冷水機組的開式傳動與封閉式傳動的技術比較

范春秀 李北

摘 要：全封閉離心式冷水機組因其無需高質量的軸封及具結構緊湊的優點曾盛極一時。但實踐上發現它維修困難及效率較低等缺點，促使一些制造商致力尋求改進良策。隨著高效而長壽命的軸封制造技術的突破，世界上的冷水機組制造商又回復到生產開式傳動機組。由于實踐證明這種機組具有效率高、電機損壞機會率低及容易維修等顯著優點，市場需求量迅速增加，使原先對開式機組持觀望態度的制造商也開始研制這種機組。以下就幾個主要方面進行比較。

關鍵詞：冷水機組；開式傳動；封閉式傳動

1 效率

制冷機組的效率可以從每獲得一冷噸所消耗的能量來表示。當一臺離心式冷水機組從開式傳動變為全封閉結構之后，效率會降低3%～6%左右。其原因有二：其一是閉式電機是充滿冷劑冷卻電機，消耗了一部分制冷劑冷量；其二是閉式電機是在充滿制冷劑蒸汽的環境中旋轉，開式機的電機是在空氣中旋轉，而制冷劑蒸汽的密度為空氣的4倍左右，故閉式機的電機旋轉阻力較開式機的大，需要消耗較多的能量。中國建筑工業出版社出版的《中央空調設備選型手冊》第2.5.3第一節279頁的論述中也指出，風冷開式電機可節省能耗3%～6%。

2 可靠性

可靠性主要表現在電機燒毀的機會率。大約有60%的冷水機組的主要故障是由電機的故障引起的。開式電機的設計，將電機與制冷回路完全分離，使制冷劑與電機完全不接觸，那些酸性及其他易進入制冷回路的污染物不會影響電機的運行（參見圖1）。開式機組既避免了制冷劑與電機不兼容引起的各種問題，又減少了因電機故障導致機組停機維修的時間。由于閉式機電機是用冷劑冷卻，故繞阻的線徑較空氣冷卻的開式電機的繞阻小，過載能力差，萬一冷劑冷卻出現不足或電源電壓波動較大，都容易燒毀電機。此外，如果管簇破漏或其他原因令水進入冷劑中，含水率高的冷劑去冷卻電機將導致繞阻的絕緣強度大大降低而令電機燒毀，而且，這種冷劑的水分容易在電機內的噴嘴處形成冰塞，令電機的繞阻冷卻不足，形成惡性循環。顯然，開式機則不存在以上危險。在眾多發達國家，離心式冷水機組的用戶均到保險公司買機組保險，閉式機的年保險費為開式機的1.5倍。由此可見，閉式機可靠性比開式機低。

3 維修

閉式機組的維修既費時又費錢：抽出所有制冷劑，將整個制冷系統徹底檢修、重新清洗，并將電機運到工廠維修。待電機重新安裝后，重新充注冷媒。如果閉式機電機一旦燒毀，電火花會將冷劑分解為碳、氯和氟，它們與水結合成鹽酸及氫氟酸，造成系統的嚴重污染。最終不僅電機需要更換或重新繞線，而且整臺機組需要大修以清除系統中的污物，徹底清洗系統的污物亦相當困難和費時。若清洗得不徹底，足以令新電機產生故障。機組重新灌注冷劑也是十分昂貴的。閉式機的電機修理或更換需由原制造廠完成，這需要相當長的時間，造成開式機電機發生故障的原因，同樣存在于閉式機。例如星三角啟動器的動作不良等。對于開式機電機發生故障，可以在當地修復，甚至可以以當地生產的電機替換，既節省費用也快捷妥當。而且開式電機不屬于冷劑回路的一部分，所以絕不會污染系統。可靠性的另一個表現是系統的密封性。如前所述，閉式機組雖然不需要高速軸封，但其電機的6個接線柱是泄漏的極大潛在危險，而且是表面上看不出來的內部泄漏。至于開式機組，由于采用了高效而長壽命的軸封新技術，泄漏的危險性在實踐中證明是極低的。此種軸封采用摩擦、傳熱及兼容性能極高的無孔陶瓷碳化硅作為動環，運行密封件溫度降低，避免了碳泡和表面結焦，不會吸收制冷劑和潤滑油；采用高科技的金屬波紋管設計，提供軸向的運動，解決了液體密封環組裝困難和環易膨脹鼓起的問題，實現了真正意義上的密封；采用一直用于航天工業的工作溫度可高達302℃的聚四氟乙烯（PTFE）材料作為C型密封圈，再配合精密加工的軸套，無論在真空還是在正壓工況下均能實現極好的密封，其運行壽命高達20年。

4 靈活

4.1 適用于冷媒替換

開啟式機組電機繞阻與制冷劑不直接接觸，在更換制冷劑時，不會發生閉式電機經常出現的電機繞阻及其他附件與冷媒不兼容的問題（參見圖2）。所以，對于開式機組而言，冷媒的選擇范圍很廣。更換冷媒時，開式機組只需更換密封件和墊圈、重新充注制冷劑、調整控制系統即可。而閉式機組除了上述步驟外，還需重新繞組并調整電機以使其與新注入的制冷劑相互兼容。由此可見，開式機組更換冷媒不但方便，價格也會便宜。隨著對于制冷劑研究的不斷深入，將會有越來越多的環保冷媒應用于冷水機組，而開式機組的優點也將日益突出。

4.2 采用多種動力驅動方式

由于電機與壓縮機完全分離，開式機組可采用電力、蒸汽透平、燃氣等多種驅動方式，這樣就擴大了機組的適用性。而閉式機組一般只能采用電力驅動。

參考文獻

[1]田國慶，李浙.離心式冷水機組選型分析[J].暖通空調，2003，33（3）：75-77.