螺杆式制冷机

螺杆式压缩机的发展史与现状

螺杆式制冷压缩机分类(螺杆式制冷机组在黄酒企业冷冻系统的应用)

螺杆式压缩机的发展史与现状

螺杆式压缩机是瑞典皇家工学院教授Alf Lysholm于1934年发明的，其初衷是用于柴油机和燃气汽轮机的增压。据有关统计：在3000小时运转期间，活塞机组的故障是螺杆机组的10倍；在12,000小时运转期间，活塞机组的故障是螺杆机组的4倍。螺杆机属于回转式机型，它的振幅是活塞机的1/5，故振动和噪声都比较小。目前，喷油螺杆压缩机已成为空气动力和制冷空调这两个领域的主要机型。在中等容积流量的空气动力装置及中等制冷量的制冷装置中，占据了市场的优势份额。在食品、医药等行业，无油螺杆压缩机更是作为新颖清洁高效的工艺压缩机大显身手、备受推崇。

螺杆压缩机的心脏部件是螺杆转子，转子型线的先进性又决定着整机的性能优劣，对加工精度和表面热处理的要求都很高。能否加工出最先进的型线已成为衡量一个机加工企业经济实力、技术实力的标志。目前转子型线已发展到第三代——不对称型线，主要有德国的GHH型线、日本的日立型线和瑞典的Atlas copco SAP型线，采用5对6非对称齿形。螺杆的加工设备和测量检测设备基本依赖国外进口，主要有英国HOLROYD加工中心、德国MAUSER、意大利DEA、英国IMS的三坐标测量系统，但价格都非常昂贵，动辄几千万元，一般企业无力承受购买和日常维护，所以国内一些制冷机组生产企业在生产或供货时会有两种选择：一是“拿来主义”，即压缩机或机头部件直接从国外专业的生产厂家采购，目前国际上比较优质的压缩机品牌有德国的比泽尔（BITZER）、格拉索、意大利莱富康（REFCOMP）、富士豪、考玛（COMA）、台湾汉钟（HANBELL）、复盛、日本的日立、大金、三菱重工、神钢、美国富利克（FRICK）、瑞典阿特拉斯科普柯（Atlas copco）；蒸发器、冷凝器、除油器等在国内配套加工，外加一些进口的电气控制元器件（像工业可编程控制器PLC、可编程终端触摸屏、过滤器、热力膨胀阀等）完成组装出厂。这类企业有：南京五洲制冷集团公司（原南京冷冻机总厂，简称南冷）、约克中国（广州、无锡空调冷冻设备有限公司）、浙江联丰制冷机有限公司（简称联丰）等。二是“自力更生”，即除电气控制元器件外，机头部件和蒸发器、冷凝器都是由自己加工生产的，其企业规模一般比较大，铸造、加工和检测设备全部进口。这类企业有：大连冷冻机股份有限公司（原大连冷冻机厂，简称大冷）、武汉新世界制冷工业有限公司（原武汉冷冻机厂，简称武冷）、烟台冰轮股份有限公司（简称烟冷），因为没有关税等成本附加，在整机价格上会相对便宜些。

为了确保压缩机的正常和安全可靠运行，需要确保机组中其他组件包括冷凝器、蒸发器、节流或膨胀阀工作的正常，也需要一系列控制元器件对压缩机运行中的温度、压力参数进行即时检测反馈，由工业可编程控制器统一协调整机的正常工作，这些自动保护功能必须包括高低压保护、油位保护、排气过热保护、电机过热过电流保护、缺相、逆相保护、断水保护、防冻保护等，以便在系统出现异常的情况下能自动停机，锁定故障，显示报警/警告信息，并发出报警信号。

制冷机组一般都属于大功率耗电设备，运行过程中对其节能要求显得非常重要，要求机组可根据外部负载变化自动调整运行状态，确保机组在最佳负荷下运行。同时机组必须具有部分负荷性能，即能在较低的负荷以及冷却塔水温较低时有效运行，实现无级调节，能量调节范围自然越宽越好。在制冷系统设计中还常常通过采用经济节能器，使部分制冷剂液体经过中间冷却，提高过冷度，从而提高单位工质制冷能力。在衡量机组动力经济性方面，单位输入功率制冷量是一个重要参数，精良设备可达到4.5W/W以上，也称作能效比或性能系数，用COP（Coefficient of performance）来表示。

友好的人机界面也是制造精良的制冷机组必不可少的组成部分。一般要求采用工业级可编程控制器+触摸屏操作的全中文界面，这种组合模式简便易懂，抗干扰能力强，自动化程度高。操作人员可以根据生产实际需求，自由进行参数设定变更，并具备“运行状态显示”、“故障原因显示”、“累计运行时间显示”等多项功能，提供的数据信息完善详细，便于历史查询和维修保养。

螺杆式制冷压缩机分类

螺杆式制冷压缩机都采用喷油润滑的方式进行，按压缩机与电动机联结的方式不同，分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。

开启式机组：压缩机通过联轴器与电动机相联，要求在压缩机伸出轴上加装可靠的轴封，以防制冷剂和润滑油泄漏。

半封闭式机组：电动机与压缩机做为一体，中间用法兰联接，能有效防止制冷剂和润滑油的泄漏，并采用制冷剂冷却电动机，消除了开启式机组中电动机冷却风扇的噪声。

全封闭式机组：把电动机与压缩机封闭在一个容器内，彻底消除了制冷剂和润滑油的泄漏，噪声为最低。目前该制冷压缩机在标准工况下（蒸发温度：-15℃，冷凝温度：30℃）制冷量范围已经超过3500KW。

