丙烷制冷螺桿壓縮機內容積比的設定

潘 賁

一、與內容積比相關的幾個基本概念

內壓力比RA：壓縮終了時基元容積中的氣體壓力pi（內壓力）與吸入壓力ps之比，即RA=ps（絕壓）/pi（絕壓）。

外壓力比RY：排氣背壓pd（外壓力）與吸入壓力ps之比，即RY=pd（絕壓）/ps（絕壓）。

內容積比Vi：壓縮終了時基元容積中的氣體體積與吸氣結束時的基元容積中的氣體體積之比。絕熱壓縮過程時，內容積比Vi與內壓力比RA關系為RA=Vik（k為絕熱指數）。

由以上可知：螺桿式制冷壓縮機具有內壓縮特性，在吸氣壓力一定的情況下壓縮終了壓力取決于壓縮機內容積比,而外壓力比取決于運行工況。

二、不同的內容積比設置對功耗的影響

當螺桿式制冷壓縮機內的壓縮終了壓力（內壓力）不等于排氣背壓（外壓力）時，工作容積中的氣體將進行定容壓縮或定容膨脹，在內壓力與外壓力趨于平衡的過程中會產生額外功耗損失，下面分三種情況討論。

1.過壓縮 pi＞pd

在內壓力高于外壓力的情況下，氣體在工作容積內由吸氣壓力壓縮到內壓縮終了壓力（內壓力），再由定容膨脹到排氣背壓（外壓力），然后再進行排氣過程。此時多耗的功相當圖1中的陰影面積。

2.欠壓縮 pi＜pd

在內壓力低于外壓力的情況下，氣體在齒間容積內由吸氣壓力壓縮到壓縮終了壓力（內壓力），此時工作容積與排氣孔口相連通，排氣管中的氣體倒流，使工作容積中的氣體由定容壓縮到排氣背壓（外壓力），然后進行排氣過程。此時多耗的功相當于圖2中的陰影面積。

3.pi＝pd

在內壓力等于外壓力的情況下，沒有附加功損失（圖3）。

從以上分析可知要使機器的耗能最小，運轉最經濟，這就要求螺桿式制冷壓縮機的內壓力比接近或等于外壓力比。

三、內容積比設置情況和重新調整的依據

處理廠丙烷制冷螺桿壓縮機是MYCOM V系列機組，其內容積比固定端分為 L、M、H三擋，分別為 2.63、3.65、5.8。一期壓縮機自投用以來一直在內容積比3.65下運行。

關系到Vi值設置大小的目前階段一期現場相關參數：（1）入口壓力ps=280～300kPa（表壓）；（2）壓縮機背壓（油氣分離器）壓力 pd=1000～1250kPa（表壓）；（3）R290（丙烷制冷劑）絕熱指數≈1.133。

通過計算得外壓比RY=（2.44～3.06之間）。在以上工況下，理想的內容積比在2.44～3.06之間，這與實際運行時的Vi值有較大出入，這說明機組長期處在過壓縮的情況下運行。雖然沒有一個與理論計算值完全匹配的固定Vi值，但Vi值與2.63相對接近。

另外，從功率損失來看，欠壓縮優于過壓縮。這是因為雖然欠壓使排氣腔內的高壓氣體倒流回齒間工作容積，產生一定的附加功耗，但過壓縮時需對全部氣體做功。

四、內容積比值調整后取得的效果

鑒于對裝置的進一步認識和熟悉，2008年對一期裝置的兩臺丙烷機內容積比值閥進行了重新設定，將壓縮機內容積比固定塊設置在L端口，也就是說Vi=2.63。

通過表1的數據不難看出（黑體數據為內容積比值調整前的電機電流值），自內容積比閥重新設置后，即使在氣溫較高的7、9月，壓縮機電機的電流值較1月份也有下降。氣溫相對可比的2、3月與1月相比，壓縮機電機電流明顯下降，能耗顯著降低（電流每下降1A，每小時省10kW·h）。

表1

五、結論

通過對內容積比值的不同設置對丙烷制冷壓縮機能耗影響的分析，找出了內容積比值設置在生產實際中存在的問題，并做調整。實踐證明，除工藝系統對裝置能耗有著影響之外，內容積比值的設定對丙烷制冷螺桿壓縮機是否能夠經濟運行，也有著很大的作用。