水流開關(guān)是對水流量自動控制和保護(hù)的裝置。當(dāng)水流量變化時，水流對靶片產(chǎn)生的作用力使得杠桿轉(zhuǎn)動，控制電路閉合或斷開，從而達(dá)到自動控制的目的。水流開關(guān)在冷水機(jī)組和空調(diào)工程的水系統(tǒng)(以下統(tǒng)稱為空調(diào)系統(tǒng)) 中有著廣泛的應(yīng)用。

水流開關(guān)的工作過程：

在冷水機(jī)組冷凍水的出水端和水冷冷水機(jī)組冷卻水/ 冷凍水的出水端，都會安裝水流開關(guān)。常閉水流開關(guān)(空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，水流開關(guān)控制電路是閉合的，這里指的水流開關(guān)狀態(tài)是常閉的)工作過程為：當(dāng)水流量達(dá)到一定值時，水流開關(guān)閉合，此后壓縮機(jī)啟動，空調(diào)系統(tǒng)開始運(yùn)行。如果空調(diào)系統(tǒng)中有水泄漏或其他原因?qū)е孪到y(tǒng)水流量減少，當(dāng)水流量降低到一定值時，水流開關(guān)斷開，同時壓縮機(jī)停機(jī)，空調(diào)系統(tǒng)停止運(yùn)行。

1.冷卻水出水管；2.水冷冷水機(jī)組冷凝器；3.水冷冷水機(jī)組蒸發(fā)器；4.冷凍水出水管；5.水流開關(guān)。

水流開關(guān)在空調(diào)系統(tǒng)中的安裝位置

水流開關(guān)的作用：

當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)具有足夠水流量時水流開關(guān)閉合，此后壓縮機(jī)啟動，從而保證空調(diào)系統(tǒng)安全和高效運(yùn)行。

1)當(dāng)冷凍水流量偏小時，蒸發(fā)器負(fù)荷不足，蒸發(fā)溫度偏低，制冷量下降，運(yùn)行效率降低。

2)當(dāng)冷凍水流量極小時，蒸發(fā)器負(fù)荷嚴(yán)重不足，蒸發(fā)溫度很低，蒸發(fā)器結(jié)冰(甚至凍裂)，壓縮機(jī)吸氣壓力很低。若系統(tǒng)長時間在這種工況下運(yùn)行，會導(dǎo)致壓縮機(jī)因回油困難而被損壞。

3)當(dāng)水冷冷水機(jī)組冷卻水流量偏小時，冷凝器散熱效率偏低，氟系統(tǒng)熱量不能及時全部散出，導(dǎo)致系統(tǒng)冷凝溫度上升，制冷量下降，運(yùn)行效率降低。

4)當(dāng)水冷冷水機(jī)組冷卻水流量極小時，冷凝器散熱嚴(yán)重不足，冷凝溫度上升到很高，壓縮機(jī)排氣溫度超高。若系統(tǒng)長時間在這種工況下運(yùn)行，會導(dǎo)致壓縮機(jī)因潤滑油碳化而被損壞。

設(shè)計(jì)流量值：

舉例說明計(jì)算某一制冷量的冷水機(jī)組冷凍水水流開關(guān)的閉合和斷開流量值的方法。

已知冷水機(jī)組的制冷量為32kW，試計(jì)算與其匹配的水流開關(guān)的閉合和斷開流量值。

1)計(jì)算水流開關(guān)的閉合流量值機(jī)組蒸發(fā)器設(shè)計(jì)水流量(m3/h) 可按式(1)計(jì)算：

⑴

式中：Q0為制冷量( kW)；ρ為載冷劑密度(kg/m3)；Cp為載冷劑比熱容(kJ/(kg·℃))；Δt為載冷劑在蒸發(fā)器中的溫降(℃)。

查表得：ρ=1000kg/m3，Cp= 4.187kJ/(kg·℃)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工況，進(jìn)水溫度t1=12℃，在制冷劑-水蒸發(fā)器中，水側(cè)溫降一般為4～6℃，取溫降Δt= 5℃，則閉合流量(m3/h)為：

