大型数据中心冷水机组压缩机大修必要性分析

刘永彬，林武隽，魏海康

（中国电信股份有限公司北京分公司，北京 100032）

0 引 言

机房空调为重要的数据中心制冷设备，在不同功率和密度下，数据中心制冷方式有所不同。从数据中心发展趋势来看，随着数据中心边缘化、模块化发展，未来我国新建的数据中心朝着大规模、高密度的方向发展。在此背景下，传统风冷型制冷技术已经无法满足数据中心所需的散热能力，冷冻水制冷系统得到了快速发展。为了降低成本，大部分的大型数据中心主要采用水冷系统，集中式冷源，冷水机组制冷效率高，冷却塔放置位置灵活，可以有效控制噪声且建筑立面美观[1]。随着时间的推移，数据中心的冷水机组由于使用年限的增长，均会出现不同程度的故障，制冷主机压缩机内部零件磨损加剧，导致密封件泄漏及压缩机运转噪声加大、机组运行电流增大。北京电信使用的冷水机组已经出现过开关线路板烧毁的情况，存在突发较大故障的风险。基于此，应及时对冷水机组压缩机进行预防性大修，提高制冷系统的安全性、稳定性以及制冷效率，从而延长机组的使用寿命，以免出现突发性故障给客户带来不良感知、给企业造成巨大的经济损失。

1 冷水机组压缩机大修的必要性分析

1.1 压缩机大修的检查维修内容

大修的主要内容为更换全部橡胶类密封材料和介质，包括运转紧固机件、轴封组件、排气工艺的机械气封组件、滑动轴承以及止推部件单元等。压缩机内部的一些油道也是细小到以毫米来计量，随着机组使用时间的延长，在压缩机内部的各个油道因压缩机润滑油的高温度运转会逐步形成一些细小的碳化物，机组内部正常磨损的一些微粒物也会逐步凝结在压缩机的内部油道上，这些物质的生成将逐步堵塞压缩机的润滑油道，降低润滑油的流量，从而导致压缩机润滑变差，内部零件的磨损增加。长此以往，容易使压缩机内部零件损坏，最终导致压缩机损坏[2]。

当机组在高速运行时，由于各种因素导致机组突然断电，会对压缩机造成严重伤害甚至毁坏，对客户造成严重的经济损失。约克离心式压缩机内部带有紧急油槽，当出现突然停电、供油泵停止运转时，会在短时间内为压缩机内部齿轮箱提供重力供油，有效预防压缩机抱轴。因此，检查紧急供油槽是必要的[3]。

随着运行时间的增加，压缩机内部零件会有正常磨损，零件之间配合间隙变大，使压缩机工作效率降低、能耗增大，影响压缩机的动平衡，造成机组振动加大而产生磨损。此外，会影响机组的内部润滑而加大磨损等。基于此，需检查压缩机内部零件的机械磨损是否超出允许范围值，预防金属疲劳造成事故、损伤，使压缩机保持良好的性能和工作效率[4]。

1.2 压缩机大修的必要性

根据冷水机组生产厂家维修标准，机组运行5年或累计运转20 000 h应进行预防性的维修保养，更换损坏的零件；机组运行8～10年应进行全面的压缩机大修。

预防性的压缩机维修旨在防患未然，离心式压缩机在累积工时达到20 000 h以上时，压缩机相关的密封部件、运转部件和动作保护部件均会出现一定程度的老化疲劳，主要部件包括全部橡胶类密封材料和介质、部分运转紧固机件、轴封组件、排气工艺的机械气封组件、滑动轴承以及止推部件单元等。出于安全运维和设备保值等方面的考虑，原则来说上述零部件应全部更换，这样才能符合机组设计的安全要求，充分保护其核心部件完好，延长设备使用寿命。在现场具体操作时，还需结合设备实际使用情况来决定[5]。

典型的制冷机压缩机在需大修更换磨损部件之前可以运转8～10年，制冷机实际的运转状况与理想状况的接近程度是决定压缩机使用寿命的主要因素。由于极少有制冷机会在理想状态下运转，一旦达到一定的年限，绝大多数的机组需要进行预防性的大修检查，防止由于压缩机内部无法预知的故障造成诸多麻烦和经济损失。研究表明，造成离心式压缩机故障的原因55%～75%由轴承问题导致。当机组达到规定疲劳时限时，应对设备进行预防性压缩机检修，保证在第一时间排除压缩机内部潜在问题，不至于造成突然性的大故障，给客户带来不良感知以及给企业造成巨大的经济损失。

2 冷水机组压缩机大修案例分析

2.1 案例基本情况

北京电信某大型数据中心使用的冷水机组为约克高压离心机组，机组型号为YKZ1Z2K75DJG，2010年正式投入使用，大修时运行时限已超过10年。

大修前技术人员现场检查发现，机组存在压缩机及电机运转噪声加大等情况，轴封存在严重漏油现象，油压差波动幅度大。数据中心运行热负荷较大，现场机组单台装机容量也非常大，加之连续运转时间长及机组本身的热耗和运行振动等情况多年累积造成机械同轴度有所偏移。基于以上问题，决定对此冷水机组压缩机进行大修，同时调整与电机的同轴度。

2.2 检修内容

冷水机组压缩机大修工作主要检修内容包括压缩机维修、调整同轴度、检查制冷剂管路、油路清洗、充注冷媒及润滑油、正压负压测试以及机组开机调试等。压缩机大修现场维修实例如图1所示。

图1 压缩机大修现场维修实例

机组调试工作过程中，在机组达到满负荷运行后适当补充冷媒并记录机组运行参数，以便分析大修前后的运行参数变化。

2.3 大修前后效果对比

冷水机组压缩机更换运动部件，经过检查、清洗及装配后测量的各项主要数值均在允许范围内，装配参数正常，压缩机达到维修标准，机组运转正常。机组维修前、维修后主要参数对比和运行数据对比如表1、表2所示。

表1 机组维修前、维修后主要参数对比

表2 维修前、维修后机组运行数据对比表

通过对比冷机维修前后运行参数，可以明显看出机组维修前运行负荷较高且冷冻水出水温度偏高，无法达到冷冻水温设定值。机组在维修后，各项运行参数全部优于维修前运行参数，可以较快满足冷冻水温设定要求。

3 结 论

大型数据中心冷量需求量巨大，冷水机组是整个空调系统的核心制冷设备，而压缩机是冷水机组的核心，一旦压缩机出现故障，对数据中心的影响和波及面极大，直接影响数据中心的运行安全。冷水机组压缩机维修时限较长，倘若不进行预防性的大修，随着机组运行时限的增加可能会频繁出现突发性故障，这是对现场运维人员能力的考验，也是对数据中心安全性的巨大考验。通过对冷水机组压缩机大修的必要性分析及实际案例的维修效果来看，机组运行8～10年应进行全面的压缩机大修，以防止造成经济损失或安全事故。