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变频冷机在超低负载下如何安全又节能运行?

发布时间:2018-09-20 22:10 所属栏目:[系统] 来源:腾讯365bet体育在线总站_365bet平台网址_365bet注中心
导读:使用变频冷机是为了节能,节能的前提是冷机处于非满载工况下运行。但如果当冷机负载太低(低于30%以下),冷机不仅无法有效节能,甚至不能正常工作此时冷机会反复出现剧烈的机组喘振现象,喘振次数多了,冷机会因自我保护而停机。 本篇将为您解析腾讯365bet体育在线总站_365bet平台网址_365bet注

使用变频冷机是为了节能,节能的前提是“冷机处于非满载工况下运行”。但如果当冷机负载太低(低于30%以下),冷机不仅无法有效节能,甚至不能正常工作——此时冷机会反复出现剧烈的机组“喘振”现象,“喘振”次数多了,冷机会因自我保护而停机。

本篇将为您解析腾讯365bet体育在线总站_365bet平台网址_365bet注中心的工程师是如何解决这个问题的。

喘振是怎么回事?

对于离心式冷机来说,压缩机是一个高速旋转的“气泵”。内部结构和离心水泵相似。当压缩机工作时,蒸发器中的冷媒被高速旋转的叶轮吸收后,在叶轮旋转过程中,提升压力和流速,最后从压缩机出口处到达冷凝器中。冷媒在“气泵”前后的压差,我们称为“压头”。原理和水泵增压一样。

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图1喘振原理

冷媒刚离开压缩机叶轮时,全压是最高的,此后,流向压力稍低的冷凝器中。假设此时压缩机叶轮转速忽然降低(或者是冷凝器中的压力忽然升高),这时,冷凝器中的压力就比压缩机叶轮出口的压力要高了,那会发生什么样的问题呢?——气体制冷剂从冷凝器倒流,经过压缩机叶轮与壳体的缝隙,回流到蒸发器。这就是“喘振”!

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图2喘振发生时冷媒流向示意图

当制冷剂流回到蒸发器之后,冷凝压力下降,蒸发压力上升,压差减小,压缩机开始再次按正确方向工作。但是,随着冷凝压力的升高,蒸发压力下降,机组将再次开始“喘振”!

喘振有哪些危害?

喘振发生时,机组会发出一种剧烈的“嘶叫”声——“嘠!!!”,尖锐刺耳,机器似乎也因快要解体而痛苦难堪。喘振还会伴随着强烈的震动摇摆,对整机结构也非常不利。喘振次数多了,对于高速旋转(每分钟上万转)的叶轮来说,无疑是一种致命的伤害。所以,厂家为了保护主机,但喘振发生时,会对喘振进行计数,频次超过阀值后,主机将自我保护停机。此时,需要人工现场确认复位后,主机才能再次投入工作。

为什么变频离心机轻载下容易喘振?

现在,我们已经知道叶轮转速过低或者是冷凝器压力过高都容易导致喘振。那么,这两种情形都是什么情况下会发生的呢?

叶轮转速过低往往是因为变频离心机在频率下降时造成的。当负载低的时候,离心机将自动进入降频节能工况,使得叶轮转速降低。但如果转速减得太低了,叶轮产生的压头不足以抵御两器(蒸发器和冷凝器)的压差时,冷媒将发生“倒流”,冷机就容易发生喘振。

另外一种原因是冷凝器由于散热不良(散热不良的原因有很多种:比如冷却水温过高、冷却水流量过小、盘管赃堵等等),使得冷凝器内部的冷凝压力过大,也会造成冷机喘振。

如何解决喘振?

通过以上分析,我们知道了负载太轻是运营初期变频冷机产生喘振的原因,如何解决呢?如果我们增大负荷会怎么样?

在腾讯某365bet体育在线总站_365bet平台网址_365bet注中心空调系统管路结构中,和冷机并联布置的有几套板式换热器(简称板换)。在冬季时,当流经室外冷塔的冷却水回水温度低于末端冷冻水回水温度时,才会启用板换做免费的制冷。但是在夏季的时候,板换是不工作的,如果强制让板换开启,由于冷却水温度比冷冻水温度要高,冷冻水是会被加热的。

如今,因为需要人为增加冷机热负荷,我们尝试了一下开启板换,把冷机负载率提高至避开喘振区。测得冷机平均运行能耗约大于400KW(如图2),水泵需要多开启1到2台。

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图3冷机平均运行能耗

开启板换的解决方案下冷机输出功率存在波动,高于400KW。这种方法虽然解决了冷机喘振问题,但同时又引发了另外一个问题:冷冻水到精密空调末端主供水的两路主管供水温度不一致,存在较大的差异。

这主要与管道中水体流向存在分区有关——冷机和板换本是处于一个并联结构,相等温度的冷冻水回水分别流经冷机和板换后,一路被冷机制冷,另一路被板换加热,导致冷冻水出水温度差值比较大。再因为水流会遵循“阻力最小”的就近原则,两路出水实质上并不会发生混合,而是直接选择各自两侧最近的主供水管,直接去不同的末端区域。

末端回水也一样,哪里最近回到哪里。所以冷机侧的回水更多来自冷机原有的供水,板换侧的回水更多来自板换侧的供水,这将导致冷机回水温度较低,板换回水温度较高。经测试,这种方式最终导致靠近板换侧的主管供水温度高达18度,而靠近冷机侧的只有8度。这对于不同区域的机房IT负载来说,冷量供应不一致,系统存在较大的风险!

解决上述问题的两种方案

①在环网上关闭一侧的供水(或回水),让水流只走一路供(回)水,冷热水会发生混合。但这将使得系统可靠性降低;

②开启中间位置的冷机,并在冷机左右两侧各开启一套板换,让冷机出水都经过两侧板换的热水后做混合,并且通过人工不断微调板换上的水阀开度,最终保证冷冻水两侧主管道的供水温度一致。这种调节方式属纯手动调整,因存在误差累加,运行时间久了,两侧供水温度还是存在误差,它需要运营人员投入较多时间和精力去关注,增加工作量,属于“事倍功半”。

上述的增大冷机负荷的方式,明显是不智能的,难道就没有既节能又安全的解决方案了吗?

新的突破

面对以上困难,空调工程师首先想到了“管道蓄冷”的方法,某栋楼宇因为没有蓄冷罐,不可能在极轻负载下采用“蓄冷罐充放冷”的模式,但是否可以把管道中的这点保有水量当做蓄冷池来使用呢?管道的蓄冷能力有多少呢?工程师开始了以下的方式探索——

首先,尝试停止冷机,只开水泵,让管道中的冷冻水保持流动。经测试,管道中的水每循环一圈,水温上升2度,经过多圈循环后,管道中的水上升至16度,已经接近系统供水温度上限,在这个水温下,微模块A的末端空调送风温度达到24度,接近温度上限。(IT负载已经满载,6台列间空调全开,全部水阀开度90%以上)。

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