YORK-CMO28型船舶空调系统的液击和使用管理建议
内容提要：介绍YORK-CMO28型船舶空调系统制冷温度控制单元的基本原理，以及电脑数码控制系统对过热度的控制和针对压缩机“液击”现象的保护控制，分析空调压缩机“液击”的原因，提出日常使用管理的意见和建议。
关键词：船舶空调 控制系统 电子膨胀阀 过热度 能量调节 液击


“液击”，是空调往复式制冷压缩机特有故障。
大型集装箱船配置的YORK-CMO28型空调系统配备往复式制冷压缩机，也易发生“液击”。
“液击”的机理，是部分冷剂没有蒸发，更没有过热，仍处于液相（近乎不可压缩），进入压缩机气缸内受压，压力骤增，轻则“假缸盖”跳动敲击，重则损坏机械部件。
要避免“液击”，必须保证进入压缩机的冷剂是完全蒸发并有一定过热度的过热蒸气。
过热度，指蒸气温度超过当时饱和压力对应的饱和温度的数值，是衡量蒸气过热程度的重要概念。
过热度不能直接测量所得，需要用冷剂当时的温度减去“冷剂当时的压力对应的饱和温度”得出，而“冷剂当时的压力对应的饱和温度”只能根据冷剂当时的压力从不同冷剂的饱和压力-饱和温度特性曲线查出。
例如，蒸发器出口的冷剂过热度，等于蒸发器出口的冷剂温度减去与蒸发器出口的冷剂压力对应的饱和温度，即：
Superheat ℃ = Suct.Temp. ℃ – Suct. Press. ℃/R
1 船舶空调制冷系统温度控制简介
大型集装箱船的YORK-CMO28型空调系统，采用电子膨胀阀（AKV）和全电脑数码控制，控制元件包括FX2N PLC电脑板和E200 LEDs控制面板等。
这个系统的控制原理，包括：
（1）双控制回路
双控制回路，即压缩机的能量调节，和电子膨胀阀AKV的“开度”调节（注：AKV，要么全开要么全关，其“开度”指其打开的持续时间）：
 当送风温度在温度设定值Supply SP＋偏差值Offset上方时，压缩机能量调节的依据是送风温度； AKV的“开度”调节的依据是蒸发器出口的过热度。
 当送风温度在温度设定值Supply SP＋偏差值下方时，两者调节的依据又互换，即压缩机能量调节的依据是过热度；AKV的“开度”调节的依据是蒸发器出口的送风温度。
双调节回路的两种调节模式，既相对独立又相互影响：
 压缩机的能量调节，影响吸入压力、蒸发温度、送风温度、过热度，也影响AKV的“开度”；
 AKV的“开度”调节，影响吸入压力、蒸发温度、送风温度、过热度，也影响压缩机的能量调节。
（2）夏季补偿调节，依据送风温度即室外温度（20~35 ℃）设定值的变化。
（3）采用比例积分（PI）调节（特性）模式。
可知，整个制冷系统的调节控制，是一个包括双调节回路、四种调节模式、PI调节特性等的较为复杂的控制调节统一体，可满足系统的全自动控制和“傻瓜”操作。
2 控制过热度，保护压缩机免于“液击”
YORK-CMO28型空调系统，主要从控制系统、管系设计、压缩机组的机械保护等三方面采取措施控制过热度，保护压缩机免于“液击”。
（1）控制AKV开闭和开度控制过热度
 设置压缩机启动和运行期间的MOP（Max Operation Pressure，一般设定为0.75 MPa）功能——若压缩机启动和运行时进口压力大于此设定，立即关闭AKV。
 低过热度限制LT SuperH（Low Superheat Limit，厂商设置为2 ℃）保护功能，若蒸发器出口的过热度小于设定值，立即关闭AKV。
注：LT SuperH 出现在液晶显示屏中，Low Superheat Limit出现在说明书中，概念相同。
 冷剂供给量调节FF Regulation（Feed Forward Regulation）功能——压缩机能量调节时，根据FF Factor的设定值，相应开大或关小AKV“开度”，防止过热度较大波动。根据厂商设定值20计算，空调压缩机能量加、减一级即25％能量调节时，AKV相应开大或关小5％。
 AKV的Start Pos.（设定压缩机启动时AKV的“开度”，厂商设置为20%）功能——限制压缩机启动时的AKV开度。
（2）冷剂管系布置提高过热度
 设置高效的“过热器”——冷剂蒸气回气管穿过冷凝器被加热提高过热度（现场测定6~12 ℃），防止“液击”。同时提高冷凝器中冷剂过冷度，从而提高制冷效率。
