淺談離心式冷（溫）水機(jī)組的試驗(yàn)

薛學(xué)營(yíng) 王國(guó)立 陳 美

（煙臺(tái)荏原空調(diào)設(shè)備有限公司，山東 煙臺(tái) 265500）

0 引言

離心式壓縮冷（溫）水機(jī)組因其容量大、效率高的特點(diǎn)，現(xiàn)在應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文就機(jī)組的開(kāi)發(fā)試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行匯總說(shuō)明，以加深對(duì)離心式壓縮冷（溫）水機(jī)組的理解。

1 離心式冷（溫）水機(jī)概述

離心式壓縮機(jī)屬于速度型的壓縮機(jī)，如圖1所示，其主要原理是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)葉輪的旋轉(zhuǎn)來(lái)提高冷劑氣體的速度，當(dāng)進(jìn)入擴(kuò)壓器和機(jī)殼后，便轉(zhuǎn)化為壓力能。通過(guò)對(duì)低溫低壓的冷劑氣體做功使其變成高溫高壓的冷劑氣體。高溫高壓的冷劑氣體在冷凝器中冷卻為冷劑液體，冷劑液體通過(guò)節(jié)流裝置進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸收汽化潛熱蒸發(fā)，變?yōu)榈蜏氐蛪旱睦鋭怏w，再次進(jìn)行循環(huán)。

圖1 離心式冷（溫）水機(jī)

目前在空調(diào)用的離心式冷（溫）水機(jī)組中，大都采用進(jìn)口導(dǎo)葉變化來(lái)調(diào)整機(jī)組的容量，它是通過(guò)冷凍（溫）水出口溫度的變化，由溫度傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)完成?？刂票P(pán)通過(guò)系統(tǒng)負(fù)荷的情況來(lái)控制導(dǎo)葉的開(kāi)度，在導(dǎo)葉開(kāi)度過(guò)小的情況下，氣流不穩(wěn)定，噪音震動(dòng)加劇，對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行不利。

離心式壓縮機(jī)有一定的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，若在高壓比的條件（高壓比的條件是指冷凝溫度和蒸發(fā)溫度的差值大）下工作，會(huì)發(fā)生喘振現(xiàn)象。喘振時(shí)，機(jī)組的噪音、震動(dòng)加劇、電流急劇波動(dòng)，對(duì)壓縮機(jī)和電機(jī)危害很大，所以離心式壓縮機(jī)一定要避開(kāi)喘振區(qū)運(yùn)行。

另外，離心式壓縮機(jī)屬于高速旋轉(zhuǎn)的流體機(jī)械，其軸承、齒輪、電機(jī)等需要冷卻以保證壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

離心式冷水機(jī)組的試驗(yàn)就是要確定其在不同工況下的性能、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，保證各部件安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，控制系統(tǒng)安全有效。

2 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

離心式壓縮冷（溫）水機(jī)組裝完成后需要進(jìn)行各方面的試驗(yàn)確認(rèn)，下面對(duì)試驗(yàn)前的準(zhǔn)備做一下簡(jiǎn)單說(shuō)明。

（1）機(jī)組試驗(yàn)場(chǎng)就位，水配管安裝；

（2）壓力變送器、溫度、流量計(jì)等測(cè)定儀表的安裝；

（3）氣密性試驗(yàn)，真空度確認(rèn)，防止冷劑泄露；

（4）冷凍機(jī)油注入，控制盤(pán)上電，油加熱器工作；

（5）油溫40 ℃以上之后開(kāi)始加冷劑，防止油中溶解的冷劑量太多；

（6）采集系統(tǒng)配線、設(shè)定、調(diào)試等，包括溫度、壓力、流量、電功率等；

（7）動(dòng)力配線，啟動(dòng)柜配線，絕緣測(cè)試；

（8）操作盤(pán)設(shè)定，導(dǎo)葉全開(kāi)全閉調(diào)整等；

（9）供油系統(tǒng)油壓、油量調(diào)整，保證軸承、齒輪的冷卻；

（10）機(jī)組閥門(mén)開(kāi)關(guān)確認(rèn)；

（11）模擬運(yùn)轉(zhuǎn)，試運(yùn)轉(zhuǎn)，確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)向。

3 試驗(yàn)項(xiàng)目

完成如上的試驗(yàn)準(zhǔn)備后，機(jī)組進(jìn)入可運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，下面就需要確認(rèn)的項(xiàng)目分別進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 額定工況

第一個(gè)試驗(yàn)條件一般都是額定工況，在此條件下需要進(jìn)行幾方面的確認(rèn)：首先確認(rèn)機(jī)組首次運(yùn)轉(zhuǎn)有無(wú)異常，包括噪音、震動(dòng)、溫度、壓力等；其次對(duì)機(jī)組的冷劑填充量進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的依據(jù)是蒸發(fā)器和冷凝器的換熱溫差LTD，然后對(duì)各個(gè)計(jì)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，看有沒(méi)有異常，其判斷的依據(jù)是設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)。長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后，為保證測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可能會(huì)重復(fù)測(cè)試，再進(jìn)行對(duì)比。