⑵

考慮到水流開關(guān)的感應(yīng)誤差，取水流開關(guān)的閉合流量值為(5.5 ±0.2)m3/h。

2)計(jì)算水流開關(guān)的斷開流量值

在制冷劑-水蒸發(fā)器中，一般蒸發(fā)溫度比出水溫度低4～6℃(取5℃)。當(dāng)出水溫度t2≤3℃時，蒸發(fā)溫度≤-2℃，此時，蒸發(fā)器局部易結(jié)冰。

因而水流開關(guān)的斷開流量值，以出水溫度t2=3℃時的水流量為準(zhǔn)。此時，Δt= t1-t2=12-3=9℃，則斷開流量(m3/h) 為：

⑶

考慮到水流開關(guān)的感應(yīng)誤差，取水流開關(guān)的斷開流量值為(3.1±0.2)m3/h。

靶式水流開關(guān)的應(yīng)用：

靶式水流開關(guān)是采用不銹鋼舌簧片檢測水流情況，當(dāng)有水流時，舌簧片彎曲，帶動微動開關(guān)動作，從而提供水流狀態(tài)信號。波紋管作為水電隔離部件。

安裝要求較高，且在小管徑安裝時阻力較大，在彎曲管路上不能安裝。安裝在小管徑或水流量較小時易受水流的抖動而頻繁動作。安裝在大管徑彎頭處時容易造成靶片斷裂。

管路靜壓沖擊波紋管，且波紋管頻繁動作容易疲勞。

靶式流量開關(guān)靶片斷裂的原因：

作用在靶式流量開關(guān)的靶片的力跟水流速度和靶片的面積有關(guān)，流速和靶片面積越大作用在靶片上的力就越大，通常安裝在大管徑的水流開關(guān)為了更好的感測水流，現(xiàn)場經(jīng)常安裝最長的靶片，由于作用在靶片上的力大，致使靶片過度彎曲而失去彈性，嚴(yán)重時導(dǎo)致靶片斷裂。

靶式流量開關(guān)通常需要離彎頭和閥門距離要在5倍的管徑以上，由于目前大樓的機(jī)房面積偏小，無法保證足夠的直管段安裝水流開關(guān)，舉例：DN300的管徑，水流開關(guān)前后保證有1500m的直管段幾乎不可能，這是許多現(xiàn)場水流開關(guān)發(fā)生故障的一個非常重要的原因。

在彎曲的管道中，由于彎曲管壁的導(dǎo)流作用，其內(nèi)側(cè)流速增大，外側(cè)流速逐漸減小，形成了各個過流斷面的梯形速度分布規(guī)律，致使整個靶片受力不均而斷裂。

水泵每次啟停產(chǎn)生的水錘帶來的沖擊將導(dǎo)致靶片過度彎曲或斷裂，管徑越大這種風(fēng)險(xiǎn)就越大。

壓差式流量開關(guān)可以安裝在彎頭或閥門處，可以大大減少因?yàn)闈M足安裝靶式流量開關(guān)所需的直管段，節(jié)約了工程造價(jià)，同時也大大提高了水流保護(hù)的穩(wěn)定性，目前在電子廠已經(jīng)得到大量的應(yīng)用。

壓差式水流開關(guān)的應(yīng)用：

對于水流量的測量，可通過測量閥門、孔板等兩端的壓降，得到流量目前已廣泛用在HVAC的水側(cè)系統(tǒng)及流量測量儀表。

壓差式水流量開關(guān)是利用換熱器有水流通過時產(chǎn)生壓降的原理檢測水流狀態(tài)，是一種精確的流量控制方式。安裝簡單，流量控制相對精確，動作和復(fù)位均有明確的流量值。

在雙工況冷水機(jī)組的冰蓄冷系統(tǒng)：

冰蓄冷的乙二醇溶液的溫度可能低達(dá)-10℃，波紋管與大氣接觸，與微動開關(guān)接觸的也是金屬件，水流開關(guān)非插入乙二醇溶液的外部的金屬部件可能低于0℃。