 冷剂管系的特殊布置——冷剂回气管路较长（典型4250 TEU集装箱船，空调压缩机设置在右舷2P甲板，而风机蒸发器系统设置在左舷UP甲板），从设置在左舷UP甲板的蒸发器出口，到设置在右舷2P甲板的压缩机进口，管系较长（直径70 mm、长超过30 m）且经过机舱，可提高过热度（经测量，约1~3 ℃）。
（3）压缩机组的机械保护
空调压缩机采用传统的“假缸盖”设计。若压缩机“液击”而缸内压力剧增，“假缸盖”会被顶起，立即释放压力，减少机械负荷，避免机械部件损坏。
有以上三方面，只要系统控制单元自动调节和保护功能正常，就不会发生“液击”。
3 空调压缩机“液击”原因
“液击”，可能有四方面原因。
（1）检测和控制原件故障，例如：
 温度、压力传感器故障失效或感测偏差大；
 电子膨胀阀故障漏泄、常开等。
（2）控制单元故障，例如：
 两个调节回路的四种调节模式失控；
 PI调节器出错；
 MOP、Low Superheat Limit、FF Factor、Start Pos. 等功能失效。
（3）错误修改参数的设定值
调节参数的设定值，和/或保护参数的设定值，被人为错误地修改，会改变系统调节特性，影响系统正常稳定工作，甚至引发故障，可能包括：
 MOP、Start Pos.等设定值太大；
 FF Factor、LT SuperH等设定值太小；
 压缩机过热度调节参数High super设定不当；
 Low super设定不当；
 AKV过热度调节参数Setpoint设定不当；
 AKV送风温度调节参数Gain设定不当，等。
（4）操作使用管理不当，可能包括：
 空调压缩机较长时间停用而没有将冷剂收回冷凝器（储液罐），和/或AKV漏泄，致使液态冷剂大量滞留在低压吸入管系；
 长期手动控制状态运行，运行参数严重偏离工况点；
 系统冷剂过量，且控制系统存在缺陷；
 压缩机维修保养不良致使某些部件（能量调节机构、进排气阀等）有缺陷，等。
4 使用管理建议
空调控制系统的控制菜单比伙食冰机控制菜单复杂，既有只显示设定参数和工作参数的显示菜单，又有点中后影响系统运行的操作菜单，而控制菜单没有明确区分这两种，极易误操作。
主管人员和轮机长，要熟悉空调控制系统E200 LEDs控制面板上的基本控制项目和菜单操作。
目前，相当一部分轮机长和大管轮（尤其新上岗和刚结束较长时间公休的），不熟悉控制菜单，甚至不敢操作。据说，有的大管轮、轮机长因操作不熟甚至开不出空调。
建议：常用菜单、操作菜单、可调节的系统重要参数菜单和警告提示等，张贴在控制箱上，以指导相关人员正确操作和避免误操作。
4.1 工作模式和控制模式
（1）一拖二模式
日常使用最好设置为一拖二模式，即一台空调压缩机组带两台风机系统AHU的工作模式（Cross connection）。实践证明，这种模式运行成本较低，安全因素较大，便于维修管理，节约能源和设备资源。
这种模式，目前已被大型集装箱船舶广泛采用。当然，若一台蒸发器或风机故障，也可用一台空调压缩机带一台风机系统AHU供全船使用（另一台风机出口风闸必须关闭，以免送风倒流），虽风量小，同样也能够维持全船的舱室温度。
（2）避免长期手动控制运行
空调压缩机日常使用尽可能避免使用手动控制状态。因为手动控制状态，整个制冷温度调节只靠AKV一个调节控制回路，压缩机组不能自动调节能量，热负荷较大变化时工作参数往往会偏离工况点，不利于系统工作稳定。
手动控制状态一般只在停机和系统维护时使用。
（3）避免频繁启停
外界气温处于临界状态，压缩机25%负荷工况即可满足需要（即不太热，沿海南北航线船舶常遇到），常常在吸入压力过低即过热度过大时会低压停车，但短时间内低压升高后又自动启动，因而压缩机启停频繁（甚至进口管系结霜），容易造成压缩机工况不稳定，运动部件磨损，非常不利。
这时，应该根据航线、航区季节温度等情况，停机或采取增加热负荷维持运转的措施，总之要避免压缩机启停频繁。
4.2 设定参数
空调控制系统LEDs面板中设定的参数很多，仅制冷温度控制单元的设定参数就有几十个。
这些设定的参数，大部分应按照厂商说明书要求定期校核，不得随意修改调整；个别常用操作参数可以根据具体的使用要求进行调定，包括：
 温度控制，Supply SP、Start cool、Start heat等。
