離心式冷水機(jī)組因其制冷量大、能耗低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。然而，機(jī)組在低負(fù)荷或高冷凝壓力條件下易發(fā)生喘振現(xiàn)象，導(dǎo)致制冷效率下降，甚至危及設(shè)備安全運(yùn)行。本文基于文獻(xiàn)《Analysis and Prevention of Surge Phenomenon of Centrifugal Chiller in Data Center》，結(jié)合文檔內(nèi)容，從機(jī)理、危害、原因、預(yù)防及實(shí)際案例等方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，旨在為設(shè)計(jì)和運(yùn)維提供參考。

一、喘振現(xiàn)象概述

喘振是離心式冷水機(jī)組的固有特性，指壓縮機(jī)在負(fù)荷過低或冷凝壓力過高時，出現(xiàn)氣流周期性倒流和劇烈波動的現(xiàn)象。喘振發(fā)生時，機(jī)組性能急劇惡化，伴隨電流波動、噪聲增大等問題，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運(yùn)行。文檔中指出，喘振點(diǎn)對應(yīng)壓縮機(jī)性能曲線的最高點(diǎn)，當(dāng)流量低于臨界值（Qc）時，工作點(diǎn)突變，引發(fā)喘振。

二、喘振內(nèi)在機(jī)理與危害

2.1 內(nèi)在機(jī)理

喘振的根源在于離心式壓縮機(jī)的性能曲線特性。如圖2所示，在恒定轉(zhuǎn)速下，壓縮機(jī)揚(yáng)程（H）隨流量（Q）變化呈拋物線型，曲線最高點(diǎn)C為喘振點(diǎn)。當(dāng)負(fù)荷增加導(dǎo)致流量Q＜Qc時，壓縮機(jī)出口壓力無法維持，工質(zhì)倒流，形成周期性振蕩。文檔通過圖2(a)和(b)詳細(xì)展示了壓縮比和揚(yáng)程隨流量的變化規(guī)律，揭示了喘振的動態(tài)過程。

2.2 主要危害

• 電氣系統(tǒng)不穩(wěn)定：電壓和電流波動使機(jī)組無法正常運(yùn)行。

  
  

• 機(jī)械部件損壞：葉輪應(yīng)力增加，軸承磨損加劇，縮短設(shè)備壽命。

  
  

• 儀器儀表故障：壓力與流量波動導(dǎo)致監(jiān)測設(shè)備失靈。

  
  

• 環(huán)境影響：巨大噪聲干擾運(yùn)維工作，降低現(xiàn)場安全性。

  
  

三、喘振原因分析

文檔將喘振原因歸納為四類：

1. 選型不當(dāng)：機(jī)組容量偏大，與數(shù)據(jù)中心低負(fù)荷階段不匹配。

   
   

2. 冷凝器問題：冷卻水流量不足、結(jié)垢或冷卻塔散熱差（水冷機(jī)組）；或空氣流量不足、環(huán)境炎熱（風(fēng)冷機(jī)組）。

   
   

3. 蒸發(fā)器問題：冷凍水流量不足、出水溫度設(shè)置過低或結(jié)垢導(dǎo)致小溫差偏大。

   
   

4. 制冷劑問題：泄漏、量不足或含油量過高影響換熱效率。

   
   

四、喘振預(yù)防措施

4.1 設(shè)計(jì)階段預(yù)防

• 合理選型：精確計(jì)算冷熱負(fù)荷，采用大小冷機(jī)搭配或螺桿機(jī)組適配低負(fù)荷。

  
  

• 優(yōu)化冷凝器：選擇偏大型號，提升高溫環(huán)境適應(yīng)性。

  
  

• 完善輔助系統(tǒng)：確保冷卻塔和泵的流量與揚(yáng)程滿足要求，如圖1所示的數(shù)據(jù)中心冷凍水空調(diào)系統(tǒng)，需保證水路暢通和換熱效率。
  

  
  

4.2 運(yùn)維階段預(yù)防

• 控制邏輯優(yōu)化：多臺冷卻塔并聯(lián)運(yùn)行，避免流量不足；適當(dāng)提高冷凍水溫度或降低冷卻水溫度。

  
  

• 定期維護(hù)：清洗冷凝器和冷卻塔，監(jiān)測水質(zhì)，保障小溫差在合理范圍。

  
  

• 系統(tǒng)層面策略：結(jié)合架構(gòu)配置，制定防喘振運(yùn)行規(guī)程。

  
  

五、實(shí)際案例：無負(fù)荷調(diào)試解決方案

某數(shù)據(jù)中心在調(diào)試階段面臨末端負(fù)載不足易引發(fā)喘振的問題。文檔提出采用板式換熱器作為假負(fù)載的解決方案（圖3），通過以下步驟實(shí)現(xiàn)安全調(diào)試：

1. 開啟冷凍水旁通閥門，形成循環(huán)水路。

   
   

2. 調(diào)整板換閥門開度（25%~100%）控制換熱能力。

   
   

3. 配合冷卻塔風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)，確保熱負(fù)荷匹配。
   該方法有效避免了低負(fù)荷喘振，為類似場景提供了實(shí)踐參考。

   
   

六、總結(jié)

喘振防治需從設(shè)計(jì)選型和運(yùn)維管理雙管齊下。通過機(jī)理分析、原因識別和預(yù)防策略，可顯著提升離心式冷水機(jī)組的運(yùn)行可靠性。文檔結(jié)合案例表明，主動優(yōu)化系統(tǒng)配置和維護(hù)流程，是保障數(shù)據(jù)中心制冷安全的關(guān)鍵。未來，建議進(jìn)一步集成智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)喘振的實(shí)時預(yù)測與抑制。

參考文獻(xiàn)

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