謝迎春

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所，重慶400060）

1 設(shè)備概況

1.1 超聲波清洗機(jī)冷卻系統(tǒng)作用與清洗液循環(huán)原理

PTO－4018RT超聲波清洗機(jī)用于電路板以及各種零部件的清洗，其分別在蒸餾槽、清洗槽與蒸汽槽上部安裝了冷卻排管，當(dāng)冷卻系統(tǒng)工作時(shí)，在各槽上方區(qū)域形成溫度較低的冷凍區(qū)（－5℃以下）。槽底的加熱裝置工作會使槽內(nèi)揮發(fā)性強(qiáng)、熔點(diǎn)較低的有機(jī)溶劑組成的清洗液沸騰，形成大量蒸汽，這些蒸汽上行到達(dá)冷凍區(qū)后，急劇凝結(jié)，又返回液態(tài)，被冷卻排管下方的集液器收集，經(jīng)油水分離器去除水分后，清潔干凈的清洗液回流到各槽中進(jìn)行循環(huán)利用，周而復(fù)始。

1.2 原超聲波清洗機(jī)冷卻系統(tǒng)存在的問題

（1）超聲波清洗機(jī)冷卻系統(tǒng)配套的壓縮機(jī)不合適。原廠配套的2P及3P壓縮機(jī)為空調(diào)壓縮機(jī)，當(dāng)壓縮機(jī)燒毀后也是換用同類型號的空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行維修；空調(diào)壓縮機(jī)為高溫壓縮機(jī)，其適合的工作蒸發(fā)溫度為－10～10℃，冷卻排管形成的冷凍區(qū)溫度通常在－5℃以下，冷卻系統(tǒng)實(shí)際工作蒸發(fā)溫度為－15～－10℃，因此，原配套的空調(diào)壓縮機(jī)不合適，因?yàn)樵摴r會對壓縮機(jī)壽命有較大影響。（2）原廠設(shè)備選用冷卻系統(tǒng)制冷量與實(shí)際負(fù)荷不太匹配。該機(jī)采用2臺風(fēng)冷冷凝機(jī)組，其中2P冷凝機(jī)組用于蒸餾槽冷卻，實(shí)際槽內(nèi)加熱功率2 k W。3P冷凝機(jī)組用于清洗槽與蒸汽槽冷卻，清洗槽加熱功率2 k W，蒸汽槽加熱功率2 k W，清洗槽內(nèi)溶液溫度通常控制在40～50℃，并沒有達(dá)到沸點(diǎn)，對該冷凝機(jī)組負(fù)荷影響小，可忽略不計(jì)，實(shí)際負(fù)荷只有2 k W左右。設(shè)備開機(jī)后冷卻系統(tǒng)為連續(xù)工作，長期處于“大馬拉小車”的狀態(tài)，導(dǎo)致其壓縮機(jī)壽命減短。（3）冷卻系統(tǒng)檢測、保護(hù)不完善。該冷卻系統(tǒng)沒有吸氣壓力、排氣壓力監(jiān)測，沒有吸氣壓力過低保護(hù)。冷凝機(jī)組長期裸露在室外，沒有專門的避雷設(shè)施，夏季容易因雷擊而燒毀壓縮機(jī)。（4）室外冷凝機(jī)組維修極不方便。清洗機(jī)因生產(chǎn)使用需要安放在2樓，其冷凝機(jī)組受安裝位置所限只能安置在2樓外墻，維修時(shí)需搭梯子，維修操作困難。該清洗機(jī)從投入使用以來，冷卻系統(tǒng)各種故障頻發(fā)，每1～2年至少要燒毀1臺壓縮機(jī)，嚴(yán)重時(shí)曾在1年內(nèi)就燒毀3臺壓縮機(jī)。特別是在夏季時(shí)，維修工作量很大，會對生產(chǎn)有較大影響。

2 冷卻系統(tǒng)改造

2.1 改造緣由

2011年6月底，PTO－4018RT超聲波清洗機(jī)開機(jī)后發(fā)現(xiàn)清洗槽與蒸汽槽的冷卻排管無冷氣，經(jīng)檢測確認(rèn)故障為冷卻系統(tǒng)3P冷凝機(jī)組壓縮機(jī)燒毀。該超聲波清洗機(jī)為關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，正值生產(chǎn)任務(wù)緊張時(shí)期，因而對生產(chǎn)進(jìn)度有很大影響。鑒于設(shè)備冷卻系統(tǒng)故障多的實(shí)際情況，決定對其冷卻系統(tǒng)實(shí)施改造。

