Zkušenosti z provozu tepelných čerpadel 19: Jak identifikovat vadný kompresor. Díl 1/2

1. Vizuální kontrola kompresoru

Pokud vidíte např. opálenou kabeláž připojenou na kompresor, nebo např. spálenou izolaci kompresoru kvůli vysoké teplotě těla kompresoru, je kompresor nevratně poškozen.

2. Špatný zvukový projev

Technik se zkušenostmi, který uvádí určitý druh TČ do provozu, by od něj měl očekávat obvyklý zvukový projev. Pokud se kompresor za provozu zvukově opravdu vymyká obvyklému standardu, ať už na startu nebo v průběhu provozu, měl by to být silný důvod k hledání příčiny.

Pravdou však je, že např. u frekvenčně řízeného kompresoru a jeho mechanické závady je zvuk často zcela běžný, a v tu chvíli se musí sáhnout po jiné diagnostické metodě.

Zajímavý může být i zvuk, kdy se kompresor po vypnutí podezřele klepe. To může být znakem, že nefunguje jeho zpětný ventil, kterým za vypnutého stavu kompresoru chladivo podchází. Např. ON/OFF kompresor se má po odepnutí jeho stykače (přerušení napájení elektrickým proudem) ihned zastavit. Pokud po odepnutí stykače slyšíte, že kompresor ještě pár vteřin tzv. „dojíždí“, je něco špatně. Zažil jsem případ, kdy se měnil kompresor jen kvůli pískání po jeho vypnutí, které bylo způsobováno podcházením chladiva zpětným ventilem na výtlaku kompresoru.

3. Diagnostika dle teplot

3.1 Podle teploty vzduchu a vypařovací teploty

Jak víte z předchozích dílů seriálu článků „Zkušenosti z provozu TČ“, když je kompresor zdravý a funguje správně expanzní ventil, tak se např. u TČ vzduch/voda vždy vytvoří určitý teplotní rozdíl mezi vzduchem vstupujícím do výparníku a vypařovací teplotou chladiva. Když je tento rozdíl velmi malý (viz rozdíl TL2 − PL1 = 0,7 K na Obr. 1), může být indicií, že kompresor špatně saje, a tím pádem že nemá ani potřebný topný výkon – to lze vidět i na malém teplotním rozdílu otopné vody na kondenzátoru TC3 − TC0.

Obr. 1 Projev vadného kompresoru kvůli malému rozdílu teplot (TL2 − PL1) mezi nasávaným vzduchem a vypařovací teplotou

Pro potvrzení, že je problém v kompresoru, výborně slouží také Obr. 2 a 3. V čase 22:54:30 (Obr. 2) začínají klesat otáčky kompresoru, zároveň klesá i teplota TC3 (zelená křivka), ale zpátečka TC0 se drží. Vidíte, že kondenzační teplota PH1 sklesala pod TC3 o 12 K a zároveň je výstup TC3 pod teplotou zpátečky, což je nelogické. Všimněte si červené křivky TR5 – Sání kompresoru, která po omezení otáček kompresoru vyskočila na 49 °C – přitom kompresor stále běží, takže nelze tento jev připsat na konto ohřátí čidla od tepelných ztrát kompresoru po jeho vypnutí. A další důležitá položka je, že nasávaný vzduch TL2 je na cca 5 °C a po snížení otáček kompresoru vyrostla vypařovací teplota PL1 na cca 8 °C – to přece není možné, aby vypařovací teplota byla nad teplotou vzduchu – to je špatně za klidu kompresoru, natož za jeho běhu.

Proto po poklesu otáček kompresoru chvilkově narostl tlak/vypařovačka PL1 v sání nad teplotu TL2, aby ve 22:57 už byla vypařovací teplota srovnaná se vzduchem. Aby kondenzační teplota PH1 poklesla pod teplotu zpátečky TC0 a sání TR5 narostlo také na teplotu TC0, také není normální. Chladivo o vysokém tlaku se tak protlačilo do sání kompresoru skrz kompresní prostor. Evidentně tedy závada na kompresoru způsobila pokles jeho objemové účinnosti, a tedy i výkonu.

Obr. 2 Prudký vzrůst teploty TR5 v sání kompresoru po snížení otáček kompresoru, což značí jeho vnitřní netěsnost. Teplota TR5 narůstá až na úroveň teplot otopné vody TC3/TC0 na kondenzátoru, což je špatně.

