笔者近段时间对某科研所的多个实验室空调做维保，每个实验室场地大小都约110m²左右，均安装了国外定制的10HP水冷冷却风柜，通过风管集中送风方式作为实验室的空气调节装置。因科研实验项目要求场地内严禁有转动的电气设备、电气接头，就连开关都是安装在走道的专门静电控制箱内，所使用的灯具均是直流12V防爆灯具。空调机组放置于设备间，通过不锈钢风管把冷气输送到实验室内进行空气调节，而且采用多层高效的过滤，要求比较高，现把维保的一些典型案例与同行分享，遇到类似问题可作借鉴。

一、水冷风柜空调的工作原理

1.制冷系统、冷却水系统、风管送风系统原理

        水冷风柜空调指高压侧冷媒通过水冷冷却方式进行热交换，比传统的风冷冷却效果更好更稳定，而本设备的蒸发器采用风柜空气对流方式制冷，通过两台离心风机对蒸发器进行强迫的热交换，并使用风管把冷气送至实验室内，再通过回风口接至蒸发箱进行回风，从而形成完整的气流循环。笔者在维保时参照实物绘制了整套设备中的制冷系统、冷却水系统、风管送风系统基本原理图(电气控制部分、新风系统、过滤系统、灭菌消毒系统、应急处理系统等不在本文中体现)，如图1所示，为本文的原理分析与诊断提供必要的参考。

2.系统工作原理

        (1)制冷原理

        如图1所示，该设备使用美国谷轮10HP全封闭涡旋压缩机。当接入AC380V电压驱动压缩机工作时，从吸气口吸入低温低压R22冷媒，经电机带动压缩机内的动静涡旋盘做工，压缩为高温高压气态冷媒进入到油分离器进行油气分离，密度大的冷冻油经底壳、回油毛细管后被回气管吸入至压缩机壳内，从而保障充足的润滑油量;密度轻的高温高压气态冷媒进入到卧式壳管式水冷冷凝器，通过水冷的方式对气态冷媒进行散热，使紫铜管内的水通过管壁吸收壳管高温冷媒的热量，从而使其冷凝为高压中温液态冷媒，进入到过滤器过滤杂质后至热力膨胀阀进行节流降压，在蒸发器中通过吸收房间热量使冷媒在蒸发器内气化蒸发，从而形成低温低压气态冷媒，再通过两台离心风机与蒸发器强迫热交换，把冷气送入风管至实验室内。蒸发器出口管路连接到气液分离器，对因在低负荷时未完全蒸发的液态冷媒进行分离，让其在气液分离器中继续蒸发，确保被压缩机吸气口吸入的都是低温低压的气态冷媒，从而避免发生液击现象，提高压缩机的耐用性，最终完成一个完整的制冷循环。

