离心制冷冷水机组原理构成、特点与故障分析

制冷主机简称冷机,是数据中心空调系统的重要组成部分,其载冷剂一般为水,简称为冷水机组,其冷凝器的冷却利用常温水的换热降温来实现,故也称为水冷机组。数据中心冷量需求大,选用离心式机组可以获得较好的能效,本文的冷水机组专指离心机组。

一、冷水机组原理

离心式制冷压缩机是一种回转式速度型压缩机,吸气管将要压缩的气体引入到叶轮入口;气体在叶轮叶片的作用下跟着叶轮做高速旋转,通过叶轮中的叶片对叶轮槽道中的气体作功;提高气体的速度后引出叶轮出口处,然后导入扩压腔;由于气体从叶轮流出后,具有较高的流速,为了将这部分速度能转化为压力能,在叶轮排气口外侧设置了流通截面逐渐扩大的扩压器,进行能量的转换,以提高气体的压力;扩压后的气体在蜗壳里汇集起来后,进入机组的冷凝器进行冷凝,以上这一过程就是离心机的压缩原理,另外为了冷凝和把冷量带走,空调系统包括冷却水系统和冷冻水系统。

二、离心机组组成

离心机组组成如下:包括离心压缩机、蒸发器、冷凝器、节流孔板、供油装置、控制柜等组成。其中压缩机主要由吸气室、叶轮、扩压器、弯道与回流器、蜗壳组成。

三、离心机组的特点

1)制冷量大。由于离心式压缩机的吸气量不能过小,因而离心式压缩机的单机制冷量都较大。 

2)易损件少,可靠性高。离心式压缩机在运行过程中几乎无磨损,因而经久耐用,维修运转费用较低。 

3)离心式压缩机中的压缩部件为旋转运动,在径向受力平衡,因而运转平稳,振动小。 

4)能够经济地进行冷量调节。离心式压缩机可以采用如导流叶片调节等方法,使能量在一定的范围内调节。 

5)易于实行多级压缩和节流,可实现同一台制冷机多种蒸发温度的操作运行。

四、冷水机组常见故障

1、低压告警

某数据中心一台冷冻机组运行过程中发生制冷能力下降现象,后触发冷机低压告警,机组外部检漏正常,采用肥皂水溶液涂抹到怀疑有渗漏的部位,冷凝器、压缩机、蒸发器之温度传感器、压力变送器、维修角阀、安全阀等丝扣连口及其它部位,未发现漏点,怀疑蒸发器内有泄漏,打开端盖查漏,确认为冷机蒸发器发生泄漏。 

【问题解决】补漏方法:找出泄漏的管子,作好标记,维修时抽出旧换热管,更换新管后在端板处进行胀管,再进行检漏和气密试验;如果泄漏的管子比较少,也可用堵头将该铜管两端堵死。现场考虑只有一根铜管泄漏,就在该铜管两端进行了封堵,经查漏、抽空重新加注制冷剂调试后,冷机恢复正常运行。

2、低流量告警

某冷机运行中,突然发生低流量告警,导致冷机停机,制冷中断,尝试消除故障,发现低流量告警故障一直存在,冷机无法开启。现场检查水泵运行情况、冷机阀门开启情况和流量情况,均正常,而流量开关触点始终呈现开路,无法闭合,怀疑流量开关存在问题。

【问题解决】现场停泵,关闭流量开关两端阀门,拆卸流量开关,发现靶式流量开关已经折断损坏,更换流量开关后,冷机正常开启和运行。

3、高压故障

某小型数据中心冷机运行过程中发生高压故障停机,复位后重新开机,不久又触发高压停机,停机前冷机伴有严重喘振现象,维护人员反映停机前发生多次较严重喘振现象。复位后开机,发现冷凝温度偏高,运行过程中有多次喘振现象,通过咨询了解,冷机负荷率80%时,冷却水温进33℃,出37.5℃,水温偏高,检查小温差为6℃,严重偏大,对应冷凝温度为43.5℃,根据上述数值判断,冷机高压原因为冷凝不良和小温差过大。