波紋管及微動開關(guān)可能產(chǎn)生冷凝水或結(jié)冰。壓差式流量開關(guān)的動作部件不與乙二醇接觸。

在一次泵變流量的系統(tǒng)：

一次泵變流量完全可以大幅度降低水泵的能耗。也是目前冷水機(jī)組發(fā)展的方向。

由于傳統(tǒng)靶式流量開關(guān)是檢測水流速度的，當(dāng)水流速度低于一定程度將無法檢測或經(jīng)常性出現(xiàn)誤動作。

壓差開關(guān)可以根據(jù)一次泵變流量正常運(yùn)行允許的最小流量對應(yīng)下的壓差，來確定流量保護(hù)值，一旦運(yùn)行流量低于最小允許流量即保護(hù)，確保換熱器不會結(jié)冰凍壞。

高承壓的水系統(tǒng)：

在超高層建筑中要求中央空調(diào)設(shè)備的承壓要遠(yuǎn)高于10bar，而傳統(tǒng)的靶式流量開關(guān)的由于是采用波紋管作為水電隔離的部件，所有承壓只有10bar，如要提高承壓也只有通過加大波紋管厚度犧牲其柔韌度來實(shí)現(xiàn)的，其對小流速感測能力降低。

壓差式流量開關(guān)沒有波紋管，使用磁性相斥的原理檢測的，承壓可以達(dá)到20bar甚至更高。

壓差開關(guān)在并聯(lián)冷水機(jī)組的系統(tǒng)中的安裝：

對于多冷水機(jī)組并聯(lián)的系統(tǒng)，需要在冷水機(jī)組的換熱器進(jìn)出口取壓，而不能在單向閥或電動蝶閥后取壓，否則測到的是整個系統(tǒng)的壓差。

壓差式流量開關(guān)安裝示意圖：

靶式水流開關(guān)與壓差水流開關(guān)在大型冷水機(jī)組水流控制應(yīng)用對比：

滿液式蒸發(fā)器對水流量要求較高，過低的水流量可以導(dǎo)致蒸發(fā)器結(jié)冰，損失非常大。

現(xiàn)場或工廠安裝靶式流量開關(guān)很難保證其需要的直管段。

靶式流量開關(guān)靶片長期受壓易失效而發(fā)生故障，通常在維修保養(yǎng)時每年都需要更換。

壓差式可直接安裝在冷水機(jī)組上，監(jiān)控的流量可以在工廠設(shè)定并調(diào)整好，避免現(xiàn)場安裝水流開關(guān)的不可控性。

壓差式采用壓差流量計(jì)的設(shè)計(jì)原理，具有長壽命、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，在要求高可靠性的半導(dǎo)體和電子廠招標(biāo)文件中不允許使用靶式流量開關(guān)而必須使用壓差式流量開關(guān)，這是他們一年365天均使用冷水機(jī)組維持生產(chǎn)環(huán)境，長期得出的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，不再因?yàn)樗鏖_關(guān)的問題導(dǎo)致停產(chǎn)而蒙受巨大的損失。

壓差式流量開關(guān)選擇只需根據(jù)冷水機(jī)組要求的最小水流量對應(yīng)的壓差來選擇即可，通常對于允許一次泵變流量的冷水機(jī)組其保護(hù)流量為額定流量的30-40％。

測定方法：

根據(jù)水流開關(guān)的工作原理，得知靶片面積的大小決定水流開關(guān)的閉合和斷開流量值。

冷水機(jī)組生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的冷水機(jī)組型號是確定的，即冷水機(jī)組的制冷量是確定的。而其采購的水流開關(guān)是通用型的，即一個水流開關(guān)配一套靶片。冷水機(jī)組型號要求確定一個與之匹配的水流開關(guān)，也就是在一套靶片中確定一個與之匹配的靶片。

