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摘 要：分析了水流開關對冷水機組運行安全的影響，并以靶式水流開關為例，通過闡述機械式水流開關的工作原理、設計、應用場合和常見故障，針對故障提出了有效的應對策略，以供參考。

關鍵詞：冷水機組；水流開關；水流中斷；靶流片

中圖分類號：TQ051.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.089

制冷技術是一種應用廣泛的科學技術，目前主要被應用于空氣調節(jié)、工業(yè)生產過程以及食品冷凍冷藏、醫(yī)療衛(wèi)生、日常生活等多個方面。制冷技術是從19世紀中葉發(fā)展起來的，到現(xiàn)在已經有超過160年的歷史了。在發(fā)展過程中，出現(xiàn)過各種不同的制冷方法，包括蒸汽壓縮式和吸收式制冷循環(huán)、機械驅動和熱驅動變相制冷循環(huán)、無變相的熱驅動制冷循環(huán)、斯特林循環(huán)、熱電制冷和磁制冷等。其中，蒸汽壓縮式和吸收式制冷循環(huán)的應用最為廣泛。蒸汽壓縮式制冷循環(huán)是利用變相產生的潛熱，通過壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)4個過程的封閉循環(huán)實現(xiàn)制冷；而吸收式制冷循環(huán)是以吸收劑和工質組成溶液，利用熱能驅動，通過發(fā)生、冷凝、蒸發(fā)、吸收4個過程封閉循環(huán)。

1 水流開關對冷水機組運行安全的影響

1.1 水流開關的作用

水流開關是通過感受水流量的變化，根據(jù)已調節(jié)好的開關值切斷或閉合電路的控制元器件，在水系統(tǒng)中起斷水、缺水保護的一種裝置。

1.2 水流開關的分類

按照內部結構的不同，一般可將水流開關大致分為活塞式、翻轉式、壓差式、靶式、葉輪式和轉子式等。在實際空調制冷中，壓差式和靶式水流開關的應用較為廣泛。

1.3 水流開關對冷水機組性能的影響

水流開關是否正常直接影響到冷水機組的運行安全與否。如果冷凍水流量過小，不僅會導致壓縮機啟停頻繁，降低壓縮機的使用壽命，也會導致機組蒸發(fā)壓力較低。由于大多數(shù)制冷循環(huán)中油和制冷劑都是混合在一起的，冷凍水流量過小將會導致部分油不能回到油箱中，而是滯留在蒸發(fā)器底部，造成油箱“低油位”報警，出現(xiàn)“失油”現(xiàn)象。同時，附著在蒸發(fā)器銅管上的油會大大降低蒸發(fā)器的換熱效果，特別是對于滿液式蒸發(fā)器來說，冷凍水流量過小可能導致蒸發(fā)器結冰，出現(xiàn)“冰堵”現(xiàn)象，嚴重時甚至可能導致銅管破裂，造成冷凍水和冷媒串通，最終使冷凍水進入壓縮機，造成壓縮機損毀，損失巨大。對于冷凝器來說，當無水流或水流小時，冷凝器負荷減少，冷凝溫度和壓力上升，造成冷凝器出口的冷媒經過膨脹閥、節(jié)流板空時的流量大幅減少，制冷量下降。如果壓縮機持續(xù)在高冷媒壓力下運行，將發(fā)生“跳機”故障。如果水流量過大，則會加重冷水機組的運行負荷，加大水泵的運行風險，耗能增加；水流量中斷就會直接導致機組停機等。

2 冷水機組水流中斷故障分析

在冷水機組運行過程中經常會遇到水流開關無法檢測到水流，而導致系統(tǒng)自動停機的狀況。其原因很多，以下將以靶式水流開關為例，分析冷水機組水流中斷的常見故障。

2.1 靶式水流開關的工作原理

靶式水流開關是一種適用于檢測水質較差、雜質較多的水流開關。靶式水流開關由測量管、靶片、波紋密封膜片、杠桿、彈簧、微動開關等組成。當水流通過管道時，水流對靶片產生一個沖擊力，在這個力的作用下，杠桿角度傾斜，離開常態(tài)下壓緊的微動開關，開關便輸出信號。當水流沖擊力小于彈簧力時，杠桿被彈簧推回微動開關，停止工作。

