浅析小型制冷系统毛细管的选配和故障维修

本文就专门针对毛细管和制冷系统的匹配选型要求及发生故障时的诊断技术以及维修做一点浅显的探讨,希望能为我们在冰箱空调器维修中提供一些有用的帮助。

一、毛细管结构特点和工作原理

毛细管作为一种简单、工作稳定的节流元件得到了在小型制冷系统中广泛的使用,它能把从冷凝器输出的高温高压液态制冷剂降温、减压后再送入蒸发器,使之获得所需要的蒸发温度。它的结构如图1所示。

Pk,Tk为流入毛细管的常温高压的液态制冷剂的冷凝压力和冷凝温度;Po,To为流出毛细管的低温

低压的气液两相共存的制冷剂的蒸发压力和蒸发温度;L,D为毛细管的长度和内径大小。

家用冰箱、空调器和小型除湿机中,以一定细孔径和长度的铜管作为制冷系统的膨胀阀完成节流膨胀任务,这一功能称为毛细管节流,或称阻流式控制。当前国内外生产的小型全封闭式制冷压缩机为主机的冷冻、空调等制冷设备,大多为毛细管节流方式。

毛细管的管径一般在0.5～2.5mm,长度根据制冷系统的需要而定,一般都在0.5m以上,材料为紫铜管。它由紫铜管拉制而成,所以结构简单,制造方便,价格低廉;没有运动部件,本身不易产生故障和泄漏;具有自补偿的特点,即制冷剂在一定的压差ΔP=Pk-Po下,流经毛细管时,其流量是稳定的。当冷凝压力Pk升高或蒸发压力Po降低时,压力差ΔP增大,制冷剂在毛细管内的流速也增大,同时产生闪发蒸汽的数量也相应增加。由于气液两种状态并存,阻力大大增大,所以流经毛细管的制冷剂不会因ΔP增大而按比例增大。反之,当压差ΔP减小时,因闪发蒸汽产生较少,故流量也不会减少。这就是毛细管的自补偿作用。由于这个作用,当Pk或Po变化时,使用毛细管节流膨胀仍可得到较为满意的制冷效果。当压缩机停止运转后,制冷系统内高压侧排出压力和低压侧吸入压力之间能够得到迅速平衡,为再次启动运转时减小制冷压缩机电动机的负荷创造了条件。

但同时它也有不少的缺点:不能按工况变化需要调整流通截面;为防止停机时制冷剂进入蒸发器过多,在启动时产生冲缸,要严格控制用毛细管节流的制冷系统的制冷剂充注量,要保证即使在全部制冷剂进入蒸发器的情况下也不会引起液击;它管径小,管子又长,易堵塞,要求系统内清洁、无杂质,过滤网孔要细又密,在进口端安装200～300目的过滤网;需要杜绝水分进入制冷系统,制冷压缩机应在烘干后进行装配,所有管道应清洗干燥处理,冷冻机油和氟利昂制冷剂中的含水量应在规定范围之内,以防冰堵;毛细管与蒸发器等管道焊接时,要避免焊接造成的堵塞;当几根毛细管并联工作时,要求制冷剂能均匀分配须采用分液器;毛细管的选用是与制冷装置相匹配的,故不能随意更换毛细管,特别是当所用的管内径与粗糙度不均匀、缺少互换性时,更应注意,否则会严重影响制冷系统的正常工作。

二、毛细管的选配和安装

1. 毛细管的选配

在选配毛细管时,一定要使毛细管的长度、内径与制冷系统的工况相匹配,否则定会影响制冷系统的正常工作,或达不到要求的制冷量。毛细管焊接在冷凝器输液管与蒸发器进口之间,制冷剂在毛细管中的状态和压力变化与毛细管内径大小、管壁粗糙度及管的长度密切相关,所以在维修更换毛细管时,必须按原毛细管的长度和内径选配。但由于制冷剂在毛细管内的流动过程是两相流动,加上各根毛细管的内径及粗糙度往往缺少互换性,因此,准确定量计算比较困难。可以参看相关文献资料,初步估算毛细管的直径和长度,然后用实验方法确定最佳的直径和长度。

