离心式冷水机组基本结构原理与运维

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空调系统简介：

制冷原理图：

制冷系统由4个基本部分组成（即压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器），由铜管将四大件按一定顺序连接成一个封闭系统，系统内充注一定量的制冷剂。

以制冷为例，压缩机将来自蒸发器的低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压的制冷剂气体后，经冷凝器将制冷剂冷凝成高温高压液体，然后流经节流装置节流成低温低压的制冷剂气液两相物体，然后在蒸发器中吸收外界介质的热量，蒸发为低温低压的制冷剂气体，低温低压的制冷剂气体又被压缩机吸人。如此压缩→冷凝→节流→蒸发反复循环，制冷剂在蒸发器侧不断带走外界介质的热量，从而起到制冷的效果。

离心式冷水机组结构：

本文以开利离心式冷水机组为例。

系统循环：

压缩机不断的从蒸发器中抽出制冷剂气体，气流量由导叶的开启度而定。由于压缩机抽取制冷剂减低了蒸发器的压力，使蒸发器里剩余的制冷剂在相对低的温度（一般为3到6）沸腾蒸发。制冷剂气化吸取传热管内循环水的热量使之降温，得到空调或工业处理所需的冷水。

吸取循环水中的热量之后，制冷剂蒸气被吸入压缩机压缩，压缩后制冷剂温度升高，从压缩机排出温度可达37到40，进入冷凝器进行冷凝。

温度相对较低的冷却水（18～32）流经冷凝器铜管，带走气态制冷剂的热量，使之冷凝成液态。液体制冷剂由限流孔进入闪蒸过冷室。由于闪蒸过冷室压力较低，部分液体制冷剂闪蒸为气体，吸取热量后使剩余的液态制冷剂进一步冷却。闪蒸制冷剂气体在冷却水的铜管外再凝结成液体，流至过冷室与蒸发器之间的浮阀室。

液体制冷剂流过此浮阀时节流，制冷剂回到低温低压状态进行蒸发，又开始制冷循环。

冷却循环：

电机和润滑油由来自冷凝器筒身底部的过冷液态制冷剂冷却。由于压缩机运行保持的压力差，使制冷剂不断流动。制冷剂流过一只隔离阀，一只过滤器，一只视镜/湿度指示器之后，分流至电机冷却和油冷却系统。

电机冷却管路的支路上有一只限流孔和一只电磁阀，电机需要冷却时，电磁阀就会开启。流过限流孔，制冷剂就流到喷淋嘴上，喷淋整个电机。制冷剂集中到电机室的底部排放回到蒸发器。

油冷却系统的制冷剂量由一只热力膨胀阀调节。旁通过热力膨胀阀的制冷剂经一只限流孔始终保持一个最小流量。膨胀阀上的温包感应冷却后流进压缩机到轴承的油温。由膨胀阀调节进油/制冷剂板式油冷却器的制冷量。制冷剂气化离开油冷却器后返回到蒸发器。

润滑循环：

油泵、油过滤器和油冷却器构成一套润滑系统，位于压缩机－电机组件齿轮传动箱铸件一端。润滑油由油泵压进过滤器组件去除杂质，送至油冷却器，冷却到适当的温度，然后分两路：一部分油流到齿轮和高速轴承；余下的流到电机轴承。油进入齿轮箱下方的油箱完成润滑循环。

润滑油回收分两种方法：

第一种是高负载情况下通过引射器将压缩机吸气时积累在导叶罩壳底部的润滑油回收到油箱。

第二种是低负载情况下先将聚集在蒸发器制冷剂页面上的润滑油吸入导叶罩壳，再通过第一种方法回收。

浮阀室结构：

建立液封，消除蒸气旁通导致效率降低；相比固定节流方式保证良好的部分负荷性能；简单但经济的设计。

线性浮阀实物图：

压缩机部件：

蒸发器/冷凝器：

蒸发器的作用：是热交换器，它将工艺设备、空调末端设备的热负荷从冷冻水中移走。热能用来蒸发制冷剂使其从液态变为气态。

满液式蒸发器大多为壳管式，制冷剂在管内流动，载冷剂在管外空间内流动，筒内横跨管束装有若干块隔板，以增加载冷剂横掠管束的流速。

冷凝器的作用：是热交换器，它将制冷剂中的热量移走，使制冷剂由气态冷凝为液态。热量使冷却水温度升高，冷却水将热量运送到冷却塔并排放到大气中。

控制器的设置及操作：

控制箱实物：

CVC是机组控制中枢，该模块含有控制机组所需所有软件。CVC位于控制箱中，它是所有本机设定点、日期、设定功能及送配功能的输入中心。VCV有一个停机按钮，一只报警信号灯，四只逻辑输入 按钮及一个液晶显屏。停用时间超过15分钟，屏幕自动保护。这四只按钮的功能是进行菜单驱动，并在键上方的显屏上直接显示。（以开利离心式冷水机组为例）

