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一文全解：水冷螺杆机原理、构成、特性、安装、维护！

发布于：2022-07-26 09:53:26 来自：暖通空调/制冷技术 [复制转发]

随着系统优化技术不断成熟、间接制冷系统的不断优化及新型优良载冷剂的出现，间接冷却制冷系统有一定应用和发展，并持续降低能耗指标，实现更佳的节能减排效果。

（本图仅供参考，不对应文中具体产品）

一：原理

机组开始工作时，压缩机将蒸发器里的低温低压制冷剂吸入气缸，经过压缩机的工作，制冷剂蒸气被压缩成为高温高压气体，经过排气管道进入冷凝器内。高温高压的制冷剂气体在冷凝器内与冷却水进行热交换，把热量传递给冷却水带走，而制冷剂气体则凝结为高压液体。

从冷凝器出来的高压液体经热力膨胀阀节流降压后进入蒸发器。在蒸发器内，低压液体制冷剂吸收冷冻水的热量而汽化，使冷冻水降温冷却，成为所需要的低温用水。汽化后的制冷剂气体重新被压缩机吸入进行压缩，排入冷凝器，这样周而复始，不断循环，从而实现对冷冻水的冷却。

水冷单螺杆冷水机组制冷原图如下：

以中央空调系统为例：

从螺杆式冷水机组出来的冷冻水，进入室内的风机盘管、变风量空气调节机等末端装置，在室内与对流空气发生热交换，在此过程中，水由于吸收室内空气的热量(向室内空气散热)而温度上升，而室内空气经过室内换热器后温度下降，在风机的带动下，送入室内，从而降低室内的空气温度，而温度上升后的冷冻水在水泵的作用下重新进入机组，如此循环，从而达到连续制冷的目的。

蒸汽压缩式制冷循环包括压缩、冷凝、节流、蒸发等四个必不可少的过程。其原理分述如下：

压缩过程：

蒸发器中的制冷剂蒸汽被螺杆压缩机吸入后，电机通过压缩机转子对其施加能量，使制冷剂蒸汽的压力提高并进入冷凝器；与此同时，制冷剂蒸汽的温度在压缩终了时也相应提高。

冷凝过程：

由压缩机来的高压、高温制冷剂蒸汽，在冷凝器中通过管内的冷却水放出热量，温度有所下降，同时在饱和压力（冷凝温度所对应的冷凝压力）下，冷凝成为液体。这时，冷却水因从制冷剂蒸汽中摄取了热量，其温度要有所升高。冷却水的温度与冷凝温度（冷凝压力）直接有关。

节流过程：

由冷凝器底部来的高温、高压制冷剂液体，流经节流装置时，发生减压膨胀，压力、温度都降低，变为低压、低温液体进入蒸发器中。

蒸发过程：

低压、低温制冷剂液体在蒸发器内从载冷剂（如冷水）中摄取热量后蒸发为气体，同时使载冷剂的温度降低，从而实现人工制冷，蒸发器内的制冷剂蒸汽又被压缩机吸入进行压缩，重复上述压缩、冷凝、节流、蒸发过程。如此周而复始，达到连续制冷的目的。

油路循环系统：

在压缩机内部，冷冻油依靠系统的高低压差，再通过内设油路，分别对轴承和转子提供润滑和冷却。

压缩机连续排气过程中，冷冻油会随着制冷剂气体一起排出压缩机，如果排出的冷冻油无法重新回到压缩机，将可能导致压缩机失油，严重时会损坏压缩机。回油系统，保证随制冷剂气体排出的冷冻油顺利回到压缩机，确保机组安全可靠运行。