在小型制冷系统中用的比较多的经验公式:

G=5.44(ΔP/L)0.571D2.71(1)

式中,G为制冷剂流量,g/s;ΔP为毛细管进、出口压力差,MPa;L为毛细管长度,m;D为毛细管的直径即内径,mm。

在系统压缩机功率和制冷剂(R134a、R22)已知的前提下,可结合图表法进行初步的选型(表1)。

2.毛细管的安装

在安装毛细管时,一端与冷凝器出液管或液体分配器相连,另一端与蒸发器进液管相连。毛细管焊入管路前,需将它的端部锉削成45°斜口,以防切口部凹陷,减小管道截面积。毛细管可用穿入回气管或焊贴在回气管上的方式进行过冷,并在回气管上盘绕几圈,以防松动断裂,其余部分盘成网环状。当采用多根毛细管并联时,入口端要对齐平整,切勿错开,否则将使分液不均匀。

三、毛细管的故障及维修

1.毛细管的折断泄漏

泄漏是小型制冷系统最常见的故障。在长期运转中,由于使用不当、制冷系统内外的腐蚀、制造工艺缺陷以及工程材料先天缺陷的影响,再加上氟利昂制冷剂极强的渗漏性,都会使制冷系统发生泄漏。泄漏易发生在各个焊口、铜铝过渡接头、铝制蒸发器和全封闭式制冷压缩机电动机的接线柱等处。当毛细管折断泄漏时,同制冷系统其他部件泄漏的故障现象相同,即蒸发器温度不太低,冷凝器温度升高很小甚至无温升等。维修时,既不好进行补焊,又不能对折堵部位强制伸直修复(这是因为毛细管的内径太小,补焊、伸直都会造成二次堵塞)。可以整条毛细管予以更换处理。最好办法是彻底断开折断、折堵部位,找一根内径和毛细管外径相同的长40mm的紫铜管,先将断口校直后,将断开的毛细管两端捅人套管中各1/2,顶紧, 然后用气焊小火焰配合低银焊条施焊。

2.毛细管的脏堵

造成脏堵的原因是制冷系统有污物。杂质来源于制冷零件残存的污物、品质差的制冷剂和干燥剂脱落的粉末。一般情况下,系统机械杂质过多,在干燥过滤器的过滤网处沉积造成堵塞是基本故障,但在制造或搬运过程中,使毛细管变形造成死弯,流通面积变小,机械杂质容易积聚造成毛细管堵塞。毛细管的脏堵与否,可通过接在制冷系统低压侧的修理阀上的表压力值验证。当压缩机运行10分钟后,表压力维持在0MPa位置,说明毛细管半脏堵,若处于真空负压状态,则说明全脏堵。全脏堵时压缩机运转声沉闷。停机数十分钟,压力不回升或压力平衡很慢。可以判断脏堵位置在干燥器与毛细管接头处。将毛细管与干燥器连焊处就近剪断.若干燥器侧喷出制冷剂,则说明毛细管堵塞,反之,为干燥器堵塞。若毛细管微脏堵,可在加热毛细管的同时用手指弹松管体.使之畅通。若半堵塞,停机在焊口处拆下毛细管,用有压力的氮气来吹,直到在毛细管出气口所悬挂的白纸无痕迹为止,更换干燥过滤器,焊上毛细管,恢复系统。如果发现毛细管堵塞严重时,应予以更换。安装前,应对新毛细管进行检查,观察有无外观变形、沙眼或破损等,然后将毛细管在原焊接处焊好。焊接时要细心操作,切勿使毛细管变形和被焊渣等堵塞。

3.毛细管的油堵

这是由于氟利昂制冷剂与冷冻油有共溶性,经长期循环,油中蜡成分会在低温析出,逐渐沉积于温度很低的毛细管出口附近的管壁上,使毛细管内径变细,流动阻力增大,直至堵塞,从而导致空调器制冷性能下降。此种堵塞亦称为“结蜡”。对这类故障,一般要更换成同长度、同内径、同粗糙度的毛细管。

