工業(yè)生產(chǎn)用冷水機(jī)組的水系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)說明（精編版）

1、.工業(yè)生產(chǎn)冷水系統(tǒng)水容量的設(shè)計(jì)王南0娃哈哈集團(tuán)公司設(shè)備工程部下沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)14#大街 310018摘要： 本文詳細(xì)表達(dá)工業(yè)冰水系統(tǒng)水容量設(shè)計(jì)原則和原理， 給設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)冷凍水系統(tǒng)選擇水箱和水罐時(shí)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。關(guān)鍵詞： 冷水機(jī)組水箱系統(tǒng)最小水容量在工業(yè)生產(chǎn)中 , 負(fù)荷變化往往會(huì)比較大，在冷凍站的設(shè)計(jì)時(shí)， 冷凍水系統(tǒng)如何配置冷水水箱（或閉式水罐） ？是否要配置？配置多大為妥？這個(gè)問題實(shí)質(zhì)上就是確定冰水系統(tǒng)的最小水容量，關(guān)于這個(gè)課題，很少有論文或者文獻(xiàn)討論，本文試做一些探討。冰水系統(tǒng)的最小容量與以下幾個(gè)因素有關(guān)：1、負(fù)荷側(cè)（用戶端）的要求溫度精度，用戶端的精度要求越高，水系統(tǒng)的容量越大。2、負(fù)荷

2、側(cè)（用戶端）的負(fù)荷波動(dòng)率，波動(dòng)幅度越大，速度越快，要求水系統(tǒng)的容量越大。3、冷水機(jī)組（或者機(jī)群）的加卸載速度，加卸載速度越慢， 要求系統(tǒng)的水容量越大。4、系統(tǒng)水容量也要分為回水側(cè)系統(tǒng)水容量和供水側(cè)系統(tǒng)水 容量，兩個(gè)，實(shí)際上是存儲(chǔ)低溫水還是高溫水的區(qū)別。作為保護(hù)冷水機(jī)組考慮的水箱一般放在系統(tǒng)的回水端，水箱在冷水機(jī)組的出水端也是有影響的，不過影響較小。5、冷水機(jī)組有一個(gè)水溫的變化率。超過這個(gè)變化率冷水機(jī)組將出現(xiàn)故障。- 7 - / 7冷水系統(tǒng)的水容量隨不同的負(fù)荷特性，不同的機(jī)組特性而變化， 并且這三者互相影響互相干擾，具體問題要具體分析， 不能一概以一個(gè)指標(biāo)而確定。后續(xù)將用三個(gè)案例來說明這種相互間

3、的影響。我們先來定義系統(tǒng)的概念：1. ts-機(jī)組啟動(dòng)之間的時(shí)間間隔( 分鐘min)，是為了防止機(jī)組重復(fù)啟動(dòng)，避免頻繁啟動(dòng)導(dǎo)致電機(jī)熱積聚，一般工業(yè)用冷水機(jī)組這 個(gè)值是 30min .指的是機(jī)組第一次啟動(dòng)到第二次啟動(dòng)之間的時(shí)間 間隔，包含了降溫運(yùn)行時(shí)間ts1和停機(jī)時(shí)間 ts2。2. vw-流體容積 (m3)系統(tǒng)需要的最小系統(tǒng)水容量。3. h1-機(jī)組最小運(yùn)行容量 (kw) ，一般螺桿式壓縮機(jī)為單機(jī)頭的25%左右。4. h2- 系統(tǒng)的最小負(fù)荷 ( 系統(tǒng)最小負(fù)荷） (kw) ，指的是機(jī)組在運(yùn)行中系統(tǒng)產(chǎn)生的最小負(fù)荷。5. td- 機(jī)組的控制器的不工作區(qū)域 ( )下面的公式是假定機(jī)組始終在最小運(yùn)行容量 h1

4、工作，系統(tǒng)的最小負(fù)荷是h2，td 是機(jī)組控制器的不工作區(qū)域：假設(shè)機(jī)組在 5停機(jī)，而溫度升到9再啟動(dòng)，那么 td=4；由于機(jī)組最小運(yùn)行容量 h1 大于系統(tǒng)最小負(fù)荷 h2 將導(dǎo)致機(jī)組下降 td溫度后停機(jī)，降溫幅度為td 的時(shí)間間隔我們建設(shè)為ts1 ts1= 1000 * vw * td * 4.2 (kj)/(h1-h2)/60(1-1)ts2= 1000 * vw * td * 4.2 /h2/60(1-2)ts=ts1+ts2(1-3).這樣可以得到最小系統(tǒng)容量的公式：vw = ts/ td/(h1-h2)+td/h2/70-(1-4)下面用一個(gè)專門的例子來說明：案例一：假定一個(gè)700kw的系