Obr. 3 ukazuje pohled na stejný kompresor jako v předchozím Obr. 2, který provoz ukazuje v rozmezí cca 2 h se dvěma cykly přípravy teplé vody (fialové, vodorovné pruhy). Oba krajní cykly opět ukazují v podstatě srovnané teploty TL2 a PL1, což je důkaz nízkého výkonu kompresoru. Prostřední pasáž ukazuje činnost expanzních ventilů – když se TR6 přiblíží blízko hranici 20 K nad PH1, expanzní ventily reagují, což ukazuje změny v PH1 a PL1. Že nedojde ke stabilizaci přehřátí a teploty horkého plynu je způsobeno tím, že provoz exp. ventilů je SW naladěn na činnost zdravého kompresoru, který je v tomto případě bohužel poškozen. V časech kousek po 18:30 a po 19:50 je elipsami vyznačena do očí „bijící“ příliš vysoká teplota TR5 spojená s poklesem otáček kompresoru a přepnutím 3cestného ventilu ze zásobníku teplé vody do režimu vytápění.

Obr. 3 Opakované skoky teploty TR5 v sání kompresoru až na úroveň teplot otopné vody na kondenzátoru. Kompresor měl vnitřní netěsnost a bylo potřeba ho vyměnit.

Obr. 4 Zjednodušené schéma rotačního kompresoru Twin Rottary

Příčinou nízkého topného výkonu stroje a podezřelých skoků teploty TR5 v sání (obr. 2 a 3) je netěsnost v kompresoru – zřejmě netěsní dělicí přepážka v rotačním kompresoru Twin Rottary (viz obr. 4). Tato přepážka má za úkol oddělovat výtlačnou a sací část kompresoru. Aby se tak opravdu dělo, musí dělicí přepážka v každé pozici valivého pístu perfektně na tento píst dosedat. Důvodem netěsnící přepážky často bývá vadná pružina.

Jiný příklad vadného rotačního kompresoru Twin Rottary je na Obr. 5, kdy extrémně skákalo přehřátí (TR5 − PL1) v sání kompresoru i horký plyn TR6 na výtlaku, ale vypařovací teplota PL1 byla v podstatě srovnaná s teplotou nasávaného vzduchu. Často i byla teplota TR6 velmi blízko kondenzační teplotě PH1 (viz kurzor na Obr. 5) a rozdíl teplot na kondenzátoru TC3 − TC0 v podstatě nulový. To vše bylo důkazem, že kompresor opravdu neměl výkon z důvodu jeho mechanického poškození – nedokázal dobře nasávat chladivo – proto je místy i vypařovací teplota nelogicky nad teplotou nasávaného vzduchu.

Obr. 5 Prudké skoky teploty horkého plynu TR6, stejně tak teploty sání kompresoru TR5, kdy i vypařovací teplota PL1 byla často srovnaná s teplotou nasávaného vzduchu TL2 – kompresor byl vadný

3.2 Podle teplot na kondenzátoru

Nenechte se zmást na instalacích TČ s řízenými oběhovými čerpadly, že je určitě vše v pořádku, když máte rozdíl teplot otopné vody na kondenzátoru stroje třeba 7 Kelvin. Onen rozdíl sice docílil kompresor, ale třeba za tím stojí extrémně nízké otáčky oběhového čerpadla, které nastavila regulace TČ, kdy tyto oběhovky jsou často řízeny dle ΔT otopné vody, tedy teplotního spádu na kondenzátoru. To může „ukrývat“ nízký výkon TČ. Pro takové případy je nejlepší buď odpojit řídicí signál od oběhovky, aby se rozběhla naplno (u PWM signálu či MODbus řízení to takto jde), anebo musí být nastaveny konstantní otáčky, ať už v regulaci TČ, nebo přímo na oběhovce.

U starších a opotřebovaných ON/OFF kompresorů lze někdy vidět, že po vypnutí kompresoru prudce roste teplota na sacím potrubí kompresoru (viz teplota Toh na Obr. 6), což je znamení, že už zřejmě netěsní ideálně spirály kompresoru. Nicméně na takových akcích stroje slouží často dál bez dalších problémů klidně i několik let a zákazník to ani nepocítí na provozu, např. v provozních nákladech či ztrátě výkonu – z hlediska statistiky opravdu nemusí nikdo poznat jakýkoliv problém, a proto se k výměně kompresoru v takových případech mimo záruku nesahá.

Obr. 6 Nárůst teploty Toh v sání on/off kompresoru TČ země/voda krátce po vypnutí kompresoru, kdy po 18 letech provozu již správně netěsní spirály kompresoru typu scroll. TČ však stále běželo bez chyb. Spotřeba elektřiny byla v průběhu let stále přibližně stejná a lišila se jen dle charakteru topného období.

