大型數(shù)據(jù)中心冷水機(jī)組壓縮機(jī)大修必要性分析

劉永彬，林武雋，魏海康

（中國(guó)電信股份有限公司北京分公司，北京 100032）

0 引 言

機(jī)房空調(diào)為重要的數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備，在不同功率和密度下，數(shù)據(jù)中心制冷方式有所不同。從數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，隨著數(shù)據(jù)中心邊緣化、模塊化發(fā)展，未來(lái)我國(guó)新建的數(shù)據(jù)中心朝著大規(guī)模、高密度的方向發(fā)展。在此背景下，傳統(tǒng)風(fēng)冷型制冷技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足數(shù)據(jù)中心所需的散熱能力，冷凍水制冷系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。為了降低成本，大部分的大型數(shù)據(jù)中心主要采用水冷系統(tǒng)，集中式冷源，冷水機(jī)組制冷效率高，冷卻塔放置位置靈活，可以有效控制噪聲且建筑立面美觀[1]。隨著時(shí)間的推移，數(shù)據(jù)中心的冷水機(jī)組由于使用年限的增長(zhǎng)，均會(huì)出現(xiàn)不同程度的故障，制冷主機(jī)壓縮機(jī)內(nèi)部零件磨損加劇，導(dǎo)致密封件泄漏及壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲加大、機(jī)組運(yùn)行電流增大。北京電信使用的冷水機(jī)組已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)開(kāi)關(guān)線路板燒毀的情況，存在突發(fā)較大故障的風(fēng)險(xiǎn)。基于此，應(yīng)及時(shí)對(duì)冷水機(jī)組壓縮機(jī)進(jìn)行預(yù)防性大修，提高制冷系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性以及制冷效率，從而延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命，以免出現(xiàn)突發(fā)性故障給客戶帶來(lái)不良感知、給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 冷水機(jī)組壓縮機(jī)大修的必要性分析

1.1 壓縮機(jī)大修的檢查維修內(nèi)容

大修的主要內(nèi)容為更換全部橡膠類密封材料和介質(zhì)，包括運(yùn)轉(zhuǎn)緊固機(jī)件、軸封組件、排氣工藝的機(jī)械氣封組件、滑動(dòng)軸承以及止推部件單元等。壓縮機(jī)內(nèi)部的一些油道也是細(xì)小到以毫米來(lái)計(jì)量，隨著機(jī)組使用時(shí)間的延長(zhǎng)，在壓縮機(jī)內(nèi)部的各個(gè)油道因壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的高溫度運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)逐步形成一些細(xì)小的碳化物，機(jī)組內(nèi)部正常磨損的一些微粒物也會(huì)逐步凝結(jié)在壓縮機(jī)的內(nèi)部油道上，這些物質(zhì)的生成將逐步堵塞壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油道，降低潤(rùn)滑油的流量，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)潤(rùn)滑變差，內(nèi)部零件的磨損增加。長(zhǎng)此以往，容易使壓縮機(jī)內(nèi)部零件損壞，最終導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞[2]。

當(dāng)機(jī)組在高速運(yùn)行時(shí)，由于各種因素導(dǎo)致機(jī)組突然斷電，會(huì)對(duì)壓縮機(jī)造成嚴(yán)重傷害甚至毀壞，對(duì)客戶造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。約克離心式壓縮機(jī)內(nèi)部帶有緊急油槽，當(dāng)出現(xiàn)突然停電、供油泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)為壓縮機(jī)內(nèi)部齒輪箱提供重力供油，有效預(yù)防壓縮機(jī)抱軸。因此，檢查緊急供油槽是必要的[3]。

隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，壓縮機(jī)內(nèi)部零件會(huì)有正常磨損，零件之間配合間隙變大，使壓縮機(jī)工作效率降低、能耗增大，影響壓縮機(jī)的動(dòng)平衡，造成機(jī)組振動(dòng)加大而產(chǎn)生磨損。此外，會(huì)影響機(jī)組的內(nèi)部潤(rùn)滑而加大磨損等。基于此，需檢查壓縮機(jī)內(nèi)部零件的機(jī)械磨損是否超出允許范圍值，預(yù)防金屬疲勞造成事故、損傷，使壓縮機(jī)保持良好的性能和工作效率[4]。

1.2 壓縮機(jī)大修的必要性

根據(jù)冷水機(jī)組生產(chǎn)廠家維修標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組運(yùn)行5年或累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)20 000 h應(yīng)進(jìn)行預(yù)防性的維修保養(yǎng)，更換損壞的零件；機(jī)組運(yùn)行8～10年應(yīng)進(jìn)行全面的壓縮機(jī)大修。

預(yù)防性的壓縮機(jī)維修旨在防患未然，離心式壓縮機(jī)在累積工時(shí)達(dá)到20 000 h以上時(shí)，壓縮機(jī)相關(guān)的密封部件、運(yùn)轉(zhuǎn)部件和動(dòng)作保護(hù)部件均會(huì)出現(xiàn)一定程度的老化疲勞，主要部件包括全部橡膠類密封材料和介質(zhì)、部分運(yùn)轉(zhuǎn)緊固機(jī)件、軸封組件、排氣工藝的機(jī)械氣封組件、滑動(dòng)軸承以及止推部件單元等。出于安全運(yùn)維和設(shè)備保值等方面的考慮，原則來(lái)說(shuō)上述零部件應(yīng)全部更換，這樣才能符合機(jī)組設(shè)計(jì)的安全要求，充分保護(hù)其核心部件完好，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。在現(xiàn)場(chǎng)具體操作時(shí)，還需結(jié)合設(shè)備實(shí)際使用情況來(lái)決定[5]。