【问题解决】现场先进行冷机保养,更换了冷冻油和过滤器;再进行冷却塔维护,更换调整风机皮带,调整风车倾角角度,对冷却塔填料和冷却塔水盘进行清洗维护,更换冷却塔部分填料,并进行水质处理;之后拆洗水系统管路上所有的过滤器,系统投入运行,冷却水温进29.1℃,出34.5℃,冷机小温差也只有1℃,喘振和高压现象消失,系统恢复正常运行。 

4、低流量停机

某冷机运行过程中,一台冷机的冷却水发生低流量控制器动作,冷机停止工作。发生流量告警故障,一般常见原因:水泵工作发生异常、过滤器堵塞导致的低流量,也可能是流量控制器故障或者设置值异常。现场检查,发现水泵运行正常,两端阀门工作正常,但Y形过滤器两端压差异常,明显偏大,判断为Y形过滤器堵塞。

【问题解决】停水泵,关过滤器两端阀门,泄压后对过滤器进行拆卸,发现过滤网上有脏污导致堵塞,清洗重新安装后,开启冷却水泵,冷却水流量恢复正常,流量开关无告警,冷机正常工作。 

5、冷机COP偏低

某数据机楼中,配置4台冷机,日常运行三台冷机,其额定COP均为5.5。但实测发现,即使在满负荷工况下,这三台冷机也达不到额定值,其中最低一台仅为3.5,最高一台为4.5。

离心机组COP偏低的原因,常见问题有冷机负荷率偏小,设备性能老化等,冷机和冷却塔效率偏低导致冷却水回水温度偏高等。现场检查,每台冷机制冷量为2037kW,而实际每台冷机供冷量只需要1500kW,低负载率导致了低效率;另外一个原因是设备性能老化,机组长时间运行中,冷却水质处理不及时,冷机和冷却塔换热效果较差,导致效率降低。 

【问题解决】现场对冷机和冷却塔进行清洗,并进行水质维护;也对冷机工况进行调整,补充部分制冷剂,正常维护后,冷机COP达到5.3左右,恢复到额定值。

制冷主机简称冷机,是数据中心空调系统的重要组成部分,其载冷剂一般为水,简称为冷水机组,其冷凝器的冷却利用常温水的换热降温来实现,故也称为水冷机组。数据中心冷量需求大,选用离心式机组可以获得较好的能效,本文的冷水机组专指离心机组。

离心制冷冷水机组原理构成、特点与故障分析

特灵 CDHG三级压缩离心式冷水机组

一、冷水机组原理

离心式制冷压缩机是一种回转式速度型压缩机,吸气管将要压缩的气体引入到叶轮入口;气体在叶轮叶片的作用下跟着叶轮做高速旋转,通过叶轮中的叶片对叶轮槽道中的气体作功;提高气体的速度后引出叶轮出口处,然后导入扩压腔;由于气体从叶轮流出后,具有较高的流速,为了将这部分速度能转化为压力能,在叶轮排气口外侧设置了流通截面逐渐扩大的扩压器,进行能量的转换,以提高气体的压力;扩压后的气体在蜗壳里汇集起来后,进入机组的冷凝器进行冷凝,以上这一过程就是离心机的压缩原理,另外为了冷凝和把冷量带走,空调系统包括冷却水系统和冷冻水系统。

离心制冷冷水机组原理构成、特点与故障分析

CVHE/G三级压缩离心式冷水机组

二、离心机组组成

离心机组组成如下:包括离心压缩机、蒸发器、冷凝器、节流孔板、供油装置、控制柜等组成。其中压缩机主要由吸气室、叶轮、扩压器、弯道与回流器、蜗壳组成。

三、离心机组的特点

1)制冷量大。由于离心式压缩机的吸气量不能过小,因而离心式压缩机的单机制冷量都较大。

2)易损件少,可靠性高。离心式压缩机在运行过程中几乎无磨损,因而经久耐用,维修运转费用较低。

3)离心式压缩机中的压缩部件为旋转运动,在径向受力平衡,因而运转平稳,振动小。

4)能够经济地进行冷量调节。离心式压缩机可以采用如导流叶片调节等方法,使能量在一定的范围内调节。

5)易于实行多级压缩和节流,可实现同一台制冷机多种蒸发温度的操作运行。

四、冷水机组常见故障

1、低压告警

某数据中心一台冷冻机组运行过程中发生制冷能力下降现象,后触发冷机低压告警,机组外部检漏正常,采用肥皂水溶液涂抹到怀疑有渗漏的部位,冷凝器、压缩机、蒸发器之温度传感器、压力变送器、维修角阀、安全阀等丝扣连口及其它部位,未发现漏点,怀疑蒸发器内有泄漏,打开端盖查漏,确认为冷机蒸发器发生泄漏。

