离心式冷水机组故障诊断规则库的建立与研究

王一飞1于涛2

1.天津市地下铁道集团有限公司天津300010；2.天津大学天津300350

摘要：离心式冷水机组作为一种重要主机设备被广泛应用于空调及制冷领域，其优点为：单机冷量大、效率高，因而主要被应用于大型工程项目的制冷空调领域；缺点为：系统复杂，维护困难，且不适合小制冷量，部分负荷时效率差等。在实际应用中离心机的复杂性造成其可维护性较差，同时由于离心机的单机大冷量等因素，导致离心式冷水机组一旦发生故障将造成较大影响。为分析离心式冷水机组常见故障原因及其故障征兆，本文将介绍离心式冷水机组结构，进而分类整理离心式冷水机组常见故障，明确故障原因和故障征兆对应关系，总结出离心式冷水机组故障诊断规则。

关键词：离心式冷水机组；构造；故障诊断；规则库

一．离心式冷水机组的构造

离心式冷水机组其主要由以下几部分组成：

(1)压缩机

离心式压缩机的主要工作原理是利用叶轮高速旋转形成离心力对制冷剂气体做功，以提高制冷剂气体的能量，从而保证整个制冷循环的完成，是离心式冷水机组最重要的部件。离心式压缩机由运动部件和固定部件组成，前者为叶轮，后者主要包括进气室、扩压器、弯道、回流器和蜗壳等部件。

(2)冷量控制机构

为适应冷负荷变化，在离心式制冷压缩机叶轮进口前方装配冷量控制机构（或称进口可转倒叶机构），当进口可转倒叶角度发生变化时，即改变了冷剂气流进入导叶角度（与叶轮的旋转方向一致或相反），可改变进入压缩机的冷剂量，改变压缩机运行特性，达到在压缩机转速不变情况下改变压缩机冷量输出的目的。

(3)润滑系统

润滑油通过油泵压入各轴承、大小齿轮的啮合面、联轴器及其他需要润滑、冷却的运动部件进行强制润滑。润滑油系统是离心式冷水机组中很重要的辅助系统，其系统构成也相对复杂，主要由油冷却器、油加热器、油过滤器、高位油箱等几个关键设备组成。

(4)蒸发器

本研究中离心式冷水机组采用的是卧式壳管式满液蒸发器，冷冻水的进出口温度为：6/10℃。

(5)冷凝器

本课题中离心式冷水机组采用的卧式壳管式冷凝器，水走管程带走壳程中冷剂蒸气凝结时放出的热量，本研究中设定冷水机组冷却水温度为30/34℃。

(6)节流装置

离心式冷水机组的节流装置为浮球阀室，其中浮球阀有两个作用：一是将由冷凝器流出的高压制冷剂进行节流把压力降低至与蒸发器中接近，然后进入蒸发器中进行蒸发冷却；二是浮球靠制冷剂液体的浮力而上升（阀板关小）下降（阀板开大）从而使得液位下降或上升，自动控制蒸发器中的液位，控制进入蒸发器的制冷剂流量。

二．离心式冷水机组故障诊断规则库的建立

（1）规则库的建立

为了得到离心式冷水机组的故障诊断规则，在借鉴其他学者研究成果的基础上，我们对离心式冷水机组进行了运行试验研究，根据实验期间冷水机组暴露的问题及其他相关理论分析，本文提出了如下的离心式冷水机组故障模式分析表，并在此表的基础上提出了自己故障诊断规则库。

由以上故障模式分析表可知，由于构成离心式冷水机组的部件很多，而每个部件又对应着比较多的故障原因，因而离心机组作为整体其故障原因和故障表现呈复杂的网状非线性对应关系。本文只研究离心式冷水机组的9种机械故障，而不包含表中所列的控制系统故障。

如上所述，本文提出离心式冷水机组故障诊断规则如下：

R1：IF压缩机主轴径向位移大AND压缩机轴承温度高

THEN转子不平衡

R2：IF压缩机轴承温度高AND机组振动正常

THEN润滑油系统故障

R3：IF润滑油系统故障AND油温高AND油过滤器两端压差正常

THEN润滑油不纯或油冷却器结垢

R4：IF润滑油系统故障AND油过滤器两端压差大

THEN油过滤器堵塞

R5：IF润滑油系统故障AND润滑油液位低

THEN润滑油量过少或系统回油不畅

R6：IF蒸发压力高AND压缩机排气温度低

THEN蒸发器内液位过高，膨胀阀故障

R7：IF蒸发压力低AND冷凝压力正常

THEN蒸发器结垢或油污

R8：IF冷水机组输出冷量低于额定冷量的95%AND冷水机组输入功率大于额定输入功率95%AND以上情况超过30分钟，THEN冷水机组制冷量不足

R81：IF冷水机组冷量不足AND蒸发压力低”AND压缩机排气温度高，

THEN进入蒸发器内冷剂量不足

R811：IF机组运行过程中进入蒸发器内冷剂量不足AND运行过程中蒸发器内液位上升明显，THEN有可能蒸发器内传热管破裂

R812：IF机组运行过程中进入蒸发器内冷剂量不足AND蒸发压力异常AND冷凝压力异常，THEN冷剂内混入别的介质

R813：IF机组运行过程中进入蒸发器内冷剂量不足AND蒸发温度异常AND蒸发器供液异常，THEN浮球阀损坏

以上规则构成了本文中所提出的智能故障诊断系统规则库，通过上述规则对现场采集的数据进行处理，进而进行故障诊断推理。

三总结

本文介绍了离心式冷水机组的结构，分析了机组各重要组成部分的结构特点，在分析总结了其他学者在离心式冷水机组故障诊断规则确定方面的研究成果，并结合机组运行试验，整理出离心式冷水机组常见故障模式及影响分析表，并在以上工作的基础上，提出了离心式冷水机组故障原因和故障征兆对应关系，总结出本研究中所用的故障诊断规则。