變頻離心機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

1、YOR 座頻，意義何在？1、變頻離心冷水機(jī)組的開發(fā)背景在世界中央空調(diào)冷水機(jī)組的歷史上，特靈 1981 年開發(fā)成功的三級(jí)離心式冷水機(jī)組是一次重要的革命。該產(chǎn)品一經(jīng)出現(xiàn)，便改寫了世界冷水機(jī)組的最高效率，它將當(dāng)時(shí)的機(jī)組效率從 0.80kW/ton 提高到 0.68kW/ton,將所有的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后，奠定了特靈在離心機(jī)組生產(chǎn)廠商中“武林霸主”的地位。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力下，各公司不斷的調(diào)整自己的戰(zhàn)略，開發(fā)自己的新產(chǎn)品。在這種背景下YORK 公司在當(dāng)時(shí)不得不開始了提高機(jī)組效率的工作。由于他們的壓縮機(jī)是開式結(jié)構(gòu)，壓縮機(jī)上帶有軸封，存在無法彌補(bǔ)的泄漏點(diǎn)，因此如果追隨特靈公司開發(fā) R123 冷媒的冷水

2、機(jī)組是沒有前途的。因?yàn)榈蛪褐评鋭?R123 機(jī)組需要解決的最大問題不是制冷劑的泄漏，而是空氣的滲入問題。開式壓縮機(jī)存在泄漏點(diǎn)，無法避免的要進(jìn)入空氣，而空氣的滲入量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閉式冷水機(jī)組中空氣的滲入量。（用氨檢的數(shù)量級(jí)來描述，開式壓縮機(jī)冷水機(jī)組的數(shù)量級(jí)為 10-5m3bar/s,而特靈的閉式壓縮機(jī)冷水機(jī)組達(dá)到的數(shù)量級(jí)為 10-11m3bar/s。這樣就要求抽氣裝置既要有很高的質(zhì)量（空氣滲入，抽氣裝置不得不長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，成了易損元件？?。?，還要求抽氣裝置能有很好的過濾冷媒效果），否則冷媒泄漏過多不但影響機(jī)組的效率，而且還背上了危害環(huán)境的惡名。（這些就是為什么 YORK司有 R123 冷媒的冷水機(jī)組卻

3、又不作為主流產(chǎn)品的原因。其實(shí)并不是制冷劑本身的問題，因?yàn)?R134a 本身也不環(huán)保，我會(huì)在另一篇文章中闡述）。在這樣的條件下，YORK 公司不得不鋌而走險(xiǎn)，使用在當(dāng)時(shí)還并不是很成熟的變頻技術(shù)，試圖與特靈公司高效率的冷水機(jī)組一決高下。2、離心冷水機(jī)組，適合變頻嗎？可以說在所有的壓縮機(jī)中，離心壓縮機(jī)是最不適合于使用變頻技術(shù)的，因?yàn)槿绻x心機(jī)組具有本身無法克服的致命問題喘振。我們知道，喘振的誘發(fā)因素是冷凝壓力與蒸發(fā)壓力壓差過高或壓縮機(jī)流量過低。也就是說在部分負(fù)荷時(shí)喘振是很容易發(fā)生的。而變頻技術(shù)恰恰要解決的是部分負(fù)荷的節(jié)能問題。這樣就為研制變頻技術(shù)的專家們制造了一個(gè)很大的問題。這猶如是在長(zhǎng)江險(xiǎn)灘中撐船

4、的艄公，不得不小心翼翼的繞過每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的喘振極限。而如果有一個(gè)點(diǎn)控制不好的話，機(jī)組就會(huì)無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓧嚎s機(jī)軸承損壞。變頻對(duì)電機(jī)的要求很高，不能使用普通電機(jī)，只能購買特制的電機(jī)。這樣 YOR 的樣本、廣告中許下的諾言（電機(jī)更換容易、迅速）。我們從中可以看得出，他們下定決心，排除萬難的去走華山一條道，其實(shí)也是迫不得已。在經(jīng)過無數(shù)次試驗(yàn)，歷經(jīng)三代改革后，YORK司的變頻冷水機(jī)組終于推向用戶了。YOR 密司似乎很愿意將變頻機(jī)組作為與特靈 CVHE/G 離心機(jī)組相抗衡的產(chǎn)品。他們?cè)谥袊袌?chǎng)極力推廣這種產(chǎn)品，在一定時(shí)期、一定區(qū)域內(nèi)取得了一定的成功。那么，變頻離心冷水機(jī)組真的有他們所說的這么

