城乡建设理论研究期刊，全国建筑建设专业论文发表
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冷却水变流量控制对地铁冷水机组性能影响及其节能的研究
来源：《现代物业·新建设》2012年第7期
发布日期：日
文章摘要：冷却水变流量控制对地铁冷水机组性能影响及其节能的研究 吴志添 （深圳市地铁集团有限公司，广东　深圳　518000） &
摘　要：本文以深圳地铁一号线续建为例，在大量的数据基础上，主要探讨了如何运用冷却水变流量控制，在
冷却水变流量控制对地铁冷水机组性能影响及其节能的研究
（深圳市地铁集团有限公司，广东　深圳　518000）
摘　要：本文以深圳地铁一号线续建为例，在大量的数据基础上，主要探讨了如何运用冷却水变流量控制，在满足调控站内温、湿度的同时，保护冷水机组系统，降低机组维护成本，环保节能，提高地铁运营效能和经济效益。
关键词：地铁；变流量；保护；冷水机组；节能&
中图分类号：TU831.6&&&&&&文献标识码：A&　文章编号：（9-02
地铁站内环境特殊，与外界接触较少，不易通风散热，要求长期保持干燥、阴凉的环境，这就要求引入大型通风空调系统。地铁冷水机组是空调系统的重要组成部分，也是车站内主要的制冷设备，根据站内热负荷变化完成自身无级调节来满足车站内部环境，使得地铁站内的温度和湿度满足人员及机房设备的需求。地铁通风空调设备的设置和使用需要消耗大量的能源和资源，深圳地铁一号线运营期间通风空调系统耗电量占总用电量39.5%左右，水泵的耗能约占了整个空调系统的18%左右。因此，实现冷水机组的平稳运行以及车站的环保节能对地铁运营效能和经济效益具有重大意义.
2&项目概述
深圳市气候较炎热，夏季高温高湿，冬季也不会过于寒冷，决定了深圳地铁车站的空调通风系统需要运行8个月左右的空调状态，其余月份为通风状态运行。深圳地铁一号线续建15个车站所采用冷水机组为立式全封闭螺杆式水冷冷水机组，尤其在空调过渡季节，冷却水温度较低和夜间负荷量低时仍需开启机组为站内供冷，机组在启动时建立不了启动油压差而频繁报警停机，损伤压缩机轴承。据统计，2009年至今，一号线续建车站冷水机组压缩机头已损坏7台，而冷水机组整机寿命在25年左右，为此增加了运营维护成本，同时，在低负荷情况下，冷水机组的运行不能自动感知水温的变化并自动调整冷却水变频器的运行频率，冷水泵处于不节能运行工况。
3&全封闭螺杆式水冷冷水机组运行环境、开启条件概述
经研究分析，在室外气温达到20℃左右的过渡性季节，站内乘客众多、设备长时间运行，发热量较大，因此在这种低负荷情况下仍需要开机制冷。另由于地下特殊的环境因素，站内冷冻水温度在机组首次开机时温度往往大于站外冷却水温度，不利于机组建立油压差开启。
根据螺杆压缩机工作原理，目前所有制冷螺杆压缩机都是喷油螺杆，压缩机运转时需要向转子腔内喷冷冻油，冷冻油的主要作用是：①润滑各运动部件，减少摩擦和磨损；②冷却作用，将运动部件保持较低温度，以提高效率；③在螺杆压缩机转子之间、转子与机体之间形成油膜，起密封作用；④螺杆压缩机中利用润滑油的压差推动滑阀，进行能量调节。
由于润滑油直接关系到压缩机的可靠性和运行效率，因此必须保证压缩机油循环的正常，避免损坏压缩机。
为了保证润滑油能流到压缩机的相应部位，开启螺杆压缩机增加了油泵来提高油压，封闭式螺杆压缩机是通过压缩机本身的吸排气压差来推动油的循环，未设置油泵。而要保证油的正常循环，就必须保证吸排气有足够的压差，即螺杆压缩机行业内要求最低吸排气压差大于210KPa。
在正常情况下，如果蒸发器出水温度7℃，冷却水进水温度在16℃以上，则机组可以保证满负荷工况下吸排气压差达到要求值。以R134A制冷剂为例，此时压缩机蒸发温度约为5℃（对应吸气压力250KPa左右），冷凝器出水温度约21℃，冷凝温度大于22℃（对应排气压力500KPa），吸排气压差在250KPa左右，满足我们的210KPa要求。但如果机组运行在部分负荷，冷却水出水温度会降低，冷凝温度也相应在降低，排气压力就会下降而造成吸排气压差不足；另外机组刚开机时，蒸发器出水温度高于7℃，吸气压力会升高，而由于机组负荷较低，冷却水出水温度会很低，排气压力也就较低，则吸排气压差就不能达到要求的210KPa。因此我们所说的机组可以在冷却水温度16℃以上正常运行是指满负荷标准蒸发器出水温度情况下。部分负荷时这个冷却水温不能保证要求的最低吸排气压差。
