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**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，將所有的競爭對手遠(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。
在激烈的市場競爭壓力下，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冷媒的冷水機(jī)組是沒有前途的。因?yàn)榈蛪褐评鋭㏑123機(jī)組需要解決的**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。（用氦檢的數(shù)量級來描述，開式壓縮機(jī)冷水機(jī)組的數(shù)量級為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公司有R123冷媒的冷水機(jī)組卻又不作為主流產(chǎn)品的原因。其實(shí)并不是制冷劑本身的問題，因?yàn)镽134a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**不適合于使用變頻技術(shù)的，因?yàn)槿绻?a title="離心機(jī)" href="http://www.cztseo.net/" target="_blank">離心機(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**們制造了一個(gè)很大的問題。這猶如是在長江險(xiǎn)灘中撐船的艄公，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**會(huì)造成壓縮機(jī)軸承損壞。變頻對電機(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YORK在樣本、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公司的變頻冷水機(jī)組終于推向用戶了。YORK公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。他們在中G市場極力推廣這種產(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
下文中關(guān)于變頻離心冷水機(jī)組的原理的闡述均引用YORK公司公開發(fā)表的論文，不代表我個(gè)人觀點(diǎn)。
作為對我們競爭同行的尊重，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**大壓頭由壓縮機(jī)葉輪的**大線速度決定。對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**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**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，對于單級壓縮機(jī)來說，通常只能下載到20%~30%。如果機(jī)組需要在20%以下運(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
對于離心壓縮機(jī)而言：
FLOW正變于速度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。#p#分頁標(biāo)題#e#
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**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
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G內(nèi)無法制作變頻器，關(guān)于變頻的維修YORK公司在G內(nèi)的維修力量不強(qiáng)。因此如果變頻器有故障的話很難及時(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)?？蛰d運(yùn)行時(shí)，諧波損耗所占比率相對較大，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分，其中鐵損耗是磁感應(yīng)強(qiáng)度和頻率的函數(shù)，由于PWM變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YORK公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，**后導(dǎo)致過熱的結(jié)果。
5）、節(jié)能實(shí)戰(zhàn)，YORK Versus TRANE
本案例選用三臺600TONS的冷水機(jī)組，所有運(yùn)行數(shù)據(jù)出自YORK公司公開發(fā)表的論文。
以下為三臺600 TONS 的冷水機(jī)組。
YORK 選擇YKEBEBH55CPEO機(jī)組三臺。其中第三臺帶變頻器。
TRANE公司選擇三臺常規(guī)機(jī)組。
對比結(jié)果如下：
TRANE公司CVHG670-489-288-080S-630-080S-560
總冷量        冷卻水進(jìn)水溫度F        1號機(jī)組        2號機(jī)組        3號機(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/ton               
1800        89.5        600        0.618        600        0.618        600        0.618        775        862110
1620        85.8        540        0.579        540        0.579        540        0.579        1983        1860014.34
1080        77.2                        540        0.521        540        0.521        2708        1523737.44
720        68                        360        0.506        360        0.506        2987        1088223.84
300        57.7                                        300        0.481        215        31024
總計(jì)                                                                8668        5365109.62#p#分頁標(biāo)題#e#
YORK公司兩臺YKEBEBH55FPEO無變頻器冷水機(jī)組,一臺YKEBEBH55CPEO帶變頻器機(jī)組
總冷量        冷卻水進(jìn)水溫度F        1號機(jī)組        2號機(jī)組        3號機(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/ton               
1800        89.5        600        0.667        600        0.667        600        0.667        775        931860
1620        85.8        540        0.627        540        0.627        540        0.607        1983        1992796.02
1080        77.2                        540        0.568        540        0.496        2708        1555908.48
720        68                        360        0.568        360        0.364        2987        1002198.24
300        57.7                                        300        0.277        215        17866.5
總計(jì)                                                                8668        5500629.24
費(fèi)用對比
運(yùn)行費(fèi)用                        TRANE              YORK         節(jié)約電量
總運(yùn)行費(fèi)用元（8668h）        5365109.62        5500629.24        135519.62
每小時(shí)平均運(yùn)行耗電 KW.h        618.96        634.59        15.63
機(jī)組壽命期間內(nèi)耗電 KW.h（*注1）        123792000        126918000        3126000
運(yùn)行費(fèi)用 元（*注2）        74275200        76150800        1875600
初投資費(fèi)用 元(*注3）                        250000
總費(fèi)用對比 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3 YORK變頻需增加初投資20~30萬元，在此取平均值25萬元。
從上表我們可以看出YORK公司的變頻機(jī)組很難挽救其運(yùn)行費(fèi)用高的特點(diǎn)，在20萬小時(shí)運(yùn)行壽命中，其費(fèi)用比TRANE公司的常規(guī)機(jī)組多2,125,600元。用戶購買變頻機(jī)組的目的是為了省電，通過對比我們還認(rèn)為它省電嗎？
 
 
南昌印鈔廠使用1臺約克變頻的600RT,保修期剛過，第二天就燒了壓縮機(jī)和變頻器，約克報(bào)價(jià)維修費(fèi)用需要40萬，而且維修周期為3個(gè)月，可以去調(diào)查一下。
 
 
以上文章摘選自：http://bbs.lengyuan.com/viewthread.php?tid=8686