封闭式螺杆压缩机电机冷却方式的比较

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目前，常见的封闭式螺杆压缩机电机的冷却方式有吸气冷却、补气冷却和排气冷却三种。通过比较可以发现这三种形式有着本质的区别。电机的冷却形式决定了制冷循环的配置，从而决定了整个机组的综合性能，在此，笔者将这三种形式展开来说明，并进行比较。先假设无论采取哪种电机冷却方式，压缩机的理论输气量qv，th是一样的，即压缩机的结构参数与转速是相同的。
4 X% Q; s# U! t; I& p5 g9 U8 G, X1 吸气冷却方式
4 U; ]0 U' X6 a由于吸气温度较低，采用吸气冷却方式容易将电机的温度维持在一个较低的安全运行范围内，目前市面上采用这种电机冷却方式的压缩机较多。
" f0 L2 p- k: q, F, V% V
; k6 K0 g0 t  Z: i7 D* `图1是采用吸气冷却电机方式的压缩机应用于制冷循环的常见压焓图。压缩机从蒸发器吸入的制冷剂气体在进入压缩机压缩之前由于要先冷却电机，这样进入压缩机吸气口的气体就会进一步过热，较大的吸气过热度会增大吸入气体的比容v1，从而降低压缩机的质量排量qm，单位时间质量流量的降低就意味着制冷量的下降。制冷量：
Q0=qm×( h1-h4)
事实上，实际的制冷量要较Q0小，假设制冷剂离开蒸发器的焓值是h1’的话，实际的制冷量：
Q0’=qm×( h1’-h4’)
$ ]- F# h' D0 N# P- \也就是说h1是吸气蒸气冷却电机之后的焓值，那么
Q0’’=qm×( h1-h1’)
/ n, {! R/ G7 x5 ^4 c就是冷却电机吸收的热量。
8 D- F! ~, x2 u# H, i从图中还可以看出，由于过热度的增大还可能导致功耗的增大。
W=qm×( h2-h1)
这要看h2随h1变化的敏感性，取决于工质本身的特性。国内空调产品采用干式蒸发器的较多，干式蒸发器的过热度一般为4.44~5.56℃，较满液式的0.56~1.11℃大很多，因此，如果系统采用干式蒸发器，这种影响会表现得更加突出。如果通过优化设计采用满液式蒸发器，虽然较干式蒸发器有较大的改善，但是由于压缩机本身结构上的不足，会影响到整个系统的制冷量和COP 。另外，由于大多数半封螺杆压缩机采用电机直接驱动，电机轴与压缩机部分采用“一”字排列，这种排列的压缩机占地面积大，要设计多压缩机大冷量的机组就会遇到无法将多个压缩机合理布局的问题。
2 补气冷却方式
, E( t1 I1 r, d+ o" i' [尽管补气冷却方式出现得比较晚，但是相对于吸气冷却，这是一次伟大的技术革新。
* _8 Q1 `) J; ^
图2是补气冷却方式下典型的制冷循环的压焓图。从图中可以看出，系统通过采用过冷器( 俗称经济器) 使冷凝后的液体的过冷度进一步提高，以提高系统的制冷量，不过过冷后的液体要分成两路。一路( qm，ev) 节流后直接进入蒸发器，节流后的气液两相制冷剂吸收载冷剂中的热量后蒸发，产生的气体由压缩机的吸气口进入压缩机; 另一路小分支(qm，ip) 通过膨胀阀节流后进入经济器，与来自冷凝器中的液体进行换热后进入压缩机进一步冷却电机，产生的气体由补气口进入螺杆与从吸气口经过部分压缩的制冷剂气体混合后继续压缩。从图中可以看出带补气较不带补气的压缩机功耗要小些，带补气的循环的功耗可以表示为
7 V& d/ ]+ S. D6 F; s+ ?2 [W1=qm，ev×( h2’- h1)+qm×( h3-h2)
5 M! S* f' p0 A) w5 S8 ~5 ?而不带补气口的压缩机的功耗可以表示为
& v0 s2 S- H/ s* y% Z' ~W2=qm×(h3’-h1)
9 ]& n- h( \' F3 V3 X其中：
7 s* e4 l+ Y) |3 Vqm=qm，ev+qm，ip
- C9 k4 J- w5 f4 y4 S9 f因此，节省功耗
, V2 Y1 K4 g$ N9 x% J# q- hΔW=W2-W1
由于吸气口不再需要冷却电机，进入螺杆压缩机前的制冷剂气体的过热度较吸气冷却方式小很多，这不仅有利于降低功耗，而且相对前一方式，由于比容v1的减小，质量排量qm会提高，从而提高系统的制冷量。由此可以看出，采用补气冷却的压缩机通过合理配置后，如采用经济器和满液式蒸发器，无论是制冷量还是COP值都得到了良好的改善，如果用闪发罐来代替经济器，在制冷量和COP上会收到更好的效果。但是，用闪发罐代替经济器必须给每个压缩机配置一个闪发罐，因为闪发罐上部出来进入压缩机补气口的是饱和气体，这部分气体由于质量流量的限制不足以正常冷却一个以上的压缩机电机，考虑到成本和机组外形的美观，除了在单压缩机单系统机组或在双压缩机双系统机组上采用外，很少见到在三个以上压缩机的机组上采用闪发罐。开利公司设计制造的06N系列螺杆压缩机采用的就是电机补气冷却方式，这种压缩机将电机和螺杆压缩部分平行布置，通过一对增速齿轮将电机的扭矩传到双螺杆的阴转子上，这种布置不仅解决了压缩机“一”字布置占地面积大的问题，而且通过增速齿轮增速后，大大提高了压缩机的排气量，从而解决了环保工质R134a制冷效率低的难题。开利公司目前采用这种压缩机的机组30HXC系列最多可以采用四个压缩机组成两个互为备用的独立系统，单台机组的制冷量可以达到400冷吨。由于电机置于补气侧，需要消耗一部分液体qm，ip来冷却电机使其维持在安全的温度范围，为了减少这部分液体的使用量，提高机组的综合性能，设计者设计的满负荷标准工况下的电机温度一般在80~90 ℃之间。电机的绕组中埋有两个温度传感器(一个备用)，控制器利用电机温度这个模拟量来控制电机的冷却，适时给出报警并有效保护压缩机。
2 C6 o& F) P% ~/ ?3 排气冷却方式
6 y* }: g  R0 ]2 R+ x) V8 U& m目前，采用排气冷却电机的螺杆压缩机的制造厂商相对少些，世界螺杆之父——顿汉布什的VSC系列立式全封闭螺杆压缩机就是采用这种电机冷却方式。WCFX系列产品是顿汉布什螺杆机组的典型代表，它以优越的性能和稳定的表现享誉世界。图3是顿汉布什WCFX系列的压焓图，这种机组最多可以采用三台压缩机并联，单台机组的最大制冷量可达430冷吨。它的特点是采用闪发罐作为经济器，冷凝后的制冷剂液体经过第一次节流在闪发罐中闪发，由于第一次节流后的液体是从闪发罐的切线方向进入的，形成的制冷剂漩涡会使更多的制冷剂闪发。闪发的目的是为了使积聚在闪发罐下部的液体过冷，这部分液体再经过第二次节流进入满液式蒸发器，闪发出的饱和气体则由补气口吸入压缩机与部分压缩的吸气汇合进一步压缩，然后从排气口排出。