5、節(jié)電嗎？我愿意與大家一起認(rèn)真的研究變頻離心冷水機(jī)組的原理后再下結(jié)論。3、變頻離心冷水機(jī)組的原理作為對(duì)我們競(jìng)爭(zhēng)同行的尊重，我不愿去設(shè)想 YORK 公司在論文中提供的數(shù)據(jù)是否真實(shí)，我們引用下文中關(guān)于變頻離心冷水機(jī)組的原理的闡述均引用點(diǎn)。YORK司公開發(fā)表的論文，不代表我個(gè)人觀論文的數(shù)據(jù)的前提條件是這些數(shù)據(jù)是真實(shí)可靠的。1）離心式冷水機(jī)組部分負(fù)荷調(diào)節(jié)與變頻器原理我們知道，離心壓縮機(jī)是一種固定壓頭、變流量的壓縮機(jī)。單級(jí)離心壓縮機(jī)靠電機(jī)通過增速齒輪帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力提高制冷劑氣體的速度，然后通過擴(kuò)壓室，并在其中完成動(dòng)能與壓力能的轉(zhuǎn)化。壓縮機(jī)的最大壓頭由壓縮機(jī)葉輪的最大線速度決定。

6、對(duì)于制冷量較大的冷水機(jī)組，我們通常需要考慮增加能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，一方面是為了防止機(jī)組在滿負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)扭矩過大，另一方面是增加機(jī)組的適應(yīng)能力，使機(jī)組的負(fù)荷能與系統(tǒng)用戶的負(fù)荷相匹配，避免頻繁的開啟機(jī)組。對(duì)于離心式壓縮機(jī)來說，通常采用通過導(dǎo)流葉片或改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。A、導(dǎo)流葉片控制固定轉(zhuǎn)速的離心機(jī)通過導(dǎo)流葉片的作用就可以使壓縮機(jī)在最大壓頭下任意點(diǎn)運(yùn)行。當(dāng)壓縮機(jī)在系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)流葉片開始關(guān)閉，當(dāng)機(jī)組發(fā)生喘振時(shí)，此時(shí)的負(fù)荷就是機(jī)組允許的最小負(fù)荷。導(dǎo)流葉片關(guān)小時(shí)，機(jī)組的冷媒的循環(huán)量就會(huì)減小，機(jī)組的制冷量相應(yīng)有所下降。另一方面，由于導(dǎo)流葉片在關(guān)閉過程中葉片角度改變，此時(shí)進(jìn)入壓縮機(jī)的冷媒氣體的方向也會(huì)相

7、應(yīng)改變，有效的改善了壓縮機(jī)內(nèi)冷媒的壓縮條件，防止了機(jī)組的喘振。然而，導(dǎo)流葉片的調(diào)節(jié)范圍是有限的，對(duì)于單級(jí)壓縮機(jī)來說，通常只能下載到 20%30%如果機(jī)組需要在 20%X 下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，則需要熱氣旁通或是變頻機(jī)構(gòu)來控制了。B、速度控制在離心壓縮機(jī)中，壓縮機(jī)的功耗如下：BHP=FLOW*HEAD/EFF 式中：BHP 壓縮機(jī)功耗FLOW-制冷劑流量HEAD-壓縮機(jī)壓頭EFF 效率對(duì)于離心壓縮機(jī)而言：FLOWE 變于速度 PRM 的一次方，HEAD 正變于速度 PRM 的二次方，所以功耗 BHP 正變于速度 PRM 的三次方。由此可知，壓縮機(jī)的功耗與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，功耗將急劇下降，從而

8、達(dá)到部分負(fù)荷節(jié)能的效果。速度控制的弱點(diǎn)在于機(jī)組的下載范圍較小。在較低負(fù)荷（約小于60%）時(shí)，如果將壓縮機(jī)速度降低來控制部分負(fù)荷，機(jī)組將產(chǎn)生喘振。C、變頻驅(qū)動(dòng)離心機(jī)組如果將變頻控制與導(dǎo)流葉片控制有機(jī)結(jié)合，共同來控制壓縮機(jī)，就能充分利用這兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)，既能使機(jī)組有較大的運(yùn)行范圍，又能達(dá)到很好的節(jié)能目的。這種控制的邏輯如下：70%100%機(jī)組保持導(dǎo)流葉片全開，通過變頻來下載。50%70%導(dǎo)流葉片開始關(guān)閉，轉(zhuǎn)速維持恒定。50%為避免出現(xiàn)喘振，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速，增大運(yùn)行范圍。由此我們可以看出變頻技術(shù)如果在離心機(jī)中得到應(yīng)用，則最先考慮的是如何避免喘振，而不是如何提高效率。4、變頻離心冷水機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)綜述

9、A、優(yōu)點(diǎn)1)增強(qiáng)機(jī)組的卸載能力2)電機(jī)軟啟動(dòng)，減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊3)50%負(fù)荷以下節(jié)能效果優(yōu)越.B.缺點(diǎn)1)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)組并不節(jié)電，反而耗能。變頻控制離心機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要比正常機(jī)組耗電 2%5%2)控制過于復(fù)雜，控制元件增多，使機(jī)組調(diào)試、維護(hù)的難度增大。我們知道，大部分空調(diào)用冷水機(jī)組屬于民用范疇。在民用舒適性空調(diào)中，機(jī)組的易維護(hù)性、可靠性是考核其性能的很重要的因素。因此，機(jī)組的維護(hù)是否便利也成為考核一臺(tái)機(jī)組是否優(yōu)秀的重要參數(shù)。變頻機(jī)組由于控制復(fù)雜，控制元件增多，都會(huì)影響到機(jī)組的可靠性與易維護(hù)性。目前國內(nèi)無法制作變頻器，關(guān)于變頻的維修 YORK 公司在國內(nèi)的維修力量不強(qiáng)。因此如果變頻器有故障

