スクリュー式冷凍コンプレッサーは容積式コンプレッサーです。1934年の登場以来、その優れた性能、摩耗の少なさ、そして高い冷却能力により、小型から中型、大型の冷凍システムにおいて主流となっています。では、フッ素系冷凍機のスクリュー式コンプレッサーでは、使用中にどのような故障が発生しやすいのでしょうか？以下で詳しく見ていきましょう。
1. 異常な圧縮率
2. コンデンサーの効率低下と故障
3. 蒸発器の効率低下と故障
4. オイル回路システムの故障
5. 電気系統の故障
1. 異常な圧縮率
圧縮比は、コンプレッサーの性能を知っている人なら誰でも知っているものです。しかし、圧縮比にはどのような用途があるのでしょうか？単なる計算ツールなのでしょうか？実はそうではありません。
ねじ式機械とピストン式機械の違いは、ピストン式機械は圧縮不足の状態しか起こらないのに対し、ねじ式機械は圧縮過剰の状態も起こすという点です。
構造の影響を受けるスクリューコンプレッサーには、内部容積比（英語略語Vi）という重要なデータがあり、ほとんどのスクリューコンプレッサーではViは固定されています。メンテナンスと操作の観点から、内部容積比の値は外部圧縮比（凝縮圧力と蒸発圧力の絶対圧力比）の値と非常に似ており、このコンプレッサーの効率が最も高くなります。
では、圧縮比が大きい場合や小さい場合はどうなるのでしょうか？
値が大きすぎる場合、または圧力差が大きすぎる場合は、システムが設計値から完全に逸脱していることを示しています。主な現象としては、吐出温度と圧力温度が高すぎる、吸入圧力が低い、温度が高いなどが挙げられます。
排気圧力と温度が高すぎると、主な悪影響として、システム内の潤滑油が炭化しやすくなり、油膜の形成に適さなくなり、ローターが十分に潤滑されなくなることが挙げられます。
吸入圧力が低い場合、吸入圧力温度が高い場合は主にモーターの冷却に影響し、排気温度が高い場合は、基本的に排気温度と排気圧力が高い場合と同等の結果となります。
小さすぎると、主に湿潤ストローク（湿った車、逆霜）に影響します。一部の材料では、スクリューコンプレッサーは湿潤ストロークに強く、当社の設計の一部もそのように宣伝されています。実際には、スクリューコンプレッサーは湿潤ストロークを非常に嫌います。大量の液体がコンプレッサーに戻ると、潤滑油が希釈され、結果として排気温度が上昇します。
もちろん、圧縮比が小さすぎることも原因の一つであり、ローターの深刻な摩耗や、負荷・アンロードの不具合も関係している。
2. コンデンサーの効率が低い
凝縮器の効率が低いと、主に液供給温度と液化できるかどうかに影響します。膨張弁には理想的には液が十分に供給されることが知られています。このようにすることで、システムの効率が高まり、冷却能力が最大になります。さらに、大型ユニットには基本的に付属の蓄熱器があり、これは主に油冷却に使用されます。したがって、凝縮器の高効率を維持することは特に重要です。故障の主な原因は、冷却方法の選択ミス、蒸発面積の不足、冷却媒体の不足、熱交換の不足です。そのため、点検時にはファン、ウォーターポンプ、フィンなどの重要な箇所が主にチェックされます。
これに関連して、凝縮効果が良すぎるという問題があります。例えば、周囲温度が低すぎると凝縮効果が良すぎて、蒸発器に入る液体の効率が高くなります。このとき、吸入過熱度が非常に低くなり、膨張弁の感度も低くなるため、始動時の油圧ショックが発生します。あるいは、排気圧力と吸入圧力の差が不十分になり、差圧式油圧供給方式のスクリュー機にとっては致命的な問題となります。
3. 蒸発器の効率が低いか高い
蒸発器の効率が低いと、主に冷却対象物の冷却に影響を及ぼし、湿行ストロークは圧縮機に影響を及ぼします。一方、効率が高いと吸入過熱度が高くなりすぎ、圧縮機の吐出温度に影響を及ぼします。
濡れたストロークの判定
湿潤ストロークは、低温条件下では、実際には比較的簡単に判断でき、主にコンプレッサーの吸込霜線で判断しますが、エアコンの場合はどうでしょうか？結露でしょうか？特にチラーの場合、判断に問題があると、破損や水の浸入などの問題を引き起こします。そのため、圧力-エンタルピー図、または排気温度から凝縮後の温度を引いた値に基づいて判断できます。値が30K未満であれば、湿潤ストロークと判断できます。
ここでもう一つ言っておきたいことがあります。膨張弁については、別途リストを用意していません（私の著書『膨張弁のメンテナンス』を参照してください）。膨張弁は万能な調整弁ではなく、すべての運転条件が膨張弁の調整要件を満たすわけではありません。特に大型の馬車などはそうです。