, h5 r# B. a! Z" O5 w( E这种配置有以下三个优势：
①闪发罐的使用可以使机组的制冷量相对于不带补气的制冷循环提高约18%，制冷量的增量
8 q* l! P1 V8 R+ [: WΔQ0=qm，ev×(h5’-h5)
②闪发的饱和气体与从吸气口吸入经过部分压缩过的气体汇合后，气体的焓值是减小的，这就降低了压缩机的功耗，由于闪发罐上部完全是饱和气体，其质量流量qm，ip较流经蒸发器的质量流量qm，ev小很多，如果忽略不计，则功耗节省
ΔW0=qm×(h3’-h3)
- ?" O( @  z9 s9 ?9 ~③由于补气线路上没有需要冷却的电机，通过的气体质量流量比较小，这又是它区别于电机补气冷却的地方，也正因为如此，它可以采用多台压缩机并联共用一个闪发罐的形式。在这种单回路的机组中各压缩机可以互为备用，使机组的结构既紧凑又美观; 更有甚者，单回路机组的蒸发器、冷凝器及电气控制系统较双回路简单，从而一定程度地降低了制造成本。
" T- b  x& _/ u4 r电机的冷却方式不同，则电机的保护形式也就会有所不同。一般来说，吸气冷却与排气冷却的电机保护模式可以大同小异，一般都采用电机高温保护模块，通过埋在三相电机绕组中的感温探头感知电机的各相绕组温度，温度信号传给电机高温保护模块，电机高温模块输出一个开关信号切断控制压缩机的接触器，这种电机保护模式不仅可以对低吸气流量或高排气温度下的电机进行保护，而且对三相电流不平衡引起的电机高温也有同样的保护作用。而电机补气冷却方式下电机的保护模式就有所不同了，一般是利用埋在电机绕组中的温度传感器信号作为一个模拟量通过控制器来控制电机冷却支路的供液量、电机的高温报警保护以及保护性切断压缩机的运行。
4 结束语
通过比较可以看出，压缩机的结构对系统的配置有着决定性的作用，系统配置上的差异又直接影响了系统的制冷量和能效比。在当今这个日益关注能源节约的时代，空调系统的能效比已经越来越引起了更广泛的关注，如何在性能和结构上设计更优良的压缩机，如何进行更合理地配置是业内人士共同的使命!
.ecoair点cn/technicaldoc_view.asp?id=15

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这个，长见识。顶下