矿用电动轮空调系统泄漏故障诊断与维修探析

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司, 江西 贵溪 335424)

矿用电动轮空调系统泄漏故障诊断与维修探析

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司, 江西 贵溪 335424)

介绍了电动轮汽车空调系统的主要结构和工作原理，分析了系统制冷剂的充填与泄漏危害、系统泄漏故障形式及特征，提出了诊断系统泄漏故障与维修的方法。

矿用电动轮； 空调系统； 压缩机； 制冷剂； 泄漏故障； 诊断与维修

0 前言

江西德兴铜矿(简称德铜)铜厂和富家坞采区年采剥总量巨大，达1.32亿t。作为特大型露天金属矿山，大型矿用电动轮汽车是其采用的高效运输工具，它与矿山的开采、运输工作和矿产资源的高效开发利用息息相关，举足轻重[1]，其空调技术应用极其广泛[2]。

然而，制冷剂泄漏是其空调系统及机组最常见的故障，一旦发生，势必严重影响电动轮汽车的正常运行，产生一系列不良后果，损失巨大。因此，针对空调系统泄漏故障可能导致的严重后果，为准确、快速地检查出泄漏部位及故障原因，十分有必要对该故障的诊断与维修进行深入的探析。

1 系统结构组成及工作原理

1.1 主要结构组成

空调系统主要由压缩机(制冷剂泵)、备用阀、储液干燥器、冷凝器、膨胀断流阀、蒸发器、节温器、压缩机离合器、管路系统和电控系统等部分组成。

1.2 系统工作原理

空调制冷原理是利用低温低压的制冷剂，在蒸发器中不断吸收外界的热量，而冷却外界的空气[3]。压缩机(制冷剂泵)通过吸气阀(低侧)吸入低压、负载热量的制冷剂气体，将负载热量的制冷剂加压并迫使其通过排放阀(高侧)至冷凝器，通过冷凝器的环境空气带走制冷剂循环的热量，使制冷剂从气体转化为液体继续流至储液干燥器，杂质在此处被滤出、水分被清除，高压液体制冷剂流入膨胀阀，可测量进入蒸发器制冷剂的量，制冷剂经过该阀时，变为低温、低压液体且充满蒸汽，导致制冷剂变冷；当剩余的低压液体接近蒸发器时，开始沸腾汽化，增大冷却；驾驶室的湿、热空气通过蒸发器送风机被蒸发器带走。因制冷剂比空气温度低，吸热产生返回驾驶室的冷空气，空气中的水分在进入蒸发器时冷凝且滴入排放盘，并在此处排出驾驶室。当加热的低压气体通过吸入侧再次被吸入压缩机时，该循环结束。

2 制冷剂的充料及泄漏危害

系统制冷剂充料时，应使用新的、再循环的或再生的制冷剂。否则，会导致空调系统部件过早磨损、损坏及冷却性能变差。

2.1制冷剂的充料

2.1.1 再循环的制冷剂

再循环的制冷剂可被回收装置从电动轮汽车空调系统中抽出。制冷剂由符合技术规格的SAE J2099 装置上的过滤器进行清洁，仅能清除与汽车系统有关的杂质，因此，在汽车系统循环的制冷剂仅能重新使用在汽车系统中。

2.1.2 再生的制冷剂

再生的制冷剂的过滤过程则更彻底，几乎与新制冷剂的纯度标准相同。因而，再生的制冷剂可以用于所有的系统中，而不仅仅是汽车系统。但该类专业再生设备十分昂贵，一般仅配备在空调专业保养店中。

2.1.3 适量的制冷剂

若系统中未充入足量的制冷剂，则系统的冷却能力将减小；系统中充入超过规定量的制冷剂，则系统将在较高的压力下工作，冷却性能差，且极易损坏系统部件。若R- 134a 系统中的观察窗不清晰，则说明系统可能缺少制冷剂，但系统充料不得用观察窗作为计量工具，而必须使用台秤，以确保加入适量的制冷剂。一旦发现充入量不正确，则回收系统中的制冷剂，再以适量的制冷剂充入系统。这不仅是推荐的程序，而且也是确保系统在正确充料条件下工作以及提供最佳冷却性能的最好方式。

2.2 制冷剂泄漏的危害

按正确程序操作，制冷剂意外泄漏的可能性极小，但具有极大的潜在危害性，一旦泄漏，易造成人员伤亡和财产的巨大损失。

2.2.1 易冻伤皮肤及眼睛

制冷剂泄漏侵入途径一般为吸入和冻伤。处理液体制冷剂时，必须佩戴手套；特别是在制冷剂周围工作时，必须佩戴护目镜或面罩，以保护眼睛；若不慎有微量制冷剂溅入眼睛，必须立即用凉水冲洗，再寻求医治，否则可致晶体混浊，角膜穿孔，甚至失明。

