螺桿式制冷機

螺桿式壓縮機是瑞典皇家工學院教授Alf Lysholm於1934年發明的，其初衷是用於柴油機和燃氣汽輪機的增壓。

基本介紹

• 中文名：螺桿式制冷機
• 發明者：Alf Lysholm
• 發明時間：1934年

螺桿式壓縮機的發展史與現狀

據有關統計：在3000小時運轉期間，活塞機組的故障是螺桿機組的10倍；在12,000小時運轉期間，活塞機組的故障是螺桿機組的4倍。螺桿機屬於迴轉式機型，它的振幅是活塞機的1/5，故振動和噪聲都比較小。目前，噴油螺桿壓縮機已成為空氣動力和製冷空調這兩個領域的主要機型。在中等容積流量的空氣動力裝置及中等製冷量的製冷裝置中，占據了市場的優勢份額。在食品、醫藥等行業，無油螺桿壓縮機更是作為新穎清潔高效的工藝壓縮機大顯身手、備受推崇。

螺桿壓縮機的心臟部件是螺桿轉子，轉子型線的先進性又決定著整機的性能優劣，對加工精度和表面熱處理的要求都很高。能否加工出最先進的型線已成為衡量一個機加工企業經濟實力、技術實力的標誌。目前轉子型線已發展到第三代——不對稱型線，主要有德國的GHH型線、日本的日立型線和瑞典的Atlas copco SAP型線，採用5對6非對稱齒形。螺桿的加工設備和測量檢測設備基本依賴國外進口，主要有英國HOLROYD加工中心、德國MAUSER、義大利DEA、英國IMS的三坐標測量系統，但價格都非常昂貴，動輒幾千萬元，一般企業無力承受購買和日常維護，所以國內一些制冷機組生產企業在生產或供貨時會有兩種選擇：一是“拿來主義”，即壓縮機或機頭部件直接從國外專業的生產廠家採購，目前國際上比較優質的壓縮機品牌有德國的比澤爾（BITZER）、格拉索、義大利萊富康（REFCOMP）、富士豪、考瑪（COMA）、台灣漢鐘（HANBELL）、復盛、日本的日立、大金、三菱重工、神鋼、美國富利克（FRICK）、瑞典阿特拉斯·科普柯（Atlas copco）；蒸發器、冷凝器、除油器等在國內配套加工，外加一些進口的電氣控制元器件（像工業可程式控制器PLC、可程式終端觸控螢幕、過濾器、熱力膨脹閥等）完成組裝出廠。這類企業有：南京五洲製冷集團公司（原南京冷凍機總廠，簡稱南冷）、約克中國（廣州、無錫空調冷凍設備有限公司）、浙江聯豐制冷機有限公司（簡稱聯豐）等。二是“自力更生”，即除電氣控制元器件外，機頭部件和蒸發器、冷凝器都是由自己加工生產的，其企業規模一般比較大，鑄造、加工和檢測設備全部進口。這類企業有：大連冷凍機股份有限公司（原大連冷凍機廠，簡稱大冷）、武漢新世界製冷工業有限公司（原武漢冷凍機廠，簡稱武冷）、煙臺冰輪股份有限公司（簡稱煙冷），因為沒有關稅等成本附加，在整機價格上會相對便宜些。

為了確保壓縮機的正常和安全可靠運行，需要確保機組中其他組件包括冷凝器、蒸發器、節流或膨脹閥工作的正常，也需要一系列控制元器件對壓縮機運行中的溫度、壓力參數進行即時檢測反饋，由工業可程式控制器統一協調整機的正常工作，這些自動保護功能必須包括高低壓保護、油位保護、排氣過熱保護、電機過熱過電流保護、缺相、逆相保護、斷水保護、防凍保護等，以便在系統出現異常的情況下能自動停機，鎖定故障，顯示報警/警告信息，並發出報警信號。

制冷機組一般都屬於大功率耗電設備，運行過程中對其節能要求顯得非常重要，要求機組可根據外部負載變化自動調整運行狀態，確保機組在最佳負荷下運行。同時機組必須具有部分負荷性能，即能在較低的負荷以及冷卻塔水溫較低時有效運行，實現無級調節，能量調節範圍自然越寬越好。在製冷系統設計中還常常通過採用經濟節能器，使部分製冷劑液體經過中間冷卻，提高過冷度，從而提高單位工質製冷能力。在衡量機組動力經濟性方面，單位輸入功率製冷量是一個重要參數，精良設備可達到4.5W/W以上，也稱作能效比或性能係數，用COP（Coefficient of performance）來表示。

友好的人機界面也是製造精良的制冷機組必不可少的組成部分。一般要求採用工業級可程式控制器+觸控螢幕操作的全中文界面，這種組合模式簡便易懂，抗干擾能力強，自動化程度高。操作人員可以根據生產實際需求，自由進行參數設定變更，並具備“運行狀態顯示”、“故障原因顯示”、“累計運行時間顯示”等多項功能，提供的數據信息完善詳細，便於歷史查詢和維修保養。

螺桿式製冷壓縮機分類

螺桿式製冷壓縮機都採用噴油潤滑的方式進行，按壓縮機與電動機聯結的方式不同，分為開啟式、半封閉式和全封閉式三種。

開啟式機組：壓縮機通過聯軸器與電動機相聯，要求在壓縮機伸出軸上加裝可靠的軸封，以防製冷劑和潤滑油泄漏。

半封閉式機組：電動機與壓縮機做為一體，中間用法蘭聯接，能有效防止製冷劑和潤滑油的泄漏，並採用製冷劑冷卻電動機，消除了開啟式機組中電動機冷卻風扇的噪聲。

全封閉式機組：把電動機與壓縮機封閉在一個容器內，徹底消除了製冷劑和潤滑油的泄漏，噪聲為最低。目前該製冷壓縮機在標準工況下（蒸發溫度：-15℃，冷凝溫度：30℃）製冷量範圍已經超過3500KW。

