變頻離心機的優(yōu)缺點

1、YOR 座頻，意義何在？1、變頻離心冷水機組的開發(fā)背景在世界中央空調冷水機組的歷史上，特靈 1981 年開發(fā)成功的三級離心式冷水機組是一次重要的革命。該產品一經出現，便改寫了世界冷水機組的最高效率，它將當時的機組效率從 0.80kW/ton 提高到 0.68kW/ton,將所有的競爭對手遠遠甩在身后，奠定了特靈在離心機組生產廠商中“武林霸主”的地位。在激烈的市場競爭壓力下，各公司不斷的調整自己的戰(zhàn)略，開發(fā)自己的新產品。在這種背景下YORK 公司在當時不得不開始了提高機組效率的工作。由于他們的壓縮機是開式結構，壓縮機上帶有軸封，存在無法彌補的泄漏點，因此如果追隨特靈公司開發(fā) R123 冷媒的冷水

2、機組是沒有前途的。因為低壓制冷劑 R123 機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。開式壓縮機存在泄漏點，無法避免的要進入空氣，而空氣的滲入量要遠遠大于閉式冷水機組中空氣的滲入量。（用氨檢的數量級來描述，開式壓縮機冷水機組的數量級為 10-5m3bar/s,而特靈的閉式壓縮機冷水機組達到的數量級為 10-11m3bar/s。這樣就要求抽氣裝置既要有很高的質量（空氣滲入，抽氣裝置不得不長時間運轉，成了易損元件？?。€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 冷媒的冷水機組卻

3、又不作為主流產品的原因。其實并不是制冷劑本身的問題，因為 R134a 本身也不環(huán)保，我會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，使用在當時還并不是很成熟的變頻技術，試圖與特靈公司高效率的冷水機組一決高下。2、離心冷水機組，適合變頻嗎？可以說在所有的壓縮機中，離心壓縮機是最不適合于使用變頻技術的，因為如果離心機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流量過低。也就是說在部分負荷時喘振是很容易發(fā)生的。而變頻技術恰恰要解決的是部分負荷的節(jié)能問題。這樣就為研制變頻技術的專家們制造了一個很大的問題。這猶如是在長江險灘中撐船

4、的艄公，不得不小心翼翼的繞過每個負荷點的喘振極限。而如果有一個點控制不好的話，機組就會無法正常運行，嚴重時甚至會造成壓縮機軸承損壞。變頻對電機的要求很高，不能使用普通電機，只能購買特制的電機。這樣 YOR 的樣本、廣告中許下的諾言（電機更換容易、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，其實也是迫不得已。在經過無數次試驗，歷經三代改革后，YORK司的變頻冷水機組終于推向用戶了。YOR 密司似乎很愿意將變頻機組作為與特靈 CVHE/G 離心機組相抗衡的產品。他們在中國市場極力推廣這種產品，在一定時期、一定區(qū)域內取得了一定的成功。那么，變頻離心冷水機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真的研究變頻離心冷水機組的原理后再下結論。3、變頻離心冷水機組的原理作為對我們競爭同行的尊重，我不愿去設想 YORK 公司在論文中提供的數據是否真實，我們引用下文中關于變頻離心冷水機組的原理的闡述均引用點。YORK司公開發(fā)表的論文，不代表我個人觀論文的數據的前提條件是這些數據是真實可靠的。1）離心式冷水機組部分負荷調節(jié)與變頻器原理我們知道，離心壓縮機是一種固定壓頭、變流量的壓縮機。單級離心壓縮機靠電機通過增速齒輪帶動葉輪高速旋轉，葉輪高速旋轉產生的離心力提高制冷劑氣體的速度，然后通過擴壓室，并在其中完成動能與壓力能的轉化。壓縮機的最大壓頭由壓縮機葉輪的最大線速度決定。

6、對于制冷量較大的冷水機組，我們通常需要考慮增加能量調節(jié)機構，一方面是為了防止機組在滿負荷啟動時扭矩過大，另一方面是增加機組的適應能力，使機組的負荷能與系統(tǒng)用戶的負荷相匹配，避免頻繁的開啟機組。對于離心式壓縮機來說，通常采用通過導流葉片或改變壓縮機的轉速來實現。A、導流葉片控制固定轉速的離心機通過導流葉片的作用就可以使壓縮機在最大壓頭下任意點運行。當壓縮機在系統(tǒng)低負荷運行時，導流葉片開始關閉，當機組發(fā)生喘振時，此時的負荷就是機組允許的最小負荷。導流葉片關小時，機組的冷媒的循環(huán)量就會減小，機組的制冷量相應有所下降。另一方面，由于導流葉片在關閉過程中葉片角度改變，此時進入壓縮機的冷媒氣體的方向也會相

