局部空間受限狀態下流量開關安裝方式探討

林克思 張世杰

摘 要：介紹了靶式流量開關的工作原理及其在中央空調水系統中的實踐應用，針對地鐵地下站通風空調設備房局部空間受限狀態下流量開關的安裝情況，提出了靶式流量開關安裝方式的改進方案，有效保證了空調機組的正常運行。

關鍵詞：流量開關;空調系統;空間受限;安裝方式

0 引言

地鐵地下站通風空調設備通常選用螺桿式水冷機組，該類空調設備以水作為二次換熱介質，合適的水流量保證了空調制冷系統的運行可靠性，提升了地鐵站機電設備運行的安全性;不恰當的水流量可能造成循環水泵運行異常，冷水機組蒸發器結冰，機組頻繁啟停嚴重導致壓縮機“咬缸”等故障，增加了地鐵運營的故障率和事故風險。因此，科學選擇有效的水流檢測方法及合適的檢測部件，保證空調機組在系統水流量大于允許的最小水流量條件下平穩工作，避免空調設備發生異常故障顯得尤為重要。

1 流量開關的檢測必要性

水流量正常是空調制冷系統安全運行的必要保障，如果發生流量較小、水系統斷流或無水流情況時，空調機組會因自我檢測保護功能而強制停止運行。在以水作為介質的空調系統中，水的作用是通過熱交換帶走冷量或熱量，正常的水流量可以使換熱器有效換熱。其次水泵正常工作是空調系統可靠運行的重要條件，水泵安全運行也需要合適的水流量。

若冷凍水循環系統無水流或水流較小時，極有可能造成蒸發器負荷減小，蒸發溫度降低，當機組處于這種狀態長期運行時，壓縮機保護檢測元件容易老化、不靈敏，連續運行則會導致蒸發器內制冷劑冷量無法帶走（堆積）而結冰，若機組沒有及時做防凍保護，可能會造成蒸發器（銅管）凍管、脹裂、爆管，導致制冷系統的水側和冷媒側串通（冷媒與水直接混合），引起整個空調機組報廢。其次，如果水系統的水流量長期較小，蒸發器中制冷劑冷量無法正常交換，導致機組吸氣壓力過低，機組持續在此工況下運行，則將引起壓縮機因為回油困難，電機潤滑系統故障而損壞。若冷卻水系統無水流或水流較小時，空調機組排氣壓力增大、冷凝溫度升高，導致冷凝器中通過膨脹閥的制冷劑流量大幅減少，換熱能效降低，影響制冷效果，機組持續工作將會發生排氣壓力過高、壓縮機過電流等故障。

2 靶式流量開關的原理結構

靶式流量開關即將靶流片安裝在水系統管道中，通過靶流片直接接觸流體來檢測水流的元件。當管路中水量不足或沒有水時，靶流片處于自然狀態;當水流流速達到合適值時，靶流片則會因受到沖擊力推動而動作，流量越大沖擊力越大，靶流片帶動水流開關內的機械裝置觸發頂部的微動開關。當流量達到一定值時，水流推動靶流片，靶流片通過傳動機構推動控制裝置的微動開關動作，流量開關將水的流量信號轉化為靶流片的位移信號，輸出控制信號給相關設備采集。

靶式流量開關是一種能夠當發生斷水或水流量較小時的雙位控制器，其優點在于結構簡單、價格低廉而廣泛應用于液體的流量控制，尤其是制冷空調的水系統，管道安裝過程中可通過調整靶流片的數量及修整靶流片長度，以適應不同管徑及流速的需求。相比較其他形式的流量開關（節流式、壓差式），靶式流量開關在運用過程中施工安裝難度小、拆卸維修方便、局部阻力損失少、不易堆積臟污物形成堵塞，更適合冷水機組的冷媒水斷流保護。

3 靶式流量開關的安裝問題

水系統中水流檢測開關可選擇的種類形式較多，靶式流量開關是比較常見的一種。根據靶式流量開關的工作原理可知，安裝靶式流量開關具有一定的規范要求，需在長度大于等于5倍管徑水平直管段上安裝，由于靶式流量開關靶流片的安裝經常會出現錯誤導致故障發生，通常有以下兩種故障狀況：一是靶流片不動作;二是靶流片卡在管子上部不能自動復位。靶流片不動作的原因是因為靶流片安裝深度不夠，需要更換靶流片長度。若靶流片卡死在管中不動作一般是頂部靶流片太寬，安裝口管徑較小的原因，這種情況下流量開關也失去了作用。若安裝間隙小，靶流片可能當時可以工作，但由于生銹或結垢等造成管徑變小，繼而造成靶片卡死在管中。而大多數地鐵站由于地下站設備房空間受限，無法安裝在長度足夠的水平管路上，只能安裝在前后存在彎管或管線長度不足的水平管路上，當彎頭過于接近安裝位置時，因水流可能存在回流、旋流等因素導致沖擊靶流片來回動作，靶流片使用不超過半年（嚴重的不超過一個月）就會出現斷裂或靶流開關內部用于水電隔離的波紋管斷裂漏水等現象。

