰尘。保持被检机组内充氦气压力的前提下,毛笔浸润皂液,对泄漏可疑部位进行局部涂刷。吹起皂泡的部位便是漏孔存在的部位。准确定位漏点后,用抹布擦干涂刷在漏点处的及滴落在机组内的皂液,并清晰标识漏点,以便制定和执行修复方案或措施。
  文献2中指出:充3atm气体,涂抹皂液法的最小可检漏率为5×10-3Pa·L/s(即5×10-6Pa·m3/s),此种方法无法对漏率定量,不应作为判断漏与不漏的方法。   4.3 吸枪法卤素检漏
  吸枪法卤素检漏工作在机组经45分钟左右的在线运行测试之后15分钟进行。此时机组已经历了正常的运行振动、高低压冲击。
  每班次开始作业前,检漏仪开机预热后,对检漏仪进行校准。检漏仪漏率设定值R404A 0.1oz/a。作业前关闭周围风扇,检查周围空气的流动状态。检测的部位同吸枪法氦检漏。检漏时,吸咀离物体表面的距离3~10mm,移动速度不超过10mm/s。检漏仪应不报警。如发生报警,同吸枪氦检漏相同,应先用压缩空气吹除可疑泄漏部位周围存在的制冷剂,再次用吸枪探查可疑泄漏部位,以防误检及准确定位漏点,必要时用涂刷皂液法来辅助定位漏点。对报警部位反复进行测试,确定漏点后,在泄漏点处做好标记,以便进行修复。
  如果压缩机轴封处的漏率超过0.5oz/a,必须重新运行机组30分钟后再检漏,检漏必须在运行后的15分钟~24小时内进行。如果压缩机的漏率仍超过0.5oz/a,需更换压缩机。
  修复漏点之前先回收冷媒,漏点修复好或有漏压缩机已更换之后,应再次进行吸枪法氦检—抽真空—充氟—在线运行测试—吸枪法卤素检漏工作,直至产品合格。
  5 结束语
  检漏工作占用人力物力,但又不可或缺。为了提高产品一次通过率,应监督零部件供应商的制造质量、检漏质量,并评估包装储运的质量。整机制造过程中应加强物流质量及上游工序的质量,如零部件搬运防护措施、O形圈安装、螺纹连接的装配质量、钎焊的质量等。同时,常态化盯控、定期评估检漏工序的有效性、稳定性、健壮性,确保准时交付品质优良可靠的产品。
  参考文献:
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  [5]ASHRAE Handbook Refrigeration SI Edition 2010.
  [6]ASHRAE Standard 147-2002 Reducing the Release of Halogenated Refrigerants from Refrigerating and Air-Conditioning Equipment and Systems.
  [7]GB/T 21145-2007《运输用制冷机组》.
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