二：构成及特点

1、构成

螺杆冷水机组主要由半封闭双螺杆压缩机、壳管式冷凝器及满液式蒸发器、油分离器、节流机构、电气控制系统等组合而成。

(1)蒸发器：在机组运行过程中，蒸发器一直维持较低的温度和压力，以便蒸发的制冷剂气体带走流过其内部冷冻水的热量。

(2)冷凝器：在机组运行过程中，冷凝器一直维持较高的温度和压力，以便流过冷凝器的冷却水带走制冷剂中的热量。

(3)螺杆压缩机：不断将蒸发器中蒸发的制冷剂气体送至冷凝器中，维持系统的高低压差。

(4)油分离器：将随制冷剂气体排出的冷冻油分离出来直接送回压缩机，保证压缩机安全可靠运行。

(5)电控系统：采用PLC或单片机控制系统，可自动调节机组输出制冷量达到用户实际需求；可控制使用侧、热源测水泵及冷却塔风机；显示以下参数：冷冻水进出水温度、冷却水进出水温度、蒸发、冷凝压力等系统参数；可进行当前故障及历史故障记录查询。

2、特点及优势

它是一种以水为冷却介质的中央空调产品，与相同冷量的风冷机组相比，由于其冷凝器和蒸发器均采用特制高效传热管制作，因此结构紧凑，体积小，效率高，适用于中央空调系统和工艺冷冻水系统。具体特点如下：

（1）结构简单紧凑，运动部件少，易损件少，因此故障率低，使用寿命长；

（2）运行稳定，低负荷运转时不会有“喘振”现象，并且振动小，噪音低；

（3）调节方便，可在10%～100%范围内进行调节,部分负荷时效率高,因此节电效果显著;

（4）水冷式螺杆冷水机组体积小，重量轻，制冷量大，可以按照要求定制非标机组；

（5）机组对湿冲程不敏感，允许少量带液，无液击危险；

（6）种类齐全，所覆盖的温度范围广（比如-5℃，-20℃，-40℃，或是-50℃等都可以），风冷或水冷随选；

三：控制系统和回油系统

1、回油系统

主要分为两个部分：

油分回油：在压缩机排气和冷凝器之间安装了高效油分离器，随着制冷剂气体排出的冷冻油，绝大部分会被油分离器拦截并通过吸气口直接送回压缩机。

高压引射回油：小部分冷冻油进入冷凝器后，最终会在蒸发器中聚集，依靠高压液体作为动力，可以将聚集在蒸发器中的冷冻油直接带回压缩机。

2、控制系统介绍：

控制系统采用微电脑控制，控制柜面板上装有电源、运行、故障指示灯，可方便直观地了解当前机组的工作状况。此外，控制柜面板上装有急停开关，当机组发生紧急故障需马上停机时，可按下急停开关，确保机组安全。

由于压缩机是机组的重要部件，因此针对压缩机的保护有：

① 电源缺相、逆相保护；

② 热过载保护；

③ 电流过流保护；

④ 压缩机排气温度保护；

⑤ 压缩机内部过载保护；

⑥ 高低压差保护。

四：安装及施工

1、安装环境

机组到位后，去掉滑动垫木，用气泡水平仪校准水平，并用地脚螺栓将机组底脚固定在基础上。建议在机组底脚与基础之间放置15~20mm厚防震软垫。

机组一般安装在地下室或底层或专用机房。如果必须安装在较高的楼面时，首先应确准该楼面结构是否能承受机组的运行重量，必要时可以加固地板，此外，还须确准该层楼面是否水平；建议根据机组运行重量分布放置弹簧减震器。

2、蒸发器和冷凝器管路连接要求

（1）蒸发器管路连接要求

a、冷却水管路系统必须先安装防震软接头、温度计、压力表、排水阀、截止阀、水过滤器、止逆阀、靶式流量控制器等，再与冷却塔进出水管路相连。参见管路连接例图如下：

冷却水管路图

b、供水管路要尽可能短，管路的规格要根据水泵的有效扬程、管路流量和流速而定，而不依照接头规格。

c、在冷凝器封头上装配有排水、排气接头。以螺塞封口。应将螺塞替换为（1/4NPT放气和1/2NPT排水）球阀。

d、冷凝器的水口方向可以根据用户的要求更改。

更改时需注意以下几点：

* 需确认正确的隔板位置，使用新的橡胶密封圈。

* 冷却水的温度、流量测量装置需重新布置。

* 拆装水室端盖时，紧固螺栓要按一定的顺序进行：轻轻收紧第一个螺栓，然后再轻轻收紧位于180°方向的那个螺栓。继续这样的顺序收紧第3个螺栓，然后再轻轻收紧与第3个螺栓成180°的第4个螺栓。依此类推。在完成第一次这圈螺栓的紧固后，重复此顺序直到所有螺栓符合表1对应螺栓的扭矩为止。