3.3 Podle teplot během odtávání

Vadný kompresor může být diagnostikován podle teplot např. i během odtávání. Takový stav je zaznamenán na Obr. 7, kdy vypařovací teplota JR0 a kondenzační teplota JR1 jsou shodně 0 °C, i když kompresor běží. Přitom víme, že za běhu kompresoru má být krátce po jeho startu dosažen jednoznačný rozdíl mezi JR1 a JR0. To nás může vést k názoru, že špatně těsní 4cestný ventil VR4, což je i případ tohoto příkladu, ale důležité je vědět, proč 4cestný ventil špatně těsní. Aby se 4cestný ventil přepnul těsně, musí jednak přijít signál na cívku 4cestného ventilu, ale zároveň kompresor musí mít dostatečný výkon pro těsné přepnutí tohoto ventilu. U tohoto stroje byl použit také rotační kompresor Twin Rottary, ve kterém selhala již zmiňovaná pružina, jejímž úkolem je přitlačovat dělicí přepážku k valivému pístu kompresoru. Jakmile tato pružina selže, dělicí deska nestíhá kopírovat pohyb valivého pístu. Kompresor nemůže „jít do tlaku“ jako u zdravého stroje a 4cestný ventil se při odtávání těsně nepřepne, i když samotnému ventilu nic není. Přitom v režimu vytápění kompresor tlakový rozdíl dokáže vytvořit a stroj se tak v první chvíli jeví jako bezvadný. Zde může při diagnostice dojít k chybě (ale není to rozhodně žádná ostuda), že se vymění prvně 4cestný ventil a až pak se zjistí, že výměna ventilu ničemu nepomohla a chyba tak je někde jinde.

Je tedy nutné si uvědomit, že tato chyba může být pro technika i zákazníka dosti zákeřná a kolikrát než metodou „pokus-omyl“ se správného výsledku nedoberete.

Zcela výjimečným může být problém v SW, kdy výrobce do odtávání nechá kompresor běžet na příliš nízké otáčky, které pro těsné přepnutí 4cestného ventilu nestačí.

Obr. 7 Vyrovnané teploty (resp. tlaky) JR1 a JR0 v režimu odtávání, které napovídají, že 4cestný ventil není zcela těsně přepnutý. Důvodem zde byl vadný kompresor.

4. Diagnostika proměřením elektrických vlastností kompresoru

Běžně se provádí měření proudů na kompresoru. Zde je problém, že technici nevědí, jaké proudy na jednotlivých fázích mají kdy naměřit, protože ty závisejí jednak na teplotních podmínkách, ale i na aktuálních otáčkách kompresoru, pokud je frekvenčně řízený. Pokud jsou vinutí kompresoru stejná a např. na jednom z vinutí není nějaká tepelná ochrana, měly by proudy do všech cívek být stejně velké – to je většinou jediné, co technik dokáže z měření proudů poznat, a stále neví, zda proudy nejsou pro dané podmínky vyšší, např. pokud by byl kompresor mechanicky přidřený. Proto pomáhá udělat i měření odporů cívek vinutí kompresoru. Rozeznáváme dvě měření, jedno je měření odporů cívek mezi sebou (viz Obr. 8) a měření odporu cívek proti zemi, tzv. izolačního stavu kompresoru (viz Obr. 9). Zásadní je si uvědomit, že měření odporu cívek mezi sebou můžeme dělat pomocí multimetru, ale měření izolačního odporu proti zemi bychom měli provádět pomocí tzv. megmetu, který díky vysokému napětí opravdu dokáže prověřit izolační stav kompresoru. Bohužel, často se izolační stav kompresoru prověřuje pouze pomocí obyčejného multimetru, který často neposkytuje zcela spolehlivé výsledky izolačního odporu, pokud nejde vyloženě o tvrdý zkrat na kostru tak jako na (Obr. 10).

Obr. 8 Měření odporů cívek kompresoru mezi sebou s pomocí multimetru. Měřeno z výstupních svorek stykače kompresoru.

Obr. 9 Měření odporů cívek kompresoru proti zemi pomocí megmetu. Měřeno z výstupních svorek stykače kompresoru a kovovým obalem kompresoru (tzv. „kostrou“ či „zemí“)

Obr. 10 Měření odporu cívek kompresoru proti zemi s pomocí multimetru v případě, kdy je vinutí zcela jasně proraženo na kostru kompresoru.