3.2 喘振工況

額定工況試驗(yàn)完成后，相當(dāng)于在機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍中確定了一個(gè)點(diǎn)，還需要將其整個(gè)的范圍判斷出來(lái)，這就需要進(jìn)行喘振試驗(yàn)。喘振試驗(yàn)是在不同導(dǎo)葉開(kāi)度下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出喘振線。壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)條件是不允許超過(guò)喘振線的。

3.3 循環(huán)妥當(dāng)性

喘振工況是確定壓縮機(jī)的最高壓頭，還需要確定壓縮機(jī)的最小壓頭。因?yàn)樵谛罕鹊那闆r下，容易引起冷劑循環(huán)不暢，導(dǎo)致冷劑在冷凝器和經(jīng)濟(jì)器中積存，冷劑無(wú)法進(jìn)入到蒸發(fā)器，這樣就會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)器低壓的情況，這種情況下，蒸發(fā)器LTD很大，壓縮機(jī)效率很低。所以要避免這種情況的出現(xiàn)。試驗(yàn)方法是在不同導(dǎo)葉開(kāi)度下確定發(fā)生蒸發(fā)器低壓的冷卻水溫度，如圖2所示。

圖2 制冷循環(huán)線圖

3.4 最大能力試驗(yàn)

壓縮機(jī)的容量要受到電機(jī)能力的限制。為了確定運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，需要將不同壓比下壓縮機(jī)的最大能力確定出來(lái)。試驗(yàn)的方法是將導(dǎo)葉開(kāi)到最大，保證電機(jī)的最大能力，從喘振點(diǎn)開(kāi)始降低壓比，做成一條曲線。這條線就是最大容量線。

3.5 部分負(fù)荷工況確認(rèn)

額定工況下減小導(dǎo)葉開(kāi)度，改變機(jī)組負(fù)荷率，測(cè)試其在80%、60%、40%、20%負(fù)荷下的性能。做出導(dǎo)葉控制特征曲線，對(duì)導(dǎo)葉的控制特性做出判斷，看負(fù)荷是不是跟導(dǎo)葉開(kāi)度能很好的對(duì)應(yīng)。

通過(guò)上面的試驗(yàn)內(nèi)容可基本確定壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域。

3.6 油回收試驗(yàn)

油是保證壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，所以油回收功能試驗(yàn)是壓縮機(jī)功能的一個(gè)重要試驗(yàn)項(xiàng)目。在離心壓縮機(jī)中潤(rùn)滑油和冷劑是互溶的，雖然油路和冷劑流路是分開(kāi)的，但是通過(guò)軸封、軸承等部位，冷劑和油還是會(huì)混到一起，有部分的油還會(huì)被帶入到系統(tǒng)中去。油回收試驗(yàn)就是要找到這個(gè)平衡點(diǎn)。

首先確定油容易泄露的工況，一般情況下，隨著蒸發(fā)器和冷凝器壓差的增加，冷劑從軸封泄露的冷劑量會(huì)增加，冷劑量越大，從齒輪箱帶走的油量也會(huì)增大。所以油回收的工況一般定在高壓頭條件。當(dāng)然還要模擬在客戶現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的極端條件下的油回收情況，比如高壓頭高負(fù)荷、高壓頭低負(fù)荷、負(fù)荷急變、冷水溫度急變、頻繁啟停、低負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)。在以上的試驗(yàn)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，保證油面沒(méi)有下降，才算試驗(yàn)合格。否則可能要降低壓頭條件，找到可以安全回收的位置，機(jī)組安全運(yùn)轉(zhuǎn)的范圍可能要縮小了。

3.7 震動(dòng)及噪音

震動(dòng)及噪音也是限制機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)范圍的一個(gè)因素，震動(dòng)及噪音不僅對(duì)機(jī)組性能會(huì)有影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)機(jī)組造成一定的損害，如果長(zhǎng)期在高震動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)，容易產(chǎn)生冷劑泄露，對(duì)機(jī)組的壽命有很大影響。所以必須要保證機(jī)組的震動(dòng)和噪音在要求范圍內(nèi)。一般通過(guò)振動(dòng)儀和噪音計(jì)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)定的工況一般為額定工況、高壓頭高負(fù)荷工況，以及高壓頭低負(fù)荷工況。高壓頭時(shí)隨著負(fù)荷率的降低震動(dòng)會(huì)明顯加強(qiáng)，就需要確定最小負(fù)荷。通過(guò)導(dǎo)葉的控制來(lái)防止機(jī)組在過(guò)低負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，保證機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)。