注：在第一圈收紧螺栓时不要将螺栓收紧到终了力矩，因为这样会使法兰面翘起而容易漏水。应使用力矩扳手，并在第一圈收紧时将扳手的扭矩调到终了力矩的三分之一。

表1 螺栓紧固终了推荐力矩（N·m）

螺栓规格	橡胶平垫片密封
螺栓规格	最小力矩	最大力矩
M10	16	24
M12	45	68
M16	95	122
M20	142	210

(2)蒸发器的管路连接

a、冷冻水管路系统必须安装防震软接头、温度计、压力表、水过滤器、电子除垢仪、止逆阀、靶式流量控制器、排气阀、排水阀、截止阀、膨胀水箱等。参见冷冻水管路例图：

b、膨胀水箱应安装在高于系统最高处1～1.5米处，水箱容量约为整个系统水量的1/10。

c、在蒸发器筒体上装配有排水、排气接头。排水口上已装配1/2”排水铜球阀，排气口以螺塞封口。应将螺塞替换为1/4NPT放气球阀。

d、水管应尽量避免垂直方向的变化，在管路的高处与膨胀水箱之间安装手动或自动排气阀。

e、进水和出水管路的直管段上安装温度计和压力表，避免将其安装在太接近弯管的地方。各低点应配有放水接头，以便放清系统中的余水。在操作机组之前，把截止阀接到放水管路上，装在进水和出水接头附近。蒸发器进出水管之间应有旁通管道，便于管道清洗和检修。使用柔性接头可以减少震动的传递。

f、冷冻水管路和膨胀水箱应作保温处理，阀件接头处应留出维护操作部位。

h、管道做过气密性试验后，再包保温层，以避免热传递和发汗，保温层上应罩有防潮密封。

3、制冷剂充注要求

对机组进行现场冷媒充注时，操作如下：

（1）用真空泵将机组真空抽至50Pa以下，12小时后真空上升低于13 Pa表明真空检查合格。

（2）真空合格后，确信冷冻水泵开启，冷冻水在蒸发器内处于流动状态时，通过冷凝器底部的角阀充注孔注入规定量制冷剂。

4、电气接线施工要求

确认主电源的电压波动是在铭牌标称值的±10％范围之内，且电压的不平衡在±2％以内，如果超过这个范围，请将机组保持关机状态，并立即联系当地电力部门。

相电压不平衡的计算公式为：电压不平衡率%=与平均电压的最大偏差/平均电压×100%。

机外电源线及断路器选择参考：

电源相线线径 (mm ² )	35	50	95	95	120	150	185
电源接地线线径 (mm ² )	16	25	50	50	70	70	95
断路器额定容量 (A)	125	160	200	250	320	320	400
电源相线线径 (mm ² )	240	300	120×2	150×2	185×2	240×2
电源接地线线径 (mm ² )	120	150	120	150	185	240
断路器额定容量 (A)	400	500	630	630	800	800

水冷螺杆式冷水机组一般使用时间为3000h/年左右（根据我国气候地理条件)。为了确保机组长期安全可靠地正常运转，以及长期使用的运转寿命能够延长，减少运行费用，对机组经常性的科学维护和保养工作，是非常重要。

五：维护及保养

1、除垢：

长期运行后，机组壳管式换热器水侧传热表面会沉积氧化钙或其他矿物质，这些矿物质在传热表面结垢较多时，会影响传热性能而导致电能消耗增加、排气压力升高。可采用甲酸、柠檬酸、醋酸等有机酸清洗。