2.2.2 烟气中毒

(1)健康危害。制冷剂遇明火或火星时，易发生分解且产生致命的有毒烟气(光气)，严重破坏呼吸系统，吸入低浓度该气体对粘膜有刺激作用；高浓度易导致组织溶解性坏死、化学性肺炎及灼伤。因此，严禁在使用或存储制冷剂的区域吸烟，不可导入气流清洁软管，或让火焰直接接触系统部件。

(2)急性中毒。轻度者表现为皮肤、粘膜的刺激作用，导致鼻炎、喉炎、气管炎，角膜、皮肤可能出现灼伤；重者导致眩晕、恶心、麻醉、惊厥症状，喉头水肿、声门狭窄、呼吸道粘膜细胞脱落、气道阻塞、可出现中毒性肺水肿、肝损伤，甚至窒息伤亡。

2.2.3 爆炸引起火灾

将制冷剂容器加热或存储在高于49 ℃处，若用车间气源、其它压缩空气源冲洗系统或进行系统压力测试时，仅需略微加压，R- 134a制冷剂与某些空气的混合物即能形成易燃的爆炸性混合物，局部加热也会使压力升高，相当危险。

3 系统泄漏故障形式及特征

3.1 制冷剂泄漏的现象

制冷剂泄漏时，会冒出大量白色烟雾，周围环境有强烈的刺激性气味，泄漏处的设备及管网发冷、结冻严重。

3.2 系统泄漏原因及形式

系统的泄漏是电动轮汽车空调系统最常见的故障，其主因是冷却不正确、无冷却或内部重要部件损坏等，泄漏形式主要有：

(1)制冷剂向外渗漏，会影响机组性能，污染空气环境，危害人身安全。

(2)系统外空气或水向系统内渗漏，易导致机组性能恶化，使制冷量锐减。

(3)制冷剂高低压内部窜气，一旦泄漏，损失非常巨大。

(4)冷冻油泄漏，也是一种泄漏故障[4]。

3.3 系统泄漏故障特征

3.3.1 压缩机轴密封周围

压缩机轴密封周围常伴随有新漏出制冷剂油的迹象。若冬季系统短暂停止工作，则轴密封会干燥和略微泄漏，通常可采用目测定位，或用手指绕着轴去感觉是否有油，因制冷剂本身虽无色、无味，泄漏时不留痕迹，但对制冷剂油亲合性却很强。离合器皮带轮自旋的离心力也可导致故障，但系统工作时，密封润滑湿润，泄漏会停止。

3.3.2 管接头或密封垫处

易泄漏区域是尼龙和橡胶软管与管接头夹紧或卡箍处，或易磨损的管线。应目视和物理检查其它螺纹接头或使用密封垫的区域。沿着冷凝器和蒸发器的底部移动手指，尤其是排放孔附近，检查是否有冷凝物，即可快速判断蒸发器的状态，任何新漏出油的迹象皆表明此处泄漏。通常，充料50%的系统足以找出多数的泄漏；若系统已空，则应将复式接头压力表组件连接至系统，至少将1.6 kg的制冷剂充入系统。

4 制冷剂的回收及其再循环

4.1 制冷剂回收及再循环装置

图1为制冷剂回收及再循环装置。无论何时从系统中清除制冷剂，都要使用该装置，执行回收/再循环程序，该程序符合处理用过制冷剂的新准则。回收的制冷剂再循环除去污染后即可被重新使用在同一台机器或车队中。为此，该装置可将油与制冷剂分离，且多次过滤制冷剂以去除其中的水分、酸度和颗粒物。

图1 制冷剂回收及再循环装置

空调系统是密封的，其压缩机上两个备用阀通过合适的软管与复式接头压力表组件连接，以便进行诊断测试、系统充料或抽空，每个备用阀皆装有保护帽，未使用时必须就位，以防污染或损坏阀。

但与制冷剂接触的维护工具(压力表组件、充料设备、回收及再循环设备等)仅可用于一种制冷剂，以防止交叉污染。

4.2 回收和再循环

4.2.1 排放前期回收循环中的油

打开机器前侧标示的油排放阀，将油回收到合适的容器中，按相关规定处理。因使用期间吸收杂质，油不可被重复使用。

4.2.2 执行回收程序

回收前应检查缸体制冷剂的液位，确保足够的容量；使用合适的制冷剂回收设备，按操作规程开始回收程序，继续抽空至空调系统中出现真空，待循环持续到系统无制冷剂为止；再检查观察窗油位，确定合适的加油量，用已回收红色磁性标签可避免污染的制冷剂充入系统。