典型的制冷機(jī)壓縮機(jī)在需大修更換磨損部件之前可以運(yùn)轉(zhuǎn)8～10年，制冷機(jī)實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況與理想狀況的接近程度是決定壓縮機(jī)使用壽命的主要因素。由于極少有制冷機(jī)會(huì)在理想狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦達(dá)到一定的年限，絕大多數(shù)的機(jī)組需要進(jìn)行預(yù)防性的大修檢查，防止由于壓縮機(jī)內(nèi)部無(wú)法預(yù)知的故障造成諸多麻煩和經(jīng)濟(jì)損失。研究表明，造成離心式壓縮機(jī)故障的原因55%～75%由軸承問(wèn)題導(dǎo)致。當(dāng)機(jī)組達(dá)到規(guī)定疲勞時(shí)限時(shí)，應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性壓縮機(jī)檢修，保證在第一時(shí)間排除壓縮機(jī)內(nèi)部潛在問(wèn)題，不至于造成突然性的大故障，給客戶帶來(lái)不良感知以及給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 冷水機(jī)組壓縮機(jī)大修案例分析

2.1 案例基本情況

北京電信某大型數(shù)據(jù)中心使用的冷水機(jī)組為約克高壓離心機(jī)組，機(jī)組型號(hào)為YKZ1Z2K75DJG，2010年正式投入使用，大修時(shí)運(yùn)行時(shí)限已超過(guò)10年。

大修前技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)組存在壓縮機(jī)及電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲加大等情況，軸封存在嚴(yán)重漏油現(xiàn)象，油壓差波動(dòng)幅度大。數(shù)據(jù)中心運(yùn)行熱負(fù)荷較大，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組單臺(tái)裝機(jī)容量也非常大，加之連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)及機(jī)組本身的熱耗和運(yùn)行振動(dòng)等情況多年累積造成機(jī)械同軸度有所偏移。基于以上問(wèn)題，決定對(duì)此冷水機(jī)組壓縮機(jī)進(jìn)行大修，同時(shí)調(diào)整與電機(jī)的同軸度。

2.2 檢修內(nèi)容

冷水機(jī)組壓縮機(jī)大修工作主要檢修內(nèi)容包括壓縮機(jī)維修、調(diào)整同軸度、檢查制冷劑管路、油路清洗、充注冷媒及潤(rùn)滑油、正壓負(fù)壓測(cè)試以及機(jī)組開(kāi)機(jī)調(diào)試等。壓縮機(jī)大修現(xiàn)場(chǎng)維修實(shí)例如圖1所示。

圖1 壓縮機(jī)大修現(xiàn)場(chǎng)維修實(shí)例

機(jī)組調(diào)試工作過(guò)程中，在機(jī)組達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行后適當(dāng)補(bǔ)充冷媒并記錄機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，以便分析大修前后的運(yùn)行參數(shù)變化。

2.3 大修前后效果對(duì)比

冷水機(jī)組壓縮機(jī)更換運(yùn)動(dòng)部件，經(jīng)過(guò)檢查、清洗及裝配后測(cè)量的各項(xiàng)主要數(shù)值均在允許范圍內(nèi)，裝配參數(shù)正常，壓縮機(jī)達(dá)到維修標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常。機(jī)組維修前、維修后主要參數(shù)對(duì)比和運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比如表1、表2所示。

表1 機(jī)組維修前、維修后主要參數(shù)對(duì)比

表2 維修前、維修后機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比表

通過(guò)對(duì)比冷機(jī)維修前后運(yùn)行參數(shù)，可以明顯看出機(jī)組維修前運(yùn)行負(fù)荷較高且冷凍水出水溫度偏高，無(wú)法達(dá)到冷凍水溫設(shè)定值。機(jī)組在維修后，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)全部?jī)?yōu)于維修前運(yùn)行參數(shù)，可以較快滿足冷凍水溫設(shè)定要求。

3 結(jié) 論

大型數(shù)據(jù)中心冷量需求量巨大，冷水機(jī)組是整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的核心制冷設(shè)備，而壓縮機(jī)是冷水機(jī)組的核心，一旦壓縮機(jī)出現(xiàn)故障，對(duì)數(shù)據(jù)中心的影響和波及面極大，直接影響數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行安全。冷水機(jī)組壓縮機(jī)維修時(shí)限較長(zhǎng)，倘若不進(jìn)行預(yù)防性的大修，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)限的增加可能會(huì)頻繁出現(xiàn)突發(fā)性故障，這是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員能力的考驗(yàn)，也是對(duì)數(shù)據(jù)中心安全性的巨大考驗(yàn)。通過(guò)對(duì)冷水機(jī)組壓縮機(jī)大修的必要性分析及實(shí)際案例的維修效果來(lái)看，機(jī)組運(yùn)行8～10年應(yīng)進(jìn)行全面的壓縮機(jī)大修，以防止造成經(jīng)濟(jì)損失或安全事故。