制冷主机，简称制冷机，是数据中心空调系统的重要组成部分。其冷却剂一般为水，简称冷水机组。冷凝器的冷却是通过室温水的换热和冷却来实现的，因此也称为水冷机组。数据中心的冷却需求量很大。离心机组的选择可以获得更好的能效。本文的冷水机组是指离心机组。

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离心式制冷压缩机是一种旋转速度压缩机，吸气管将压缩气体引入叶轮入口，气体在叶轮叶片的作用下与叶轮高速旋转，通过叶轮中的叶片对叶轮通道中的气体进行工作，提高气体速度，然后引入叶轮出口，然后引入膨胀腔；由于气体从叶轮流出后的流量较高，为了将这部分速度转化为压力能，在叶轮排气口外设置了一个逐渐扩大循环截面的膨胀器，进行能量转换，以提高气体压力；膨胀气体在蜗壳中收集后，进入机组的冷凝器进行冷凝，上述过程是离心机的压缩原理，如图1所示；此外，为了冷凝和带走冷却量，空调系统包括冷却水系统和冷冻水系统。

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离心机组由离心压缩机、蒸发器、冷凝器、节流孔板、供油装置、控制柜等组成，如图2、图3所示。压缩机主要由吸气室、叶轮、扩压器、弯道、回流器和蜗壳组成。

离心机组的特点

大型离心机组的特点如下：

制冷量大。由于离心式压缩机的吸气量不能太小，离心式压缩机的单机制冷量较大。结构紧凑，重量轻，尺寸小，占地面积小。在相同的制冷量下，离心式压缩机的重量仅为活塞式压缩机的1/5~1/8。制冷量越大，越明显。易损件少，可靠性高。离心式压缩机在运行过程中几乎没有磨损，因此经久耐用，维护运行成本低。离心式压缩机中的压缩部件为旋转运动，径向受力平衡，运行平稳，振动小，无需专用减振装置。可经济调节冷量。离心式压缩机可采用导流叶片调节等方法，在一定范围内调节能量。易于实施多级压缩和节流，可实现同一制冷机各种蒸发温度的运行。

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冷却器在施工和调试中会遇到一些问题，运行中也会出现故障。这些问题和故障处理方法与数据中心的运行和维护安全有关。以下是冷却器施工和运行维护中的一些案例，仅供参考。

无负荷调试

【问题现象】　　

数据中心需要调试和试运行冷却器，但终端空调设备安装尚未完成，现场缺乏必要的假负荷，无法进行调试。

【问题分析】　　

数据中心离心机组安装完成后，机房终端设备未安装，终端冷冻水路堵塞，冷却器无法调试；即使冷冻水通过集水器旁路，冷却器也只能启动运行，缺乏热负荷，或热负荷太小，无法达到冷却器的下限负荷，调试工作无法进行。另一方面，由于冷却器未调试，主机房服务器设备无法加电，形成死循环；调试过程中假负荷功率大，运行过程耗电大；上述因素导致冷却器调试成为问题。

【问题解决】　　

采用无负荷调试方法进行调试。该过程是充分利用板更换的换热能力，通过板更换将冷却器蒸发器产生的冷量交换到冷却器冷凝器侧，通过板更换将冷却器冷凝器释放的热量交换回蒸发器侧，从而实现冷却器冷量与热负荷的完全匹配。冷却塔只带走压缩机的轴功率。该方法在不同负荷下容易实现综合效率测试，冷却板更换调试水路循环如图4所示。

系统调试步骤基本如下：

打开集水器中的旁通阀，确保水路畅通，在末端空调未安装时形成循环；

全开冷冻水侧冷却器和板式更换阀，确保冷却器和板式更换水路畅通，冷却器取出的冷水和板式更换能顺利混合；正常打开冷冻泵，手动调整频率在45Hz以上，保证水路循环正常；

全开冷却水阀，部分开板更换冷却水侧阀，打开冷却水泵，确保水路循环正常，调整水泵频率为41~45Hz；不要先打开冷却塔风扇；

正常情况下，冷冻水和冷却水打开冷却器，进行单机试运行；

冷却水温度开始升高，冷冻水开始冷却；

根据板式冷却水阀的开度，调整板式冷却水阀的换热能力，调整阀门开度在1/4至全开之间；

冷却塔风机根据冷却水水温部分打开，以带走压缩机轴的功率为准。

【心得体会】　　

数据中心为了降低能效,考虑自然冷却,一般采用冷却塔 板换供冷技术设计。调试时可以利用板换的换热能力,从冷机的冷凝器获得足够的热量作为冷机调试的热负荷,也就是冷机产生的冷量通过板换带走。　　

