農業冷庫用大功率雙級螺桿制冷機組的研發

劉丹 何麗瑾 陳長卿 黃赟 朱建錫 劉曉晨 范小華

摘要：隨著消費者收入的提升以及對生活質量提高的需求，帶動了冷鏈物流業的迅猛發展。在城鎮化和消費升級的雙輪驅動下，給冷鏈市場帶來長期的發展需求，并且城鎮化會對冷凍產品的儲藏和運輸的需求加大。為適應農業方面的需要，本文在對分析國內外先進農業冷庫用大功率雙級螺桿壓縮機組技術的基礎上，通過研究創新優化設計，開發了一種適合農業冷庫用的大功率雙級螺桿制冷壓縮機組，以達到對農產品的冷凍保護，將具有廣闊的市場前景。

關鍵詞：農業冷庫;大功率;雙級螺桿制冷機;設計

1項目實施的意義

目前我國農業冷庫用的大功率雙級螺桿制冷機組仍然需要大量從國外進口，我國在大功率雙級螺桿制冷機組的研發制造生產還處于起步階段，嚴重阻礙了我國加快建設農產品制冷裝備及零部件制造示范基地的步伐。因此，開發研究農業冷庫用大功率雙級螺桿制冷機組，將促進國內大功率制冷機組技術的發展，打破大功率雙級螺桿制冷機組依賴進口的貿易壁壘，填補國內農業冷庫用大功率制冷機組的市場空白，具有廣闊的市場前景。

2主要技術路線

文章針對當前螺桿制冷機組關鍵功能部件存在的缺陷分析，開發一種農業冷庫用大功率雙級螺桿制冷機組， 本制冷機組在制冷方法、結構形式上提出新的設計思路。此設計對螺桿壓縮機轉子型線進行創新設計，采用高效的N 型線，達到壓縮機轉子更加耐磨和輕便的目的，同時還具有排氣量高、結構更緊湊和工作更高效的特點。整機設計采用三維模擬仿真，并結合工業設計進行優化設計研究，提高了壓縮機使用壽命和安全性能。

3設計方案

為了有效解決現有的壓縮機常出現液擊現象，設計打破常規，通過三維模擬仿真進行創新優化設計研究，首次將汽液分離器、回汽過濾器、干燥過濾器等制冷裝置結合于一體，可有效防止壓縮機液擊現象的產生，使其裝置高效節能，縮減設備占用體積，使設備和環境免受污染，對設備的清潔維護很方便，安全可靠;并首次提出一種高效節能制冷方法，使能源得以循環再利用，減少能源浪費，節能環保。

3.1轉子參數設計

在制冷機組中，螺桿壓縮機是最為核心的關鍵部件，其轉子設計的好壞與否直接決定了制冷機組的性能。

1）轉子型線的研發設計

螺桿式壓縮機在分類中屬于回轉容積式，壓縮機的齒形設計的好壞與否對壓縮機工作性能影響巨大。在同等尺寸與轉速條件下，通常的轉子型線生成方法獲得的轉子齒形無法使轉子具有最大流動橫截面積、最短密封線及最小泄漏三角形，所以壓縮機的容積效率不會最優。因此，本項目我們對轉子型線的設計進行綜合優化，以使轉子性能達到最佳。為了解決普通型線容積效率低的問題，項目設計一種用齒條生成方法獲得較高容積效率的螺桿壓縮機轉子型線—“N” 型線。

2）齒數比的優化選擇

小齒數比的轉子齒槽較深，槽內空間較大，即相同外徑的轉子，可以保證更大的氣量;但同時軸徑一般較細，轉子剛度有所降低。因此，小齒數比的轉子副一般用于低壓比、大流量的場合;相反，大齒數比的轉子副一般用于高壓比、小流量的場合。項目對各齒數比的綜合性能進行技術分析，優化選擇中低壓級轉子嚙合副采用 5：6齒;高壓級轉子嚙合副采用 4：6 齒。

3）扭轉角的選擇

螺桿壓縮機轉子的扭轉角太小，會導致壓縮機的性能惡化;扭轉角太大，雖然可使嚙合接觸線減小，降低轉子間泄漏，同時也會使扭角系數減小，導致轉子容積效率降低。綜合以上兩種因素，項目螺桿壓縮機中的低壓級與高壓級陽轉子扭轉角設計均采用大扭角。

4）嚙合間隙的確定

螺桿壓縮機轉子的齒合間隙一般在 30—150μm 左右，間隙的大小關系到壓縮機內泄漏的大小，從而影響到壓縮機的效率，間隙的保證要靠高精度的專用加工設備，如轉子銑床、轉子磨床以及高精度的檢測設備——三座標測量儀來獲得。項目設計中，標準間隙定為 50μm。

3.2雙級螺桿制冷壓縮機結構的優化設計

對項目螺桿壓縮機總體進行優化設計，其整體結構由電機部分、低壓級、中間體與高壓級部分組成，陰陽轉子呈水平排列。壓縮機采用內油路，吸氣過濾器外置，采用柱塞實現卸載啟動，采用變頻技術實現能量調節。

壓縮機的轉子在高速的轉動下，產生了周期性的吸排氣振動，對吸排氣口進行不規則波紋機械降噪處理，并在進氣口選用阻抗復合式結構和在排氣口使用小孔消聲器，在ECO運行的帶截止閥的減振消音器。壓縮機的噪聲主要是由空氣動力性噪聲（氣流性噪聲）、機械振動噪聲、節流閥噪聲以及相互作用產生的噪聲等組成，整個測試結果表明，空氣動力性噪聲是最主要的噪聲源。研制出適當的減少噪音的技術可以有效的減少制冷機在運行中的噪音，減少噪音污染。

同時，利用PLC對制冷機組進行控制，用置于每相中的PTC傳感器監視電機溫度，可實現轉向檢測和手動復位。

4結語

農業冷庫用大功率雙級螺桿制冷機組開發，主要針對目前國內急需的農、漁、牧等農副產品的冷藏、冷凍、物流、保鮮方面的制冷裝備市場。本文通過研究改進和創新設計，配用變頻驅動電機，以達到制冷壓縮機運行的安全和穩定。該產品符合國家高效、節能減排政策，符合低碳環保要求，具有廣闊的市場應用前景。

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基金項目：金華市工業類重點項目（2018-1-005）