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模块式风冷热泵机组水流量控制技术介绍

信息来源:eoovoo.com  时间:2010-09-12  浏览次数:69

  模块式风冷热泵机组是各个独立的风冷热泵机组组合在一起使用,目前模块式机组是商用空调市场销售非常好的机型。它的优点是可以根据客户的负荷情况改变模块单元机组的数量或允许客户在使用过程中再增加机组,方便客户根据自己的资金和使用情况灵活采购和使用机组。在模块式风冷热泵机组的结构上,每个模块均有相同口径的进出水管,模块之间只需将水管对接即可,安装非常方便,由于模块机这种特殊的形式,模块机组的进出水管的流速不确定,给模块机组的水流控制带来了一定的难度。确保每个模块得到合适的水流量是模块机组可靠工作的必要保证,不适当的水流量可能导致某个模块单元机组蒸发器结冰、冷凝压力高、压缩机“咬缸”等故障。对于模块机组一般制冷量比较大,一旦发生上述故障,品牌的美誉度将受到非常大的影响。因此模块机组的水流量控制及保护是非常重要的,合适的水流检测方法以及检测部件可以保证机组只在系统水流量大于允许的最小水流量下工作,在很大程度上可以避免空调主机发生故障。
  1 模块机组连接水管的设计
  1.1 模块机组内主水管布局设计
  模块机组因各模块之间共用进出水管,当连接各模块之间水管时,如果模块数量比较少,主水管可采用异程式布局;如果模块数量较多最好采用同程式布局,这样可以确保每个模块之间的水流量一致。
  1.2 模块机组内主水管水流速控制
  模块机组各模块之间共用进出水管的管径不仅取决于每个模块制冷量的大小还取决于整个模块机组的最大模块数量。通常模块机主水管的流速控制在0.5~4m/s之内比较合适。因为如果流速比较大,模块之间的水管道沿程阻力较大,容易造成各模块之间的水流分配不均,适当的主水管流速可以忽略在主水管产生的压降。如果单元模块的换热器在额定流量下的压降为30kPa,模块内部主水管的压降在2kPa内,每个模块之间的水流量几乎相同,但如果模块内部水管的压降超过5kPa,模块机组之间的水流量偏差将可能超过10%。对于换热器在额定流量下压降越大,需要机组内部的主水管允许的压降越大、水泵的扬程也越大。
  1.3 模块机组系统水过滤器的选择及安装
  模块机组的水管管径一般比较大,从工程造价上考虑水管材料一般不会选择铜管等不易腐蚀的材料,往往选择一般的无缝钢管作为水管。整个水管路采用无缝钢管电焊的方式连接,电焊过程中产生的大量焊渣如果不能进行有效的清除。焊渣一旦进入换热器危害非常大,将可能造成换热器局部堵塞。如果机组换热器使用的是钎焊板式换热器或套管式换热器将很难去除,因为这两种换热器不能进行机械清洗,如果使用壳管式换热器将比较容易去除焊渣。如果不能有效清除换热器内的焊渣将导致水侧换热器局部水流量下降,而此时冷媒侧冷媒流量基本维持不变,有可能导致水温逐渐下降甚至低于水的冰点,由于堵塞的水侧流量下降致使与之相邻的冷媒侧不完全蒸发,出现回气管结霜甚至结冰的情况,容易是压缩机产生液击。如果换热器局部堵塞程度比较轻,此时系统的整个水流量并没有发生太大的变化,水流保护开关不起作用。而防冻保护传感器(插入到换热器内部检测水温度)也检测不到该最低温度点,防冻保护并不能起作用,可怕的事情发生了--换热器冻坏直至整个制冷系统报废。为了防止焊渣等杂质堵塞换热器除在施工过程中规范施工外,在厂家的冷水机组设计过程中也能避免这种情况的发生。
