淺談離心式冷（溫）水機組的試驗

薛學營 王國立 陳 美

（煙臺荏原空調設備有限公司，山東 煙臺 265500）

0 引言

離心式壓縮冷（溫）水機組因其容量大、效率高的特點，現在應用越來越廣泛。本文就機組的開發試驗內容進行匯總說明，以加深對離心式壓縮冷（溫）水機組的理解。

1 離心式冷（溫）水機概述

離心式壓縮機屬于速度型的壓縮機，如圖1所示，其主要原理是通過電機帶動葉輪的旋轉來提高冷劑氣體的速度，當進入擴壓器和機殼后，便轉化為壓力能。通過對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，冷劑液體通過節流裝置進入蒸發器，在蒸發器中吸收汽化潛熱蒸發，變為低溫低壓的冷劑氣體，再次進行循環。

圖1 離心式冷（溫）水機

目前在空調用的離心式冷（溫）水機組中，大都采用進口導葉變化來調整機組的容量，它是通過冷凍（溫）水出口溫度的變化，由溫度傳感器、執行機構來完成。控制盤通過系統負荷的情況來控制導葉的開度，在導葉開度過小的情況下，氣流不穩定，噪音震動加劇，對壓縮機運行不利。

離心式壓縮機有一定的運轉范圍，若在高壓比的條件（高壓比的條件是指冷凝溫度和蒸發溫度的差值大）下工作，會發生喘振現象。喘振時，機組的噪音、震動加劇、電流急劇波動，對壓縮機和電機危害很大，所以離心式壓縮機一定要避開喘振區運行。

另外，離心式壓縮機屬于高速旋轉的流體機械，其軸承、齒輪、電機等需要冷卻以保證壓縮機正常運轉。

離心式冷水機組的試驗就是要確定其在不同工況下的性能、穩定運轉范圍，保證各部件安全穩定運轉，控制系統安全有效。

2 試驗前準備

離心式壓縮冷（溫）水機組裝完成后需要進行各方面的試驗確認，下面對試驗前的準備做一下簡單說明。

（1）機組試驗場就位，水配管安裝；

（2）壓力變送器、溫度、流量計等測定儀表的安裝；

（3）氣密性試驗，真空度確認，防止冷劑泄露；

（4）冷凍機油注入，控制盤上電，油加熱器工作；

（5）油溫40 ℃以上之后開始加冷劑，防止油中溶解的冷劑量太多；

（6）采集系統配線、設定、調試等，包括溫度、壓力、流量、電功率等；

（7）動力配線，啟動柜配線，絕緣測試；

（8）操作盤設定，導葉全開全閉調整等；

（9）供油系統油壓、油量調整，保證軸承、齒輪的冷卻；

（10）機組閥門開關確認；

（11）模擬運轉，試運轉，確認電機轉向。

3 試驗項目

完成如上的試驗準備后，機組進入可運轉狀態，下面就需要確認的項目分別進行說明。

3.1 額定工況

第一個試驗條件一般都是額定工況，在此條件下需要進行幾方面的確認：首先確認機組首次運轉有無異常，包括噪音、震動、溫度、壓力等；其次對機組的冷劑填充量進行調整，調整的依據是蒸發器和冷凝器的換熱溫差LTD，然后對各個計測點的數據進行判斷，看有沒有異常，其判斷的依據是設計計算書。長期運轉后，為保證測試數據準確，可能會重復測試，再進行對比。

3.2 喘振工況

額定工況試驗完成后，相當于在機組的運轉范圍中確定了一個點，還需要將其整個的范圍判斷出來，這就需要進行喘振試驗。喘振試驗是在不同導葉開度下，通過實驗數據得出喘振線。壓縮機實際運轉條件是不允許超過喘振線的。

3.3 循環妥當性

喘振工況是確定壓縮機的最高壓頭，還需要確定壓縮機的最小壓頭。因為在小壓比的情況下，容易引起冷劑循環不暢，導致冷劑在冷凝器和經濟器中積存，冷劑無法進入到蒸發器，這樣就會出現蒸發器低壓的情況，這種情況下，蒸發器LTD很大，壓縮機效率很低。所以要避免這種情況的出現。試驗方法是在不同導葉開度下確定發生蒸發器低壓的冷卻水溫度，如圖2所示。

圖2 制冷循環線圖

3.4 最大能力試驗

壓縮機的容量要受到電機能力的限制。為了確定運轉范圍，需要將不同壓比下壓縮機的最大能力確定出來。試驗的方法是將導葉開到最大，保證電機的最大能力，從喘振點開始降低壓比，做成一條曲線。這條線就是最大容量線。

3.5 部分負荷工況確認

額定工況下減小導葉開度，改變機組負荷率，測試其在80%、60%、40%、20%負荷下的性能。做出導葉控制特征曲線，對導葉的控制特性做出判斷，看負荷是不是跟導葉開度能很好的對應。