5、統(tǒng)使用一臺(tái)螺桿機(jī)組，機(jī)組有兩個(gè)350kw的壓縮機(jī)。流量為109m3/h，并且系統(tǒng)最小負(fù)荷 (h2) 為 35kw。冷卻器和機(jī)組相鄰布置。 是否必需一個(gè)冷凍水蓄水水箱？如果需要， 需要多大的水箱？第一步是估計(jì)系統(tǒng)中流體的體積:機(jī)組蒸發(fā)器 =150l ，管道容積為 170l， 冷卻器盤管容積為55l?？偟南到y(tǒng)容積 (vw )375l 。假設(shè)有如下的系統(tǒng)參數(shù)：ts=30 （min) h1= 88(kw)h2= 35(kw) td=4 ( )代入到公式（ 1-4 ）得到：vw= 2.26m3因?yàn)橄到y(tǒng)的安全運(yùn)行的最小水容量應(yīng)該為2260l 而目前系統(tǒng)總的系統(tǒng)容積為 375l 應(yīng)配置一個(gè)至少水容量為188

6、5l 的 水箱。如果不安裝水箱會(huì)出現(xiàn)什么情況，這是值得考慮的。按照上述公式我們倒過來計(jì)算機(jī)組的降溫時(shí)間ts1 , 和機(jī)組的停機(jī)時(shí)間 ts2ts1=1.98mints2= 3min1.98 分鐘 系統(tǒng)將從 9下降到 5停機(jī)，停機(jī) 3分鐘后，系統(tǒng)水溫升高到 9 ，發(fā)出開機(jī)請(qǐng)求，重復(fù)啟動(dòng)時(shí)間只有5分鐘，顯然機(jī)組重復(fù) 啟動(dòng)時(shí)間縮短， 對(duì)機(jī)組的使用是不利的， 如果防重復(fù)啟動(dòng)時(shí)間固化為30分鐘，那么水溫將在第二次啟動(dòng)時(shí)候升高37，達(dá)到 42 后開機(jī)。這是不允許，顯然這個(gè)系統(tǒng)是失敗的。最小機(jī)組容量 （ 88kw比)實(shí)際負(fù)荷大 2.5 倍。甚至在最小的容量， 機(jī)組會(huì)“過度冷卻”冷凍水。供水溫度會(huì)降到設(shè)定值以下

7、，直到達(dá)到允許的最低溫度， 然后機(jī)組就會(huì)關(guān)閉。 當(dāng)機(jī)組關(guān)閉的時(shí)候， 35kw的負(fù)荷會(huì)使冷凍水的溫度升高，直到溫度達(dá)到冷凍水不工作區(qū)域的上限。如果壓縮機(jī)兩次啟動(dòng)間的時(shí)間間隔還沒有達(dá)到，機(jī)組不會(huì)啟動(dòng)， 而且冷凍水的溫度會(huì)繼續(xù)升高。這會(huì)導(dǎo)致很差的系統(tǒng)性能?？s短兩次啟動(dòng)間的時(shí)間間隔可以解決性能的問題，但是會(huì)使機(jī)組的壓力過大。反過來，增大兩次啟動(dòng)間的時(shí)間間隔可以保護(hù)機(jī)組，但是會(huì)降低性能。案例二：仍舊使用上面的例子，但是系統(tǒng)負(fù)荷一直運(yùn)行在 260kw。這時(shí)如何配置冷水箱的大?。考俣▎螜C(jī)頭運(yùn)行容量為 350kw，該機(jī)頭分為三個(gè)能級(jí)， 25%，50%，100%，（未安裝 75%電磁閥）50%運(yùn)行容量 =175

8、kw，100%運(yùn)行容量 =350kw。目前系統(tǒng)的負(fù)荷恒定在260kw。試著分析最小的系統(tǒng)水容量？可以得知單個(gè)機(jī)頭將在50%和100%這兩個(gè)能級(jí)之間跳動(dòng)運(yùn)行。ts01= 1000 * vw * td0 * 4.2 /(h02-h0)/60(2-1)ts02= 1000 * vw * td0 * 4.2 /(h0-h01)/60(2-2)ts0=ts01+ts02(2-3)這樣可以得到最小系統(tǒng)容量的公式：vw0 = ts0/td0/(h02-h0)+td0/(h0-h01/70(2-4)其中：1. ts0-機(jī)組不連續(xù)的上卸載能級(jí)跳動(dòng)的時(shí)間間隔( 分鐘min)，是為防止機(jī)組的上卸載處會(huì)發(fā)生“振蕩”，

