開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)和半封閉螺桿壓縮機(jī)在冷庫(kù)的應(yīng)用對(duì)比

王 赫

(華商國(guó)際工程有限公司，北京 100069)

在制冷壓縮機(jī)的分類(lèi)中，如果按提高氣體壓力的原理不同，制冷壓縮機(jī)可分為容積型壓縮機(jī)和速度型壓縮機(jī)，容積型壓縮機(jī)又可分為往復(fù)式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)和滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)等。如果按密封方式分類(lèi),壓縮機(jī)又可分為開(kāi)啟式壓縮機(jī)、半封閉式壓縮機(jī)和全封閉式壓縮機(jī)[1]。開(kāi)啟式壓縮機(jī)的軸或其他部件放置在機(jī)殼外并靠原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這種方式最大的優(yōu)點(diǎn)是容易拆卸和維修，同時(shí)由于制冷劑和潤(rùn)滑油接觸不到原動(dòng)機(jī)，所以可用于氨制冷系統(tǒng)。與之相比半封閉式壓縮機(jī)的不同之處在于電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)是一個(gè)放在機(jī)體內(nèi)的整體并共用一根主軸。它不具備軸封，它的外殼可在現(xiàn)場(chǎng)拆卸并修理內(nèi)部構(gòu)件。

與往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行比較，螺桿式壓縮機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)有[2]：1.在壓縮制冷劑氣體時(shí)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子速度得到提高，輸氣量一定時(shí)，螺桿式壓縮機(jī)就會(huì)比往復(fù)式壓縮機(jī)體積更小，重量更輕，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)地面的震動(dòng)更小[3]。2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，往復(fù)式壓縮機(jī)的零件數(shù)為螺桿式壓縮機(jī)的十倍之多，這就導(dǎo)致其易損壞且不易維修。螺桿式壓縮機(jī)沒(méi)有吸排氣閥，使其單級(jí)壓力比大，對(duì)液擊不敏感。3.適用的領(lǐng)域及工況更廣泛。4.無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)輸氣量。

1 開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組

圖1為開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)[4]的結(jié)構(gòu)圖，開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn)包括：1.壓縮機(jī)與油分離器是分體設(shè)計(jì)，壓縮機(jī)的排氣直接通過(guò)上部濾油網(wǎng)過(guò)濾，使油氣分離，氣體經(jīng)排氣逆止閥到排氣口排出，油在重力的作用下沿油分離器壁淌下[5]。2.由于電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)處于兩個(gè)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)不與工質(zhì)接觸，因此可以應(yīng)用于包括氨的各種不同工質(zhì)。3.拆裝和維修便捷。4.壓縮機(jī)組可設(shè)置經(jīng)濟(jì)器，與螺桿壓縮機(jī)組上的補(bǔ)氣口相連，制冷劑由補(bǔ)氣口進(jìn)入，從中溫系統(tǒng)補(bǔ)氣，以達(dá)到提高能效[6-7]、節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用的目的。5.由于采用兩級(jí)壓縮有時(shí)比較浪費(fèi)初投資，一些廠家開(kāi)發(fā)出了單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)低壓級(jí)的陽(yáng)轉(zhuǎn)子，通過(guò)它再驅(qū)動(dòng)高壓級(jí)的陽(yáng)轉(zhuǎn)子。高低壓級(jí)的容量比一般為1∶3或1∶2，還可以從不同工況出發(fā)，進(jìn)行不同組合。

1.機(jī)體；2.陽(yáng)轉(zhuǎn)子；3.滑動(dòng)軸承；4.滾動(dòng)軸承；5.調(diào)節(jié)滑閥；6.密封；7.平衡活塞；8.調(diào)節(jié)滑閥控制活塞；9.陰轉(zhuǎn)子

2 半封閉式螺桿壓縮機(jī)

圖2為半封閉式螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，制冷量較小的螺桿壓縮機(jī)同樣具有比較優(yōu)良的熱力性能，半封閉式螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn)包括：1.在工況變化時(shí)適應(yīng)性比較強(qiáng)，冷凝壓力和排氣溫度很高的工況也能很好的運(yùn)行，所以也逐漸向往復(fù)式壓縮機(jī)主要占有的半封閉領(lǐng)域發(fā)展[8]。2.低溫制冷劑氣體先經(jīng)過(guò)電機(jī)，將電機(jī)冷卻后進(jìn)入氣缸被壓縮排出，優(yōu)化了電機(jī)的工作環(huán)境，增大了其工作效率[9-10]。3.排氣筒中裝有除油霧器，將油滴從氣體中分離出來(lái)，一般不需要在系統(tǒng)中另設(shè)油分離器，減少機(jī)組占地面積。

1.油分離器；2.排氣管；3.排氣端蓋；4.排氣連接法蘭；5.容量活塞組件；6.容量滑塊組件；7.容量電磁閥；8.接線盒；9.電動(dòng)機(jī)；10.進(jìn)氣過(guò)濾器；11.進(jìn)氣連接法蘭；12.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子固定擋塊；13.陽(yáng)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)端間隙環(huán)；14.吸氣端軸承；15.加熱器；16.陽(yáng)轉(zhuǎn)子；17.排氣端軸承；18.軸承螺母；19.濾網(wǎng)

3 開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組的優(yōu)勢(shì)

1.開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組為外置電機(jī)，電機(jī)通過(guò)空氣冷卻。發(fā)生電機(jī)故障的概率很低。(半封閉通常采用回氣冷卻或噴液冷卻，影響機(jī)組的能效及穩(wěn)定性)。