【问题解决】补漏方法:找出泄漏的管子,作好标记,维修时抽出旧换热管,更换新管后在端板处进行胀管,再进行检漏和气密试验;如果泄漏的管子比较少,也可用堵头将该铜管两端堵死。现场考虑只有一根铜管泄漏,就在该铜管两端进行了封堵,经查漏、抽空重新加注制冷剂调试后,冷机恢复正常运行。

2、低流量告警

某冷机运行中,突然发生低流量告警,导致冷机停机,制冷中断,尝试消除故障,发现低流量告警故障一直存在,冷机无法开启。现场检查水泵运行情况、冷机阀门开启情况和流量情况,均正常,而流量开关触点始终呈现开路,无法闭合,怀疑流量开关存在问题。

【问题解决】现场停泵,关闭流量开关两端阀门,拆卸流量开关,发现靶式流量开关已经折断损坏,更换流量开关后,冷机正常开启和运行。

3、高压故障

某小型数据中心冷机运行过程中发生高压故障停机,复位后重新开机,不久又触发高压停机,停机前冷机伴有严重喘振现象,维护人员反映停机前发生多次较严重喘振现象。复位后开机,发现冷凝温度偏高,运行过程中有多次喘振现象,通过咨询了解,冷机负荷率80%时,冷却水温进33℃,出37.5℃,水温偏高,检查小温差为6℃,严重偏大,对应冷凝温度为43.5℃,根据上述数值判断,冷机高压原因为冷凝不良和小温差过大。

【问题解决】现场先进行冷机保养,更换了冷冻油和过滤器;再进行冷却塔维护,更换调整风机皮带,调整风车倾角角度,对冷却塔填料和冷却塔水盘进行清洗维护,更换冷却塔部分填料,并进行水质处理;之后拆洗水系统管路上所有的过滤器,系统投入运行,冷却水温进29.1℃,出34.5℃,冷机小温差也只有1℃,喘振和高压现象消失,系统恢复正常运行。

4、低流量停机

某冷机运行过程中,一台冷机的冷却水发生低流量控制器动作,冷机停止工作。发生流量告警故障,一般常见原因:水泵工作发生异常、过滤器堵塞导致的低流量,也可能是流量控制器故障或者设置值异常。现场检查,发现水泵运行正常,两端阀门工作正常,但Y形过滤器两端压差异常,明显偏大,判断为Y形过滤器堵塞。

【问题解决】停水泵,关过滤器两端阀门,泄压后对过滤器进行拆卸,发现过滤网上有脏污导致堵塞,清洗重新安装后,开启冷却水泵,冷却水流量恢复正常,流量开关无告警,冷机正常工作。

5、冷机COP偏低

某数据机楼中,配置4台冷机,日常运行三台冷机,其额定COP均为5.5。但实测发现,即使在满负荷工况下,这三台冷机也达不到额定值,其中最低一台仅为3.5,最高一台为4.5。

离心机组COP偏低的原因,常见问题有冷机负荷率偏小,设备性能老化等,冷机和冷却塔效率偏低导致冷却水回水温度偏高等。现场检查,每台冷机制冷量为2037kW,而实际每台冷机供冷量只需要1500kW,低负载率导致了低效率;另外一个原因是设备性能老化,机组长时间运行中,冷却水质处理不及时,冷机和冷却塔换热效果较差,导致效率降低。

【问题解决】现场对冷机和冷却塔进行清洗,并进行水质维护;也对冷机工况进行调整,补充部分制冷剂,正常维护后,冷机COP达到5.3左右,恢复到额定值。

 

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