无负荷调试的原理是充分利用板更换的换热能力，通过板更换将冷却器蒸发器产生的冷交换到冷却器冷凝器侧，通过板更换将冷却器冷凝器释放的热量交换回到蒸发器侧，实现冷却器冷量与热负荷的匹配。该方法操作简单，实施方便。

低负荷运行

【问题现象】　　

冷机调试完成后，需要正式运行，但冷机总负荷小，冷机启停频繁，喘振。

【问题分析】　　

负荷过低，导致冷机喘振和频繁启停。

【问题解决】　　

系统设计有蓄冷罐，可控制冷却器的合理启停频率，避免冷却器的低负荷喘振区域；如果系统没有蓄冷设计，可以采用低负荷运行。

【心得体会】　　

采用蓄冷罐蓄冷技术和板更换作为假负载技术，通过合理的操作和流量控制，可以保证冷机运行平稳，成功度过低。

冷却器泄漏引起消防报警

【问题现象】　　

在数据中心的运行过程中，冷却室突然发生了火灾烟雾报警。消费者发现火灾报警后，进入冷却室检查，发现冷却器运行过程中轴密封处喷出大量白烟。

【问题分析】　　

该冷却器为开放式冷却器在冷却器运行过程中，轴密封突然泄漏。由于泄漏量大，引发了火灾报警。消费者不了解空调的专业知识，将冷却器泄漏的制冷剂误认为冷却器火灾产生的烟雾。

【问题解决】　　

维修泄漏冷却器，更换轴封O形圈和C环，清除制冷主冷却器上的干粉残留物，保压、检漏、抽空、氟化调试后恢复正常。

【心得体会】　　

某品牌的机组,采用开启式压缩机,轴封处泄漏故障较频繁,发生泄漏,正确的应对措施是先对机房通风,再关闭冷机,泄漏过程需要保证冷冻水泵和冷却水泵的正常运行;如果冷机机组处于停机状态,必须马上启动机组对应的冷冻、冷却水泵,保证机组水系统有水流动;否则两器的换热铜管会冻结破裂,导致更大的故障。进入机房采取紧急措施的人员需要做好个人防护措施,并且及时将故障通知维保单位。

低压告警

【问题现象】　　

数据中心冷冻机组运行过程中制冷能力下降，触发冷却器低压报警后，机组外部泄漏正常，使用肥皂水溶液涂抹到可疑泄漏部位、冷凝器、压缩机、蒸发器温度传感器、压力变送器、维修角阀、安全阀等部位，未发现泄漏点，怀疑蒸发器泄漏，打开端盖检查泄漏，确认冷却蒸发器泄漏。

【问题分析】　　

现场检查发现，蒸发器进口处有金属环卡在蒸发器铜管处（图5）。在长时间水流的推力下，弹簧圈振动，蒸发器换热铜管磨损，导致系统泄漏（图6）。

在冷却器设计中，Y型过滤器需要分别配置在冷凝器和蒸发器的进水侧。在这种情况下，冷冻水回路没有Y型过滤器。碰巧水泵机械密封弹簧断裂。由于缺乏过滤器的保护，断裂弹簧直接进入机组蒸发器，并停留在换热铜管和管板的结合处。在水流的长期冲击下，断裂弹簧与铜管摩擦，磨损铜管壁，导致冷却器泄漏。

【问题解决】　　

泄漏修复方法：找出泄漏管，做好标记，维修时取出旧换热管，更换新管后在端板膨胀管，然后进行泄漏检测和气密试验；如果泄漏管较少，铜管两端也可用塞堵塞。考虑到现场只有一根铜管泄漏，铜管两端被堵塞。检查泄漏并抽出时间重新加注制冷剂后，冷却器恢复正常运行。

【心得体会】　　

在正常情况下，冷却器的蒸发器和冷凝器的进水侧需要设置过滤器。在这种情况下，由于绝对冷冻水侧过滤器用途不大，设计方便，取消了过滤器配置，机器密封弹簧断裂进入冷却器蒸发器，长期与铜管壁摩擦泄漏。因此，水系统的细节设计，不能节省麻烦，否则会带来不必要的麻烦。

导叶故障

【问题现象】　　

冷机运行过程中发现导叶异常报警，现场实际工作位置与控制中心显示位置有较大偏差(图7)，无法正常工作。

【问题分析】　　

导叶机柜故障，常见故障是导叶电机断轴，或导叶启闭不到位。考虑到冷却器在搬运过程中被拆卸和重新组装，重点检查装配问题、传动链的松紧度、齿轮锁紧螺钉是否牢固、驱动电机主绕组工作电压（AC24V）是否正常等。