通過上面的試驗內容可基本確定壓縮機的運轉區域。

3.6 油回收試驗

油是保證壓縮機正常運轉的關鍵，所以油回收功能試驗是壓縮機功能的一個重要試驗項目。在離心壓縮機中潤滑油和冷劑是互溶的，雖然油路和冷劑流路是分開的，但是通過軸封、軸承等部位，冷劑和油還是會混到一起，有部分的油還會被帶入到系統中去。油回收試驗就是要找到這個平衡點。

首先確定油容易泄露的工況，一般情況下，隨著蒸發器和冷凝器壓差的增加，冷劑從軸封泄露的冷劑量會增加，冷劑量越大，從齒輪箱帶走的油量也會增大。所以油回收的工況一般定在高壓頭條件。當然還要模擬在客戶現場可能出現的極端條件下的油回收情況，比如高壓頭高負荷、高壓頭低負荷、負荷急變、冷水溫度急變、頻繁啟停、低負荷變動試驗。在以上的試驗工況下運轉，保證油面沒有下降，才算試驗合格。否則可能要降低壓頭條件，找到可以安全回收的位置，機組安全運轉的范圍可能要縮小了。

3.7 震動及噪音

震動及噪音也是限制機組運轉范圍的一個因素，震動及噪音不僅對機組性能會有影響，同時也會對機組造成一定的損害，如果長期在高震動下運轉，容易產生冷劑泄露，對機組的壽命有很大影響。所以必須要保證機組的震動和噪音在要求范圍內。一般通過振動儀和噪音計進行測量。測定的工況一般為額定工況、高壓頭高負荷工況，以及高壓頭低負荷工況。高壓頭時隨著負荷率的降低震動會明顯加強，就需要確定最小負荷。通過導葉的控制來防止機組在過低負荷下運轉，保證機組運行平穩。

此試驗一般安排在其他相似試驗條件下進行測定。

通過油回收以及震動噪音的試驗，機組的運行范圍可能會進一步減小，也可能不變，這要根據試驗的結果來判斷。

3.8 圖譜測定

通過以上的試驗機組運轉范圍已經確定，下一步需要確定在這個運轉范圍內各個點的效率，也就是不同壓頭、不同負荷下的壓縮機效率情況，為今后的選型提供數據支持。

測定的方法是在導葉的各種開度下，調整水溫來改變壓頭。取得若干代表點，將這些點連成線，作為在這個開度下的運轉曲線。以此為該系列壓縮機的圖譜，作為壓縮機以及葉輪選擇的依據。

3.9 電機溫升

電機作為壓縮機動力的提供設備，必須要確認其性能可靠。所以首次使用的電機必須進行溫升試驗，所謂溫升試驗是指通過負荷的增加來提高電機的負荷，讓其在額定工況的110%、120%輸出功率下運轉，測試其內部溫度，看是否有溫度過高的情況。確認對電機的冷卻是否有效。要提高電機負荷，除了增加導葉開度外，提高冷水溫度也是經常使用的方法。因為隨著冷水溫度的上升，吸入口冷劑的比重會上升，這樣相同流通面積下，冷劑質量流量增加，電機就要做更多的功，提高了電機的輸出功率。一般電機在額定工況的105%～110%范圍內都能長時間運轉，如圖3所示。

圖3 電機負荷特性

3.10 齒輪著色試驗

齒輪作為動力的傳遞部件，其效率的高低影響著機組的效率，所以首次設計的齒輪都要進行著色試驗，通過著色試驗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

其他的部件包括油泵、油加熱器、油冷、供油孔板、導葉、ECO閥等，試驗期間要確認這些部件的性能能不能滿足要求。與其他試驗同時進行。

在進行以上試驗的同時，一般都會關注軸承溫度、電機溫度，以及各個狀態點的狀態是否有異常、換熱器的性能以及吸入有無夾液等。以上的試驗一般都是在手動模式下進行。因在客戶現場，機組是要自動運轉的，所以還要進行自動控制系統的驗證測試，下面對控制方面的試驗做簡要說明。

3.12 控制試驗

客戶現場工況各種各樣，負荷以及水溫經常變動，控制試驗就是看控制上能否很快地達到客戶需要的目標溫度，而且不能出現故障，特殊情況下能夠保證機組安全。一般會進行負荷變動試驗、水溫變動試驗、低負荷變動試驗、頻繁啟停試驗（反復輕負荷停機）、冷水溫度高于冷卻水溫度條件啟動等。在這些試驗中要判斷控制部件是否按照預定程序進行了動作。

4 結語

試驗人員需要了解機組內部結構、特性，深刻理解循環流程，理解控制原理，熟練控制操作，了解各部件設備的使用方法，熟練掌握采集系統的調試設定方法，對試驗可能出現的狀況進行預判，及時提出應對方法。因機組內壓較高，使用高壓電，又屬于高速旋轉機械，有一定的危險性。在保證自身安全的同時，需要對每天的試驗進行總結分析，根據分析的結果對后續的試驗內容進行調整，保證每次試驗都有效，防止試驗無法取得需要的數據，浪費巨額運轉費用。

[1] 高田秋一.離心式冷凍機[M].北京：機械工業出版社，1985

[2] 徐忠.離心式壓縮機原理[M].北京：機械工業出版社，1990