制冷主机简称冷水机，是数据中心空调系统的重要组成部分。制冷剂一般是水，简称冷水机。冷凝器的冷却是通过常温水的热交换和冷却来实现的，因此也称为水冷机组。. 数据中心对制冷量的需求较大，选择离心机组可以获得更好的能效。本文中的冷水机组特指离心机组。

冷水机原理

离心式制冷压缩机是一种回转式压缩机。吸入管将待压缩气体引入叶轮进口。气体在叶轮叶片的作用下随叶轮高速旋转。气体做功，气体速度增加，然后从叶轮出口抽出，再引入扩压室；由于气体从叶轮流出，具有较高的流速，为了将这部分速度转化为压力能，在叶轮排气口外侧安装了一个流通截面逐渐扩大的扩压器，将能量转化为压力能。增加气体的压力；扩散气体经蜗壳收集后，进入机组冷凝器冷凝。以上过程就是离心机压缩的原理，如图1所示；此外，为了冷凝和带走冷气，空调系统包括冷却水系统和冷冻水系统。

1 离心机组组成

离心机组的组成如下：包括离心压缩机、蒸发器、冷凝器、节流孔板、供油装置、控制柜等，如图2、图3所示。压缩机主要由吸气室、叶轮、扩压器、弯头和回流装置、蜗壳。

2 离心机组的特点

大型离心机组的特点如下：

1个

制冷量大。由于离心压缩机的吸气量不能太小，所以离心压缩机的单机制冷量比较大。结构紧凑，重量轻，体积小，占地面积小。在相同制冷量的情况下，离心式压缩机的重量仅为活塞式压缩机的1/5～1/8，而且制冷量越大，这一点越明显。

2个

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，维护和运行成本低。

3个

离心式压缩机中的压缩部分为回转运动，径向受力平衡，因此运行平稳​​，振动小，不需要特殊的减振装置。

4个

可以经济地调节冷却能力。离心式压缩机可采用导叶调节等方法在一定范围内调节能量。

5个

易于实现多级压缩节流，可实现同一台冰箱的多种蒸发温度运行。

冷水机常见故障

冷机在施工和调试过程中会遇到一些问题，在运行过程中也会出现故障。这些问题和故障的处理关系到数据中心运维的安全。以下是冷机在施工和运行过程中发生的一些案例。相关处理方法和经验仅供参考。

1 空载调试

【问题现象】

某数据中心需要对冷水机组进行调试试运行，但终端空调设备尚未安装完毕，现场也缺少必要的假负载，无法开展调试工作。

【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，终端冷冻水通道堵塞，冷水机无法调试。负荷太小，达不到冷水机组的下限负荷，无法进行调试工作。另一方面，由于冷机没有调试，导致主机房的服务器设备无法开机运行，相互形成死循环；另外，在调试过程中，需要的假负载功率很大，运行过程会消耗很大的电能；以上因素导致冷机调试。成为一个问题。

【问题解决了】

使用空载调试方式进行调试。这个过程是充分利用板式换热器的换热能力，将冰箱蒸发器产生的冷量通过板式换热交换到冰箱的冷凝器侧，同时交换冰箱冷凝器放出的热量通过板片交换回到蒸发器侧，使制冷机的制冷量与热负荷完全匹配，冷却塔只带走压缩机的轴功率。使用这种方法，很容易实现不同负载下的综合性能测试。冷板更换调试水路循环如图4所示。

系统调试步骤基本如下：

1个

未安装末端空调时，打开分集水器内的旁通阀，保证水路畅通，形成循环；

2个

将冷水机冷冻水侧和板式换热阀全开冷水机组 楼宇自控，保证冷水机和板式换热器水路畅通，冷水机抽出的冷水和板式换热器回流的热量能顺利混合; 正常开启冷冻水泵，手动调节频率至45Hz以上，并确保水循环正常；