4&冷却水变流量控制
据上述，只有当排气口的压力高于吸气口的压力一定数值（最低要求为210KPa）时，才能保证压缩机油槽中的润滑油可以足量地润滑核心部件，因此要保证压缩机的可靠润滑，即要保证压缩机在运行过程中至少保持最小压差。基于机组冷凝器的允许流量变化范围和变化率的重要指标，可通过控制冷水机组的冷却水流量实现。
①控制对象：冷却水流量。
②控制参数：冷却水泵变频器频率。
③控制措施：在冷水机组控制系统中增加了上述方案中需要的变频器频率控制点（4～20mA模拟量输出），增加相应的控制程序。&
④变频器频率：在机组PLC上增加模拟量输出模块1个，将模块输出的频率控制信号连接到冷却水泵启动柜中的变频器的第一个模拟量输入点上，变频器设定为外部模拟量输入给定频率模式，变频器的模拟信号输入类型选择拨码开关至电流档。
⑤冷水机组的吸排气压差设定在300～450kPa范围内（范围可设定），对应变频器的运行频率由20～50Hz线性连续调节（范围可设定）。当机组冷却水温度较低导致机组压差低于设定范围的最低值时，在开机运行过程中，变频器的频率会控制在20Hz状态下运行，直到机组压差大于设定的最低值；当机组压差处于设定范围内时，变频器频率会在20Hz-50Hz范围内调节；当压差高于设定范围时，变频器频率会在50Hz状态下运行。
⑥为冷水机组自身增加保护功能，使其在一定赋值的特殊情况下仍能够继续工作。当冷却水出水温度较低导致机组压差不足，但排气压力高于冷却塔风机的启动压力时，冷却塔风机会暂时不启动，以提高机组启动过程中的排气压力，当压差恢复正常后，风机控制恢复正常。
经过现场实际条件下的测试，建立供油压差的控制效果比较良好，各设备的运行状态也正常稳定。
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原载于《现代物业&新建设》2012年第7期/总第226期
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3秒自动关闭窗口关于离心式与螺杆式冷水机组 的技术性能比较
关于离心式与螺杆式冷水机组 的技术性能比较
&一、两种机型的简介：
离心机：最早出现在上个世纪二十年代，它是依靠离心式压缩机中高速旋转的叶轮产生的离心力来提高制冷剂蒸气压力，以获得对蒸气的压缩过程，然后经冷凝节流降压，蒸发等过程来实现制冷，其组成部件主要有离心式压缩机、蒸发器、冷凝器、节流机构、抽气回收装置、润滑系统和电气控制冷凝器、节流机构、抽气回收装置、润滑系统和电气控制柜等。它具有单机制冷量大的特点，但存在压力过高密封问题较难解决、工作转速过高等缺点。
螺杆机：属于发展较晚、技术较为先进的一种机型，迄今不过三十年。近二十年螺杆机发展迅猛。它是利用螺杆式压缩机中两个阴、阳转子的相互啮合，在机壳内回转而完成吸气、压缩与排气过程。其组成部件主要有螺杆式压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀以及其它控制元件，较离心机要少。它具有结构紧凑、运行平衡可靠、易损件少、使用寿命长等特点，但其单机制冷量较离心机要小。
&二、两种机型的结构特点：
&单个离心式压缩机的制冷量较大，可以从150---3000RT，所以一般离心式制冷机都只设计一个离心式压缩机就可以满足冷量的需要。
&单个螺杆式压缩机的制冷较离心机要小，一般从30RT----400RT，所以现在大制冷的螺杆式制冷机都采用多机头方式，由微电脑统一控制、调节，并且每台压缩机都有一个单独制冷系统。
&这种结构特点的不同对机器的控制、操作、维护都具有很重要的影响，在下面我们将作详细阐述。
&三、两种压缩机转动和传动部分结构特点：
&在离心式压缩机中，电动机通过一对增速齿轮进而带动叶轮作高速旋转；在螺杆式压缩机中，电动机直接同轴主转子与副转子相互啮合旋转。
