스크류 냉동 압축기는 용적형 압축기입니다. 1934년부터 사용되어 온 스크류 압축기는 뛰어난 성능, 마모가 거의 없고 대용량 냉각이 가능하다는 장점 덕분에 소형부터 대형, 중형 냉동 시스템에 이르기까지 널리 사용되어 왔습니다. 그렇다면 불소 냉매 냉동 시스템에 사용되는 스크류 압축기에서 사용 중에 발생하기 쉬운 고장 유형은 무엇일까요? 아래에서 자세히 살펴보겠습니다!
1. 비정상적인 압박 비율
2. 응축기의 낮은 효율 및 고장
3. 증발기의 낮은 효율 및 고장
4. 오일 회로 시스템 고장
5. 전기 고장
1. 비정상적인 압박 비율
압축비는 압축기 성능에 대해 아는 사람이라면 누구나 잘 알고 있는 개념입니다. 하지만 압축비는 실제로 어떤 용도로 사용될까요? 단순히 계산 도구일 뿐일까요? 사실은 그렇지 않습니다.
스크류 머신과 피스톤 머신의 차이점은 피스톤 머신은 압축을 덜 하는 반면, 스크류 머신은 과압축한다는 점입니다.
스크류 압축기는 구조적 특성에 따라 중요한 데이터인 내부 체적비(Vi)를 가지는데, 대부분의 스크류 압축기에서 Vi는 고정되어 있습니다. 유지보수 및 작동 측면에서 내부 체적비 값은 외부 압축비(응축 압력과 증발 압력의 절대 압력비) 값과 매우 유사하며, 이 경우 압축기의 효율이 가장 높아집니다.
그렇다면 압축비가 크거나 작을 때는 어떤 일이 발생할까요?
값이 너무 크거나 압력 차이가 너무 크면 시스템이 설계값에서 완전히 벗어났음을 의미합니다. 주요 현상은 토출 온도와 압력 온도가 너무 높고, 흡입 압력이 낮으며, 온도가 높은 것입니다.
배기 압력과 온도가 너무 높으면 시스템 내 윤활유가 쉽게 코크스화되어 오일막 형성이 어려워지고 로터가 충분히 윤활되지 않는 것이 주된 문제점입니다.
낮은 흡입 압력, 높은 흡입 압력 온도는 주로 모터 냉각에 영향을 미치고 배기 온도를 높입니다. 그 결과는 기본적으로 높은 배기 온도와 압력으로 이어집니다.
만약 그 크기가 너무 작으면, 주로 습식 스트로크(습한 차량, 역상 서리)에 영향을 미칩니다. 일부 재질의 스크류 압축기는 습식 스트로크에 강한 것으로 알려져 있으며, 당사 제품 중 일부도 이러한 이유로 판매 담당자들이 이를 강조하며 홍보하는 경우가 있습니다. 하지만 실제로는 스크류 압축기는 습식 스트로크에 매우 취약합니다. 다량의 액체가 압축기로 역류하면 윤활유가 희석되어 배기 온도가 상승하는 결과를 초래할 수 있습니다.
물론 압축비가 너무 낮고, 로터의 심각한 마모와 적재 및 하역 불량도 원인입니다.
2. 응축기의 효율이 낮다
응축기의 낮은 효율은 주로 액체 공급 온도와 액상 형성 여부에 영향을 미칩니다. 팽창 밸브에는 이상적으로 액체가 가득 찬 상태로 공급되어야 시스템 효율이 높아지고 냉각 용량이 최대화됩니다. 또한 대형 설비에는 일반적으로 오일 냉각에 주로 사용되는 축열 장치가 부착되어 있으므로 응축기의 높은 효율을 유지하는 것이 특히 중요합니다. 고장의 주요 원인은 냉각 방식의 잘못된 선택, 불충분한 증발 면적, 불충분한 냉각 매체, 그리고 불충분한 열교환입니다. 따라서 점검 시에는 팬, 워터 펌프, 핀과 같은 핵심 부품들을 중점적으로 점검해야 합니다.