全封闭式螺杆压缩机组主要适用于写字楼、运输工具、图书馆、商厦、医院、民用住宅、宾馆等对噪声特别敏感场所的独立空调或中央空调系统内。开启式与半封闭式机组在工矿企业、人防工程运用较多。

两种形式压缩机组的比较

1.开启式机组 优点：

(1) 压缩机与电动机相对分离，对电动机没有特殊的要求，故压缩机的适用范围较广。

(2) 同一台压缩机，可适应不同制冷剂，除了采用卤代烃制冷剂外，通过更改部分零件的材质，还可采用氨作制冷剂。

(3) 可根据不同的制冷剂和使用工况条件，配用不同容量的电动机。

(4) 单机头机组制冷量可达200万大卡以上。

(5) 成本较低，价格较便宜。

缺点：

(1) 需要轴封封住制冷剂和润滑油泄漏的通道，这也是用户经常维护的重点。JB/T6906-93 螺杆式单级制冷压缩机标准中对渗油量规定：开启式机组运行时的轴封处渗油量应不大于3ml/h。由于氟利昂和冷冻油是互溶的，故在使用过程中氟利昂与冷冻油的同步泄漏无法避免，尤其在运行满1000小时以后，由于轴封的磨损，会加剧氟利昂与冷冻油的泄漏，加大维修和运行费用，影响正常使用。

(2) 配套的电动机高速旋转，冷却风扇形成的气流噪声大，压缩机本身噪声也比较大，开启式机组一般噪声在90dB(A)以上，导致噪声污染环境。

(3) 需要配置单独的油分离器和油冷却器等复杂的油系统部件，导致机组体积庞大，使用维护不便，且重量和占地面积都大。

(4) 效率低，由于需要用外置电动机驱动油泵及配用普通低效率电机，空调名义工况能效比一般不超过4.0。

2. 半封闭式机组 优点：

(1) 由于采用半封闭式方式，电动机与压缩机一体化设计，故噪声低、振动小，不存在开启式机组的氟利昂和润滑油的泄漏等问题，减少了用户的维护和管理成本，不会因泄漏而影响用户的正常使用。

(2) 由于采用半封闭式方式，电动机与压缩机合为一体，加上内置分油消音器，大大地降低了运行噪声，同等冷量开启式与半封闭式噪声差别约为15 dB(A)。

(3) 由于内置油分离器采用内压差供油方式，无需配外置电动机驱动油泵，提高了运行的能效比，空调名义工况下能效比一般大于4.5。

(4) 对要求较高的场合，可采用双机头或三机头型式，各制冷系统相对独立，一旦某系统出现故障，其他系统可以正常工作，不会对生产和环境造成太大影响。

缺点：

(1) 目前国内所采用半封闭式螺杆压缩机大部分为国外原装进口，价格较高。

(2) 由于采用耐氟利昂、耐润滑油和耐高温特种电机，增加了压缩机的材料成本，故同档次半封闭式压缩机价格高于开启式压缩机。

(3) 单机容量较小，单机头容量一般不超过150万大卡。

螺杆式制冷机组在黄酒企业冷冻系统的应用

古越龙山绍兴酒多年来位居行业龙头，不仅得益于其独特的地理、气候优势，也与其一直坚持实事求是、敢为人先的科学发展观、敢于不断借鉴引进先进工艺、设备为我所用，使企业装备水平始终引领行业之先密切相关。

自从黄酒生产机械化新工艺进入行业以来，大罐发酵品温控制、勾兑澄清、冷冻除浊过滤工艺都离不开制冷空调设备。从某种角度上讲，制冷设备的变迁也是企业不断发展壮大的一个缩影。

古越龙山在2000年以前的项目建设中，控制黄酒发酵品温的设备主要是采用活塞式氨制冷机组，以液态氨为制冷剂，氯化钙溶液为载冷剂。活塞式制冷机设备占地面积大、噪声大、润滑油泄漏严重，作业环境油水混杂、油气弥漫致使工作环境恶劣；零配件多，故障率高，维修量大，液氨微量泄漏无法完全避免，只要稍靠近冷冻机房，就能闻到一股刺鼻的氨气味，空气污染严重；液氨易燃易爆被列为危险化学品，冷冻房则被理所当然划归为危险源工作场所，操作工基本为男性。

2003年在对纯生黄酒项目的设计中，首次引入螺杆式半封闭氟利昂制冷机组，以R22/ R134a卤代烃为制冷剂，丙烯乙二醇为蒸发载冷剂。投入使用后，机组噪声小，无润滑油（冷冻油）滴漏， PLC控制简便、高效，零件数只是活塞机组的1/10，故障率低，工作环境洁净，面貌焕然一新，普通女职工稍加指导培训，即可操作上岗，彻底改变了人们一直对冷冻机房工作的认识。2004年在对二分厂味淋车间的搬迁改造中，半封闭螺杆制冷机组成为不二的选择。在原基础上又试用了双机头机组，并且对不同制冷温度要求的用冷点采用中低温丙烯乙二醇机组（盐水机组）和以水为载冷剂的冷水机组相结合，可以分别提供输出（－10℃～－5℃）和（4℃～6℃）的载冷剂满足糖化、发酵、煎酒工序对温控的需求。