[设计开发] 螺杆式制冷压缩机新技术应用的进展

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发表于 2012-7-31 09:04 |只看该作者 |正序浏览

1 开启式螺杆式压缩机
近十年来，开启式螺杆式压缩机在结构方面取得了很大改进，概括起来有以下几个方面：

1．1 普遍采用内容积比调节机构。在进行内容积比调节时，设有径向排气孔口的滑阀向左边移动，则排气孔口缩小，此时，滑阀3也必须向左移动，紧靠滑阀1，造成内压缩比增大；反之，则减小。当需要高容积比工作时，高压油路作用，将使内容积比调节阀3推上，排气通道缩小，推迟了压缩气体与排气通道沟通的位置，内容积比提高；调节阀3退下，内容积比减小。

1．2 由于制冷装置采用两级压缩系统，设备费用较高等原因，日本日立制作所，瑞典Stals等公司研制了单机两级螺杆式压缩机，采用电动机直接驱动低压级的阳转子，通过它再驱动高压级阳转子。一般情况下，冷冻冷藏的机器，高、低压级容量比为1：3，也可以1：2，根据工况要求，还可以多种组合。

1．3 开启式螺杆式压缩机向小型化发展趋势明显，这是由于目前小容量制冷装置的单机容量增多，尤其是为了改善部分负荷性能，朝着多机组化发展。为此，如瑞典Stals公司研制微型开启式RV．53 59系列，输气量为245～412m
／h，概括地说，螺杆式压缩机向小型化发展，能克服小机器性能系数低的缺点，主要取决于下面研究成果：

1．3．1 螺杆式压缩机核心部件转子的齿形和阳阴转子齿数比不断地得到了优化，从SRM 对称型线，以至到目前普遍应用的x型线(4+6齿)、Sigma型线(5+7齿)、CF型线(5+6齿)，以及SRM-a、G型线等，这些新型线应用，使得齿间面积增加，在相同转子直径和长度下，增加输气量，并且减少泄漏，提高了输气系数。

1．3．2 改进螺杆式压缩机供油量和油质。通常油随高压气体排出，油经油分离器分离，在油冷却器冷却，再次喷入压缩机时的高压油大约溶解15％以上制冷剂。当压力降低时，制冷剂在油中溶解度减少到2～5％，因而产生大量闪发性气体，导致机器性能降低。目前采取的对策是机器吸气侧轴承润滑油，利用机械密封排出油，而排气侧轴承排出的油直接返回螺杆转子的基元容积中，这样使润滑油的用量控制在较低的范围。另一方面，开发一种高品质的润滑油，机器内的制冷剂在油中溶解量少，产生闪发气体量小，油的粘度高，密封性好，但在低温的蒸发器里，要求油具有较低的粘度。

1．3．3 传统的螺杆式压缩机使用滑动轴承，径向间隙达7～100肿目前采用高质量的滚动轴承，径向间隙仅为0～10肿，这样阳阴转子齿形间隙缩小，降低了接触线上的泄漏，同时又可减少密封作用的喷油量，并且使用滚动轴承时它本身的用油量也减少，国产W—LG16C~螺杆式压缩机，采用瑞典SKF公司的滚动轴承，运转40000 h后，转子轴径部位几乎无磨损。

1．3．4 采用水冷式电动机。它是冷凝器冷却后的部分冷却水通入水冷式电动机水套内对电机进行冷却。试验表明，用风冷却电机，风扇功率也要占总功率的2～3％，因而使用水冷式电动机后，机器效率进一步提高。

1．3．5 在螺杆式气缸的适当位置开设中间补气口，与设置在机组上的经济器相连，组成带经济器的螺杆式制冷压缩机系统，节能效率十分明显，尤其是压比大的运行工况，一般制冷量能增加14～34％，而功率增加仅为8～13％。

2 半封闭式螺杆式压缩机
半封闭式螺杆式压缩机当前推出的产品额定功率一般在10～100 kw ，在使用R134a工质时，其冷凝温度可达到70℃
，使用R404或R507工质时，单级蒸发温度最低可达到一45℃
，因此，由于它在冷凝压力和排气温度很高，尤其在压力差很大的苛刻工况下能安全运行，近几年得到了长足的发展。

2．1 半封闭螺杆式压缩机阳阴转子都采用5：6或5：7齿数，主要提高转子圆周速度和阳阴转子高速旋转时的速度差。两转子使用的轴承采用圆柱止推轴承，可保持阳阴转轴心稳定，从而减少转子啮合间隙，减少泄漏，并且润滑油用量也相应减少，使得容易溶解于油的氟利昂在机器内闪发性气体减少，提高容积效率。

2．2 油分离器设置在螺杆式压缩机体内，省去了机组上有一个油分离器部件，使得机组装置紧凑。压缩机动压差供油是利用排气压力和轴承处压力差实现的，最小压差控制在200～300 kPa，省去了油泵。

2．3 低压低温制冷剂气体进过滤阀，通入电动机，然后再到压缩机吸气孔口，因此，内置电动机可以靠制冷剂气体冷却，电机使用环境得到改善，电机效率大大提高，而且电机具有较大的过载能力，其尺寸也相应缩小。

2．4 由于风冷及热泵机组使用工况较恶劣，在高的
冷凝压力和低的蒸发压力时，排气和润滑油温度或内置电动机温度过高，造成保护装置动作，压缩机停机。因此，在半封闭式螺杆式压缩机上，利用其对液滴不敏感的特点，利用液体制冷剂的喷射冷却降温，图6是德国比泽尔公司在半封闭式螺杆式压缩机上应用实例，其最高限制温度设定在80～100℃
之间，当排气温度传感器传来的信号达到限制温度时，立即打开温控喷液阀2，让液体制冷剂从喷油口5喷入，以降低排气温度。

为了满足较高精度和环境温度调节要求，压缩机多数采用移动滑阀旁通吸入气体方法进行输气量无级或有级调节。对于微型半封闭式螺杆式压缩机应用变频器调节输气量。同时，大多数机器都设置有内容积比可调节机构。

3 全封闭式螺杆式压缩机
由于制造和安装技术要求高，全封闭螺杆式压缩机近几年才得到开发。转子为立式布置。为了提高转速，电机主轴与阴转子直联，整个机器全部采用滚动轴承，以保证阳阴转子获得最小间隙。润滑系统改用排气压差供油，省去油泵，并且用温度传感器采集压缩机排气温度，当排气温度高时，用液体制冷剂和少量油组成混合液喷入压缩腔。输气量调节由微机控制滑阀移动来实现。压缩机内置电动机由排气冷却，不设专门的油分离器，所以排气的高温高压制冷剂气体通过电机和外壳间的通道，经过油分离环12，油排气口1排出，整个机壳充满高压制冷剂气体。目前有单机组的全封闭式螺杆式冷水机组，其制冷量可达186 kW。