【专业知识】探讨离心式冷水机组的变频改造

【专业知识】探讨离心式冷水机组的变频改造

【学员问题】探讨离心式冷水机组的变频改造？

【解答】离心式冷水机组变频调速装置即VSD（VariableSpeedDrive）采用独特的控制逻辑，同步调节导流叶片开关度和电机转速，通过变频驱动改造，机组运行节能效果明显。适用于宾馆、医院住院大楼等24小时运行、且昼夜冷负荷有明显差异的场所。本文针对离心式冷水机组的变频调速装置，从优点、改造内容、经济性分析三方面进手，阐述了变频改造的可行性。

一、VSD优点

1.节能明显

使用变频器后，离心式冷水机组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99%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70%~80%负荷左右，负荷降低，单位冷量能耗增加较明显。而VSD不断监测下列参数：冷冻水温度，冷冻水温度设定值，冷媒压力导流叶片开度和电机的转速。然后自适应容量控制逻辑定出有效的调节方法。它将优化电机转速和PRV（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。

以约克500冷吨的离心机组为例，在冷却水温度为25℃时，恒速机和变频机的运行

参数如下表所示：

从以上图表可以看出，在部分负荷的情况下，变频离心机组和相同型号的恒速机组相比，其单位制冷量的能耗要低很多。这对于长期处于部分负荷的机组来说，使用变频机组无疑给用户节省了大量的电费。

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，无故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。

同样以500冷吨离心机组为例，在70%负荷时，不同冷凝温度下，恒速机和变频机的运行参数如下表所示：

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，节能效果越明显，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进使用的机组来说，安装变频器的优越性是非常明显的。

变频离心机组的众多工程应用表明：变频离心式机组节能明显，与恒速离心机组相比，同样冷量的机组，使用变频驱动，年运行用度节省30%左右。

此外，VSD还能自动修正功率因数，在机组正常运转时保证功率因数不小于0.95. 以上表明加装VSD后，利用独特控制逻辑，变频离心性能大大进步部分负荷性能指标，并能够充分利用过渡季节以及冬季室外温度低的上风，从而达到节能的目的。

2.优化冷冻机组启动性能，延长设备寿命

恒速离心机通常配置星三角启动器，启动电流可能高达满负荷电流（FLA）的500%，而变频离心机的启动电流尽不会超过机组满负荷电流（FLA）的100%，这减少了设备的电流冲击，降低电器设备投资，且延长设备寿命。

3.运行更安静

离心式冷水机组的大部分噪声是由制冷剂高速排气造成的。约克设计冷水机组时，根据机组的性能和噪声控制要求，研究了机组的气体动力学特性。通过低负荷下降压缩机转速，从而降低了制冷剂气体的速度。VSD使机组的运行更宁静。VSD能大大降低机组在非设计工况下运行的噪声。同样由于速度的降低，延长了机组部件的寿命。

4.防止喘振、进步机组可靠性

喘振是离心机组发生故障的罪魁罪魁。配置了VSD后，变频离心机组可通过变速和导流叶片协同调节容量。机组能测定现在的工作点，选择相应的容量调节模式，并能精确地猜测喘振区，从而可以在100%~10%负荷范围内避免喘振现象的发生。

二、VSD改装

1.拆除原有星三角起动柜，加装VSD驱动装置。

2.加装VSD驱动器的冷却水管及循环泵。

3.更换控制中心（或其中CMII版）。

4.增加ACC自适应控制板。

5.更换原有的键盘，换适应VSD操纵的键盘。

6.加装导叶的位置反馈传感器。

7.安装系统控制软件。

8.更换全部或部分的压力变送器。

9.系统的静态与动态调试。

三、经济性分析

1.投资用度

以1台约克离心式冷水机组实施变频改造为例，则总的用度如下：

2.节电分析

以对约克YKNINIG45COBS（600冷吨）离心式冷水机组进行变频改造为例。变频装置的采用，会大大节约冷冻机组的运行用度，应用相关电脑软件分析系统，根据该大楼离心机组运行的一般规律，现做经济性分析如下：

恒速机组年耗电：1847777kWh

变速机组年耗电：1547006kWh

年运行总节省电：300770kWh

3.投资回收期

将装有变频器的机组置于整个系统，其节电总值将超过单机系统的节电值，这是由于机组有更多的时间在高负荷、低冷却水的情况下运行，这将更加体现出变频器的优点。

根据以上结果，我们可以计算出变频器的回收周期（取均匀电费为RMB0.90/kWh）：YR1=750000/（300770乘以0.90）=2.8年

四、结论

1.若采用变频VSD装置，将在三年内即可收回投资。

2.假如使用负荷安排公道，变频装置的优越性还将得到更加充分的体现（增加机房自动控制系统可以对机组的运行自动进行优化，最大限度地发挥VSD变频装置的节

能效果）。

3.我们可以采取调整机组不同时间段运行的冷水温度设置，使机组的运行效率进一步进步，加快缩短投资回收周期。

4.变频装置辅之以正确的操纵和维护，还可以大大延长离心式冷冻机的使用寿命。以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。

结语：借用拿破仑的一句名言：播下一个行动，你将收获一种习惯；播下一种习惯，你将收获一种性格；播下一种性格，你将收获一种命运。事实表明，习惯左右了成败，习惯改变人的一生。在现实生活中，大多数的人，对学习很难做到学而不厌，学习不是一朝一夕的事，需要坚持。希望大家坚持到底，现在需要沉淀下来，相信将来会有更多更大的发展前景。