席坚盟

摘 要：分析了水流开关对冷水机组运行安全的影响，并以靶式水流开关为例，通过阐述机械式水流开关的工作原理、设计、应用场合和常见故障，针对故障提出了有效的应对策略，以供参考。

关键词：冷水机组；水流开关；水流中断；靶流片

中图分类号：TQ051.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.089

制冷技术是一种应用广泛的科学技术，目前主要被应用于空气调节、工业生产过程以及食品冷冻冷藏、医疗卫生、日常生活等多个方面。制冷技术是从19世纪中叶发展起来的，到现在已经有超过160年的历史了。在发展过程中，出现过各种不同的制冷方法，包括蒸汽压缩式和吸收式制冷循环、机械驱动和热驱动变相制冷循环、无变相的热驱动制冷循环、斯特林循环、热电制冷和磁制冷等。其中，蒸汽压缩式和吸收式制冷循环的应用最为广泛。蒸汽压缩式制冷循环是利用变相产生的潜热，通过压缩、冷凝、节流、蒸发4个过程的封闭循环实现制冷；而吸收式制冷循环是以吸收剂和工质组成溶液，利用热能驱动，通过发生、冷凝、蒸发、吸收4个过程封闭循环。

1 水流开关对冷水机组运行安全的影响

1.1 水流开关的作用

水流开关是通过感受水流量的变化，根据已调节好的开关值切断或闭合电路的控制元器件，在水系统中起断水、缺水保护的一种装置。

1.2 水流开关的分类

按照内部结构的不同，一般可将水流开关大致分为活塞式、翻转式、压差式、靶式、叶轮式和转子式等。在实际空调制冷中，压差式和靶式水流开关的应用较为广泛。

1.3 水流开关对冷水机组性能的影响

水流开关是否正常直接影响到冷水机组的运行安全与否。如果冷冻水流量过小，不仅会导致压缩机启停频繁，降低压缩机的使用寿命，也会导致机组蒸发压力较低。由于大多数制冷循环中油和制冷剂都是混合在一起的，冷冻水流量过小将会导致部分油不能回到油箱中，而是滞留在蒸发器底部，造成油箱“低油位”报警，出现“失油”现象。同时，附着在蒸发器铜管上的油会大大降低蒸发器的换热效果，特别是对于满液式蒸发器来说，冷冻水流量过小可能导致蒸发器结冰，出现“冰堵”现象，严重时甚至可能导致铜管破裂，造成冷冻水和冷媒串通，最终使冷冻水进入压缩机，造成压缩机损毁，损失巨大。对于冷凝器来说，当无水流或水流小时，冷凝器负荷减少，冷凝温度和压力上升，造成冷凝器出口的冷媒经过膨胀阀、节流板空时的流量大幅减少，制冷量下降。如果压缩机持续在高冷媒压力下运行，将发生“跳机”故障。如果水流量过大，则会加重冷水机组的运行负荷，加大水泵的运行风险，耗能增加；水流量中断就会直接导致机组停机等。

2 冷水机组水流中断故障分析

在冷水机组运行过程中经常会遇到水流开关无法检测到水流，而导致系统自动停机的状况。其原因很多，以下将以靶式水流开关为例，分析冷水机组水流中断的常见故障。

2.1 靶式水流开关的工作原理

靶式水流开关是一种适用于检测水质较差、杂质较多的水流开关。靶式水流开关由测量管、靶片、波纹密封膜片、杠杆、弹簧、微动开关等组成。当水流通过管道时，水流对靶片产生一个冲击力，在这个力的作用下，杠杆角度倾斜，离开常态下压紧的微动开关，开关便输出信号。当水流冲击力小于弹簧力时，杠杆被弹簧推回微动开关，停止工作。