【问题解决】　　

考虑到执行器工作电压正常，传动链松紧度正常，齿轮锁紧螺钉牢固无松动，试图更换执行器后，故障消失，诊断为执行器工作异常。重新校正和测试导叶执行器，以确保开度信号与导叶电机的实际开度基本同步。

【心得体会】　　

这种情况下的故障并不复杂，这是由执行器工作异常引起的。由于冷却器已被拆卸，因此关注导叶驱动和执行器组装的问题，并走了一些弯路。

低流量告警

【问题现象】　　

在冷却器运行过程中，低流量报警突然发生，导致冷却器停机，制冷中断，试图消除故障，发现低流量报警故障一直存在，冷却器无法打开。

【问题分析】　　

现场检查水泵运行、冷却阀开启、流量正常，流量开关触点始终开启，无法关闭，怀疑流量开关存在问题。

【问题解决】　　

停止现场泵，关闭流量开关两端的阀门，拆卸流量开关，发现靶式流量开关断裂损坏。更换流量开关后，冷却器正常打开和运行。

【心得体会】　　

流量开关，又称流量开关，是保证空调机组正常运行的重要措施（图8、图9）。当水泵或阀门故障时，水流开关可及时切断机组控制电路，防止蒸发器压力过低和冷凝器压力过高；水流开关保护是机组的重要保护功能，应及时更换，避免水流开关、高低压开关、安全阀等保护装置故障或事故。

高压故障

【问题现象】　　

在小数据中心冷却器运行过程中，高压故障停止，复位后重新启动，很快触发高压停止。停机前，冷却器伴有严重的喘振现象。维护人员报告说，停机前发生了许多严重的喘振现象。

【问题分析】　　

复位后，发现冷凝温度过高，运行过程中出现多次喘振。通过咨询，当冷却水负荷率为80%时，冷却水温进入33℃，出现37.5℃，水温过高。检查小温差为6℃，严重过大。相应的冷凝温度为43.5℃。根据上述值，冷却器高压的原因是冷凝不良和小温差过大。

通过现场了解发现，数据中心值班人员基本从事普通电气工作，只进行简单的开关，不熟悉暖通空调和水系统的维护，相应的维护未能实施和实施。因此，初步判断冷却水系统需要水质处理和维护，冷却塔、冷却水系统过滤器和冷凝器需要局部清洗，冷却机组也需要正常维护。

【问题解决】　　

现场先进行冷却器维护，更换冷冻油和过滤器；然后进行冷却塔维护，更换和调整风扇皮带，调整风车倾斜角度，清洁和维护冷却塔填料和冷却塔水盘，更换冷却塔部分填料，进行水质处理；然后拆除洗涤系统管道上的所有过滤器，系统投入运行，冷却水温度为29.1℃，冷却水温度为34.5℃，冷却器温差仅为1℃，喘振和高压消失，系统恢复正常运行。

【心得体会】　　

操作和维护人员应了解水系统的基本知识，熟悉水系统的特点，掌握水系统的维护方法和基本步骤，形成制度化的维护。管理人员还应了解水系统的维护要求，并实施资金。水系统的生命周期可以说是 text-indent: 0;'>

询问后，数据中心的冷却器和水系统的运行和维护由物业管理。物业对水系统缺乏足够的了解和重视，也缺乏专业的技术人员和维护力量。水系统维护处于空白状态，传统冷却塔维护和水处理工作基本被忽视，传统冷冻油更换未进行，运行过程中冷却水温多次偏高，现场温差明显偏大，导致冷却器长时间过载，多次出现高油温和高压报警，物业不重视这些报警。处理上述故障的方法是复位后重新启动，连续故障运行对冷却器齿轮和轴承造成严重损坏。

【问题解决】　　

对离心压缩机进行大修，更换冷却器增速齿轮对和轴承，更换冷却器润滑油和滤清器，清洗水系统和冷却塔填料，冷却器调试正常，运行正常。

【心得体会】　　

冷机需要定期维护和保养,特别是润滑油和滤清器需要定期更换,冷却塔和水系统也需要定期维护和保养,确保良好散热,如果维护不跟上,带病运行,特别是高油温或者缺油运行,会润滑不良导致严重故障。冷机保养过程包括:更换油过滤器;检查油系统回路,更换回油引射过滤器;更换压缩机润滑油;检查并补充制冷剂;检查和清理控制柜;　　

