Diagnosis of a screw compressor during a technical audit of a refrigeration system at a food industry facility: a case study

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Энергоэффективность и надёжность холодильного оборудования на предприятиях пищевой промышленности напрямую влияют на качество выпускаемой продукции и экономическую устойчивость производства. Одним из ключевых элементов таких систем является винтовой компрессор, работа которого должна соответствовать строго заданным термодинамическим и электрическим параметрам. Отклонения, даже незначительные, на первый взгляд, могут свидетельствовать о наличии серьёзных неисправностей, способных привести к полному выходу оборудования из строя. В настоящем обзоре представлен анализ конкретного случая технического аудита холодильной установки, в ходе которого была выявлена и систематизирована причина аномального поведения компрессора.

Перед проведением диагностики необходимо ознакомиться с конструкцией конкретной модели компрессора, которые отличаются у разных производителей [1].

ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Объектом аудита являлся промышленный чиллер с двумя независимыми контурами хладагента R404A. Оба контура оснащены идентичными винтовыми компрессорами, выпущенными известным европейским производителем и находившимися в эксплуатации менее одного года. При этом в контуре 1 наблюдалась стабильно повышенная температура нагнетания, в то время как компрессор контура 2 функционировал в штатном режиме (рис. 1). Целью технического аудита стало выявление корневой причины неисправности и оценка возможности её устранения без демонтажа оборудования.

Рис. 1. Тепловизионная съёмка компрессоров: a — контур 2 (норма); b — контур 1 (повышенная температура нагнетания).

Fig. 1. Thermal imaging of compressors: a, contour 2 (normal); b, contour 1 (elevated discharge temperature).

МЕТОДОЛОГИЯ ДИАГНОСТИКИ И ПОЛУЧЕННЫЕ ДАННЫЕ

Для выявления возможных причин отклонений был составлен перечень гипотез, включающий как термодинамические аномалии (например, низкая производительность, всасывание влажного пара, наличие воздуха в контуре), так и проблемы, связанные с электропитанием и алгоритмами управления. Диагностика включала:

• тепловизионную съёмку компрессоров;
• непрерывную регистрацию электрических параметров (ток, напряжение, частота пусков) (рис. 2, рис. 3);
• измерение термодинамических величин (температуры кипения и конденсации, перегрева и переохлаждения) (рис. 2, рис. 3);
• виброанализ подшипниковых узлов (рис. 4) [2];
• проверку на наличие неконденсирующихся газов;
• оценку состояния обмоток электродвигателя.

Рис. 2. Графики регистрации параметров работы компрессора контура 2.

Fig. 2. Graphs showing the operating parameters of the contour 2 compressor.

Рис. 3. Графики регистрации параметров работы компрессора контура 1.

Fig. 3. Graphs showing the operating parameters of the contour 1 compressor.

Рис. 4. Результаты виброанализа: (a) — контур 1; (b) — контур 2.

Fig. 4. Vibration analysis results: (a) — contour 1; (b) — contour 2.

Результаты измерений были сведены в сравнительную таблицу (см. Табл. 1), что позволило выявить ключевые различия в работе двух контуров. В частности, у компрессора контура 1 отмечалось увеличенное среднее значение перегрева (11,74 °C против 7,69 °C), более высокий потребляемый ток (97,74 А против 75,79 А) и активная мощность (52,3 кВт против 44,6 кВт). Количество пусков превышало 4 в час — порог, рекомендованный производителем.

Таблица 1. Сравнение параметров работы компрессоров контура 1 и контура 2

Table 1. Comparison of the operating parameters of compressors in contour 1 and contour 2

Примечание: Полные данные (макс./мин. значения) представлены в исходном техническом отчёте; в обзор включены ключевые усреднённые параметры для сравнительного анализа.