7、應改變，有效的改善了壓縮機內冷媒的壓縮條件，防止了機組的喘振。然而，導流葉片的調節(jié)范圍是有限的，對于單級壓縮機來說，通常只能下載到 20%30%如果機組需要在 20%X 下運轉時，則需要熱氣旁通或是變頻機構來控制了。B、速度控制在離心壓縮機中，壓縮機的功耗如下：BHP=FLOW*HEAD/EFF 式中：BHP 壓縮機功耗FLOW-制冷劑流量HEAD-壓縮機壓頭EFF 效率對于離心壓縮機而言：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，壓縮機的功耗與轉速的三次方成正比。當轉速降低時，功耗將急劇下降，從而

8、達到部分負荷節(jié)能的效果。速度控制的弱點在于機組的下載范圍較小。在較低負荷（約小于60%）時，如果將壓縮機速度降低來控制部分負荷，機組將產生喘振。C、變頻驅動離心機組如果將變頻控制與導流葉片控制有機結合，共同來控制壓縮機，就能充分利用這兩種控制方式的優(yōu)點，既能使機組有較大的運行范圍，又能達到很好的節(jié)能目的。這種控制的邏輯如下：70%100%機組保持導流葉片全開，通過變頻來下載。50%70%導流葉片開始關閉，轉速維持恒定。50%為避免出現喘振，適當增加轉速，增大運行范圍。由此我們可以看出變頻技術如果在離心機中得到應用，則最先考慮的是如何避免喘振，而不是如何提高效率。4、變頻離心冷水機組的優(yōu)缺點綜述

9、A、優(yōu)點1)增強機組的卸載能力2)電機軟啟動，減小對電網的沖擊3)50%負荷以下節(jié)能效果優(yōu)越.B.缺點1)滿負荷運轉時機組并不節(jié)電，反而耗能。變頻控制離心機組在滿負荷運轉時要比正常機組耗電 2%5%2)控制過于復雜，控制元件增多，使機組調試、維護的難度增大。我們知道，大部分空調用冷水機組屬于民用范疇。在民用舒適性空調中，機組的易維護性、可靠性是考核其性能的很重要的因素。因此，機組的維護是否便利也成為考核一臺機組是否優(yōu)秀的重要參數。變頻機組由于控制復雜，控制元件增多，都會影響到機組的可靠性與易維護性。目前國內無法制作變頻器，關于變頻的維修 YORK 公司在國內的維修力量不強。因此如果變頻器有故障

10、的話很難及時維修。由此會造成很嚴重的問題。3)使用特殊電機，無法及時維護、更換在使用變頻控制時，通常無法使用普通電機。普通電機由于變頻器傳動時，由于高次頻波的影響和電動機運行速度范圍的擴大，將出現一些新的問題。與共頻電源傳動時有較大的差別，主要有以下方面的問題：A、諧波的影響。采用 PWM 變頻器對鼠籠型異步電機供電時，定子電流中不可避免的帶有高次諧波，電動機的功率因數和效率都會變差。從損耗的角度看，電動機的損耗主要是定轉子銅損耗，鐵損耗和機械損耗。高次頻波損耗基本與負載大小無關?？蛰d運行時，諧波損耗所占比率相對較大，空載運行時電動機功率因數和效率將更低，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強度和頻率的函數，由于 PW 般頻器中含有載波頻率，與諧波有關的鐵損耗較大。B、散熱能力的影響。通用的標準型鼠籠電機依靠在電機軸上的風扇來進行。如果采用變頻，則風扇轉速過低，造成電機冷卻不足，引起過熱。由此可以看出電機只能使用特制電機。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組冷水或冷卻水，如果使用冷水，則會浪費制冷量。如果使用冷卻水，則會造成換熱設備結構，變頻器散熱越來越低，最后導致過熱的結果。5)、節(jié)能實戰(zhàn)，YORKVersusTRANE本案例選用三臺 600TONS 的冷水機組，所有運行數據出自

12、 YOR 儂司公開發(fā)表的論文以下為三臺 600TONS 的冷水機組。YORK 選擇 YKEBEBH55CPE 機組三臺。其中第三臺帶變頻器。TRAN 蟲司選擇三臺常規(guī)機組。對比結果如下：TRAN 蟲司 CVHG670-489-288-080S-630-080S-560總冷量冷卻水進水溫度F1 號機組 2 號機組 3 號機組運行時間 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86685365109.62YORK司兩臺 YKEBEBH55FPEOi 變頻器冷水機組,一臺 YKEBEBH55CPEO 變頻器機組總冷量冷卻水進水溫度F1 號機組 2 號機組 3 號機組運行時間 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 86685500629.24費用對比運行費用 TRANEYORK 節(jié)約電量總運行費用元（8668h）5365109.625500629.24135519.62每小時平均運行耗電 KW.h618.96634.5915.63機組壽命期間內耗電 KW.h（*注 1）1237920001269180003126000運行費用元（*注 2）74275200761508001875600初投資費用元（*注 3）250000總費用對比元 2125600* 注 1 假設機組運行壽命為連續(xù)運轉 20 萬小時或 30 年，按大者計算。* 注 2 假設電費為 0.6 元/KW.h* 注 3YORK 變頻需增加