该模块位于控制箱内，CCM根据需要控制机组的输入/输出。它能监视制冷剂压力，进、出水温，为导叶执行机构提供的输出控制，油加热器及油泵。CCM是基本需求量极限、冷却水复位、遥控温度复位及制冷剂泄露传感器的接点。

ISM实物：

该模块位于启动柜内。它接收来自CVC的命令。如启动/停止压缩机、冷水泵、冷却水泵、冷却塔风机、备用报警触点及断路器脱扣。ISM监视启动触点、备用安全设备、冷凝器高压、油泵安全开关、启动柜1M及运行触点。ISM具备安全关机逻辑功能，如果与CVC通信失败，它能关闭机组。

润滑系统动力箱：

CVC/ICVC界面介绍：

ICVC指开利研发的国际显示模块，“I”是international 国际的意思。可提供4种语言。

安全控制：机组处于警告状态时，起始页CVC屏幕显被锁定，即停止更换新CVC起始页内容，CVC起始页维持锁定显示直到警告原因被解除为止。如果警告原因为多个，第一个警告清除后可能会出现另一条警告。在确定警告原因时，查看警告历史记录寻求帮助。一旦所有警告原因被排除，按下复位软键，起始页CVC才会回到正常显状态。

运行管理：

开关机程序：

正常运行：

压缩机油箱温度为52-66（油加热器停），经过冷却器后油温降为49-60。

机组正常运行时轴承油温应为49-74 。

在两只视镜里至少有一只能看到油位。

油压差应在124-207kPa之间。

从制冷剂电机冷却管线上的湿度指示器上应能看到制冷剂的流动及其干燥状态。

冷凝器压力和温度随机组的工况变化。一般压力范围是387-943kPa，相应温度范围是15-41 。

蒸发器压力和温度随机组的工况变化。一般压力范围是202-286kPa，相应温度范围是1-8 。

定期巡检，做好记录。

控制加负载：

“控制加负载”控制压缩机加载速度。此控制功能可以防止机组启动短时间内负载上升过快，通过适当的降温速率使冷水达到控制点，以减少电气需求量。然而，在这个过程中总功率几乎保持不变。

“控制加负载”有两种方法，即根据冷 水温度或根据电机负载进行。

冷量优先控制：

可以避免由于超出电机电流极限，超出制冷剂低温极限，电机高温安全极限，压缩机高扬程（喘振防护）及冷凝器高压极限等而引起的安全关机。在各种情况下，压缩机导叶控制为两个险段：

1、保持导叶不再开大，在VCV的状态行里显示优先控制的原因。

2、导叶闭合，直到工况减到第一步整定点以下，然后释放导叶，回到正常的冷量控制。

排气温度控制：如果排气温度超过71.1，导叶成比例打开以增大进入压缩机的制冷剂流量。如果冷水温度低于控制整定点2.8，机组进入再循环模式。

油箱温度控制：

当机组关机时，油箱温度由控制油加热器继电器进行控制和调节。

作为启动前检查的一部分，控制系统将油温与蒸发器制冷剂温度进行比较，如果两者温差小于或等于27.8，则必须加热到油温超过蒸发器制冷剂温度加上27.8才可以启动。旦达到油温，可继续开机过程。

机组压缩机关机时，油箱温度低于60或油箱温度低于蒸发器制冷剂温度加上11.7时，油加热器继电器上电 ，当油箱温度为以下任何一种情况时，油加热器关闭。

1、超过66.7

2、超过61.1，且高于蒸发器制冷剂温度加上12.8。

在启动或压缩机运行中，油加热器总是关闭。

油在加热的过程 中，油泵也运行，每30分钟运行60秒。

排气温度控制：

压缩机运转时，油必须由油泵后的一只小型板式热交换器（油冷却器）进行冷却。该热交换器用冷凝过冷后的液态制冷剂来冷却。制冷剂热力膨胀阀（TXVS）调节制冷剂流量，控制进入轴承的油温。膨胀阀的温包包裹在油冷却器出油管路上，膨胀阀整定值为43。