        (2)冷却水系统原理

       如图1所示，由于该设备用于科研所的实验室(对制冷温度要求较严谨)，因此使用了水冷冷凝器对高温冷媒进行冷却，这样能确保其良好的热交换能力，避免因外环境温度波动大时而影响其冷凝效果。该水冷系统使用了两路水泵进行服务，正常使用时仅是其中一路(台)工作，另外一台作为备用泵，而且每隔一周1号和2号水泵会自动进行主泵和备用泵的切换，轮流作业。该冷却水系统在标准空调工况冷却水回水温度是32°C，供水温度是37°C，其水系统循环原理如下:空调设备开机，系统自动先开启冷却塔AC380V风机，约1分钟后当值的水泵(1号或2号)启动，有水流过管路，安装在管道上的水流开关闭合送信号给控制模块，制冷模式时约3分钟左右压缩机运转。在冷却水系统中设置了水过滤器可以避免些脏物进入到离心水泵，高速运转时打坏叶轮;同时还设置了单向阀，用于防止停机时水泵反转，以及设备安装高低压差过大时水流倒灌现象。
         (3)风管系统送风原理
        如图1所示，由于该科研所的实验室因开展实验的需要，室内不允许有运转的电气设备，所以把制冷机组安装在设备间，通过不锈钢风管将蒸发箱出来的冷气输送至室内支风管的6个散流器(出风口)，来为室内调节温度，在每个出风口前设置了比例积分的电动风阀来控制送风量、送风速度，同时也就间接控制了实验室温度。
二、典型故障检修
        例1:某科研所实验室一套进口定制的10HP水冷风柜空调，制冷不良。分析检修:上门检修，该水冷风柜空调，采用风管集中送风方式，使用近8年，出现制冷不良的现象。制冷模式时实测风管的风口送风温度为19°C，明显偏高。测量制冷系统低压侧压力为0.28MPa，回气管不凉，开始以为冷媒泄漏导致低压侧压力偏低，但检查几遍没有发现哪处有油迹，咨询得知，空调使用至今一直没 有维修过，就是每年给风管、送/回风口过滤网冷却水系统消毒处理，整个制冷系统也没有添加过冷媒，空调冷凝效果也很好，反而水温明显过低，觉得不正常，是什么原因导致制冷效果差呢?
       开机运行期间，在昏暗设备间中打着手电筒，发现热力膨胀阀出口特别冷，有时还出现结薄霜的现象，突然恍然大悟，难道是热力膨胀阀堵塞所致。于是拧开热力膨胀阀的调节杆盖帽，对其微调杆调节，流口的流量没变化，初步判断是热力膨胀阀问题。经用户同意关闭水冷换热器出口的高压角阀，开启机组进行回收冷媒操作，把冷媒回收至高压侧并把低压侧角阀关闭，机组停止运行。拆下热力膨胀阀，对其进行测试。直接给热力膨胀阀入口接入1.6MPa氮气，不管外平衡管是否接上压力，在热力膨胀阀出口处的气流都很微弱，明显不正常，确认是热力膨胀阀有问题。
        由于看不清热力膨胀阀型号，仅知道是艾默生品牌的，本地没办法购买该品牌的器件，且用户又要急需快速修复，于是选用了丹佛斯的热力膨胀阀来代替，结合蒸发器换热面积及10HP压缩机的设备参数，于是选用了TGEX7.5外平衡式热力膨胀阀，该热力膨胀阀采用焊口方式，如图2所示空调工况下冷量为27kW，接口规格为:入口管径15.88mm，出口管径22.2mm。焊接时一定要使用湿布包裹好阀体，避免焊接高温火焰损坏阀体，冷却后还需对低压侧抽真空，真空合格后，再打开水冷换热器出口处高压角阀、回气管低压角阀，上电开机制冷恢复正常。制冷模式时，实测低压侧运行压力为0.52MPa，运行大约30分钟后测量室内风管出风口温度为14°C，效果相当好，空调修复。


