【原】冷水机组的原理、构成、使用、常见故障

   制冷冷水机组是现代空调系统的核心设备之一,广泛应用于工业、商业和民用建筑的集中空调系统中。本文将介绍制冷冷水机组的工作原理、基本组成、关键部件特点以及常见故障诊断与排查方法,为制冷工程师提供实用的技术参考。

（AI示意图，不对应文中任何具体信息）

一、冷水机组的工作原理及过程

   

制冷冷水机组的工作原理基于逆卡诺循环,通过压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四大部件,实现制冷剂在系统内的相变和循环,从而达到制冷目的。其工作过程如下:

1、压缩:  低温低压的制冷剂气体进入压缩机,被压缩成高温高压的过热蒸汽,压缩机的功率决定了制冷量的大小。

2、冷凝:  高温高压的制冷剂蒸汽进入冷凝器,与冷却水或冷风换热,放出热量,逐步冷凝为高压液体,冷凝器的散热能力影响冷水机组的效率。

3、膨胀:  高压液态制冷剂通过膨胀阀节流,突然降压成为低压液体,部分液体迅速蒸发,吸收热量,温度骤降。

4、蒸发:  低压低温的制冷剂在蒸发器内吸收水或空气中的热量,蒸发为低压蒸汽,制取冷水或冷风,用于空调末端,蒸发器的传热效率很大程度上决定了制冷效果。

5、循环:  蒸发后的低温低压制冷剂蒸汽再次进入压缩机,开始新一轮的逆卡诺循环。

二、冷水机组的基本组成

   

一般的制冷冷水机组由五大部分组成:压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀装置和控制系统。

1、压缩机:  冷水机组的"心脏",用于压缩和输送制冷剂,可分为离心式、螺杆式、活塞式等。

2、蒸发器:  冷水机组的"肺",利用制冷剂蒸发吸热,制取冷水或冷风,多为壳管式换热器。

3、冷凝器:  冷水机组的"肾",将制冷剂冷凝放热,保证循环顺利,分为水冷式和风冷式两类。

4、膨胀装置:  控制制冷剂流量和压力,常用的有热力膨胀阀、电子膨胀阀等。

5、控制系统:  对压缩机、水泵、风机等进行启停、调速和保护控制,并实现温度、压力、流量等参数的采集和调节,现多采用PLC和DDC控制器。

三、关键部件特点与结构

   

1、压缩机  
(1)离心式压缩机:采用叶轮高速旋转,通过离心力压缩制冷剂,转速高,效率高,容量大,多用于大型冷水机组。包括蜗壳、叶轮、轴承、密封等部件。
(2)螺杆式压缩机:采用一对啮合转子,通过容积减少压缩制冷剂,振动小,噪音低,寿命长。包括转子、轴承、吸排气阀、油分离器等。
(3)活塞式压缩机:采用活塞在气缸内往复运动压缩制冷剂,结构简单,调节方便,容量较小,多用于小型冷水机组。包括气缸、活塞、曲轴连杆、阀板等。

2、蒸发器   
(1)壳管式蒸发器:制冷剂在管内蒸发吸热,冷水或二次制冷剂在管外流动吸收冷量,传热系数高,多用于大中型冷水机组。
(2)板式蒸发器:由多片薄板片叠加而成,板片间形成交错流道,制冷剂和冷水分别在奇偶流道内流动换热,传热效率高,但易堵塞,多用于小型系统。
(3)喷淋式蒸发器:在蒸发器壳体内喷淋制冷剂液滴,与管外流动的空气直接换热,换热强度大,温差小,适合温湿度控制要求高的场合。

3、冷凝器  
(1)水冷式冷凝器:制冷剂在管内冷凝放热,冷却水在管外流动吸热,传热系数高,COP高,但需要冷却塔和冷冻水泵等辅助设备。分为卧式和立式两种。
(2)风冷式冷凝器:制冷剂在翅片管内冷凝放热,空气在管外流动吸热,设备简单紧凑,但散热能力受环境温度影响大。

四、常见故障诊断与排查

   

1、压缩机故障  
(1)压缩机不启动:表现为接到启动信号但电机不转,可能原因有接线错误、电机绕组烧毁、电容损坏等,应检查电路和电机绕组。
(2)压缩机抖动:表现为运行时剧烈振动,可能原因有气液回流、管路共振等,应调整膨胀阀开度,检查管路支撑。
(3)压缩机温度过高:表现为排气温度超过115℃,可能原因有回气量过大、冷凝不足、润滑油量过少等,应检查膨胀阀、冷凝器和油位。
(4)压缩机卡死:表现为电机嗡嗡响而转子不转,可能原因有液击、轴承烧损等,应及时停机检修。

2、蒸发器故障  

(1)蒸发温度过低:表现为出水温度达不到设定值,可能原因有制冷剂量不足、膨胀阀开度过小等,应检查制冷剂量和膨胀阀。
(2)蒸发器结霜:表现为蒸发器表面覆满白霜,传热效率下降,可能原因有蒸发温度过低、空气湿度过高等,应调整膨胀阀,检查除湿设备。
(3)蒸发器水垢:表现为水侧管壁结垢,流量下降,可能原因有水质硬度高、水温过高等,应定期清洗水侧,必要时软化水质。

3、冷凝器故障  
(1)冷凝温度过高:表现为排气压力超过2.0MPa,可能原因有冷却水量不足、冷凝器脏堵等,应调节水量,清洗水垢。
(2)冷凝器泄漏:表现为循环水中有油渍,可能原因有管壁腐蚀、管接头松动等,应检查水质,紧固接头。

4、膨胀阀故障  

(1)膨胀阀失灵:表现为回气过热度异常,可能原因有阀芯卡涩、感温包损坏等,应更换膨胀阀。
(2)膨胀阀开度不够:表现为蒸发压力过低,可能原因有感温包脱落、阀门调节不当等,应重新安装感温包,调整阀门开度。

5、制冷剂系统故障  
(1)制冷剂不足:表现为蒸发压力过低,冷凝压力过高,可能原因有泄漏、填充量不足等,应检查管路,补充制冷剂。
(2)制冷剂过量:表现为蒸发压力过高,回气过热度过低,可能原因有填充过量、冷凝不足等,应放掉部分制冷剂,调节冷凝水量。
(3)系统脏堵:表现为膨胀阀前后压差过大,可能原因有氧化物、焊渣等杂质堵塞,应清洗系统,更换过滤器。
(4)系统潮湿:表现为视液镜有泡沫,可能原因有真空不彻底、管路渗水等,应重新抽真空,必要时更换制冷剂。

6、控制系统故障  
(1)温度漂移:表现为实际温度与设定值不符,可能原因有温度传感器松动、阀门失灵等,应校准传感器,检查执行器。
(2)压力异常:表现为压力远高于或低于设定值,可能原因有压力变送器损坏、调节阀失灵等,应更换变送器,检修调节阀。
(3)报警频繁:表现为各种保护报警不断出现,可能原因有参数设置不当、检测元件失灵等,应优化设置,更换损坏元件。

7、小结     

参考文献:
[1] 王洪武.制冷空调原理与设备[M].北京:中国建材工业出版社,2015.
[2] 李先庚.制冷与空调[M].北京:高等教育出版社,2012.
[3] 叶伟民.冷水机组的设计与运行管理[J].暖通空调,2016(3):51-55.
[4] 刘鹏,崔岩.离心式冷水机组常见故障与维修[J].制冷与空调,2017(4):80-83.
[5] 孙兵.螺杆式冷水机组的节能运行探讨[J].建筑节能技术,2014(11):68-72.

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