注意：热力膨胀阀不可调。在压缩机运行期间，油箱温度可能在更低的温度。

再循环控制：

压缩机在轻负载工况运行时，机组可能会循环关机，等到负载增大后再重新开机，冷水机组的这种循环是正常的，称为“再循环”。在下述任何一种情况时就可激发再循环关机 ：

机组处于LCW控制下，冷水出水与进水温差小于再循环关机T(0.6)及冷水出水温度低于控制点-2.8时，控制点最近5分钟内没有增加，不处在冰蓄冷模式下。

当ECW控制点生效时，冷水进水与出水温差小于再循环关机T及冷水进水温度低于控制点以下-2.8时，控制点最近5分钟内没有增加。

当冷水出水温度LCW在蒸发器制冷剂动作点上下2以内时。

当机组在再循环模式，冷水泵继电器保持 接电，监控冷水温度以了解负载是否增加，重新控制采用“再循环开机T”来检查压缩机是否应开机，此值预设为3，当下述情况发生时，压缩机会重新开机：

当LCW控制时，冷水出水温度高于控制点加“再循环开机T”时。

当ECW控制时，冷水进水温度高于控制点加“再循环开机T”时。

一旦符合这些条件，压缩机就会以正常开机程序开机。

要减少压缩机再循环，在低负载时用时间日程关闭机组或通过风机系统运转增加机组负载。如果安装了热气旁通，调整该值确保热气旁通在低负载时动作，增加再循环启动T，可延长再启动间隔时间。

断电后再启动：

此选配功能可在“设备组配”菜单的组配页中使之生效或失效，可以查看或修改。如果生效，在单周波失电、电压过高、过低或断电情况发生后，电源恢复为正常电源的±10%以内时，冷 水机组就自动开机。在这种类型的开机情况下，15分钟和30分钟的开机计时器限制都被忽略。

在断电之后恢复供电时，如果压缩机已运转，油泵就会在蒸发器水泵接通前1分钟接通，如正常开机那样自动重新开机。

如果至CVC模块断电超过3小时或超过时钟第一次设定值，通过尽可能慢提升负荷减小油起泡。

喘振处理：

在某些工况下（压缩机的扬程小于冷凝器与蒸发器之间压差时），制冷剂蒸汽会从冷凝器向压缩机倒流，同时压缩机又在不断吸气，从而机组出现剧烈震动和噪音，这就是喘振。喘振典型现象有：

拖动压缩机的电机电流和功率出现不稳定，大幅波动机器产生强烈的振动，同时发出异常的气流噪声。

喘振发生可能的原因：

冷凝压力高；蒸发压力低；运行负载小；压缩机故障。

在一台冷水机增加为两台时：

降低需求量限制--导叶关小--压缩机扬程变小，同时冷却水温下降很慢--当压缩机的扬程小于冷凝器与蒸发器之间压差时--出现喘振。

喘振防护：

有两种防护措施：

如果提供热气旁通管，并选定功能表中热气旁通项（喘振极限/热气旁通被设定为1），则热气旁通阀打开。如果没有选热气旁通项（喘振极限/热气旁通被设定为0），则锁定导叶，优先使用冷量控制。

启动类型：

直接启动：目前唯有19XR高压机组采用此启动方式。

星三角启动：使用最为普及的启动方式。

软启动：软启动器实际上是个调压器，用于电机启动时，通过晶体管改变输出电压并没有改变频率。A46固态软启动器是19XR软启动机组所采用的软启动器之一。

变频启动：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的 交流电源以供给电动机。

机组保养：

保养注意事项：

转移制冷剂时必须先行确保水系统循环正常；

氟必须转移至钢瓶，必须注意冷却，并且放在通风、避晒的环境中。

机组检漏时，不许用压缩空气或氧气，只可用干燥氮气或制冷剂；

不要关闭任何安全装置的阀门；

操作设备必须是持证上岗（制冷工证）；

注意及时断电，以免电加热烧毁；

保养时注意机组传感器及其它零件，以免损坏丧失功能。

保养工具及设备：泵出机构（泵氟机），清洗泵，真空泵，氮气，转换接头，套筒，活扳手，螺丝刀，安全用具，常用工具。

保养过程：

关闭隔离阀→转移制冷剂至冷凝器→断电放油→更换保养零件（油过滤器、回油过滤器、干燥过滤器、吸气过滤器）→充氮气检漏保压→清洗换热器（物理、化学）→抽真空→加油至油箱→平衡制冷剂→检查电器并开机。

