磁悬浮冷水机组在光纤生产制造过程中节能改造的应用分析

磁悬浮冷水机组在光纤生产制造过程中节能改造的应用分析

陆亮亮

中天科技光纤有限公司 江苏 南通 226000

摘  要：本文简单阐述磁悬浮冷水机组的工作原理、技术优势及节能性，再通过光纤制造过程中的节能改造案例分析，进一步说明了磁悬浮冷水机组在中央空调系统中的节能应用。

关键词：磁悬浮冷水机组 光纤生产制造 节能改造

磁悬浮冷水机组作为近年来新型的节能型冷水机组，在西方国家的应用相对较早，在我国由于业内对专业能力的掌握程度、主要研究及案例经验较少，因此起步较晚。但随着近年来国家政策方面等推动，磁悬浮冷水机组逐步开始替代传统的离心机和螺杆机，市场占有率逐年提升。2019年，国家七部委发布《绿色高效制冷行动方案》，要求到2030年大型建筑制冷能效提升30%。近年来，国家倡导下的各行业节能进程不断加快，作为中央空调制冷的最新前沿技术，磁悬浮离心机组近年的市场增幅明显，2021年磁悬浮中央空调市场增幅达30.8%，成为行业中为数不多实现销量正常的品类之一，且远超传统机型增幅。在“双碳”背景下，磁悬浮制冷技术逐渐占据市场主动。本文通过磁悬浮冷水机组在光纤生产中央空调系统中的节能改造案例，分析总结了磁悬浮冷水机组的应用特点、节能性及经济性。在2012年《国家重点节能技术推广目录》（第五批）中，纳入了磁悬浮变频离心机技术。

一、磁悬浮冷水机组工作原理及节能分析

1.1磁悬浮冷水机组工作原理

磁悬浮冷水机组的基础是磁悬浮制冷压缩机,而磁悬浮制冷压缩机的基础则是磁悬浮滚柱轴承。以离心工业冷水机组为例，磁悬浮工业冷水机在轴承边上由安装了稀土永磁体的直流电驱动。插电式后车轮在电磁的影响下高速前进。在运动环节中,主轴和轴承座之间的偏移距离持续保持在0.007mm以内,与转动支座并无摩擦;另外,因为不是磨损部件,也就没有润滑脂制冷系统。磁悬浮滚动轴承的设计示意图就如图1所显示。

图1.磁悬浮轴承结构示意图

1.2不同形式的冷水机组部分负荷运行时的节能效果

为比较分析不同冷水机组在部分负荷运行时的能效，现对磁悬浮离心机、变频离心机以及定频离心机COP进行对比。图2为不同方式冷水机组的制冷循环水温度在32℃的COP变化范围和水温度的变化曲线图，从图2可以得知,如果冷水机组通过扩压器的方式控制了制冷压缩机总流率,冷水机组的温度就会受颤震产生的改变,而散流器的调整范围也会得到限制。当散流器开度降到了30%以后,由于冷水机组所采用的发电机调速和扩压器动能控制的形式,负荷调整范围超过了10%-100%之间,扩大了冷水机组的控制范围。动能调节到一定程度。而同一台发动机在低负载区域易受到颤震产生的影响,造成一定程度的动力损失,特别是在低负载区域,而磁悬冷水机组的制冷压缩机通过稀土永磁电机马达进行推动运行的形式,并且还搭载了变频调压技术,调节总流量,研究表明,在50%~100%负荷范围以内,其效率损失小于5%;在20%~50%负荷范围以内,其效率损失小于百分之十五,如果是在50%负载以内的区域内进行工作,其COP曲线图不会下降反而变成水平的状况【2】。

1.3不同形式的冷水机组随冷却水进水温度变化的节能效果

假设整个机组都是在满负荷情况下,各种型号规格的冷水机组的COP数值随着供热量的需要的变化而进行改变,如图3所显示,在满负荷、所有防冻冷却液的水温都在32℃的情况下,三个不同类型的冷水机组的COP数值不相上下。随着冷却水渗漏温度的逐步降低标准,这三个机组COP数值都呈现出或多或少的变化,但总体的COP值力度不同。在这里主要因素为:磁悬冷水机组存在压气机气体压力,根据图3获知,在超负荷、同样防冻冷却液渗漏温度的前提下,磁悬冷水机组COP值>变频式离心型冷水机组COP值>定频水机组COP值。

图2.不同形式冷水机组COP值随负荷变化曲线

图3.100%负荷载率下，不同形式冷水机组COP值随冷却水进水温度变化曲线

此外，磁悬浮冷水机组单个制冷压缩机起动电流仅为2A的大小,无须通过软启动器来实现起动,因为启动输出电压较低,也大大减少了磁悬浮冷水机组起动电流对电网的冲击影响,降低了启动电能成本,保证了整个光纤生产制造体系的节能降耗效果。

经过以上研究,磁悬浮机组无摩擦、总体全无油、变频式的技术优势下,在较低负荷区和热循环水系统中渗漏环境温度变化较小的情况下仍可维持很好的COP值,并具有很好的综合型负荷性能指数(IPLV),这对于一年四季内均必须制冷的大中型公共建筑或生产车间来说,光纤生产需要全年制冷，因此磁悬浮冷水机具有更大的优越性【3】。