4.2.3 执行再循环程序

装在缸体中回收的制冷剂，必须经历再循环程序之后，才可以被重复使用。该再循环或清洁模式是一种连续循环的设计，可迅速清洁制冷剂。

5 系统泄漏故障诊断与维修

为有效维护空调系统，对泄漏故障的维修是必要的程序，且仅能在排放系统之后进行，不要用任何润滑剂或密封剂来润滑或密封空调的任何连接处。

5.1 系统的密封

系统部件通常由铜、铝、黄铜等软材料制成，应保持密封、盖上或塞住开口的管线、管接头、部件和润滑剂容器，防止空气、水分或碎石进入敞开的系统，保持所有的连接处、帽和塞子的清洁，直到需安装部件和系统已准备好抽空和充料时为止。

5.2 系统的冲洗

若系统软管、部件或油中有任何杂质，则必须冲洗整个系统。关键部件如压缩机对异物颗粒极其敏感，极易受到影响；而冷凝器、蒸发器、软管和管接头中，有损坏或重度污染的，必须更换；余下的软管和部件，只能用许可的冲洗溶剂如Dura41通过冲洗装置冲洗，再用干的气源吹扫系统5～10 min。若膨胀阀已去除杂质，可重新装入系统；若未除去杂质，则必须换阀。清除系统中的碎屑时，只能采用SAE 或汽车空调协会MACS认可的冲洗方法及使用合适的制冷剂，任何其它方法皆可能对环境和空调部件造成损害。

5.3 部件的更换

5.3.1 软管和管接头

更换软管时，要使用与拆下软管的类型和ID 相同的软管。软管或管接头应被遮护或被箍住，且确保其就位牢固以防止振动时损坏。软管的长度会影响制冷剂的容量，维修时应尽可能更换同长度的软管。

5.3.2 管线

断开或连接至金属管的空调管接头时，需用两把扳手。因铜管和铝管极易扭结或断裂，应使用套环或卡箍用以确保管线振动时就位和牢固。

5.3 系统的抽空

一旦修理过空调部件、更换系统零部件、安装新系统及出现制冷剂大量损失时，应使用真空泵从系统中抽空所有的制冷剂、空气和水分。这是通过将系统压力降低至使水沸腾，再从系统泵出所有的空气和制冷剂来实现的。一旦正确抽空，系统可再次充料。用泵在空调系统中建立真空可有效汽化水分，使水蒸汽易被泵出，但不能将空调压缩机用作真空泵，否则压缩机将会损坏。

5.4 系统的充料

正确方法是先回收系统中所有的制冷剂，在发动机和压缩机工作的情况下，通过低侧维护口来对系统进行充料。大多数回收装置内设有秤以充入正确重量的制冷剂；若无此类设备，则可用常用秤先称出充料罐的重量，再减去正确充料的重量，然后进行系统充料，直至秤上显示该差值为止。观察窗仅可提供指示但并不是一种可靠的确定正确充料的工具；车间气源一般含水分和其它杂质，易损坏系统部件，特别是冬季更应保持系统的充料，这有助于防止水分侵入系统的油和干燥剂中。

5.5 系统泄漏诊断维修

我国对制冷剂泄漏检测基本靠人工巡检或用肥皂水混合溶液涂抹法，工作量大，效果欠佳。研制简单有效的诊断方法，准确、快速地诊断出泄漏故障，才可确保系统正常工作。

5.5.1 系统泄漏或堵塞故障

电动轮汽车空调系统的使用环境极其复杂、恶劣，高温、颠簸震动、油、气及水的污源等因素，皆会导致空调制冷剂的泄漏和污染，不科学的加注方式也会带来许多问题。应检查所有连接处或部件是否有制冷剂油的泄漏；管路是否畅通；密封胶圈是否老化；制冷剂压力是否异常；系统部件是否损坏；冷凝器、蒸发器是否有碎屑、堵塞及可能的污染；空气是否能分别自由地流经冷凝器、蒸发器；尤其是压缩机轴区域制冷剂油的泄漏表明存在制冷剂泄漏。待泄漏故障修复后，必须补充冷冻机油，将系统内抽成真空且充入制冷剂；若使用劣质或不同型号的制冷剂，往往会导致压缩机工作异常、制冷不良、管路腐蚀、泄漏、爆炸、重要部件损坏等故障；使用劣质或不同型号的冷冻机油，则会出现压缩机异常、制冷剂变混浊、制冷不良等故障。