2.2 改造方案

（1）對清洗機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。因冷卻系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷約為4 k W，擬將原有的2臺風(fēng)冷冷凝機(jī)組改為1臺4 HP水冷冷凝機(jī)組；由2個(gè)膨脹閥分別調(diào)節(jié)蒸餾槽的冷卻排管、清洗槽與蒸汽槽的冷卻排管內(nèi)制冷劑流量。（2）冷卻系統(tǒng)的重要部件，如制冷壓縮機(jī)、熱力膨脹閥等，采用知名品牌部件，以提高設(shè)備可靠性。（3）加強(qiáng)對冷卻系統(tǒng)的保護(hù)。加裝高低壓力表，便于監(jiān)控工作狀態(tài)；管路裝設(shè)干燥過濾器、氣液分離器、電磁閥、高低壓力控制器，加強(qiáng)對壓縮機(jī)等重要部件的保護(hù)；同時(shí)，水冷機(jī)組置于室內(nèi)，以大大減少雷電擊毀壓縮機(jī)的可能性，同時(shí)方便設(shè)備維修。

2.3 選型

（1）制冷壓縮機(jī)選型及制冷劑選擇。壓縮機(jī)為冷卻系統(tǒng)的核心部件，合理的選型對冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。冷卻系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷約為4 k W，工作蒸發(fā)溫度范圍為－15～－10℃，選用中溫制冷壓縮機(jī)更為合適；經(jīng)多方比較，最終采用谷輪ZB29 KQ－PFJ－524制冷壓縮機(jī)。選取廣泛應(yīng)用的氟利昂R22作為制冷工質(zhì)。（2）其他部件選型。依據(jù)壓縮機(jī)制冷量選取相應(yīng)規(guī)格、型號的殼管式水冷冷凝器、熱力膨脹閥等部件（表1）。

表1 具體選型一覽表

2.4 制冷循環(huán)流程

制冷劑R22循環(huán)過程如下：壓縮機(jī)—?dú)す苁嚼淠鳌鲆嚎傞y（供液閥）—干燥過濾器—電磁閥—熱力膨脹閥—冷卻排管（蒸發(fā)器）—?dú)庖悍蛛x器—壓縮機(jī)。如此反復(fù)循環(huán)。

2.5 安裝、調(diào)試

2.5.1 安裝

本冷卻系統(tǒng)采用的制冷劑R22有很強(qiáng)的滲透力，易泄漏；R22在水中的溶解度為0.06%，屬于不溶水物質(zhì)，當(dāng)含水量超過溶解度時(shí)易造成冰堵現(xiàn)象；同時(shí)，含水時(shí)R22對金屬等有腐蝕作用，會減短壓縮機(jī)等部件的使用壽命，甚至燒毀壓縮機(jī)。因此，冷卻系統(tǒng)必須有嚴(yán)格的密封、防泄漏措施。除選用質(zhì)優(yōu)的部件外，安裝時(shí)對冷卻系統(tǒng)正常使用影響最大且容易被忽視的就是部件的干燥處理、管材選擇、管道的連接與密封，其控制要點(diǎn)如下：（1）所有部件、管道等使用前應(yīng)進(jìn)行干燥處理（必要時(shí)進(jìn)行烘干），并用塞子或膠帶等密封部件接頭或管口。（2）冷卻系統(tǒng)管路連接采用脫磷無縫拉制的紫銅管，管道表面無裂紋、劃傷、凹坑等缺陷；吸氣連接管采用外徑15.9 mm優(yōu)質(zhì)厚壁紫銅管，排氣連接管采用外徑9.52 mm優(yōu)質(zhì)厚壁紫銅管。（3）管路連接盡量采用氣焊，焊接前必須仔細(xì)清除管路表面污物、氧化物等；焊接時(shí)應(yīng)加入氮?dú)獗Ｗo(hù)；操作時(shí)應(yīng)小心，防止焊料掉入管內(nèi)；焊點(diǎn)應(yīng)無針孔、裂紋等；采用螺母連接時(shí)應(yīng)處理好接頭，旋緊螺母。（4）系統(tǒng)安裝連接后先加干燥氮?dú)庵?.3～0.5 MPa，檢查管路情況；若無泄漏，繼續(xù)加入干燥氮?dú)庵?0 MPa，壓力應(yīng)保持24 h穩(wěn)定，否則應(yīng)重復(fù)本步，找出泄漏點(diǎn)重新處理，直至滿足要求。（5）加灌制冷劑前應(yīng)先放掉氮?dú)猓俪檎婵詹欢逃? h或使真空度達(dá)到60 Pa以上。（6）吸氣管道部分應(yīng)包扎保溫泡沫，保溫層厚度不小于15 mm。