3个

全开冷水机冷却水阀门，部分打开面板更换冷却水侧阀门，开启冷却水泵，保证水循环正常。调整水泵频率为41-45Hz；不要先打开冷却塔风扇；

4个

当冷冻水和冷却水都正常时，打开冷水机进行单机试运行；

5个

冷水机冷却水温开始升高，冷冻水开始降温；

6个

根据板式交换冷却水阀的开度调整板式换热器的换热能力，将阀门开度调整在1/4和全开之间；

7

根据冷却水的温度，部分开启冷却塔的风机，以能带走压缩机的轴功率为准。

【经验】

为了降低能效和考虑自然冷却，数据中心一般采用冷却塔+换板冷却技术进行设计。调试时，可利用板式换热器的换热能力，从冷水机组的冷凝器中获取足够的热量，作为冷水机组调试的热负荷，即冷水机组产生的冷量被板式换热器带走。

空载调试的原理是充分利用板式换热器的换热能力，将冰箱蒸发器产生的冷量通过板式换热器交换到冰箱的冷凝器侧，并交换板式换热器放出的热量。冰箱的冷凝器通过换板返回蒸发器，从而实现冰箱冷量与热负荷的匹配，这种方法操作简单，易于实施。

2 低负载运行

【问题现象】

冷水机组调试完成后，需要正式投入运行，但冷水机组总负荷较小，冷水机组启停频繁，出现喘振现象。

【问题分析】

负荷过低，造成冷机喘振和频繁启停。

【问题解决了】

系统设计有蓄冷箱，通过蓄冷箱的充放电控制冷水机组合理的启停频率，避开冷水机组的低负荷喘振区；如果系统没有冷库设计，可以采用低负荷运行的方法运行。

【经验】

采用冷库罐冷库技术和板片更换作为假负载技术，通过合理的运行和流量控制，保证冷机平稳运行，顺利度过低负荷时间。

3 冷却器泄漏触发火警

【问题现象】

某数据中心运行过程中，冷水机房突然发生火灾烟雾报警。消费者发现火警后，进入冷水机房查看，发现一台冷水机运行时，轴封处冒出大量白烟。

【问题分析】

冰箱是敞开式冰箱，在冰箱运行过程中轴封突然漏气。由于泄漏量大，引发了火警。消费者不了解空调专业知识，将冰箱泄漏的制冷剂误认为是冰箱着火产生的烟雾。

【问题解决了】

检修泄漏冷水机，更换轴封O型圈和C型圈，清除主机上干粉残留物，经保压、检漏、抽真空、调氟后恢复正常。

【经验】

某品牌机组采用开式压缩机，轴封经常漏油，出现漏油现象。正确的对策是先给机房通风，再关冷水机。泄漏过程需要保证冷冻水泵和冷却水泵的正常运行；冷水机组停机时，必须立即启动机组对应的冷水机组和冷却水泵，以保证机组水系统水流畅通；否则，两台机组的换热铜管会冻裂，造成更大的故障。进入机房采取应急措施的人员需做好个人防护措施，并将故障及时通知维修单位。

4 低电压报警

【问题现象】

某数据中心制冷机组在运行过程中，制冷量下降，引发冰箱低压告警。机组外部检漏正常，对疑似泄漏部位涂肥皂液。冷凝器、压缩机、蒸发器之间温度传感器、压力变送器、检修角阀、安全阀等螺纹接头等部位均未发现泄漏。怀疑蒸发器有泄漏。

【问题分析】

现场检查发现，蒸发器进水口处有一个金属环卡在蒸发器铜管上（图5）。系统泄漏（图 6）。

设计冷水机时，需要在冷凝器和蒸发器的进水侧分别配置Y型过滤器。在这种情况下，冷冻水回路没有配备 Y 型过滤器。碰巧水泵的机械密封弹簧坏了。由于没有过滤器保护，折断的弹簧直接进入机组蒸发器，停留在换热铜管与管板的连接处。在水流的长期冲击下，断裂的弹簧与铜管摩擦，磨穿铜管壁，导致冷却器漏水。

【问题解决了】

检漏方法：找出泄漏管，做好标记，检修时取出旧换热管，更换新管，在端板处扩管，然后进行检漏和气密试验；如果漏水管很少，也可以用塞子堵住铜管的两端。考虑到现场只有一根铜管漏水，故将铜管两端堵住。经查漏、抽真空、加注制冷剂调试后，冰箱恢复正常运行。