Анализ алгоритма управления выявил отсутствие процедуры откачки хладагента из испарителя перед остановкой компрессора и слишком короткое минимальное время стоянки (4 мин вместо рекомендованных 5 мин). Это приводило к запуску компрессора под нагрузкой и повышало риск гидроудара вследствие попадания жидкого хладагента во всасывающую магистраль.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ ПО НЕИСПРАВНОСТИ

Хотя изначально предполагалась возможность коррекции настроек системы управления, дальнейший анализ показал, что длительная эксплуатация в неблагоприятных условиях, вероятно, вызвала механический износ внутренних элементов компрессора. Об этом свидетельствовала повышенная активная мощность и нехарактерное распределение температур на поверхности маслоотделителя — в отличие от компрессора контура 2, где наблюдалась чёткая зональность, обусловленная конструкцией. Состояние подшипников, согласно вибродиагностике, оставалось удовлетворительным, что исключало их в качестве первоисточника проблемы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленный случай демонстрирует, что даже при использовании современного и сертифицированного оборудования критически важным фактором надёжности остаётся корректная настройка систем автоматики. Ошибки на этапе пусконаладки могут привести не только к нарушению энергетического баланса, но и к необратимому износу механических компонентов. Комплексный технический аудит, сочетающий инструментальный мониторинг и инженерный анализ, позволяет не только локализовать неисправность, но и выработать рекомендации по предотвращению подобных ситуаций в будущем [3]. Публикация подобных обзоров способствует распространению передовых подходов аудита в области эксплуатации промышленного холодильного оборудования и повышению общей культуры технического обслуживания на предприятиях пищевой отрасли.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад автора. М.С. Талызин — концептуализация, сбор и анализ данных, написание черновика, редактирование, визуализация. Автор одобрил рукопись (версию для публикации) и несёт ответственность за все аспекты работы, гарантируя надлежащее рассмотрение вопросов точности и добросовестности.

Этическая экспертиза. Не применимо.

Источник финансирования. Отсутствует.

Раскрытие интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Оригинальность. Работа выполнена на основе собственных наблюдений и анализа, без использования ранее опубликованных материалов.

Доступ к данным. Новые данные не собирались; анализ основан на общедоступных отраслевых данных и экспертных оценках.

Генеративный ИИ. Технологии генеративного искусственного интеллекта использовались для редактирования текста с последующей ручной проверкой точности и соответствия технической терминологии.

Рассмотрение и рецензирование. Статья представлена по инициативе автора и не проходила стандартной процедуры рецензирования.

ADDITIONAL INFORMATION

Author contribution. M.S. Talyzin: conceptualization, data collection and analysis, drafting, editing, visualization. The author made substantial contributions to the conceptualization, investigation, and manuscript preparation, and reviewed and approved the final version prior to publication.

Ethics approval: Not applicable.

Funding sources: No funding.

Disclosure of interests: The authors have no relationships, activities or interests for the last three years related with for-profit or non-profit third parties whose interests may be affected by the content of the article.

Statement of originality: When creating this work, the authors did not use previously published information (text, illustrations, data).

Data availability statement: The editorial policy regarding data sharing is not applicable to this work, and no new data has been collected or created.

Generative AI: Generative AI technologies were not used for this article creation.

Provenance and peer-review: This work was submitted to the journal on its own initiative and reviewed according to the usual procedure. A member of the editorial board and the scientific editor of the publication participated in the review.

About the authors

Maxim S. Talyzin

Author for correspondence.
Email: tehdir@engeterra.ru
ORCID iD: 0000-0001-7244-1946
SPIN-code: 6524-3085

Cand. Sci. (Engineering)

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Thermal imaging of compressors: a, contour 2 (normal); b, contour 1 (elevated discharge temperature).

Download (655KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Graphs showing the operating parameters of the contour 2 compressor.

Download (399KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Graphs showing the operating parameters of the contour 1 compressor.

Download (351KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Vibration analysis results: (a) — contour 1; (b) — contour 2.

Download (234KB)

Indexing metadata