이와 관련하여, 응축 효과가 지나치게 좋은 경우가 있습니다. 예를 들어 주변 온도가 너무 낮으면 응축 효과가 너무 좋아져 증발기로 유입되는 액체의 효율이 높아집니다. 이때 흡입 과열도가 매우 낮아지고 팽창 밸브의 감도가 떨어져 시동 유압 충격이 발생할 수 있습니다. 또는 배기 압력과 흡입 압력의 차이가 부족해지면 차압 오일 공급 방식의 스크류 머신에 치명적인 손상을 초래할 수 있습니다.
3. 증발기 효율이 낮거나 높습니다.
증발기의 낮은 효율은 주로 냉각 대상물의 냉각 성능에 영향을 미치고, 습식 행정은 압축기에 영향을 미칩니다. 반대로 효율이 너무 높으면 흡입 과열도가 과도하게 높아져 압축기 토출 온도에 영향을 줄 수 있습니다.
젖은 스트로크에 대한 판단
저온 조건에서 습식 스트로크를 판단하는 것은 사실 비교적 간단합니다. 주로 압축기의 흡입 결빙선을 통해 판단하는데, 에어컨의 경우는 어떨까요? 결로를 기준으로 판단할까요? 특히 칠러의 경우, 판단에 오류가 생기면 파손이나 누수 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 압력-엔탈피 선도 또는 배기 온도에서 응축 후 온도를 뺀 값으로 판단할 수 있습니다. 이 값이 30K 미만이면 습식 스트로크로 판단합니다.
여기서 한 가지 더 말씀드리자면, 팽창 밸브에 대해서는 별도의 목록이 없습니다(제 책 '팽창 밸브 유지보수'를 참조하세요). 팽창 밸브는 모든 상황에 적용 가능한 만능 조절 밸브가 아니며, 모든 작동 조건이 팽창 밸브의 조정 요구 사항을 충족하는 것은 아닙니다. 특히 대형 마차의 경우에는 더욱 그렇습니다.
4. 오일 회로 문제
오일 회로의 경우, 주요 특징은 오일의 품질, 청결도, 오일 회수 온도 등에 반영됩니다. 스크류 압축기 냉동 시스템에서 윤활유의 주요 기능은 윤활, 냉각 및 밀봉입니다.
또한, 소음 감소 및 충격 흡수 기능도 있지만, 업계에서는 논란이 많습니다. 주된 이유는 오일이 모터 부분에서 기포를 형성하기 때문입니다. 이 기포는 소음을 제거하는 효과가 있지만, 일부 제조업체는 이것이 무의미하고 가스-액체 제어가 어렵다고 판단하여 대신 거품 억제제를 첨가합니다.
충격 흡수는 주로 구름 베어링의 윤활을 위한 것이며, 그 효과는 뚜렷하지 않으므로 위의 두 가지 기능은 주요 기능으로 볼 수 없습니다.
오일 리턴 온도는 스크류 압축기의 수명에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 권장 작동 온도는 40~60°C이며, 일부 제조사는 70°C 또는 80°C를 권장하기도 합니다. 오일 온도가 지나치게 높으면 오일이 코크스화되고 오일막 형성이 손상됩니다. 또한 오일 온도는 배기 온도에 영향을 미치고, 이는 다시 압축비에 영향을 줍니다. 따라서 오일 온도를 선택할 때는 조정에 주의해야 합니다.