【经验】

一般情况下，冷水机组的蒸发器和冷凝器进水侧都需要安装过滤器。在这种情况下，绝对冷冻水侧的过滤器不是很有用。设计省事，取消过滤器配置，采用机械密封弹簧。破损进入冷机蒸发器，与铜管壁长期摩擦造成泄漏。因此，在水系统的详细设计中，不要图省事，否则会引起不必要的麻烦。

5 导叶故障

【问题现象】

某冷水机组在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的位置（图7）偏差较大，无法正常工作。

【问题分析】

导叶柜故障，常见的故障是导叶电机断轴，或者导叶启闭不到位，考虑到冷机在运输过程中拆装过，所以重点检查装配问题，检查传动链松紧度，检查齿轮锁紧度检查螺丝是否牢固，检查驱动电机主绕组工作电压（AC24V）是否正常等，发现这是正常的。

【问题解决了】

考虑执行器工作电压正常，传动链松紧度正常，齿轮锁紧螺钉牢固不松动，尝试更换执行器后故障消失，故诊断执行器故障工作不正常。导叶执行器准备重新标定和测试，确保开度信号与导叶电机实际开度基本同步。

【经验】

本案故障并不复杂。这是由执行器的异常操作引起的。冷机拆机以来，主要怀疑是导叶驱动和执行器的装配问题，走了弯路。

6低流量报警

【问题现象】

某冷水机组在运行过程中，突然出现低流量报警，导致冷水机组停机，制冷中断。尝试排除故障后，发现低流量报警故障依旧，冷水机无法开机。

【问题分析】

现场检查水泵运行情况、冷水机阀门开度、流量等。都正常，但流量开关触点一直是断开的，不能闭合。怀疑流量开关有问题。

【问题解决了】

现场停泵，关闭流量开关两端阀门，拆卸流量开关。发现目标流量开关已损坏。更换流量开关后，冷水机启动运行正常。

【经验】

水流开关又称水流开关，是保证空调机组正常运行的重要措施（图8、图9）。当水泵或阀门出现故障时，水流开关能及时切断机组控制回路，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，水流开关损坏应及时更换；检查，避免因水流开关、高低压开关、安全阀等保护装置失灵而引起故障或事故。

7 高压故障

【问题现象】

某小型数据中心冷机运行过程中发生高压停机。复位后重新启动，不久后触发高压关断。关机前，冰箱伴随着剧烈的喘振。

【问题分析】

复位开机后发现冷凝温度过高，运行中有很多喘振。据咨询，冷水机负荷率为80%时，冷却水温进33℃，出37.5℃，水温偏高。检查小温差为6°C，严重过高，对应的冷凝温度为43.5°C。从以上数值来看，冰箱压力高的原因是冷凝不良和小温差太大。

通过现场了解，数据中心值班人员基本从事普通电工工作，只能进行简单的开关机操作。因此初步判断冷却水系统需要进行水质处理和维护，冷却塔、冷却水系统过滤器和冷水机组冷凝器需要进行局部清洗，冷水机组也需要进行正常的保养和维护。

【问题解决了】

现场冷却机维修，更换冷冻油和过滤器；冷却塔维护、风机皮带的更换和调整、风车倾角的调整、冷却塔填料和冷却塔水盘的清洗和维护、更换部分冷却塔填料，并进行水质处理；之后，将水系统管道上的过滤器全部拆洗，系统投入运行，冷却水温度进29.1℃，出34.5℃，冷水机小温差仅1℃，喘振和高压现象消失，系统恢复正常运行。

【经验】

运维人员必须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，形成维护保养体系，管理人员还必须知道供水系统的维修要求和拨款。水系统的生命周期可以说是“三部建设，七部运行维护”。

8浪涌故障

【问题现象】

某数据中心3号机房使用某K牌冷水机，与4号机楼另一品牌冷水机同年投入使用。但在使用过程中发现，同样的保养方法和频率，冷水机组的运行情况却大相径庭。如果每三个月进行一次化学清洗，3号楼的冷机仍然会有很小的温差，主要表现在机组的冷凝温度高，尤其是夏季运行时，由于出风口温度高冷却水（35℃），温差大，机组冷凝温度极易超过临界点39℃，机组会产生喘振现象，效率降低，甚至保护关机。由于机房负荷大，会影响机房的运行安全。