&由以上可以看出，螺杆式压缩机结构更为简单，而且离心机叶轮旋转速较螺杆式转子要高出许多，同时高压气体对叶片、叶轮都有较大冲击压力，故其故障率较螺杆机要高。同时，离心式压缩机因压缩机体积庞大，在维护维修时非常麻烦，而螺杆式机组结构简单，维护维修非常方便。
&四、两种机型的安全保护装置：
&离心机和螺杆机一般都有诸如：空气开关、温度开关、高低压开关、防冻开关、延时保护、过热保护、逆向保护等功能，但在两种情况下两种机型有所不同。
&1、突然断电：
&因为离心机的润滑方式是以油泵送油。这样，在高速旋转状况下，如果无油润滑将对压缩机的转动、传动部分造成巨大的破坏。虽然现在有的厂家采用紧急给油装置，但不能保证长时间供油，而且紧急给油装置本身也存在一个故障率问题。同时油泵本身也存在一个故障率问题。
&2、低负荷状态：
&在低负荷状态下，离心机都共有一个喘振问题。离心式压缩机发生喘振的原因是:进口压力或流量突然降低,低过最低允许工况点时,压缩机内的气体由于流量发生变化会出现严重的旋转脱离,形成突变失速(指气体在叶道进口的流动方向和叶片进口角出现很大偏差),这时叶轮不能有效提高气体的压力,导致出口压力降低.但是系统管网的压力没有瞬间相应地降下来,从而发生气体从系统管网向压缩机倒流,当系统管网压力降至低于机出口压力时,气体又向系统管网流动.如此反复,使机组与管网发生周期性的轴向低频大振幅的气流振荡现象.这对叶轮、叶片连续不平衡冲击会大影响寿命。现有厂家采用增加一个防喘振装置可以部分解决这个问题，但同时也造成零部件易损件增加等问题。螺杆机是利用油压推动滑阀开关控制容量，部分负载时，效率不变，且绝无不平衡冲击现象。
&五、两种机型的容量调节问题：
&离心机的容量控制是利用叶片转速控制吸入口的大小控制容量，可以实现无级调节，但在较低负荷下，会出现前面提到的喘振现象，其效率也将降低。
&螺杆机是利用油压推动滑阀开关控制容量，而且采有多机头形式，可以实现有段或无段容调、调节平衡，部分负载时效率不变，且绝无涌浪现象。
&六、两种机型的操作及维护问题：
&离心机与螺杆机都具有较高技术水平，一般都采用微电脑自动控制。具有自动诊断，自动调节功能及各种安全保护装置，对操作要求不高。
&由于在相同制冷量下，离心机采用的是单压缩机形式，而螺杆机为多压缩机形式，且具有独立制冷系统，这样在维护、维修状态下，螺杆机只需单个压缩机关闭，其它照常工作，绝对可满足大楼负荷需要；而对离心机进行维护、维修则整台机器都得关闭，会极大的影响大楼工作需要，而且螺杆机结构简单，零部件易捐件少，维护费用也较低。一般20000小时后才需维护，同时离心压缩机为全封闭型，螺杆机为半封闭型，维修起业离心机要麻烦些。
&七、两种机型对电网的冲击问题：
&两种机型耗电量较大，但由于同制冷量下，螺杆机采用多台压缩机形式，可逐台逐级启动，所以起动电流较离心机要小的多，减小了对电网的冲击。以麦克维尔离心机和台佳螺杆机为例：500RT冷水机组，麦克维尔起动电流为856A，台佳螺杆机不到500A。
&八、两种机型的噪音问题：
&离心机的旋转度高，且利用叶片、叶轮吸、排气，所以其噪音值较螺杆机要高一点，且尖锐些。螺杆机是靠阴、阳转子的啮合旋转完成吸、排气，其噪音值低于75dBA，且不尖锐。但现在一般主机都放置在地下室，都有一定的隔音装置，影响不大。
&九、两种机型的工质问题：
&离心机现在采用的工质基本上是R-123和R-134a两种。螺杆机都用R-22，它们都是R-11、R-12的替代品，除非大规模泄露并遇明火，R-22、R-123、R-134a都是无毒的。但目前，由于螺杆机和离心机都具有较高技术水平，大规模泄露基本上是不可能的。在三者中，R-22的单位容积制冷能力最强。根据蒙特利尔公约，将在2030年全面禁止R-22、R-123，但就中国具体情况而言，R-22占据市场20年主导地位应不成问题。这期间不论是空调设备技术和制冷剂的发展都将路上一个新的高度，而且目前R-22的市场价格较R-134a要低许多。
&十、经常性费用开支：
&离心机和螺杆机的耗电量较大，但在相同制冷量情况，由于螺杆机采用多机头形式，在部分负荷下，可停开部分机头。因此，它的节能优点就充分被体现出来。
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