定期更换冷冻油：

型号：PP23BZ103005C，用量：2×5加仑/桶

新机组运行第一年后及以后每三年换油一次；

如果油品监测装置工作正常并每年进行油品分析，两次换油之间的时间可以延长。

定期更换油过滤器：

型号：02XR05006201，数量：1

新机组运行第一年后及以后运行3-5千小时换油一次换油时，需同时更换油过滤器；

定期更换制冷剂过滤器：

型号：KH11NG070，数量：1，又称干燥过滤器。

新机组运行第一年后及以后每运行3-5千小时换油一次；如过滤性能不佳，可增加更换次数。

定期更换回油过滤器：

型号：KH42ME060 数量：2。

新机组运行第一年后及以后每运行3-5千小时换油一次。

定期更换吸气过滤器：

型号：KH11NG070 数量：1。

新机组运行第一年后及以后每运行3-5千小时换油一次；安装位置，蒸发器和冷凝器之间，垂直安装在蒸发器筒体中上部引出的回油管上。

ICVC主屏正常运行信息（例举）：

通过数据找故障：

通过对ICVC主屏数据的分析，往往可找到相关故障原因，是排除故障的重要手段之一。在一次定量流量系统中，机组满负载前提下：

1、标准流量下进出水温差为5左右。可通过出水温差来判断流量是否符合要求。（Q=cmt，Q是热量，c是比热容，m是质量，t是温差）

2、正常换热温差应为2以内。可通过换热温差来判断换热管内污垢状况。

3、可通过回水温度判断冷量的消耗及冷却塔散热效果状况。

优先控制：

为避免由于超出电机电流限制、制冷剂低温限制、电机高温安全限制及冷凝高压限制引起的安全关机。在所有情况下，压缩机导叶控制均分为2个阶段：

1、保持导叶不再开大，在CVC/ICVC的状态行里显示优先控制的原因。

2、导叶闭合，直到工况降到第一步设定点以下。然后释放导叶，回到常规冷量控制。

报警与警报：

警报：当机组运行过程中出现非正常状况，在机组控制中心采用优先控制等操作的同时，ICVC左上方将显示相关预警信息，并存储至历史警报记录中。

报警：当机组运行过程中出现非正常状况，并且优先控制等操作无法使之恢复正常状况时，机组控制中心发出停机命令，并在ICVC左上方显示相关报警内容，并存储至历史报警中。

查看历史报警及警报，有助于找到故障停机的根本原因，对进一步排查故障有着重要的作用。

常见故障与原因分析：

冷凝压力高可能原因：

-冷却水流量小；

-冷却效果差；

-冷凝管污垢严重；

-系统存在不凝性气体；

-数据采集故障（传感器、电路板等）。

蒸发压力低可能原因：

-冷冻水流量小；

-蒸发管污垢严重；

-缺少制冷剂（泄露、不充足）；

-数据采集故障（传感器、电路板等）；

-提升阀故障（线性浮阀）。

喘振：

在某些工况下（压缩机的扬程小于冷凝器与蒸发器之间压差时），制冷剂蒸汽会从冷凝器向压缩机倒流，同时压缩机又在不断吸气，从而机组出现剧烈震动和噪音，这就是喘振。喘振典型现象有：

拖动压缩机的电机电流和功率出现不稳定，大幅波动

机器产生强烈的振动，同时发出异常的气流噪声。

喘振发生可能的原因：

冷凝压力高；蒸发压力低；运行负载小；压缩机故障。

机组无法加载的可能原因：

-导叶不动作：导叶执行机构故障；导叶执行机构供电、电缆松动；优先控制。

-导叶动作：压缩机反转；导叶故障；叶轮故障；电路板故障；互感器故障。

跳闸的可能原因：

-开机跳闸：

压缩机电机故障；电机动力电缆绝缘问题；ISM模块指令发出；针对高压机，380V油泵供电不稳定。

-停机跳闸：

针对高压机，380V油泵供电不稳定；机组负压状态或传感器故障。

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