【问题分析】

经过多次对比发现，该品牌冰箱冷凝器的传热能力明显弱于另一品牌冰箱冷凝器。同样的水处理方式和处理频率，但小温差变化和温升明显更快，从侧面也验证了换热能力不良的可能，但冷水机厂拒绝承认冷凝器不良的事实换热器或配置太小。

【问题解决了】

经与厂家多次交涉，最终解决方案是厂家负责清洗冷却器。冷机停机关闭阀门泄压后，厂家技术人员打开冷凝器端盖，采用机械刷洗的方式进行清洗。经现场物理清洗，暂时解决了冷凝器传热不良导致温差小的问题。

【经验】

喘振是离心机组特有的现象。是制冷剂在压缩机内回流的现象。发生喘振时，制冷剂从冷凝器回流，经压缩机返回蒸发器。当制冷剂返回蒸发器时，冷凝压力下降，蒸发压力升高，压缩机又开始正常工作。但随着冷凝压力升高，蒸发压力降低，机组又会开始喘振。负荷降低时，保证冷却水进水温度低；当负荷增加时，保证合适的进水温度和合理的小温差。增加局部清洁的频率，虽然解决了小温差过大的问题，但它增加了换热铜管损坏的次数，降低了冷凝器的使用寿命。后来了解到，冰箱的换热铜管采用内外螺纹技术，可以提高换热效果。在新机器的情况下，可以减少部分换热面积。但是，使用一段时间后，铜管会结垢。冷机提前换热不良。建议大家在选购冷饮机的时候注意一下。可减少部分换热面积。但是，使用一段时间后，铜管会结垢。冷机提前换热不良。建议大家在选购冷饮机的时候注意一下。可减少部分换热面积。但是，使用一段时间后，铜管会结垢。冷机提前换热不良。建议大家在选购冷饮机的时候注意一下。

9 冷机轴承及齿轮故障

【问题现象】

某行业数据中心自用制冷机房，某制冷机运行电流突然增大，并发出严重异响。值班人员发现情况后制止。

【问题分析】

现场检查，从故障菜单中发现冰箱在故障前有多次高压故障和油温高报警，检查了冰箱的冷冻油，发现油的颜色发暗，并且发现油中含有金属屑，需要启动机器大修检查；拆解后检查，发现冷机高速齿轮轴承磨损严重（图10）。

经打听得知，数据中心冷水系统的运维委托给了物业公司。物业管理公司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。水系统维护保养空白 常规冷却塔维护和水处理工作基本被忽视，不进行常规冷冻油更换，运行过程中冷却水温多次偏高，小温现场明显差异过大，致使冷水机长期超负荷工作，多次出现油温高、压力高报警，而物业管理并没有重视这些警报。处理上述故障的方法是复位并重新启动机器。连续的误操作导致冷机齿轮和轴承严重损坏。

【问题解决了】

离心压缩机返厂检修，更换增速齿轮副和冷却机轴承，更换冷却机润滑油和过滤器，对水系统进行水质处理，清洗填料冷却塔。普通的。

【经验】

冷水机需要定期保养和维护，尤其是润滑油和过滤器需要定期更换，冷却塔和水系统也需要定期保养和维护，保证良好的散热，如果不跟上维护，就会生病，尤其是如果油量高 在高温或缺油情况下运行会因润滑不良而导致严重故障。冷机保养流程包括：更换机油滤清器；检查油路系统，更换回油滤清器；更换压缩机润滑油；检查并补充制冷剂；检查并清洁控制柜；

检查并清洁电源板；检查机组控制设置是否正常等，如图11、图12所示。

10 低流量停机

【问题现象】

冷水机组在运行过程中，冷水机组冷却水低流量控制器动作，冷水机组停止工作。

【问题分析】

流量报警故障的常见原因有：水泵运行异常、过滤器堵塞导致流量低、流量控制器故障或设定值异常。

现场检查发现水泵运行正常，两端阀门工作正常，但Y型过滤器两端压差异常，明显偏大，判断为Y 形过滤器被阻塞。

【问题解决了】

停水泵，关闭过滤器两端阀门，卸压后拆下过滤器（图13），发现过滤器上有脏物堵塞，清洗后重新安装（图14），开机冷却水泵，冷却水流量恢复正常，水流开关无报警，冷机正常工作。