2.5.2 制冷劑的沖注、調(diào)試

該冷卻系統(tǒng)制冷劑開始是按廠家推薦的重量進(jìn)行沖注，但熱力膨脹閥的開度始終無法調(diào)整到合適狀態(tài)，原因在于2只熱力膨脹閥調(diào)整較為困難，另外，蒸餾槽的冷卻排管、清洗槽與蒸汽槽的冷卻排管布局、長度等對沖注量也有影響。設(shè)備改造現(xiàn)場檢查儀器有限，實(shí)際制冷劑的加灌、調(diào)試只有根據(jù)調(diào)機(jī)人員的經(jīng)驗(yàn)以及檢測的壓力參數(shù)、壓縮機(jī)電流等進(jìn)行，控制要點(diǎn)如下：（1）停機(jī)，放掉部分制冷劑，分別記錄2只熱力膨脹閥調(diào)整螺釘全開到全關(guān)時(shí)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，再將2只熱力膨脹閥開度調(diào)節(jié)到中間位置。（2）開機(jī)，啟動2槽加熱4 k W，運(yùn)行約10 min后檢查第一只膨脹閥、該路相連的冷卻排管以及壓縮機(jī)吸氣口的結(jié)霜情況。正常的結(jié)霜狀況為膨脹閥后部有薄薄的霜，冷卻排管后部3～4排結(jié)霜，壓縮機(jī)吸氣口附近有手掌大結(jié)霜區(qū)域；若沒有結(jié)霜再緩慢旋大開度，運(yùn)行數(shù)分鐘后再觀察；若旋轉(zhuǎn)約2／3開度均沒有結(jié)霜或結(jié)霜情況不好，則應(yīng)補(bǔ)充制冷劑，同時(shí)膨脹閥旋回1／2開度，重復(fù)先前的調(diào)節(jié)，直至結(jié)霜狀況正常。相反，若結(jié)霜過多，則旋小膨脹閥開度；若旋轉(zhuǎn)約1／3開度后結(jié)霜仍過多則應(yīng)放掉部分制冷劑，同時(shí)膨脹閥旋回1／2開度，重復(fù)先前的調(diào)節(jié)，直至結(jié)霜狀況正常。調(diào)節(jié)過程中應(yīng)監(jiān)控保證吸氣壓力在0.1～0.3 MPa范圍內(nèi)，壓縮機(jī)電流為額定電流；觀察壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)聲音及機(jī)殼發(fā)熱是否正常。（3）按（2）中方法調(diào)節(jié)第二只膨脹閥的開度以及制冷劑的充注量。檢查冷卻系統(tǒng)結(jié)霜情況、吸氣壓力、排氣壓力、壓縮機(jī)電流是否正常；否則按上述方法調(diào)整制冷劑充注量與熱力膨脹閥開度，直至合適狀態(tài)。

注意：調(diào)節(jié)第二只膨脹閥開度對第一只膨脹閥開度也有影響，需經(jīng)多次調(diào)整才能得到合適的結(jié)果。

3 改造效果

該超聲波清洗機(jī)冷卻系統(tǒng)從完成改造始至筆者發(fā)稿止，工作時(shí)間已超過2.5年，期間沒有發(fā)生過一次設(shè)備故障，系統(tǒng)運(yùn)行良好，節(jié)約了維修成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］吳業(yè)正.制冷原理及設(shè)備［M］.第2版.西安交通大學(xué)出版社，1997

［2］GB50274—2010 制冷設(shè)備、空氣分離設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］