  水过滤器是模块机组共用的部件,是水系统最关键的两个部件之一。水过滤器的选择适当可以有效预防水管施工过程中产生的杂质进入换热器。适当的水过滤器目数和形式是非常关键的,应在安装时预留旁通机组进水管的阀门,安装完成后开机调试前旁通模块机组换热器进行水管路清洗。此时进水水过滤器内最好使用100目不锈钢冲压滤网,到末端的水过滤器目数应大于100目(临时使用,调试好后旁通阀打开)。如果系统有备用泵时同时开启主备用泵,使水管路内的流速最大,开启24小时后清洗过滤网。这样可以将几乎全部大颗粒杂质积聚在水过滤器内,然后再更换60目的水过滤器即可开机调试。
  1.4 模块机组水管材料的选择
  通常在模块机组的水管路系统主机工厂采用镀锌无缝钢管,由于钢管在工程施工现场无法实施镀锌工艺,天长日久水管易生锈腐蚀。如果采用钢管内衬耐腐蚀塑料就没有管路腐蚀和产生大量电焊焊渣堵塞水管路的情况,虽然增加安装造价,但大大降低空调机组的维修和维护保养费用,在寿命期内的综合费用会大大减少。
  2 模块机组水流量检测的方法
  2.1 模块机组水流量检测
  在模块机组中的控制上目前有每个模块需要一个水流量信号和只有一个主模块需要水流信号两大类,这两种方法在模块机组生产厂都有使用。每个模块有一个水流信号的水流控制方法可以比较真实地反映该模块的水流情况;如果只有主模块接水流信号不能真正反映每个模块的水流情况,对于生产厂来讲这种方法可以降低成本,但对每个模块来讲这种控制方法并不理想。
  作为模块机水流量检测上目前主要有两种简单实用、成本低的检测形式,一种是靶式流量开关,另一种是压差式流量开关,下面比较两种检测方式的安装和使用特性。
  2.2 靶式流量开关的安装和使用
  靶式流量开关是将靶片安装在水管中,水管内流动的水冲击靶流片使之弯曲变形,从而带动微动开关输出控制信号给模块机组控制器,告知有水流可以启动机组。
  由于模块机组的主水管的水流速度在变化(增减使用的末端数量),给靶式流量开关的安装带来一定的难度。通常靶流片安装有三种状况:一是不动作,二是卡在管子上部不能回复,三是正常。安装非常好的情况与水管的管径和安装人员的经验非常有关,管径越大靶式水流开关的一次安装准确率越高。
  通常靶流片不动作是因为靶流片安装的深度不够,需要重新旋入或更换靶流片。许多安装工人遇到这种情况如不能很快解决往往短接水流开关或者调整动作调整螺钉从而使模块机组失去水流保护。
  如果是卡在管子里不能回复往往是靶流片太宽的缘故第一次动作时被卡在管子上部(这种情况在小管径冷剂水管中出现比较多),这是安装商不能发现的,此时流量开关也失去了作用。如果安装间隙不够即使当时可以工作,由于管子的生锈或结垢等造成的实际使用管径变小,也有可能使水流开关卡在管子内不能有效动作。
  由于模块机组在现场的模块数量不定,主水管的流速也不能确定,给靶流开关的安装带来很大的难度,主水管上的流速变化造成靶式流量开关的摆动动作复位频繁;另外当水系统混有空气时,水中的空气冲击靶流片造成流速下降,靶流片瞬间复位发给机组错误流量信息(为防止发生这种错误通常机组控制器延时处理流量信息)。同时靶式水流开关的靶流片在正常使用时长期受水流压迫处于弯曲变形状态,易疲劳破坏,尤其在流速超过3m/s以上时其寿命将大大缩短。
  如果每个模块都需要流量信号,就更不适宜安装靶式流量开关。目前各个模块机厂家的模块机的换热器就近接模块机组的主水管,不可能提供安装靶流开关所需要的前后段最小的直管距离,让一些厂家不得不放弃每个模块需要一个水流信号这一理想的水流保护方法。
  2.3 压差式流量开关的安装和使用
  压差式水流开关是根据HVAC设备的阻力和流量的曲线设计的。我们知道HVAC设备的换热器、水过滤器、水泵及阀门等装置都有其阻力与流量的性能曲线,通过检测其两端的进出水压差,并与该装置的预先设定值进行比较,就可以准确控制流量。
