意犹未尽?干货继续袭来,离心式冷水机组的详解!
离心式冷水机组是利用电作为动力源,氟利昂制冷剂在蒸发器内蒸发吸收载冷剂水的热量进行制冷,蒸发吸热后的氟利昂湿蒸汽被压缩机压缩成高温高压气体,经水冷冷凝器冷凝后变成液体,经膨胀阀节流进入蒸发器再循环。从而制取7℃-12℃冷冻水供空调末端空气调节。
离心式冷水机组的组成
离心式冷水机组由离心制冷压缩机、主电动机、蒸发器(满液式卧式壳管式)、冷凝器(水冷式满液式卧式壳管式)、节流装置、压缩机入口能量调节机构、抽气回收装置、润滑油系统、安全保护装置及微电脑控制系统组成。构成离心式冷水机组的部件中,区别于活塞式、螺杆式冷水机组的主要部件是离心压缩机,此外,其他主要辅助设备比如主电动机、润滑油系统、抽气回收装置等均有自己特点,下面进行一下详细介绍。
01、压缩机
空调用离心式冷水机组,通常都采用单级压缩,除非单机制冷量特别大(例如4500kW以上),或者刻意追求压缩机的效率,才采用2级或3级压缩。单级离心制冷压缩机由进口调节装置、叶轮、扩压器、蜗室组成;多级离心制冷压缩机除了末级外,在每级的扩压器后面还有弯道和回流界,以引导气流进入下一级。
由于离心式冷水机组在实际使用中的一些特殊要求,使得离心式制冷压缩机在结构上有其一些特点:
★离心式冷水机组采用的制冷剂的分子量都很大,音速低,在压缩机流道中的马赫数M比较高,这就要求在叶轮构型时特别注意气流组织,避免或减少气流在叶轮流遭中产生激波损失,同时适应制冷剂气体的容积流量在叶轮内变化很大的特点。
★冷水机组在实际使用中,由于气候和热负荷的变化,需要的制冷量变化很大,并且要求在冷负荷变化时,机组的效率也尽可能高。作为制造厂来说,对于不同规格的系列产品,希望零部件的通用化程度越高越好。对于离心制冷压缩机,其叶轮的出口角小,则压缩机的性能曲线比较平坦,绝热效率较高,还能减少因采用同一蜗室而造成的匹配失当和效率降低,有利于变工况运行。
★离心式压缩机是通过旋转的叶轮叶片肘制冷剂蒸气做功而提高其压力的。但是,如前所述,如果为了提高蒸气能量头的需要,叶轮中布置的叶片数过多,则叶片的厚度将使叶轮进口的通流面积减小,使叶轮进口的气流速度很高,进口气流马赫数达到或超过音速,引起效率的急剧下降。为此,对于叶片出口角大于40度,叶片进口直径较小时,往往采用长、短叶片,解决必要的能量头和效串之间的矛盾,效果十分明显。
★为了提高叶轮轮毂的强度,特别是为了消除健槽根部因开、停产生的应力集中疲劳破坏,近年来研制出叶轮与主轴采用三螺钉联接、端面摩擦联接等传递扭矩的方式,使叶轮运行可靠。
★多级压缩机一般采取多次节流,中间加气的形式。这种结构的优点是可以提高循环效率而节能,对于低温(蒸发温度在0℃以下)离心式制冷机组还可以实现一机多种蒸发温度,这在某些工艺流程中特别适宜。
02、主电动机
离心式冷水机组多为半封闭式结构。所谓半封闭式机组,是指压缩机、增速器与主电动机联为一体,同处于制冷剂环境中,不需要轴封。机组的主电动机是特殊设计的用制冷剂冷却的封闭鼠笼式感应电动机,冷却用的制冷剂液体从冷凝器引来,分别引入主电动机的定子腔和转子中,冷却了定子绕组和转子,气化后返回到蒸发器。这样的冷却条件比普通的风冷电动机充分、有效,因此电动机的寿命长、故障率低。同时,由于设有冷却风扇,电动机的噪声低,减少了向机房的排热量,改善了机房的工作环境。