【经验】

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，导致冷水机因流量报警而停机。

金融行业部分省级数据中心终端空调制冷效果存在普遍偏差。后来检查发现，在管道安装过程中，没有对管道进行合理的保护，导致管道内污染物过多，清理不及时。在系统正式投入运行之前，过滤器完全堵塞，空调无法工作。

11 保压时冷却机位移异常

【问题现象】

某冷水机房空调系统管网刚刚建设完成。试压过程中，突然发现冷水机位移严重，被拉长的波纹管推离底座。

【问题分析】

系统加压时，柔性接头被严重拉长，致使冷却器产生侧向位移，冷却器没有完全固定，被从底座推到底座底部。原来，在进行抗压试验时，施工队并没有切断波纹管和冷水机设备，而是直接压紧了波纹管。由于高压，波纹管严重拉长，推动冷水机组水平位移，一侧冷水机组从底座上脱落。

【问题解决了】

关闭阀门，拆下与冷水机相连的管路，将冷水机恢复原位，检查冷水机正常，无明显异常后放心，更换严重拉长的波纹管，重新连接管路，系统恢复正常。

【经验】

管道水压试验前，应按设计施工图纸进行校核，检查可能影响试压的环节，隔离不能参加试压的设备和阀门部位。现场可根据需要安装临时试压管道、试压仪器设备。

12冷机反转运行

【问题现象】

为提高制冷系统配电可靠性，某数据中心决定对冷水机、水泵配电进行全面升级，采用双电源+ATS切换，现场进行配电及线缆改造施工。逐台进行冷水机配电改造，发现其中一台冷机在配电改造启动后不久又启动，油温严重异常而停机。

【问题分析】

现场检查发现电源电压正常，并进行了相序测试。发现在电缆施工过程中，其中一台冰箱的相序发生了变化，冰箱本身没有相序保护。冰箱启动后电机反转，导致油温和废气温度异常升高。这是因为润滑油在进入压缩机之前需要流经被制冷剂冷却的油冷却器。

【问题解决了】

故障原因是更换电缆后没有确定旋转方向，导致压缩机反转，反转后油压异常，最后停机。冷却器断电后，更换进线相序，检查冷却器，试开机，一切正常。

【经验】

电缆施工后未进行相序检查，导致冰箱反接。幸运的是，运行时间很短，没有对冰箱造成损坏。真是幸运。社会上曾出现过用户自行更换电缆线，未确认转向，导致压缩机反转，最后导致高速齿轮大面积损坏报废的严重故障.

13 冷机COP偏低

【问题现象】

某数据中心大楼配置4台冷水机组，3台冷水机组日常运行，额定COPs均为5.5。但实测发现，即使在满负荷情况下，三台冷水机也达不到额定值，最低的只有3.5，最高的有4.5。

【问题分析】

离心机组COP低的原因有冷水机负荷率低、设备性能老化等，冷水机和冷却塔效率低导致冷却水回水温度高。现场检查，每台冷水机组的制冷量为 ，但只需要每台冷水机组的实际制冷量，负载率低导致效率低；另一个原因是设备性能老化，机组长期运行过程中冷却水水质没有得到及时处理，冷水机组和冷却塔的传热效果差，导致冷水机组和冷却塔的传热效果下降。效率。

【问题解决了】

冷水机、冷却塔现场清洗，水质保持；冷水机工况也进行了调整，补充了部分制冷剂。正常维护后，冷水机的COP达到5.3左右，恢复到额定值。

【经验】

在运行维护中，注意冷水机的瞬时COP值和冷水机在最大冷负荷工况下的额定COP值非常重要，这对节能减排非常重要。如果前者明显小于后者，说明冷水机效率低很可能是设备本身造成的，需要查找原因处理。

总结

数据中心的水系统比较庞大复杂。水系统一旦出现故障，影响和波及面都很大，维修起来也不容易。希望上述冷水机案例的经验对数据中心的建设和运维人员有所帮助，避免重蹈覆辙，提高数据中心的质量。安全。