制冷主机简称冷机,是数据中心空调系统的重要组成部分,其载冷剂一般为水,简称为冷水机组,其冷凝器的冷却利用常温水的换热降温来实现,故也称为水冷机组。数据中心冷量需求大,选用离心式机组可以获得较好的能效,本文的冷水机组专指离心机组。
1 冷水机组原理
离心式制冷压缩机是一种回转式速度型压缩机,吸气管将要压缩的气体引入到叶轮入口,气体在叶轮叶片的作用下跟着叶轮做高速旋转,通过叶轮中的叶片对叶轮槽道中的气体作功,提高气体的速度后引出叶轮出口处,然后导入扩压腔;由于气体从叶轮流出后,具有较高的流速,为了将这部分速度能转化为压力能,在叶轮排气口外侧设置了流通截面逐渐扩大的扩压器,进行能量的转换,以提高气体的压力;扩压后的气体在蜗壳里汇集起来后,进入机组的冷凝器进行冷凝,以上这一过程就是离心机的压缩原理,如图1;另外为了冷凝和把冷量带走,空调系统包括冷却水系统和冷冻水系统。
(1)离心机组组成
离心机组组成如下:包括离心压缩机、蒸发器、冷凝器、节流孔板、供油装置、控制柜等组成,如图2、图3所示。其中压缩机主要由吸气室、叶轮、扩压器、弯道与回流器、蜗壳组成。
(2)离心机组的特点
大型离心机组特点如下:
①制冷量大。由于离心式压缩机的吸气量不能过小,因而离心式压缩机的单机制冷量都较大。结构紧、重量轻、尺寸小,因而占地面积小。在相同的制冷量下,离心式压缩机的重量只有活塞式压缩机的1/5～1/8,冷量越大,越明显。
②易损件少,可靠性高。离心式压缩机在运行过程中几乎无磨损,因而经久耐用,维修运转费用较低。
③离心式压缩机中的压缩部件为旋转运动,在径向受力平衡,因而运转平稳,振动小,无需专门的减振装置。
④能够经济地进行冷量调节。离心式压缩机可以采用如导流叶片调节等方法,使能量在一定的范围内调节。
⑤易于实行多级压缩和节流,可实现同一台制冷机多种蒸发温度的操作运行。