2.較好品牌的開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組的油分離效率可以達(dá)到10×10-6，油分離效果好，進(jìn)入末端的潤(rùn)滑油較少。(半封閉組裝機(jī)組的油分效率較好的組裝商也只能做到1%左右，油分離效率一般，潤(rùn)滑油進(jìn)入末端蒸發(fā)器會(huì)影響換熱效率)。

3.內(nèi)容積比調(diào)節(jié)：當(dāng)冷庫(kù)有變溫需求時(shí)，開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組的可調(diào)節(jié)內(nèi)容積比的優(yōu)勢(shì)就比較明顯。(半封閉螺桿壓縮機(jī)組一般對(duì)于高低溫工況有專(zhuān)用機(jī)組，因此如有變溫需求，需考慮兩套設(shè)備，切換不便捷)。

4.互為備用的備用性好。短期內(nèi)不同工況也可以作為備用的壓縮機(jī)組，這一優(yōu)點(diǎn)在大型制冷系統(tǒng)中體現(xiàn)更為明顯。(半封閉螺桿壓縮機(jī)組在大型制冷系統(tǒng)中較難實(shí)現(xiàn)互為備用)。

4 半封閉螺桿壓縮機(jī)組的優(yōu)勢(shì)

1.軸封不存在泄漏問(wèn)題。(最好的開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組也存在或多或少的泄漏問(wèn)題，只是品質(zhì)較好的機(jī)組的泄漏量極低)。

2.該類(lèi)型機(jī)組集成度比較高，可以將油分、儲(chǔ)液器、氣液分離器、輔助儲(chǔ)液器、經(jīng)濟(jì)器等輔助設(shè)備集成。因此在中小型制冷系統(tǒng)中，半封閉螺桿壓縮機(jī)組有較大優(yōu)勢(shì)。具有機(jī)房面積小、安裝簡(jiǎn)單、多機(jī)頭并聯(lián)可以互為備用、單一機(jī)頭可以長(zhǎng)期運(yùn)行在較好的工況下等優(yōu)點(diǎn)。

5 實(shí)際工程中開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組和半封閉螺桿壓縮機(jī)組的對(duì)比

以某實(shí)際項(xiàng)目為例，對(duì)兩種壓縮機(jī)的能耗進(jìn)行對(duì)比，該項(xiàng)目為一棟三層土建冷庫(kù)，建筑高度17.25 m，占地面積5353.99 m2，建筑面積約14 461.81 m2。冷卻物冷藏間(0～8℃)總存貨量740 t，凍結(jié)物冷藏間(-18～-25℃)總存貨量1000 t。采用開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組和半封閉螺桿壓縮機(jī)組時(shí)的實(shí)際選型情況如表1所示(制冷劑均為R507A)。

表1 開(kāi)啟式螺桿壓塑機(jī)和半封閉式螺桿壓縮機(jī)的能效對(duì)比

由表1可知，對(duì)于-33℃制冷系統(tǒng)，當(dāng)采用開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組時(shí)，總制冷量474 kW，電機(jī)功率296 kW，COP為1.60；當(dāng)采用半封閉式螺桿壓縮機(jī)組時(shí)，總制冷量458.4 kW，電機(jī)功率314.8 kW，COP為1.46；對(duì)于-8℃制冷系統(tǒng)，當(dāng)采用開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組時(shí)，總制冷量538 kW，電機(jī)功率188 kW，COP為2.86；當(dāng)采用半封閉式螺桿壓縮機(jī)組時(shí)，總制冷量517 kW，電機(jī)功率180.3 kW，COP為2.86。

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組在低溫工況下的COP高于半封閉螺桿壓縮機(jī)組在同樣工況下的COP。而在高溫工況時(shí)，半封閉螺桿壓縮機(jī)組的能效與開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組幾乎一致。這是因?yàn)殚_(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)電機(jī)外置，半封閉式螺桿壓縮機(jī)在排氣溫度較高時(shí)采用噴液冷卻的方式給電機(jī)降溫[11]，低溫工況下，這部分能量消耗較多。

6 結(jié) 論

1.從能效角度來(lái)看，在低溫工況下開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組的COP值優(yōu)于半封閉螺桿壓縮機(jī)組，在高溫工況下，半封閉螺桿壓縮機(jī)組的COP值與開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組相差不大。

2.開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組的油分離效率也遠(yuǎn)好于半封閉壓縮機(jī)組的油分離效率，更好的油分離效率意味著更少的潤(rùn)滑油進(jìn)入末端，降低壓縮機(jī)缺油停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)可以增加蒸發(fā)器的運(yùn)行效率，提高整個(gè)系統(tǒng)的能效。

3.從機(jī)組的保障角度來(lái)說(shuō)，開(kāi)啟式機(jī)組的電機(jī)、控制、機(jī)頭都是每臺(tái)機(jī)組獨(dú)立設(shè)置的，一臺(tái)機(jī)組無(wú)論出現(xiàn)任何故障都不會(huì)對(duì)其它機(jī)組產(chǎn)生影響。系統(tǒng)可通過(guò)錯(cuò)峰降溫的方式維持冷庫(kù)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.由于開(kāi)啟式螺桿壓縮機(jī)組的電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)處于兩個(gè)系統(tǒng)，放油電動(dòng)機(jī)不與工質(zhì)接觸，因此可以應(yīng)用于包括氨的各種不同工質(zhì)。