 压缩机维护检修，LP Suct.、LP Delay（需输入密码后才能重新设定）、Warning h等。
 一台空调压缩机带两台风机系统AHU的Cross Connection（换用压缩机时必须先停风机，调整管系相关阀件，输入密码后才能重新设定再投入使用）。
设定参数的修改，分两个级别：
 一般参数如Supply SP、 Start Cool、Start heat、Warning h等，可直接修改。
 重要的参数，如LP Lub oil、HP Disc、LT Suct、LP Delay，MOP、LT SuperH、Cross Connection等，修改要非常慎重——一般是主管人员有专业目的时调整，修改前必须输入密码，修改后再确认（YES / NO），并监控其效果。
4.3 空调压缩机的起停操作
（1）正常启动，只需将手动转为自动即可。
（2）压缩机短时间停车，可转手动后降负荷直到停车，不必开关各阀。
（3）空调压缩机意外断电停机后启动，慎重起见：
① 先关小压缩机吸入阀，
② 启动风机，
③ 压缩机控制设定自动状态，
④ 压缩机自动启动后，注意观察进口压力并逐渐打开吸入阀，直至运行参数稳定正常。
（4）压缩机长时间停车
①关闭冷凝器（储液罐）出口阀，
② 压缩机控制设定手动状态，
③ 逐步降负荷至25%，直到冷剂基本全部收入冷凝器（储液罐），低压动作停车，
④ 必要时停风机，
⑤ 关闭冷剂管系相关阀件，
⑥ 关闭压缩机进出口阀。
（5）压缩机长时间停机后的启动
① 全面检查压缩机确认完好；
② 启动风机；
③ 打开冷剂管系相关阀件；
④ 打开压缩机出口阀，略开进口阀；
⑤ 压缩机控制设定自动状态；
⑥ 逐渐打开冷凝器（储液罐）出口阀；
⑦ 待压缩机自动启动后，注意观察进口压力并逐渐打开进口阀；
⑧ 压缩机启动完毕后，全面检查机旁和LEDs面板上压缩机各运行参数，直到运行工况稳定方可离开。这个过程大约需要十五分钟。
4.4 运行监控
（1）压缩机组、冷凝器机相关管系
现场检查有关参数（有时还能观察到压缩机能量调节加载/卸载的动作），确认在正常范围：
 压力，包括压缩机组排出压力、吸入压力（绝不能大于0.75 MPa）、滑油压力、冷却水进出压力等；
 温度，包括吸入管系温度（对应吸入压力）、冷却水进出等；
 滑油油质（颜色）；
 负荷量%（对照电流表确认）；
 运转声响；
 漏泄，包括机体、轴封及管系等；
 液位，包括冷凝器（储液罐）及其出口示液镜冷剂流量、曲轴箱油位等；
（2）风机、蒸发器及其相关管系
现场检查有关参数，确认在正常范围：
 风机电流；
 送风温度（风机出口）Supply air ℃（符合设定温度Supply SP）；
（3）对照压缩机参数与风机系统AHU参数
从E200 LEDs面板菜单，查看（必要时对照机旁参数）确认压缩机参数与风机系统AHU参数匹配。
（4）冷剂要适量
4250TEU集装箱船典型的YORK-CMO28型空调压缩机组，压缩机与风机系统AHU间距离较远，高、低压管系较长（大于30 m），冷凝器（储液罐）出口至AKV间的冷剂高压管系容量大，滞留的冷剂多。尤其采用“一拖二”工作模式，两根冷剂高压管系（直径40 mm）更增加了储存冷剂的量，容纳冷剂更多，以致系统运行时工作机组的冷凝器（储液罐）中往往看不到冷剂液面。能够看到冷剂液面，即表明系统冷剂量过多，甚至很难将冷剂全部收回到一个冷凝器（储液罐）中。
若冷剂适量，较易从运行工况偏离发现漏泄；若冷剂过多，一旦从运行工况偏离发现漏泄，冷剂已经漏失很多。
所以建议，要严格控制空调系统的冷剂量，高负荷时基本够用略有储备即可，以利于及时从运行工况偏离发现漏泄，及时查找原因和消除。
可根据电磁阀开度、电磁阀本体温度、冷剂流动的声音及送风温度，基本能够判断出冷剂是否充足，系统工作是否正常：
 使用检查工具，检测电磁阀开/关状态。
 细听电磁阀后冷剂流动声音，探测冷剂流动时间的长短（AKV开度）。
 一拖二模式工作时，若系统缺少冷剂一般先是一台风机的送风温度/AKV出现工况偏离，故应比较两台风机系统AHU送风温度（。
5 空调压缩机组机械部分的维修保养
空调压缩机组机械部分维修保养，必须执行以定时保养为主，以PMS的定期保养为辅的有关程序。说明书P47 - Schedule service有详细规定，不再赘述，但绝非不重要。