2、冬季关机：

当冬季关机时，应清洗机组内外表面，并吹干；必须打开放水阀，放净壳管换热器内的存水，以防发生冻结事故。

3、春季开机：

在较长时间停机后，要启动机组时，应做如下准备工作：

(1)彻底检查和清理机组。

(2)清洁水管路系统。

(3)检查水泵。

(4)拧紧所有线路接头。

(5)按要求对机组压缩机进行预热。

4、系统防冻：

如果壳管式换热器的流道发生严重结冰情况，可能造成壳管式换热器破裂和泄漏，因此对机组防冻要特别予以重视，以下三点请用户特别注意：

(1)在较低环境温度下停机备用时，若机组放在室外温度低于0℃的环境中必须将蒸发器和冷凝器中的水排尽。放水的具体操作步骤见整机上的放水标识。

(2)运行时，如果冷冻水水流开关失效时将可能导致水管出现冻结，因此水流开关必须与机组进行联锁。

(3)维护时，在给机组充注制冷剂或为了维修而放掉制冷剂时，有可能导致蒸发器内水结冰。一定要使蒸发器中的水保持流动或将水彻底放干净。

警告：

水冷螺杆式冷水机组使用介质为水，在冬季气温有低于零度的地区使用时必须做好如下方面的工作：机组必须在水系统中添加防冻液（乙二醇），请按要求添加比例。停机后不可切断电源，否则自动防冻运行保护将失去作用。

六：常见故障及处理方法

故障	可能原因	检测及排除方法
排气压力过高	系统中有空气或有其它不凝气体	从注氟嘴排除气体，必要时重新抽真空。
	冷却塔风机故障	检修冷却塔风机，恢复运转。
	吸气压力过高	见“吸气压力过高”
	环境温度过高
	冷却水水流量过小	检查冷却水系统，调大水流量。
	压缩机油位过低	检查视油镜液位并加注冷冻油
排气压力过低	吸气压力过低	见“吸气压力过低”
	制冷剂泄漏或充注不够	检漏并充氟
	冷却水水温过低	检查冷却塔容量是否太大或环境温度是否太低。
吸气压力过高	排气压力过高	见“排气压力过高”
	制冷剂充注过量	放掉部分制冷剂
	液态制冷剂从蒸发器流入压缩机
	冷冻水进水温度高于允许最高值	检查和调整膨胀阀，确保膨胀阀感温包与吸气管紧密接触并与外界完全隔热。
吸气压力过低	干燥过滤器堵塞	更换干燥过滤器滤芯
	膨胀阀未调节好或出故障	调节到合适的过热温度，或检查膨胀阀感温包是否有泄漏。
	系统制冷剂不足	检漏并充氟
	冷冻水进水温度明显低于规定温度值
	冷冻水流量不够	检查蒸发器进出水管路压力是否太低，调节冷冻水流量。
压缩机因高压保护停机	冷却水水温过高
	冷却塔风机故障	检修冷却塔风机
	高压停机设定值不正确	检查高压开关
压缩机因电机过载停机	电压过高或过低	检查电压不得超出或低于额定电压 ±10%。
	排气压力过高	见“排气压力过高”
	冷却水温度过高	检查冷却塔是否容量太小
	过载元件故障	检查压缩机电流，和压缩机上规定的满负荷电流进行比较。
	电机或接线端子短路	检查电机和端子对应电阻
压缩机因内置温度保护开关动作停机	电压过高或过低	检查电压，不得超出上述规定范围。
	排气压力过高	见“排气压力过高”
	冷冻水进水温度过高
	压缩机内置温度保护开关故障	更换元件
	系统制冷剂不足	检查是否漏氟
压缩机因低压保护停机	干燥过滤器堵塞	更换干燥过滤器滤芯
	膨胀阀故障	调整或更换膨胀阀
	低压停机设定值不正确	检查低压开关
	制冷剂不足	充注制冷剂
压缩机噪音大	压缩机冷冻油不足	检查视油镜液位并加注冷冻油
压缩机不能启动	过流继电器跳开，保险烧坏。	更换损坏元件
	控制电路没有接通	检查控制系统接线
	无电流	检查供电
	高压保护或低压保护	见前面吸、排气压力故障部分。
	接触器线圈烧坏	更换损坏元件
	电源相序连接错误	重新连接，调整其中两条接线。
	水系统故障，水流开关断路。	检查水系统
	操作显式器有报警信号	查看报警类别，采取相应措施。
	开停机时间设定有误	检查并重新设定
	温度传感器检测温度超过设定值	检查并重新设定

水冷螺杆机

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