2.2 靶式水流開關的設計

靶式水流開關的設計遵從伯努利方程：

P+ρgh+ρv2/2=C. （1）

式（1）中：P為流體中某點的壓強；ρ為流體密度；g為重力加速度；h為該點所在高度；v為流體在該點的流速；C為常量。

水流從靶周圍的圓形、環(huán)形間隙流過時，靶受到流體的沖擊力，其大小與流體的動能和靶的圓形面積成正比。體積、質量流量與靶受到的力F的對應關系為：

qv=k×√F/ρ. （2）

qm=ρAv=k√ρF. （3）

式（2）（3）中：qv為體積流量；k 為啟動水流量；F為靶片受到的力；ρ為水的密度；qm為質量流量；A為管道截面積；v為水流流速。

2.3 靶式水流開關應用的場合

靶式水流開關是一種機械式水流開關，能負載較大的工作電流，也能直接負載普通功率的電動設備。其缺點為如果要求啟動水流量較小，由于靶片過大，對管道通水流量造成很大的影響；如果要求啟動水流量較大，只有減小靶片面積，才能使啟動流量變大。因此，靶式水流開關只能應用于一些無要求的供排水設備上。

2.4 靶式水流開關常見故障及處理對策

在實際應用過程中，靶式水流開關一般情況下直接出現(xiàn)電氣方面的故障較少，而較多的故障則出現(xiàn)于其設計、安裝及機械方面。

2.4.1 使用壽命有限

受管網水力環(huán)境的影響，靶式水流開關的靶流片在正常使用時長期受水流壓迫處于彎曲、變形狀態(tài)，易疲勞破壞，因此，靶流片使用2年就需要更換。

2.4.2 設計、安裝位置不合理

安裝在垂直管道中的靶式水流開關在開機和關機的過程中受到管網水力沖擊較大，較易出現(xiàn)斷裂或靶流開關內部水電隔離的波紋管斷裂，進而導致水從靶流開關流出。安裝靶式水流開關時需注意，安裝位置前、后必須有一定的直管。如果安裝在有直角彎頭上升的水管附近，仍然會出現(xiàn)開關斷裂或波紋管斷裂現(xiàn)象。

2.4.3 管道內空氣集聚過多

水在流動過程中會釋放一部分空氣，當管道內的空氣集聚過多時會產生氣阻并沖擊靶流片，造成流速下降，靶流片瞬間流量波動致使發(fā)給機組錯誤的流量信息，導致冷水機組報警停機。

2.4.4 靶流片卡在套管內

在實際使用過程中，經常會出現(xiàn)這樣的情況，即水泵開啟后，實際管路水流正常，但機組卻顯示無水流通過。這是因為通常靶式水流開關安裝在一個螺紋套管內，螺紋套管焊接在主

管路上，由于螺紋套管下部生銹造成靶流片卡在套管內不動，此類現(xiàn)象較為普遍。由于管路在安裝后投入使用前未能按照設計規(guī)范全面沖洗；同時由于使用自來水作為冷凍水水源時，自來水中含有大量的雜物、微生物；再加上操作人員缺乏水處理方面的專業(yè)知識，不能及時在水中添加藥劑并排污，造成水質急劇惡化。因此，建議冷水機組的冷凍水水源最好選用純水。

2.4.5 安裝人員操作錯誤

安裝人員不能正確安裝靶式水流開關也是主機發(fā)生故障的原因之一。靶式水流開關靶流片的安裝有一定的難度，安裝過程中常見的錯誤操作主要有以下兩種：①不動作。通常，不動作是因為靶流片安裝的深度不夠，需要重新旋入或更換靶流片。許多安裝人員遇到這種情況時，往往短接水流開關或者調整動作調整螺絲，從而使冷水機組失去水流保護作用。②卡在管子上部不能回復。出現(xiàn)這一現(xiàn)象往往是因主水管上焊接螺紋套管的孔太小，第一次動作時被卡在管子上部。這時，如果安裝人員不能及時發(fā)現(xiàn)，水流開關也就失去了保護作用。

2.4.6 冷凍系統(tǒng)的靜壓力

通常，還有一種情況往往被忽略——冷凍系統(tǒng)的靜壓力對水流開關工作性能的影響。筆者在使用特靈冷水機組時發(fā)現(xiàn)，適當?shù)靥岣呃鋬鏊撵o壓力，能大大改善水流開關的工作性能。筆者所在公司原本設計回水管補水壓力為1 bar，但在冷凍泵運行后，蒸發(fā)器進出水壓差只有0.2～0.3 bar，而在這個壓力下水流開關開關極不穩(wěn)定，機組無法檢測到水流，導致停機。之后，筆者手動將系統(tǒng)的補水壓力設定為1.5～2 bar后，蒸發(fā)器進出水壓差在0.5 bar以上。此種方法能大大降低由于蒸發(fā)器進出水壓差較小造成的機組停機的發(fā)生。

3 結論

冷水機組在實際運行過程中因水流開關故障而導致機組運行異常或停機現(xiàn)象較多。如果我們能對設備的日常運行情況或對已發(fā)生的故障作細致的分析和總結，不但可以提高設備的使用壽命和運行的安全、穩(wěn)定性，還可以提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

參考文獻

[1]董天祿.離心式/螺桿式制冷機組及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

〔編輯：劉曉芳〕