9、并會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的運(yùn)行。2. vw0- 流體容積 (m3)系統(tǒng)需要的最小系統(tǒng)水容量。3. h0-系統(tǒng)運(yùn)行中介于兩個(gè)能級(jí)之間的負(fù)荷, 該處為 260kw.4. h01-機(jī)組在相鄰較小能級(jí)的運(yùn)行容量(kw), 本案為 175kw.5. h02-機(jī)組在相鄰較大能級(jí)的運(yùn)行容量(kw), 本案為 350kw.6. td0-機(jī)組的能級(jí)控制器的不工作區(qū)域( ),本案為 2 . 如果該系統(tǒng)不做水箱，按照案例一，系統(tǒng)的水容量為0.375m3。在50%上運(yùn)行的時(shí)間是： ts02=0.62min 后增載到 100% 運(yùn)行 ts01=0.58min 跳回到 50%能級(jí)，如此循環(huán)往復(fù)。假設(shè)按案例一配置水容量為1885l

10、的水箱一座， 使得最小水容量達(dá)到2260l 。經(jīng)過計(jì)算得到 ts01= 3.48mints02= 3.72min。如果以上能級(jí)使用滑閥， 增加水箱后滑閥的活動(dòng)速度明顯減少，使得滑閥的壽命增加， 如果是兩臺(tái)壓縮機(jī)啟動(dòng)， 第二臺(tái)壓縮機(jī)的啟動(dòng)次數(shù)會(huì)超過每小時(shí) 8次，說明最小水容積仍舊不足。案例三：一臺(tái) 330冷噸的冷水機(jī)組，機(jī)組有 3個(gè)機(jī)頭，每個(gè)機(jī)頭無極調(diào).節(jié)，系統(tǒng)負(fù)荷有 330冷凍噸，為了分析問題方便，暫時(shí)假定該負(fù)荷全部為突變負(fù)荷，該負(fù)荷間隔一個(gè)小時(shí)來一次， 持續(xù)運(yùn)行時(shí)間為半小時(shí)， 假設(shè)沒有任何生產(chǎn)線上和該機(jī)組的連鎖控制裝置，求最小系統(tǒng)水容量為多少適宜？假定三機(jī)頭冷水機(jī)組的運(yùn)行邏輯是，當(dāng)溫度下降后

11、，1個(gè)機(jī)頭卸載需要 5分鐘，然后停機(jī)頭，第二個(gè)機(jī)頭卸載，卸載5分鐘， 這樣一步一步的卸載所有的機(jī)器。分析：對(duì)于該冷水機(jī)組導(dǎo)致工作惡劣的情況出現(xiàn)在，負(fù)荷突然消失后，可能使機(jī)組產(chǎn)生過冷而停機(jī)。首先由于突變負(fù)荷持續(xù)半個(gè)小時(shí)后，所有壓縮機(jī)頭均滿負(fù)荷運(yùn)行，假定整個(gè)回水系統(tǒng)為 12，而整個(gè)的出水系統(tǒng)控制在7。330冷噸的凍水循環(huán)量為 200m3/h。當(dāng)負(fù)荷消失的瞬時(shí)點(diǎn)，假定機(jī)器仍維持出水溫度 7，假設(shè)在回水系統(tǒng)上有個(gè)20噸的回水罐（開始時(shí)候充滿 12水）混合，并且假定混合非常充分，5分鐘進(jìn)入到水罐的水7度16.7 噸， 5分鐘后水罐的水溫下降到9.7 ，按照這個(gè)水溫， 機(jī)組負(fù)荷應(yīng)該為 2.7/5=54%，

12、而5分鐘的時(shí)間一個(gè)機(jī)頭卸載完成，機(jī)組走在67%的負(fù)荷，由于卸載速度跟不上，機(jī)組出口水溫降低，使得回 水箱中的混合水溫進(jìn)一步下降，極有可能造成機(jī)組過冷。 有時(shí)由于水溫降低過快，卸載速度來不與，造成低壓停機(jī)或者過冷液擊等事故， 機(jī)組經(jīng)常在這樣的工況下運(yùn)行，壽命不會(huì)長(zhǎng)久。冷凍水系統(tǒng)中的冷凍水體積抑制和消除了負(fù)荷變化帶來的影響。生產(chǎn)過程的負(fù)荷往往是最突然的，并且能使機(jī)組停機(jī)。 當(dāng)在一個(gè)很大的生產(chǎn)負(fù)荷下，一臺(tái)末端的換熱器關(guān)閉時(shí)( 例如一板交連接的熱側(cè)介質(zhì)突然關(guān)閉 ) ，在機(jī)組上卸載能級(jí)處會(huì)發(fā)生“振蕩”，可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的運(yùn)行。如果負(fù)荷處在兩級(jí)之間，那么機(jī)組將需要冷凍水的容積來“抑制”過冷或不夠冷的冷凍水對(duì)機(jī)組的影