        例2:某科研所实验室一套进口定制的10HP水冷风柜空调，新换压缩机短时间内烧毁。分析检修:上门检修，压缩机得电就出现电控板过流保护，测量压缩机供电为AC380V，正常，说明电控板没问题，问题在压缩机。细看该压缩机外壳颜色鲜亮，绕组的三端阻值正常，说明是内部机械部分卡缸。据用户说该机3个月前维修人员才更换的压缩机，没想到压缩机又再次损坏。由于谷轮10HP压缩机价格不菲，为了慎重起见，不急于更换压缩机，须查清楚短时间内损坏压缩机原因，才能彻底排除故障。
        回收冷媒后卸下损坏的压缩机，把吸气口和排气口置于最低处，尝试倒一些内部冷冻油查看，但是仅倒出约50g左右，不正常，而且冷冻油黑乎乎的，还有很浓的烧焦味。细想，压缩机油底壳这么多的冷冻油跑哪了?
        从图1分析，最有可能的是油分离器回油管路堵塞，于是用毛细管钳把回油毛细管与回油过滤器处割断，有油渗出但不明显。但当把回油过滤器与油分离器结合处管道用小割刀割断时，大量的冷冻油流出，问题已清楚，回油过滤器堵塞导致油分离器油气分离后的冷冻油无法顺利回到压缩机，从而造成压缩机内部的冷冻油越来越少，而导致压缩机内的动静涡旋盘等运动器件干摩擦，最后造成卡滞损坏。
         为安全起见，使用氮气对系统管路、器件进行吹污清洗，结果吹洗出大量的棕黑色且有烧焦味的油污，彻底清洁后把冷媒系统的干燥过滤器、回油过滤器回油毛细管 、压缩机一 起更换，抽真空后再定量充注冷媒后制冷恢复。压缩机运转声音也变得很轻，而不是之前沉闷的发声，目前已经使用半年，一切良好。
         提示:通过本例，得出经验，如果怀疑压缩机故障，一定要查清楚是什么原因导致的方可更换压缩机。近些年不管更换商用还是家用空调的压缩机来看，系统不洁、劣质冷媒、系统过温升、冷媒充注量不准确、过热度太大、压缩机磨损严重、电机绝缘性能变差、管道焊接没有充氮保护等都会污染系统、容易产生油泥，这样就会加剧压缩机的损坏。如果不清洗系统而直接更换压缩机很容易导致维修不彻底，造成短时间内再次损坏。建议更换压缩机时，要先使用氮气吹洗系统，同时把干燥过滤器一起更换，以提高修复后的耐用度。
        例3:某科研所实验室一套进口定制的10HP水冷风柜空调，压缩机不工作。分析检修:上门检修，冷却塔、冷却水泵能正常开启，蒸发箱的风机也能启动，就是压缩机不工作。测量压缩机没有AC380V电压，检查控制压缩机的交流接触器线圈没有AC220V电压，热继电器辅助触头也没有断开，说明控制板没有供电输出。引起控制板没有电压输出的主要原因如下:
      (1)室内达到预置温度压缩机停机。但该机设定温度比室内环境温度低，而且短接线控器的温控触头后，压缩机仍没有启动。
      (2)水流开关损坏。冷却水系统运转了， 则有水流过水冷热交换器，水流开关的舌片受到水流的压(推)力致使其内部的电气触点闭合后，才能送信号给空调的控制主板，为压缩机工作提供启动的前提条件，如果此开关损坏必然会导致压缩机不工作。
      (3)电控板损坏，或其外围的大电流控制、保护器件(交流接触器、热继电器)损坏。通过逐-排查后，发现是水流开关触头损坏，更换后故障排除。
       水流开关，有机械式也有电子式的。该机的是机械式的(也称为靶式水流开关)，如图3所示，它主要由阀体、接口、水流舌片组成。而水流舌片一般配套5个规格，选用时要参考实际管路的管径进行选择，一般选用原则为:舌片长度不小于管径的1/2，太长会顶住管壁，太短感应水流能力太弱，触头容易卡滞或导通迟缓甚至难以接通。例如管径为80mm-100mm的，建议选用长度为59mm的舌片。


        另外水流开关安装方向一定要正确，装反了会导致水流开关不会闭合，正确安装示意图如图4所示。


        例4:某科研所实验室一套进口定制的10HP水冷风柜空调，水温高，制冷效果差。分析检修:上门检修，机组运行时，测量制冷系统R22冷媒高压侧压力为2.5MPa，低压侧压力为0.68MPa，对于水冷冷凝器设备而言压力确实偏高。观察冷却水系统的回水温度为39°C，供水温度为41°C，比正常空调工况的水温高。由于冷凝不良导致冷凝水温高，水冷式热交换器冷媒出口温度高，还有未冷凝为液态的散发气体存在，进入蒸发器后会造成蒸发温度高.噪声大、制冷效果差的现象。询问得知该机没有添加过冷媒，也没有维修过，而且一直使用至今觉得空调制冷效果逐步逐步变差，才安排维修。


       通过故障的特征初步判断是冷却水温高所致，对水过滤器进行拆卸发现有少量污物，但不至于导致高水温，于是决定对水系统进行一次大清洁。在冷却塔中倒入适量“克垢”药液，开启循环泵8~12小时，使整个管路水垢开始溶解、脱落，通过排污口或水过滤器处排出污垢，再多次注入自来水循环清洗，由于机组使用时间较长，为了彻底清洗水系统，把水冷热交换器端盖拆卸后使用“通炮刷”进行逐条管路清洗，再使用高压水枪冲洗排出污垢，如图5所示，最后把冷却塔填料进行拆卸、清洗及更换，如图6所示，对冷却塔布水器喷淋头疏通、接水槽清洗，至此完成整个冷却水系统的清洗作业。如有条件可在清洗后投加预膜剂，以防止金属表面被腐蚀，控制PH值在5.5~6.5之间。


          通过对冷却水系统彻底的清洗及填料的更换后，开机测量冷媒高压侧压力为1.9MPa，低压侧压力为0.53MPa，回水温度33°C，供水温度38°C，制冷恢复正常，故障排除。