全封閉式螺桿壓縮機組主要適用於寫字樓、運輸工具、圖書館、商廈、醫院、民用住宅、賓館等對噪聲特別敏感場所的獨立空調或中央空調系統內。開啟式與半封閉式機組在工礦企業、人防工程運用較多。

兩種形式壓縮機組的比較

1.開啟式機組

優點：

(1) 壓縮機與電動機相對分離，對電動機沒有特殊的要求，故壓縮機的適用範圍較廣。

(2) 同一台壓縮機，可適應不同製冷劑，除了採用鹵代烴製冷劑外，通過更改部分零件的材質，還可採用氨作製冷劑。

(3) 可根據不同的製冷劑和使用工況條件，配用不同容量的電動機。

(4) 單機頭機組製冷量可達200萬大卡以上。

(5) 成本較低，價格較便宜。

缺點：

(1) 需要軸封封住製冷劑和潤滑油泄漏的通道，這也是用戶經常維護的重點。JB/T6906-93 螺桿式單級製冷壓縮機標準中對滲油量規定：開啟式機組運行時的軸封處滲油量應不大於3ml/h。由於氟利昂和冷凍油是互溶的，故在使用過程中氟利昂與冷凍油的同步泄漏無法避免，尤其在運行滿1000小時以後，由於軸封的磨損，會加劇氟利昂與冷凍油的泄漏，加大維修和運行費用，影響正常使用。

(2) 配套的電動機高速旋轉，冷卻風扇形成的氣流噪聲大，壓縮機本身噪聲也比較大，開啟式機組一般噪聲在90dB(A)以上，導致噪聲污染環境。

(3) 需要配置單獨的油分離器和油冷卻器等複雜的油系統部件，導致機組體積龐大，使用維護不便，且重量和占地面積都大。

(4) 效率低，由於需要用外置電動機驅動油泵及配用普通低效率電機，空調名義工況能效比一般不超過4.0。

2. 半封閉式機組

優點：

(1) 由於採用半封閉式方式，電動機與壓縮機一體化設計，故噪聲低、振動小，不存在開啟式機組的氟利昂和潤滑油的泄漏等問題，減少了用戶的維護和管理成本，不會因泄漏而影響用戶的正常使用。

(2) 由於採用半封閉式方式，電動機與壓縮機合為一體，加上內置分油消音器，大大地降低了運行噪聲，同等冷量開啟式與半封閉式噪聲差別約為15 dB(A)。

(3) 由於內置油分離器採用內壓差供油方式，無需配外置電動機驅動油泵，提高了運行的能效比，空調名義工況下能效比一般大於4.5。

(4) 對要求較高的場合，可採用雙機頭或三機頭型式，各製冷系統相對獨立，一旦某系統出現故障，其他系統可以正常工作，不會對生產和環境造成太大影響。

缺點：

(1) 目前國內所採用半封閉式螺桿壓縮機大部分為國外原裝進口，價格較高。

(2) 由於採用耐氟利昂、耐潤滑油和耐高溫特種電機，增加了壓縮機的材料成本，故同檔次半封閉式壓縮機價格高於開啟式壓縮機。

(3) 單機容量較小，單機頭容量一般不超過150萬大卡。

螺桿式制冷機組在黃酒企業冷凍系統的套用

古越龍山紹興酒多年來位居行業龍頭，不僅得益於其獨特的地理、氣候優勢，也與其一直堅持實事求是、敢為人先的科學發展觀、敢於不斷借鑑引進先進工藝、設備為我所用，使企業裝備水平始終引領行業之先密切相關。

自從黃酒生產機械化新工藝進入行業以來，大罐發酵品溫控制、勾兌澄清、冷凍除濁過濾工藝都離不開製冷空調設備。從某種角度上講，製冷設備的變遷也是企業不斷發展壯大的一個縮影。

古越龍山在2000年以前的項目建設中，控制黃酒發酵品溫的設備主要是採用活塞式氨制冷機組，以液態氨為製冷劑，氯化鈣溶液為載冷劑。活塞式制冷機設備占地面積大、噪聲大、潤滑油泄漏嚴重，作業環境油水混雜、油氣瀰漫致使工作環境惡劣；零配件多，故障率高，維修量大，液氨微量泄漏無法完全避免，只要稍靠近冷凍機房，就能聞到一股刺鼻的氨氣味，空氣污染嚴重；液氨易燃易爆被列為危險化學品，冷凍房則被理所當然劃歸為危險源工作場所，操作工基本為男性。

2003年在對純生黃酒項目的設計中，首次引入螺桿式半封閉氟利昂制冷機組，以R22/ R134a鹵代烴為製冷劑，丙烯乙二醇為蒸發載冷劑。投入使用後，機組噪聲小，無潤滑油（冷凍油）滴漏， PLC控制簡便、高效，零件數只是活塞機組的1/10，故障率低，工作環境潔淨，面貌煥然一新，普通女職工稍加指導培訓，即可操作上崗，徹底改變了人們一直對冷凍機房工作的認識。2004年在對二分廠味淋車間的搬遷改造中，半封閉螺桿制冷機組成為不二的選擇。在原基礎上又試用了雙機頭機組，並且對不同製冷溫度要求的用冷點採用中低溫丙烯乙二醇機組（鹽水機組）和以水為載冷劑的冷水機組相結合，可以分別提供輸出（－10℃～－5℃）和（4℃～6℃）的載冷劑滿足糖化、發酵、煎酒工序對溫控的需求。