检查和清洁动力盘；检查机组控制设置值是否正常，如图11、图12所示。

低流量停机

【问题现象】　　

冷机运行过程在中间，冷却水发生低流量控制器，冷却器停止工作。

【问题分析】　　

发生流量告警故障,一般常见原因如下:水泵工作发生异常、过滤器堵塞导致的低流量,也可能是流量控制器故障或者设置值异常。　　

现场检查发现水泵运行正常，两端阀门工作正常，但Y过滤器两端压差异常，明显较大，判断Y过滤器堵塞。

【问题解决】　　

停止泵，关闭过滤器两端的阀门，拆卸过滤器（图13），发现过滤器堵塞，清洗重新安装（图14），打开冷却泵，冷却水流量恢复正常，流量开关无报警，冷却器工作正常。

【心得体会】　　

水系统的维护非常重要，系统中的所有过滤器都需要定期维护。在这种情况下，水管上的过滤器没有定期清洗，导致冷却器流量报警停止。

金融业省级数据中心终端空调制冷效果普遍偏差，后来发现管道安装过程中，管道保护不合理，导致管道污染物过多，清洗不及时，系统正式运行前，过滤器完全堵塞，空调无法工作。

保压时冷机异常移位

【问题现象】　　

冷机房空调系统管网刚刚建成。在压力试验过程中，突然发现冷机位移严重，基座被伸长的波纹管推下。

【问题分析】　　

系统压制时，软接头严重伸长，导致冷却器横向位移，冷却器未完全固定，从底座推到底座下方。原施工队压力试验时，无隔断波纹管和冷却设备，直接压力，由于压力压力大，波纹管严重伸长，促进冷却器水平位移，冷却器一侧脱落。

【问题解决】　　

关闭阀门，拆下与冷却器相连的管道，将冷却器恢复到原位置，检查冷却器正常，无明显异常，更换严重延长的波纹管，重新连接管道，系统恢复正常。

【心得体会】　　

管道水压试验前，应按设计施工图进行检查，检查可能影响试压的环节，隔离不能参与试压的设备和阀门部件。临时试压管道、试压仪表和设备可根据现场需要安装。

机反转运行

【问题现象】　　

为了提高制冷系统配电的可靠性，数据中心决定全面提升制冷机和水泵配电的可靠性，采用双电源ATS切换和现场配电电缆改造。冷机配电改造采用逐台进行。发现其中一台冷机配电改造长期重新开启，油温严重异常停机。

【问题分析】　　

现场检查，电源电压正常，测试顺序，发现电缆施工过程中，冷却器配电顺序发生变化，冷却能力无序保护，冷却器启动后，电机反转，导致油温和排气温度异常升高，这是因为润滑油进入压缩机，需要通过制冷剂冷却油冷却器，冷却器反转，不能正常冷却，因此油温会严重升高。

【问题解决】　　

故障原因是更换电缆后未确认转向，导致压缩机反转，反转后油压异常，最终停机。冷却器停电后，更换进线电缆相序，检查冷却器后，试着启动，一切正常。

【心得体会】　　

电缆施工后未进行相序检查，导致冷却器反转。幸运的是，它运行时间短，对冷却器没有损坏。在社会上，用户自行更换电缆，未确认转向，导致压缩机反转，最终导致高速齿轮大面积损坏和报废。

冷机COP偏低

【问题现象】　　

某数据机楼配备4台冷机，每天运行3台，额定COP为5.5。但实测发现，即使在满载条件下，这三台冷机也达不到额定值，最低只有3.5台，最高只有4.5台。

【问题分析】　　

离心机组COP低的常见问题包括冷却器负荷率低、设备性能老化等，冷却器和冷却塔效率低，导致冷却水回水温度高。现场检查显示，每台冷却器的制冷量为2037kW，而每台冷却器的实际制冷量仅为1500kW，低负荷率导致效率低；另一个原因是设备性能老化。机组长期运行时，冷却水质处理不及时，冷却器和冷却塔换热效果差，降低效率。

【问题解决】　　

现场清洗冷却器和冷却塔，维护水质；调整冷却器的工况，补充部分制冷剂。正常维护后，冷却器COP达到5.3左右，恢复到额定值。

【心得体会】　　

在运行和维护过程中，应注意冷却器COP的瞬时值和冷却器的额定COP，这对节能减排非常重要。如果前者明显小于后者，则表明冷却器效率低可能是由于设备本身，需要找到原因并进行处理。

总结

数据中心的水系统庞大而复杂。一旦水系统出现故障，影响和影响面大，维护不容易。希望上述冷水机组的案例经验能帮助数据中心的建设和运维人员，避免重蹈覆辙，提高数据中心的安全性。