此試驗(yàn)一般安排在其他相似試驗(yàn)條件下進(jìn)行測(cè)定。

通過(guò)油回收以及震動(dòng)噪音的試驗(yàn)，機(jī)組的運(yùn)行范圍可能會(huì)進(jìn)一步減小，也可能不變，這要根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)判斷。

3.8 圖譜測(cè)定

通過(guò)以上的試驗(yàn)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)范圍已經(jīng)確定，下一步需要確定在這個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)各個(gè)點(diǎn)的效率，也就是不同壓頭、不同負(fù)荷下的壓縮機(jī)效率情況，為今后的選型提供數(shù)據(jù)支持。

測(cè)定的方法是在導(dǎo)葉的各種開(kāi)度下，調(diào)整水溫來(lái)改變壓頭。取得若干代表點(diǎn)，將這些點(diǎn)連成線，作為在這個(gè)開(kāi)度下的運(yùn)轉(zhuǎn)曲線。以此為該系列壓縮機(jī)的圖譜，作為壓縮機(jī)以及葉輪選擇的依據(jù)。

3.9 電機(jī)溫升

電機(jī)作為壓縮機(jī)動(dòng)力的提供設(shè)備，必須要確認(rèn)其性能可靠。所以首次使用的電機(jī)必須進(jìn)行溫升試驗(yàn)，所謂溫升試驗(yàn)是指通過(guò)負(fù)荷的增加來(lái)提高電機(jī)的負(fù)荷，讓其在額定工況的110%、120%輸出功率下運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)試其內(nèi)部溫度，看是否有溫度過(guò)高的情況。確認(rèn)對(duì)電機(jī)的冷卻是否有效。要提高電機(jī)負(fù)荷，除了增加導(dǎo)葉開(kāi)度外，提高冷水溫度也是經(jīng)常使用的方法。因?yàn)殡S著冷水溫度的上升，吸入口冷劑的比重會(huì)上升，這樣相同流通面積下，冷劑質(zhì)量流量增加，電機(jī)就要做更多的功，提高了電機(jī)的輸出功率。一般電機(jī)在額定工況的105%～110%范圍內(nèi)都能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖3所示。

圖3 電機(jī)負(fù)荷特性

3.10 齒輪著色試驗(yàn)

齒輪作為動(dòng)力的傳遞部件，其效率的高低影響著機(jī)組的效率，所以首次設(shè)計(jì)的齒輪都要進(jìn)行著色試驗(yàn)，通過(guò)著色試驗(yàn)判斷齒輪的嚙合情況，從而判斷齒輪的修形是否滿足要求。

3.11 其他部件確認(rèn)

其他的部件包括油泵、油加熱器、油冷、供油孔板、導(dǎo)葉、ECO閥等，試驗(yàn)期間要確認(rèn)這些部件的性能能不能滿足要求。與其他試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。

在進(jìn)行以上試驗(yàn)的同時(shí)，一般都會(huì)關(guān)注軸承溫度、電機(jī)溫度，以及各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的狀態(tài)是否有異常、換熱器的性能以及吸入有無(wú)夾液等。以上的試驗(yàn)一般都是在手動(dòng)模式下進(jìn)行。因在客戶現(xiàn)場(chǎng)，機(jī)組是要自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的，所以還要進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的驗(yàn)證測(cè)試，下面對(duì)控制方面的試驗(yàn)做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

3.12 控制試驗(yàn)

客戶現(xiàn)場(chǎng)工況各種各樣，負(fù)荷以及水溫經(jīng)常變動(dòng)，控制試驗(yàn)就是看控制上能否很快地達(dá)到客戶需要的目標(biāo)溫度，而且不能出現(xiàn)故障，特殊情況下能夠保證機(jī)組安全。一般會(huì)進(jìn)行負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)、水溫變動(dòng)試驗(yàn)、低負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)、頻繁啟停試驗(yàn)（反復(fù)輕負(fù)荷停機(jī)）、冷水溫度高于冷卻水溫度條件啟動(dòng)等。在這些試驗(yàn)中要判斷控制部件是否按照預(yù)定程序進(jìn)行了動(dòng)作。

4 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)人員需要了解機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)、特性，深刻理解循環(huán)流程，理解控制原理，熟練控制操作，了解各部件設(shè)備的使用方法，熟練掌握采集系統(tǒng)的調(diào)試設(shè)定方法，對(duì)試驗(yàn)可能出現(xiàn)的狀況進(jìn)行預(yù)判，及時(shí)提出應(yīng)對(duì)方法。因機(jī)組內(nèi)壓較高，使用高壓電，又屬于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，有一定的危險(xiǎn)性。在保證自身安全的同時(shí)，需要對(duì)每天的試驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析，根據(jù)分析的結(jié)果對(duì)后續(xù)的試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，保證每次試驗(yàn)都有效，防止試驗(yàn)無(wú)法取得需要的數(shù)據(jù)，浪費(fèi)巨額運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。

[1] 高田秋一.離心式冷凍機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985

[2] 徐忠.離心式壓縮機(jī)原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990