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图解离心机组制冷原理

发布日期:2022-03-12 18:37    点击次数:147

        数据中心常采用大型离心机组进行制冷,这里用动图方法演示其基本工作原理:

1、制冷压焓图

        制冷系统有四大件,分别为压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器,制冷压焓过程如图1:

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图1 制冷压焓图

2、离心制冷原理

        离心式制冷压缩机是一种回转式速度型压缩机,它依靠叶片高速旋转,之后速度变化产生压力对制冷剂进行压缩,最适宜于压缩大容量的气体或蒸汽,一般利用电作为动力源,制取冷冻水。数据中心冷量需求大,选用离心式机组可以获得较好的能效。正常情况下,需要冷冻水系统和冷却水系统带走热量和冷量,如图2

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图2  冷机工作原理图

3、离心压缩机如何压缩

        离心式压缩机的工作原理是通过叶轮对气体作功,在叶轮和扩压器的流道内,利用离心升压作用和降速扩压作用,将机械能转换为气体的压力能。

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图3 速度转换为压力过程

4、冷量调节

        离心式制冷压缩机由于冷量大,为了适应空调负荷变化和实现安全经济运行,需要对冷水机组的制冷量进行调节,常见的方法就是导叶调节和变频调节,定频机通过调节导叶开度控制冷机制冷量,如图4。

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图4 导叶工作原理图

5、蒸发器工作原理

        离心机组一般采用满液式蒸发器,满液式蒸发器特点是制冷剂走壳程,水走管程。换热过程中始终是液态制冷剂与液态水之间的换热,传热面基本上都与液体制冷剂接触,产生的制冷剂气体直接从压缩机吸气进入压缩机,换热面积被有效利用,提高了机组的换热效率。图5。不利的是制冷系统蒸发温度低于0℃时,管内水易冻结,破坏蒸发管,另外制冷剂充灌量大。

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图5 蒸发器工作原理图

6、润滑油系统

        在冷机工作过程中,转速非常高,冷机的径向轴承和齿轮轴、止推轴承和止推套环、轴封的动静环之间会产生摩擦并产生热量,润滑系统提供循环润滑油,润滑运动的零部件,保证这些部位的正常工作,并带走动静零部件之间摩擦产生的热量,图7。

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图6 离心机组润滑油系统工作情况

7、喘振

        喘振是离心式压缩机特有的现象,当离心式冷水机组处在部分负荷运行时,压缩机的导叶开度减小,制冷剂的循环流量降低,压缩机排气量随之减少,当流量达到某最小值时,制冷剂就会开始从冷凝器回流导压缩机,导致气流发生周期性振荡现象,即喘振,图7,这种情况一定要加以避免。

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图7 喘振示意图

        离心式压缩机发生喘振现象的主要原因是排气量的减少。冷凝压力过高或吸气压力过低都会减少压缩机的排气量,出现气体来回倒流撞击现象,图8。当调节压缩机制冷能力,其负荷过小时(一般当低于30%时),也会发生喘振现象。所以运行过程中,保持冷凝压力和蒸发压力稳定,是防止喘振现象发生的重要措施。

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图8 喘振原理图

        如果压缩机长时间发生喘振,不但会降低机组的效率和制冷量,而且会导致冷机受损,所以要避免喘振。

对策:

        1、保持高低压压力稳定;2、使用可调节式叶片;3、确保压缩机足够流量,如提高热负荷;4、 变频技术等。



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