  压差式与靶式流量开关相比它是一种精确的流量控制方式,它具有准确的流量控制值。它可以直接安装在机组内也可以在现场安装。如果在机组内安装从压差开关连接两根铜管至换热器的进出口,测量其进出口的压差,即反映出流量。而用户现场不需要安装和接线,也就避免了靶式水流开关的安装不准确导致机组故障的隐患。如果安装在现场可以使用双设定点可调的压差开关,从模块的主进出水管引出?6.35的铜管用管螺母接到压差开关上即可。如果现场具有便携式超声波流量计测量主水管的流量更好,可以调整压差开关的调节螺丝设定好你需要的保护流量值,如果现场不具备此条件,也可以根据工厂提供的不同模块组合下的主进出水管的流量和压差值曲线,设定到合适的压差值以实现精确控制流量。
  而压差开关的另外一个设定点可以现场调整用作模块机组压差过大(即模块机组内部结垢或堵塞)指示。具体方法是在正常的水流量下,调整压差开关该设定点调整螺丝使其闭合或输出的指示灯亮,然后缓慢旋进使压差开关断开或输出指示灯灭后再1~2圈即可。即如果模块机组进出水管和换热器之间的压差大于设定值即可发出报警信息提示用户清洗换热器及管路。
  压差式流量开关具有流量控制准确、对系统不再额外增加阻力、又对水管管径没有要求以及无水流扰动干扰等特性,可取代任何形式的靶式流量开关作为
  HVAC水系统的流量控制,相对于靶式流量开关它可以避免水泵气蚀引起的假流量(实际流速很大,但水中混有空气而实际流量并不大),因而可广泛应用在使用钎焊板式换热器、套管式换热器和壳管式换热器的模块式风冷热泵机组水流量控制并兼有部分防冻保护的功能。
  3 压差式水流量开关在模块机组中应用
  3.1 水流量保护和堵塞指示
  对于模块机使用的钎焊板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器其压差与流量的曲线可能不尽相同,如果每个模块机使用一个固定设定点压差开
  关,可以在工厂进行测试确保配置的压差开关的保护流量值合适。建议断开流量大于额定流量的50%,复位流量建议小于额定流量的80%。
  如果模块机组只有主模块接收水流信号,可以采用可调双设定点压差开关。根据模块机组的进出水管的压降与流量曲线调整压差设定值,另外一个设定点可以用作换热器堵塞或结垢指示,具体安装位置参考上图。
  3.2 压差旁通控制
  在模块机组的水系统中,通常模块机组侧水系统采用定水量系统可以保证模块机组运行的稳定,末端侧水系统采用变水量系统可以减少水泵能耗及实现末端之间的冷量转移,对于末端的控温和减少设备的初投资及降低运行费用非常有利。
  为了满足模块机组侧的定水量控制和末端侧的变水量控制,通常采用压差旁通控制方法,即末端侧水流量发生变化(即负荷发生变化,因末端的容量与实际负荷一致)引起主管路的压差也随着发生变化。根据水泵的性能曲线,如果保证主水管供回水压差不变,也就保证了水泵的流量,同样进入到机组的水流量也不发生变化。
  Delta-PFS?双设定点压差开关可应用于变水量系统控制供回水管之间的压差,即当供回水压差超过压差开关高限设定点时,压差开关的高限输出的NO与C端闭合,使浮点控制的电动旁通阀门执行开启动作,减少供回水管之间的压差;当供回水管之间压差低于压差开关的低限设定点时,压差开关低限输出的NO与C端闭合,使浮点控制的电动旁通阀执行关闭动作。当供回水管之间的压差介于压差开关高限和低限设定点之间时,浮点控制的电动旁通阀不动作,维持恒定的流量从而保持了压差的恒定。双设定点压差开关可以是一个浮点压差旁通控制器,通过调整压差开关的高低限设定点,可以调整浮动带,大大优于以往的压差控制器的开关量控制方法。
  4 结束语
  在模块机组上每个模块上使用压差开关或主模块使用压差开关,都得到了很好的效果,尤其在模块增减时造成的主水管的流速变化及水管路有少量空气时,压差开关工作非常稳定,不会出现类似靶流开关的漂浮情况,经反复的测试动作和复位流量均有明确的流量值,具有比靶流更优异的性能。

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