4. 毛细管的冰堵

这种故障大多发生在重修或正在维修的系统中,多因操作不当或系统中含有过量水分,抽真空处理不良,制冷剂本身含水量超过允许含量,换入的制冷零件未经干燥处理和打开的制冷系统在空气过于潮湿的环境中长时间暴露等原因造成。冰堵大部分发生在毛细管的出口, 当液体制冷剂由毛细管到蒸发器蒸发时,体积大大膨胀.大量吸收热量,这时毛细管出口处温度可达到-5℃左右,系统内水分随制冷剂循环到毛细管出口端就会冻结成冰粒,导致堵塞。排除冰堵故障时,对整体式空调器要断开工艺管,放掉系统的制冷剂,待重新干燥抽真空后充入干燥氮气,启动制冷压缩机运转使干燥氮气吸收水分后在抽真空,如此反复数次,恢复制冷系统时更换干燥过滤器,充注品质高的制冷剂,并加装干燥过滤器,尽量吸收制冷剂中的水分;对于分体式空调器可收冷后,选用厨房冰箱带法兰盘的大的干燥过滤器,将内部的变色硅胶换为氯化钙,然后将干燥过滤器的进端(带法兰端)连接在室外机低压侧三通阀螺纹上,另一端与螺母连接,放冷排空后恢复制冷循环,经数小时制冷运行不出现冰堵时,再收冷后把干燥过滤器拆下,恢复原连接,同时更换干燥过滤器,恢复制冷系统的运行。油堵与冰堵虽然同样表现为压缩机的低压吸气压力大幅度下降,但仍有一定的原则。制冷系统油堵时,绝大部分是半堵状态,制冷剂流动不畅,一般不会出现冰堵时所出现的周期性的结霜、化霜现象。当转到制热状态时,电磁换向阀工作,使制冷剂的流动方向发生变化,毛细管中的油蜡状物质有可能被开机瞬间的冲击力反方向带走,管路会暂时畅通,使系统能正常制热。

在修理中禁止向制冷系统内充注甲醇消除冰堵,虽然形成的甲醇溶液可以降低冰点,但甲醇、水与氟利昂制冷剂混合,会产生化学反应,生成氢氟酸、盐酸等酸性物质,腐蚀制冷零部件、破坏电机的绝缘性能,导致制冷系统的其他故障。

四、毛细管维修实例

华宝KFR一35GW 型空调器,开机后很短时间内有冷風吹出,但很快不再制冷。打开室内机检查,发现毛细管出口处,由结露变为结霜。这是制冷系统管路堵塞的重要特征。为了作进一步验证,用钳型表测量机组工作电流,电流从开机5.1A逐渐上升到6.2A,蒸发器有冷感,但2分钟后电流很快下降到3.8A,室内机再无凉风吹出,这种电流变化可以证实制冷系统有冰堵故障。与其它堵塞故障相比较,冰堵的特点是,停机一段时间后,堵塞处的冰粒会融化,系统又能制冷,制冷开始后,冰粒形成,又堵塞管路。而脏堵、油堵一旦形成,不会自动消除。排除冰堵故障的常规方法为,将制冷系统中的制冷剂放掉,用氮气吹洗管路。但那样既要排放制冷剂,又要耗费氮气,且管中的水分也不易被完全吹出,效果也不好。排除不太严重的冰堵故障,可以采用干燥过滤器吸湿的方法。首先关闭高压截止阀,然后开启空调机组,使制冷剂完全流至室外的机组中,完成制冷剂回收。关闭低压阀,然后将一个事先准备好的大号干燥过滤器,接在回气管路上。打开高、低压阀门,开启制冷系统借助干燥过滤器的干燥吸湿作用,吸收系统内的水分。如果运行中出现冰堵现象,可以关机等待一段时间,再开机吸湿,直到制冷系统可以连续正常工作。故障排除后,重新将系统内制冷剂回收,再取下吸湿用的干燥过滤器,恢复原制冷系统。开启机组测其电流值是否为额定电流值,再按正常标准补充一些制冷剂。此法既可保留原有系统的制冷剂不排放,又可节省氮气。

(作者单位:广东省中山市高级技工学校)