오일 세정
오일의 청결도는 시스템의 청결도와 직결됩니다. 청결 유지는 스크류 압축기의 핵심 특징입니다. 스크류 압축기는 피스톤 압축기와는 다릅니다. 구조적인 이유로 스크류 압축기는 피스톤 압축기보다 시스템의 청결도가 더 높습니다. 고속으로 회전하는 로터 때문에 이물질이 압축기 내부로 빠르게 흡입되어 로터에 손상을 줄 수 있습니다. 특히 작은 금속 입자나 기타 이물질은 흡입 필터를 뚫고 들어가 필터 스크린을 손상시킬 수 있습니다. (상대적으로 큰 이물질도 흡입으로 인해 필터 스크린이 손상되는 경우가 드물지 않습니다.) 심지어 기계 자체의 조립 문제로 부품이 떨어져 나와 로터 사이에 끼어 모터에 직접적인 손상을 줄 수도 있습니다. 작은 금속 입자는 직접적인 손상을 일으키지는 않지만 로터의 오일막에 영향을 미쳐 로터 베어링의 윤활 불량, 실린더 고착, 베어링 박스 마모 등을 유발할 수 있습니다. 최악의 경우, 이러한 작은 입자들이 단락을 일으켜 모터에 직접적인 손상을 줄 수 있습니다.
산성 윤활유 압축기는 분석을 위해 가동할 때 종종 윤활유가 타는 냄새가 납니다. 금속 표면이 심하게 마모되면 온도가 매우 높아지고, 윤활유는 175℃ 이상에서 코크스화되기 시작합니다. 시스템에 수분이 많으면(진공 펌핑이 이상적이지 않거나, 윤활유와 냉매에 수분 함량이 높거나, 음압 환기 파이프가 파손되어 공기가 유입되는 경우 등) 윤활유가 산성화될 수 있습니다. 산성 윤활유는 구리 튜브와 권선 절연체를 부식시킵니다. 구리 도금을 유발할 뿐만 아니라, 구리 원자를 함유한 산성 윤활유는 절연 성능이 저하되어 권선 단락의 원인이 될 수 있습니다.
스크류 압축기 장치의 고장 유형은 여러 요인에 의해 발생합니다. 예를 들어, 오일 부족으로 인한 윤활 불량은 베어링 고착, 로터 고착을 유발하고, 결국 압축기 모터의 작동 중단, 비정상적인 압력 상승, 모터 소손으로 이어질 수 있습니다. 그렇다면 오일 부족이나 윤활 불량의 원인은 무엇일까요? 사실, 고온의 배기 가스, 액체 충격 등 다양한 요인이 원인이 됩니다. 따라서 유지보수 담당자는 이러한 모든 사항을 주의 깊게 관찰하고 심사숙고한 후에야 수리 및 완벽한 정비가 가능합니다.
1. 시동 또는 작동 중에 오일이 끓습니다.
이 오류는 액체가 압축기에 유입되었거나 윤활유에 냉매가 과다하게 함유되어 있기 때문입니다. 스로틀 밸브를 조정하여 냉매 과충전 여부를 확인하십시오.
2. 오일 레벨이 부족하거나 너무 높습니다.
냉각수 공급이 부족할 경우, 오일 불량, 연료 보충량 부족, 또는 오일이 증발기로 제대로 회수되지 않는 문제 등을 고려해야 합니다. 정비 시에는 액상 저장 탱크에 액체가 가득 차 있는지 확인해야 합니다. 또한, 스로틀 밸브의 고장이나 부적절한 설치로 인한 문제일 가능성도 고려해야 합니다.
수치가 너무 높으면 오일 필터가 막혀 냉매가 오일에 섞인 것으로 간주해야 합니다.
3. 배기 온도가 너무 높습니다.
배기 온도가 높아지는 데에는 여러 요인이 있으며, 주요 원인은 냉매의 과다 또는 부족, 흡입 과열도 과다, 불안정한 작동 조건 등입니다.
4. 흡입 압력이 낮거나 변동이 심함
흡입 압력 저하의 주요 증상은 냉매 부족, 스로틀링 메커니즘 불균형, 높은 응축 온도, 액체 충격 등입니다.
게시 시간: 2022년 12월 5일