10、的話很難及時(shí)維修。由此會(huì)造成很嚴(yán)重的問題。3)使用特殊電機(jī)，無法及時(shí)維護(hù)、更換在使用變頻控制時(shí)，通常無法使用普通電機(jī)。普通電機(jī)由于變頻器傳動(dòng)時(shí)，由于高次頻波的影響和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度范圍的擴(kuò)大，將出現(xiàn)一些新的問題。與共頻電源傳動(dòng)時(shí)有較大的差別，主要有以下方面的問題：A、諧波的影響。采用 PWM 變頻器對(duì)鼠籠型異步電機(jī)供電時(shí)，定子電流中不可避免的帶有高次諧波，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率都會(huì)變差。從損耗的角度看，電動(dòng)機(jī)的損耗主要是定轉(zhuǎn)子銅損耗，鐵損耗和機(jī)械損耗。高次頻波損耗基本與負(fù)載大小無關(guān)。空載運(yùn)行時(shí)，諧波損耗所占比率相對(duì)較大，空載運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)和效率將更低，高次頻波損耗主要包括銅損耗和鐵損耗兩部

11、分，其中鐵損耗是磁感應(yīng)強(qiáng)度和頻率的函數(shù)，由于 PW 般頻器中含有載波頻率，與諧波有關(guān)的鐵損耗較大。B、散熱能力的影響。通用的標(biāo)準(zhǔn)型鼠籠電機(jī)依靠在電機(jī)軸上的風(fēng)扇來進(jìn)行。如果采用變頻，則風(fēng)扇轉(zhuǎn)速過低，造成電機(jī)冷卻不足，引起過熱。由此可以看出電機(jī)只能使用特制電機(jī)。4)、變頻器中電子元件的發(fā)熱非常大，需要很好的冷卻才能保證其可靠性。目前 YOR 儂司出廠的變頻器的冷卻水使用機(jī)組冷水或冷卻水，如果使用冷水，則會(huì)浪費(fèi)制冷量。如果使用冷卻水，則會(huì)造成換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)，變頻器散熱越來越低，最后導(dǎo)致過熱的結(jié)果。5)、節(jié)能實(shí)戰(zhàn)，YORKVersusTRANE本案例選用三臺(tái) 600TONS 的冷水機(jī)組，所有運(yùn)行數(shù)據(jù)出自

12、 YOR 儂司公開發(fā)表的論文以下為三臺(tái) 600TONS 的冷水機(jī)組。YORK 選擇 YKEBEBH55CPE 機(jī)組三臺(tái)。其中第三臺(tái)帶變頻器。TRAN 蟲司選擇三臺(tái)常規(guī)機(jī)組。對(duì)比結(jié)果如下：TRAN 蟲司 CVHG670-489-288-080S-630-080S-560總冷量冷卻水進(jìn)水溫度F1 號(hào)機(jī)組 2 號(hào)機(jī)組 3 號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間 HR總耗電量 KWh制冷量 TR耗電量kw/ton 制冷量 TR耗電量kw/ton 制冷量 TR耗電量kw/ton180089.56000.6186000.6186000.618775862110162085.85400.5795400.5795400.579198

13、31860014.34108077.25400.5215400.52127081523737.44720683600.5063600.50629871088223.8430057.73000.48121531024總計(jì)86685365109.62YORK司兩臺(tái) YKEBEBH55FPEOi 變頻器冷水機(jī)組,一臺(tái) YKEBEBH55CPEO 變頻器機(jī)組總冷量冷卻水進(jìn)水溫度F1 號(hào)機(jī)組 2 號(hào)機(jī)組 3 號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間 HR總耗電量 KWh制冷量 TR耗電量kw/ton 制冷量 TR耗電量kw/ton 制冷量 TR耗電量kw/ton180089.56000.6676000.6676000.66777

14、5931860162085.85400.6275400.6275400.60719831992796.02720683600.5683600.364108077.25400.5685400.49627081555908.4829871002198.2430057.73000.27721517866.5總計(jì) 86685500629.24費(fèi)用對(duì)比運(yùn)行費(fèi)用 TRANEYORK 節(jié)約電量總運(yùn)行費(fèi)用元（8668h）5365109.625500629.24135519.62每小時(shí)平均運(yùn)行耗電 KW.h618.96634.5915.63機(jī)組壽命期間內(nèi)耗電 KW.h（*注 1）1237920001269180003126000運(yùn)行費(fèi)用元（*注 2）74275200761508001875600初投資費(fèi)用元（*注 3）250000總費(fèi)用對(duì)比元 2125600* 注 1 假設(shè)機(jī)組運(yùn)行壽命為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 20 萬小時(shí)或 30 年，按大者計(jì)算。* 注 2 假設(shè)電費(fèi)為 0.6 元/KW.h* 注 3YORK 變頻需增加