03、蒸发器和冷凝器
离心式冷水机组的蒸发器、冷凝器均为卧式管壳式结构,制冷剂都在壳侧流动。蒸发器、冷凝器换热效果的好坏对机组的能耗、重量和尺寸影响极大。就光管而言,管外制冷剂侧的表面传热系数远低于管内水侧的表面传热系数。在蒸发器的上部有挡液网,以防止蒸发飞溅的制冷剂液滴直接被压缩机吸入。
04、节流装置
将冷凝器底部积存的高压、常温制冷剂液体节流降压为低压、低温的制冷剂液体进入蒸发器内蒸发制冷,以前都是用浮球阀来完成,现在普遍改用一个或多个固定孔口的节流孔板来控制流人蒸发器的制冷剂流量。由于无运动部件,使系统运行更加可靠。
05、润滑油系统
润滑油系统由油泵、油冷却器、油过滤器及调节阀门等组成,向压缩机、齿轮轴、主电动机轴的轴承和齿轮的啮合面供油润滑、冷却。由于离心式冷水机组的结构日趋紧凑,其油泵一般为内置式,浸没于油箱中;油泵电机由于要与溶解有制冷剂的润滑油直接接触,其绕组的绝缘材料也应与制冷剂相容。油冷却器一般为板式换热器,利用制冷剂液体在板式换热器中蒸发的汽化潜热冷却润滑油,因此尺寸小,也内置于压缩机机壳内,便于蒸发后的制冷剂蒸气返回压缩机。油过滤器的过滤精度要求很高(一般为10~15μm),其安装位置应尽量靠近供油口,为及时发现过滤器被杂质堵塞,机组运行中应监视过滤镜前后的压力差。
在离心制冷压缩机中,油箱也处于制冷剂环境中,润滑油与制冷剂是互溶的,且温度越低,制冷剂在油中的溶解度越大。润滑油中溶有制冷剂后其粘度要降低,直接影响启动时机组正常供油压力的建立。为此,在油箱中都设有一组供机组停机阶段加热润滑油的电加热器。
离心式冷水机组的分类
按总体结构形式分为开启式、半封闭式和全封闭式。
按换热器筒体结构型式分为单筒式、双筒式两种型式。
离心式冷水机组的制冷原理
同活塞式冷水机组类似,构成离心式冷水机组的单级循环和双级循环,其循环原理仍然是由蒸发、压缩、冷疑和节流四个热力状过程所组成的单级和双级蒸气压缩式制冷循环,其工作系统仍然是由蒸发器、离心式压缩机(单级和双级)、冷凝器和节流机构(装置)四大部件所组成的封闭式工作系统,在满液式卧式壳管式蒸发器中,制冷剂液体在较低的饱和温度状态下吸收进入蒸发器传热管内冷水的热量而沸腾气化,相对的使管内冷水出水温度下降为7℃,提供给中央空调系统中的气—水热交换器冷却送风,通过管道输送给空调对象,使其内部气温维持在规定的26℃±2℃人体舒适感范围之内,或其他工作室所要求的非标准空调工况范围,达到中央空调的目的。
离心式冷水机组的控制原理
离心式冷水机组的控制系统已相当完善,大都采用微型计算机,配以可靠的参数传感器、变送器,对机组运行进行控制、调节、保护。
★对单台机组,可随时显示运行中的冷水进出口温度、冷却水进出口温度、蒸发压力、冷凝压力、供油温度、供油压力、压缩机排气温度、导叶开度百分比、主电动机电流、累计运行时间、启动次数等参数;对运行中发生故障可预先发出警告、指出故障名称,并有故障诊断系统,提示产生故障的几种可能原因。
★对多台机组,可根据热负荷的变化,按经济的原则,自动开、停几台。此外还备有远程通讯接口,与楼宇自动化控制系统(BAS)联接,对冷水机组实行远程遥控。