2.2 靶式水流开关的设计

靶式水流开关的设计遵从伯努利方程：

P+ρgh+ρv2/2=C. （1）

式（1）中：P为流体中某点的压强；ρ为流体密度；g为重力加速度；h为该点所在高度；v为流体在该点的流速；C为常量。

水流从靶周围的圆形、环形间隙流过时，靶受到流体的冲击力，其大小与流体的动能和靶的圆形面积成正比。体积、质量流量与靶受到的力F的对应关系为：

qv=k×√F/ρ. （2）

qm=ρAv=k√ρF. （3）

式（2）（3）中：qv为体积流量；k 为启动水流量；F为靶片受到的力；ρ为水的密度；qm为质量流量；A为管道截面积；v为水流流速。

2.3 靶式水流开关应用的场合

靶式水流开关是一种机械式水流开关，能负载较大的工作电流，也能直接负载普通功率的电动设备。其缺点为如果要求启动水流量较小，由于靶片过大，对管道通水流量造成很大的影响；如果要求启动水流量较大，只有减小靶片面积，才能使启动流量变大。因此，靶式水流开关只能应用于一些无要求的供排水设备上。

2.4 靶式水流开关常见故障及处理对策

在实际应用过程中，靶式水流开关一般情况下直接出现电气方面的故障较少，而较多的故障则出现于其设计、安装及机械方面。

2.4.1 使用寿命有限

受管网水力环境的影响，靶式水流开关的靶流片在正常使用时长期受水流压迫处于弯曲、变形状态，易疲劳破坏，因此，靶流片使用2年就需要更换。

2.4.2 设计、安装位置不合理

安装在垂直管道中的靶式水流开关在开机和关机的过程中受到管网水力冲击较大，较易出现断裂或靶流开关内部水电隔离的波纹管断裂，进而导致水从靶流开关流出。安装靶式水流开关时需注意，安装位置前、后必须有一定的直管。如果安装在有直角弯头上升的水管附近，仍然会出现开关断裂或波纹管断裂现象。

2.4.3 管道内空气集聚过多

水在流动过程中会释放一部分空气，当管道内的空气集聚过多时会产生气阻并冲击靶流片，造成流速下降，靶流片瞬间流量波动致使发给机组错误的流量信息，导致冷水机组报警停机。

2.4.4 靶流片卡在套管内

在实际使用过程中，经常会出现这样的情况，即水泵开启后，实际管路水流正常，但机组却显示无水流通过。这是因为通常靶式水流开关安装在一个螺纹套管内，螺纹套管焊接在主

管路上，由于螺纹套管下部生锈造成靶流片卡在套管内不动，此类现象较为普遍。由于管路在安装后投入使用前未能按照设计规范全面冲洗；同时由于使用自来水作为冷冻水水源时，自来水中含有大量的杂物、微生物；再加上操作人员缺乏水处理方面的专业知识，不能及时在水中添加药剂并排污，造成水质急剧恶化。因此，建议冷水机组的冷冻水水源最好选用纯水。

2.4.5 安装人员操作错误

安装人员不能正确安装靶式水流开关也是主机发生故障的原因之一。靶式水流开关靶流片的安装有一定的难度，安装过程中常见的错误操作主要有以下两种：①不动作。通常，不动作是因为靶流片安装的深度不够，需要重新旋入或更换靶流片。许多安装人员遇到这种情况时，往往短接水流开关或者调整动作调整螺丝，从而使冷水机组失去水流保护作用。②卡在管子上部不能回复。出现这一现象往往是因主水管上焊接螺纹套管的孔太小，第一次动作时被卡在管子上部。这时，如果安装人员不能及时发现，水流开关也就失去了保护作用。

2.4.6 冷冻系统的静压力

通常，还有一种情况往往被忽略——冷冻系统的静压力对水流开关工作性能的影响。笔者在使用特灵冷水机组时发现，适当地提高冷冻水的静压力，能大大改善水流开关的工作性能。笔者所在公司原本设计回水管补水压力为1 bar，但在冷冻泵运行后，蒸发器进出水压差只有0.2～0.3 bar，而在这个压力下水流开关开关极不稳定，机组无法检测到水流，导致停机。之后，笔者手动将系统的补水压力设定为1.5～2 bar后，蒸发器进出水压差在0.5 bar以上。此种方法能大大降低由于蒸发器进出水压差较小造成的机组停机的发生。

3 结论

冷水机组在实际运行过程中因水流开关故障而导致机组运行异常或停机现象较多。如果我们能对设备的日常运行情况或对已发生的故障作细致的分析和总结，不但可以提高设备的使用寿命和运行的安全、稳定性，还可以提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。

参考文献

[1]董天禄.离心式/螺杆式制冷机组及应用[M].北京：机械工业出版社，2002.

〔编辑：刘晓芳〕