以上例如，確定制冷量為32 kW 的冷水機(jī)組的水流開關(guān)的閉合和斷開流量值可通過如下方法實(shí)現(xiàn)。搭建一個簡易的流量測定系統(tǒng)(見下圖)，先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇一個靶片，將其安裝在水流開關(guān)上，再將水流開關(guān)安裝到流量測定系統(tǒng)中，同時將水流開關(guān)控制電路的進(jìn)出端用電線接入一個帶燈泡的指示系統(tǒng)。測定時，可按如下步驟進(jìn)行。

1.流量計(jì)；2.流量調(diào)節(jié)閥；3.水流開關(guān)；4.水泵；5.壓力表；6.水箱。

水流開關(guān)閉合、斷開流量值測定系統(tǒng)

1)啟動水泵，此時測定系統(tǒng)水流量處于最大值，水流開關(guān)是閉合的，燈泡亮。

2)測定系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥，逐漸降低系統(tǒng)水流量，注意流量計(jì)讀數(shù)及燈泡。當(dāng)燈泡熄滅時，停止調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥，記錄水流量值，拆下水流開關(guān)。將燈泡熄滅時對應(yīng)的水流量值與計(jì)算的水流開關(guān)斷開流量值(3.1±0.2)m3/h 進(jìn)行比較：如果大于3.3 m3 /h，應(yīng)將測定的靶片剪小；如果小于2.9m3/h，則換一個大一點(diǎn)的靶片。

再將水流開關(guān)安裝到流量測定系統(tǒng)中進(jìn)行測定。

通過改變靶片的大小來調(diào)節(jié)水流開關(guān)的斷開流量、值，直至燈泡熄滅時對應(yīng)的水流量值在(3.1±0.2) m3/h 范圍內(nèi)，此時的靶片與制冷量為32kW的冷水機(jī)組水流開關(guān)的斷開流量值相匹配。

3)測定系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥，逐漸增大系統(tǒng)水流量，注意流量計(jì)讀數(shù)及燈泡。當(dāng)燈泡亮?xí)r停止調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥，記錄水流量值，拆下水流開關(guān)。將燈泡亮?xí)r對應(yīng)的水流量值與計(jì)算的水流開關(guān)閉合流量值(5.5±0.2)m3/h進(jìn)行比較：如果大于5.7m3/h，應(yīng)將調(diào)節(jié)彈簧調(diào)短；如果小于5.3 m3/h，則將調(diào)節(jié)彈簧調(diào)長。再將水流開關(guān)安裝到流量測定系統(tǒng)進(jìn)行測定。通過調(diào)節(jié)彈簧的長度來調(diào)節(jié)水流開關(guān)的閉合流量值，直至燈泡亮?xí)r對應(yīng)的水流量值在(5.5±0.2)m3/h范圍之內(nèi)。

4)將水流開關(guān)的斷開流量值和閉合流量值再重復(fù)測定3次，檢測其重復(fù)性。當(dāng)重復(fù)測定值仍然在合理范圍(斷開流量值(3.1±0.2)m3/h，閉合流量值(5.5±0. 2)m3/h)之內(nèi)時，測定結(jié)束。

5)將靶片的形狀和調(diào)節(jié)彈簧的長度記錄下來，批量生產(chǎn)32kW冷水機(jī)組時，可以直接按照測定數(shù)據(jù)生產(chǎn)。

雖然測定水流開關(guān)的閉合和斷開流量值會增加冷水機(jī)組生產(chǎn)企業(yè)的工作量，但是這項(xiàng)工作非常重要。當(dāng)企業(yè)生產(chǎn)小型家用冷水機(jī)組時，可將設(shè)計(jì)并測定好的水流開關(guān)置于機(jī)組內(nèi)部；生產(chǎn)大型冷水機(jī)組且機(jī)組內(nèi)部安裝不便時，可將設(shè)計(jì)并測定好的水流開關(guān)作為隨機(jī)附件，供客戶在工程安裝時使用。這樣既能保證冷水機(jī)組安全和高效地使用，又能提高用戶對企業(yè)的評價(jià)。

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