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冷水机组变频技术方案概述

1?系统描述

1.1冷水机组系统概述

冷水机组在空调系统里使用十分广泛。通常有蒸气压缩式冷水机组和吸收式冷水机组两类。蒸气压缩式冷水机组由压缩机、蒸发器、冷凝器、节流机构及其他辅助设备和管道等组成。按照压缩机种类的不同,分为容积式压缩机冷水机组和速度式压缩机冷水机组两类。容积式压缩机冷水机组包括往复活塞式、滚动活塞式、涡旋式和螺杆式压缩机等冷水机组,速度式压缩机冷水组目前只有离心式压缩机冷水机组一种。

1.2变频技术在冷水机组中的应用

变频技术在容积式压缩机冷水机组中应用较多,因为容积式压缩机的制冷量与转速成正比,变频技术比较容易实现。目前用得较多的是滚动活塞式和涡旋式压缩机冷水机组。

1.3变频技术在离心式冷水机组中的应用

离心式压缩机压缩制冷剂气体的方式和容积式不同,它是通过高速旋转的叶轮对制冷剂气体作功,气体获得能量后,压力和流速提高,然后,在扩压器内将流速降低,压力继续提高,并从蜗壳排出,进入冷凝器。转速的改变不仅引起流量的改变,而且还会引起压力的改变,此外,当转速减小使流量减小后,气流在叶轮和扩压器流道里会造成冲击、旋涡和脱离,并且可能会产生喘振,这是离心式冷水机组使用变频技术的难点。通常,空气调节系统的冷负荷随季节气候和室

内居留人员数量而变化,空调用冷水机组的制冷量需要和它相匹配,也要相应的变化。在一年的运转时间内,满负荷制冷量的运转时间并不长,大部分是在部分负荷下运转。因此,部分负荷下的高效、节能对降低全年能耗具有十分重要的意义,这就是离心式压缩机冷水机组发展变频的动力。

1.4离心式冷水机组配套设计及实际运行状况分析

离心式冷水机组的总负荷设计一般是按照夏季生产线最大负荷工况并预留一定裕量作为依据设计的，另设计者还要根据生产线运行负荷变化情况及运行工况等级特殊要求考虑配置的。如在全年连续运行的生产线需配置一开一备或多开一备等多种运行模式设计。

在实际的生产应用过程中，离心冷水机组的运行负荷处于较大动态变化。如每天早晚，每季交替，每年轮回，环境气温变化等因素对机组的运行负荷影响很大。据统计机组在全年处于最大负荷运行时间只有短短几十天，其余大部分时间都是处于50%-80%冷负荷运行，在冬天甚至处于更低负荷运行。这样，就会造成实际所需冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，从而降低了设备的运行效率，造成巨大能源浪费，给企业造成巨额电费支出，增加经营成本，降低企业竞争力。

在使用没有具备负载随负荷变化调速特性的离心式冷水机组控制系统中，无论季节、昼夜气温和用户负荷的怎样变化，电机都长期固定在工频状态下全速运行，尽管系统采用了扇门档板节流方式，但这种调节方式仅是改变流通的阻力，其大部分时间运行效率较低，造成大量的能量浪费，如能釆取有效措施，提高设备的运行效率，减少这部分电能损耗，则会收到很大的节能效果。

1.5离心冷水机组变频拖动的节能原理与分析

变频器是一种高效节能调速装置，应用广泛，在不同的应用场合可以体现不同的功能，以达到不同的目的，同时还可以提高设备的精确控制能力，并节约电能，延长设备使用寿命，降低生产成本。变频器除了在节能上的优势外，它的启动性能也十分优异，在电机启动过程中，用变频器实现软启动，可以克服工频起动时引起电流过大造成的机械冲击，并减少了对电网及电机本身的冲击，对设备的保护及电网的稳定运行都起到很大的作用。

离心式冷水机组釆用变频器拖动，主要从两个方面实现节能：一是部分负荷运行状态下的节能，二是低冷却水温度下的节能。

①部分负荷状态下运行的节能：

众所周知，冷水机组90%以上的时间运行在部分负荷工况。通常，在部分负荷下，恒速离心机通过调节导流叶片开度来调节机组输出冷量，最高效率点通常在75%~90%负荷左右，负荷降低，单位冷量能耗增加较显著，使用变频器后将优化电机转速和GVA(导叶)的开度，使机组运行转速最小而效率最高，能耗达到最小。

②低冷却水温度状态下运行的节能：

机组在夜间、过渡季节甚至是冬天运行时，冷却水的温度往往比较低。对于恒速机组，需要有恒定的工作条件，即需要有恒定的蒸发压力和冷凝压力。但冷却水温度降低后，必然使得冷凝压力相应地降低，此时，为了满足离心压缩机的工作条件，只有通过关小进口导叶，减小输气量，从而调整离心压缩机的工作点，以适应更低的冷凝压力。但以上调节却降低了机组的效率，无端地消耗了更多的能量。而使用变频器后，则可以通过调整压缩机的转速，以适应冷凝温度的变化，最大限度地利用低冷却水温的节能效应，达到节能的目的。机组在低冷却水温下，使用变频器有非常明显的节能效果，且冷却温度越低，节能效果越显著，当负荷变低时，这个效果还更加明显。对于在过渡季节甚至冬季投入使用的机组来说，安装变频器的节能效果是非常明