4 南京地鐵寧和線流量開關安裝方式的改進和實測對比

南京地鐵寧和線地下車站由于土建結構施工機房環境限制，存在設備安裝與維修空間不足的問題。以永初路站為例，該站的冷水機房由于現場機組安裝局部空間和定位條件限制，導致冷凍水管和冷卻水管管路布置不合理，機組進出水管水平長度只有1.5 m左右，但已有3處轉彎，水平安裝的管路上只能裝下軟接、溫度計和流量開關，如圖1所示。

永初路站冷凍水系統的流量開關設計在彎管較多且長度較短的水平管路上。另外，由于流量開關的安裝口采用的是機械絲扣三通卡箍，機械絲扣三通卡箍內壁有一圈凸槽，如圖2所示。靶流片在安裝時因為與卡箍口管徑間隙太小，所以需要修剪靶流片的寬度。這也導致靶流片的強度減小，更容易斷裂損壞。同時，因為流量開關只能安裝在前后右轉彎的水平出水管路，在實際使用中發現由于安裝在距轉彎較近且彎管較多處，靶流片會出現來回頻繁動作的現象，導致微動開關擺動，雖然間隔很短不會影響流量開關反饋信號輸出，但是會造成靶流片耗損嚴重，在短時間內就會發生斷裂，殘留在系統中的靶流片存在一定的隱患。

針對目前的情況改裝水管路，需要重新規劃機組的定位及水管路的布置，這種方案會消耗大量的人力物力，并且現在線路已投入運營，需要改裝的車站也較多，所以該方案實際執行有困難。經過技術組商議，嘗試采用靶式流量開關立管安裝的方法，雖然在垂直管路上安裝雖有一定弊端，但經過一個制冷周期的實驗改造測試，垂直安裝能保證機組正常運行，且相較之前的安裝方式能減少靶流片的損耗，保證在一個空調季中不出現斷裂的現象，在非空調季中檢查更換新配件，從而解決靶流片因斷裂進入系統中這一隱患，其不失為一種更實際的改造措施。

按照流量開關安裝在垂直管路上的要求，為消除重力的影響，只能安裝在水流向上的管路上，剛好符合流量開關安裝在冷水機組出水管路上的要求。若考慮重力影響，靶流片會稍向下彎曲，意味著需要更大的水流沖擊靶片帶動微動開關反饋機組水流量達到開機要求，開機要求更苛刻，可以讓機組運行更安全、更可靠，如圖3所示。經過現場核定，以簡易、便捷、安全的施工工藝為原則，盡量以最低的成本與簡易的方法完成改造，具體的改造過程為：關閉管路前后端水閥，放空管路中的水，將機組原來水平管路的開口用堵頭封住，在垂直管路中間處開孔，其中一個水管路用流量開關專用配套內絲底座焊接，如圖4所示，此節管路需要拆卸下來。因為目前流量開關安裝在機械三通卡箍上，靶流片被減小寬度，影響其強度，為了保證變量，另外一個機組的水管路也采用機械三通卡箍安裝。這種安裝方式可以不用拆卸該節管路，只需保證機組和水泵停機且管路中無水就可實施，在機械三通卡箍上安裝的流量開關靶流片需要修剪寬度，才能保證不會出現卡死現象。安裝完畢后，需確保管路中空氣排放徹底，當空氣沖擊靶流片，瞬間的復位會使流量開關發出錯誤信息。

5 結語

（1）安裝施工靶式流量開關，需要使用專用內絲底座焊接安裝，不建議使用機械絲扣三通卡箍安裝。靶式流量開關需要安裝在中央空調水系統出水管線上，在水系統斷流或流量不足情況下保護機組，如果把靶式流量開關安裝在中央空調水系統進水管線上，有可能會因靶流片破碎、斷裂進入蒸發器管路，或者蒸發器端蓋密封墊老化、放水螺栓脫落漏水，引起水流量不足等，導致靶式流量開關起不到保護作用，所以不建議將流量開關安裝在進水管線上。

（2）通過現場安裝改造和測試實驗，從實際使用情況來看，論證了局部空間受限的情況下，流量開關只能安裝在轉彎較多的水平管時，選擇安裝在垂直管路上的流量開關靶流片完全可以滿足在一個空調季周期內（5月—10月）不破損、不斷裂的使用需求，解決了冷水機組的施工遺留問題和靶流片斷裂在系統中的隱患。該改造方案實施簡單，不僅節約了改造成本、人力成本，同時有效保證了機組的正常運行。

[參考文獻]

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[2] 畢明華.靶式流量開關在空壓機斷水保護中的應用[J].煤礦機械，2008，29（6）：168-170.

收稿日期：2019-12-17

作者簡介：林克思（1985—），男，江蘇南京人，工程師，技師，研究方向：工程施工技術、供熱通風與空調。