5.5.2 系统泄漏故障的诊断

(1)电子泄漏检测器：典型电子泄漏检测器如图2所示，是一种带柔软探针的小型手持设备。其设计非常精确、安全可靠，即使微量泄漏，蜂鸣器、警告器或灯也会发出警示，但应确保所用的泄漏检测器适用于系统中的制冷剂。由于测试探子被移入有制冷剂痕迹的区域，可见或可听到的通告即表示有泄漏。当强度改变时，收声装置通常改变音调或声音的速度。

图2 电子泄漏检测器

图3 复式接头压力表组件

(2)感应软管或测试探子: 制冷剂自然状态是无害、无色的气体，比空气重，故系统泄漏或排放制冷剂时，其会向低处流动，因此，必须确保充分的通风。特别是发动机运转时检测系统泄漏，应格外小心，需在所有部件的下表面上放置一根感应软管或测试探子以定位泄漏。

(3)复式接头压力表组件：复式接头压力表组件如图3所示。通常可充分利用其读数来测试、诊断空调系统的性能，将系统中所有部件故障或失灵的可能性降至最小。该压力表组件设有两个螺钉型手动阀、控制系统、两个压力表和三根软管的通道。低侧压力表记录真空和压力，高侧压力表仅测量压缩机排放侧的压力；专用软管和复式管接头则用于进入空调内部、除去空气和水分，充入或清除系统中的制冷剂，使制冷剂损失最小化，预防误充制冷剂入系统。若只用一组压力表，则维护将被限制为仅能添加制冷剂或观察压力。

(4)系统充料加探测染料：系统工作后，充分循环染料。制冷剂溢出时，泄漏点处会遗留染料痕迹，而该痕迹可用紫外光(黑光)检测到，表现出明亮的荧光。

5.5.3 系统故障性能测试

(1)实际测试系统前，应先清除所有聚集在软管中的空气。按环保法规的明确要求，所有的维护软管皆应在维护端30 cm内设有一个截流阀，以确保仅有极少量制冷剂损失到大气中。

(2)压力表组件高侧和低侧各设有一个组合式速断接头和截流阀，中心软管也设一个阀。开始清除时，复式接头阀和备用阀将被关闭；激发真空泵后仅需几分钟，即可抽出中心软管内的所有空气和水分。

(3)将风扇放至冷凝器的前面，以模拟正常的冲压气流，使系统稳定；将温度计装入离蒸发器最近的空调排气孔，起动发动机且以1 000 r/min的转速工作；估计压力表读数，看是否与环境温度读数相匹配；将空调系统设定为在最大制冷和最大送风机转速状态下工作；关闭所有的车窗和驾驶室的门；手摸高侧软管和部件时，应小心烫伤。

(4)检查储液干燥器入口和出口温度是否均匀，若出口温度比入口低，则表示有堵塞；手摸低侧的软管和部件应是凉的；检查膨胀阀附近的连接处，入口热且出口凉；过10 min待系统稳定后，再观察压力表读数，且与规定范围比较，非常潮湿时，压力略微高一些；非常干燥时，压力则低一些；检查驾驶室的冷空气排放孔，出口空气温度将比环境气温低16～22 ℃，若压力和温度不在规定范围内，则表明系统工作不正确。

6 结束语

空调系统的泄漏特别是制冷剂的泄漏，将给大型矿用电动轮空调系统带来一系列的不良影响，对操作与维修极为不利。因此，对其泄漏形式及诊断维修进行深入的探究及处理，可为确保矿山的安全运行，大幅提高生产效率，有效降低生产成本，延长其使用寿命提供强有力的技术保障。

[1] 李勇,杨耀东,马飞.矿用电动轮自卸车的概况及未来发展趋势[J].矿山机械，2010(14)：9-16.

[2] 文长全，高雪松.列车空调系统常见故障分析及处理方法研究[J].黑龙江科技信息，2008(15)：2-3.

[3] 李忠明.浅谈特雷克斯3307型矿用汽车空调的常见故障维护[J].矿用汽车，2010(2)：13-14.

[4] 吴勇华.制冷剂泄漏的诊断与预报[J].暖通空调，2001，31(4): 102.

DiscussionontheLeakageDiagnosisandMaintenanceofAirConditioningSystemofMiningElectricWheels

ZHANG Wei-qi

This paper introduces the primary structure and working principle of air conditioning system of mining electric wheels, analyzes the refrigerant filling and leakage harm, ways and features of leakage failure in the system, and proposes some methods for leakage diagnosis and maintenance of the system.

mining electric wheels; air conditioning system; compressor; refrigerant; leakage failure; diagnosis and maintenance

2014-05-15

张伟旗(1965—)，男，江西余江人，大学本科，高级工程师，主要从事铜加工、有色冶金和机电设备工程的研究工作。

TD422

B

1008-5122(2015)01-0030-04