二、磁悬浮技术与传统机型优劣对比

对传统冷水机组与磁悬浮机组各项性能参数进行调研分析，得出磁悬浮技术如下优势：

（1）磁悬浮无油运转技术

电机转轴和叶轮组件通过数字控制的磁轴承系统在旋转过程中悬浮，消除金属与金属之间的接触，不会磨损表面。通过定位传感器感应，轴承控制器调整电流，改变磁轴承磁场大小，将转子调整至运转中心位置，保证安全运行。无油运转技术主要有点：

①消除机械摩擦损失，比常规轴承更持久耐用，使机组运行寿命增加一倍。

②机组完全无油，减少了油路系统、油泵等零件的故障，可靠性提高30%~50%；冷媒中

没有润滑油，机组的能效提高8%。

③机组不需要普通螺杆机、离心机的供油压差。

（2）变频调节技术

内置绝缘栅双极晶体管为逆变器，可将输入的直流电压转换成可调节的三相交流电压。

电机、轴承控制器信号决定逆变器的输出频率、电压和相位，并借此调节电机转速，满足实际负荷要求。

（3）智能控制安全保护技术

采用多压机负荷均衡技术，确保机组在最佳高效运行点，保证机组节能运行。多机头机组对比单机头机组，具有互备性强，维护保养方便等优势。海尔磁悬浮多机头系列机组，多机头同步变频，实现负荷调节范围最大化，效率最高化。

（4）维护成本低

无油路系统，无需换油，大大节省了维护费用；相比普通螺杆机或离心机，磁悬浮可节约50%左右的维护费用。

（5）噪音小

运动部件完全悬浮，无摩擦运行，结构振动接近于0，运行噪音低，无需安装减震配件和隔音机房，降低了降噪成本及减少了对设备操作人员听力的伤害。具体对比如表1。

表1：磁悬浮冷冻机组与传统机型优劣势对比

三、磁悬浮冷水机组在光纤生产制造过程中的应用

3.1光纤生产制造车间冷水机组节能改造

3.1.1技术背景

光纤生产制造车间为恒温恒湿厂房，根据工艺要求，需全年进行制冷。光纤行业起步较早，大部分工厂的冷水机组运行时间超过15年，绝大多数机器设备老化，衰减比较严重，一部分零部件已无法选购，设备维护技术落后，无法保障正常使用，对光纤作业现场温度湿度造成了一定的影响。以某工厂为例，经现场检测说明，一部分制冷机组冷量衰减严重，衰减达到了12%以上，系统效率COP值小于3.5，设备运行能源消耗高。

3.1.2原有冷水机组概况

为了能够确保光纤生产制造车间温度湿度工作环境达到相关规定，配置了5台380RT的制冷机组及配套水泵、组合式空调机组。此次节能改造主要针对制冷机组，将原有定频离心机更换成磁悬浮离心机组。

3.1.3改造实施效果

经改造运行对比，磁悬浮冷冻机组比其它冷水机组节电率高达40%以上，机组使用无油系统，制冷剂中不会混入润滑油，提高了冷凝器和蒸发器的换热效率；磁悬浮轴承与传统的轴承相比，磁悬浮轴承的摩擦损失仅为前者的2%左右，从而提高了机械效率；磁悬浮冷冻机采用数字变频控制技术提高了冷机部分负荷效率。从2019年开始分别完成改造，节能效果如表2。

表2 冷冻机改造前后运行电量对比表

根据不同时期改造的磁悬浮冷冻机前后用电量数据，在产量变化不大情况下，节能率均超40%。通过以上数据分析，光纤生产制造企业的制冷系统改造设计经济收益明显，达到了节能改造项目预期效果。

3.1.4 社会效益情况

(1)项目实施采取的新型节能磁悬浮冷水机组，取代老化、高耗能设备，不但有益于设备运作安全性，并且依据设备自动化程度、设备管理能力、维护保养技术实力，能够降低企业产品成本，同时积极响应了国家节能减排号召，降低碳排放量，给社会做出奉献。

(2)进一步保证光纤生产制造生产线温度湿度工作环境能够满足规范标准，生产制造的光纤符合实际国家规范标准，对国家社会发展以及消费者做出最有效的品质保证服务承诺。

结语：

总的来说，伴随着技术的进一步发展和设备投资的减少，磁悬浮冷水机组的技术标准越来越丰富,将其运用到光纤生产制造行业中的案例也越来越多,不久的将来,将对光纤生产制造行业和磁悬浮冷水机组结合技术市场的需求产生相当大的影响。磁悬冷水机组的引进和使用将在一定程度上解决地域能耗问题局势,具有重要的实用价值和实际推广实际意义。另外，从国内外磁悬浮机组的应用情况来看，磁悬浮冷水机组具有良好的节能性,并能有效应用于光纤生产制造工业中，从而带来巨大的节能潜力【5】。

参考文献：

[1]沈珂,刘红绍.高效磁悬浮冷水机组的研制[J].制冷与空调，2016,14(6) :108 - 111.

[2]屈玲蕾,磁悬浮变频驱动离心式冷水机组经济性分析[J].铜陵学院学报,2011 ,(3 ) : 103-104.

[3]殷平.磁悬浮冷水机组和国家标准[J].暖通空调,2013,43( 9 ) :53 -61.

[4]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2008 : 2120 -2134.

[5]中国建筑科学研究院.GB50736 -2012,民用建筑供暖通风与空气调节[S].北京:中国建筑工业出版社,2012:79-81.