4. オイル回路の問題
オイル回路に関しては、主にオイルの品質、清浄度、オイル戻り温度などに反映されます。スクリューコンプレッサーの冷凍システムにおける潤滑油の主な機能は、潤滑、冷却、およびシールです。
さらに、騒音低減や衝撃吸収の機能も備えていますが、業界では多くの議論があります。主な理由は、オイルがモーター部分に気泡を形成し、その気泡が騒音を消音するからです。しかし、一部のメーカーは、気液の混入を制御するのが難しいため、消泡剤を添加するという、効果がないと考えています。
衝撃吸収は主に転がり軸受の潤滑を目的としており、その効果は顕著ではないため、上記の2つの機能は主要な機能とはみなせない。
オイル戻り温度は、スクリューコンプレッサーの寿命に大きく影響します。一般的に、推奨運転温度は40～60℃ですが、メーカーによっては70℃や80℃を指定している場合もあります。油温が高すぎると、オイルの炭化や油膜の形成不良を引き起こします。また、油温は排気温度にも影響し、ひいては圧縮比にも影響します。そのため、油温を選択する際には、調整に十分ご注意ください。
油の清浄度
オイルの清浄度はシステムの清浄度でもあります。清浄度を維持することはスクリューコンプレッサーの主な特徴です。スクリューコンプレッサーはピストンコンプレッサーとは異なります。構造上の理由から、システムの清浄度はピストンコンプレッサーよりも高くなります。噛み合いローターの高速回転により、異物がコンプレッサーに急速に吸い込まれ、噛み合いローターに損傷を与えます。特に、小さな金属片や異物は、吸引フィルターの遮断を突破し（比較的大きな異物も含む）、吸引によるフィルタースクリーンの損傷は珍しくありません。また、機械自体の組み立ての問題により、部品が脱落してローターの間に挟まることもあります。これはモーターに直接的な損傷を与えることは避けられません。小さな金属片は直接作用しませんが、ローターの油膜に衝突し、ローターベアリングの潤滑不良、シリンダーの固着、ベアリングボックスの噛み込みを引き起こします。最も恐ろしいのは、小さな粒子が短絡連鎖を形成し、モーターに直接的な損傷を与えることです。
酸性潤滑油コンプレッサーは、分析のために電源を入れた際に、潤滑油が焦げたような臭いがすることがよくあります。金属表面がひどく摩耗すると温度が非常に高くなり、175℃を超えると潤滑油が炭化し始めます。システム内に多量の水が存在する場合（真空ポンプが理想的でない、潤滑油と冷媒に多量の水分が含まれている、負圧戻り空気管が破損した後に空気が侵入するなど）、潤滑油が酸性になることがあります。酸性潤滑油は銅管や巻線の絶縁体を腐食させます。一方では銅メッキを引き起こし、他方では銅原子を含む酸性潤滑油は絶縁性能が劣るため、巻線の短絡を引き起こす可能性があります。
スクリューコンプレッサーユニットの故障は、さまざまな要因によって引き起こされます。例えば、オイル不足による潤滑不良は、ベアリングの固着、ローターの固着、そしてコンプレッサーモーターの停止、コンプレッサーの異常上昇、モーターの焼損などを引き起こします。では、なぜオイル不足や潤滑不良が起こるのでしょうか？実際には、排気温度の上昇、液体の衝撃などが主な原因です。したがって、保守担当者は、これらの故障を修理・改善する前に、注意深く観察し、慎重に検討する必要があります。
1. 起動時または運転中に油が沸騰する
この不具合は、コンプレッサーに液体が流入しているか、潤滑油中の冷媒量が多すぎることが原因です。スロットル機構を調整して、冷媒の過剰充填がないか確認してください。
2. オイルレベルが不足しているか、または多すぎる
不足している場合は、オイルの不具合、給油量の不足、または蒸発器へのオイルの戻り不良が考えられます。メンテナンス時には、液面が液面になっていないか注意してください。液面が液面になっていない場合は、スロットル機構の故障、または不適切な設置が原因であると考えられます。
値が高すぎる場合は、オイルフィルターが詰まっており、冷媒がオイルに混入している可能性があると考えられます。
3. 排気温度が高すぎる
排気温度が高くなる原因は数多くありますが、主な原因は冷媒の過剰または不足、吸入過熱度の過剰、および不安定な運転条件です。
4. 吸引圧が低い、または変動する
吸入圧力低下の主な症状としては、冷媒不足、絞り機構の不均衡、凝縮温度の上昇、液圧ショックなどが挙げられる。
投稿日時：2022年12月5日
