非對稱容積控制技術(shù)應(yīng)用于單螺桿制冷壓縮機(jī)的試驗(yàn)研究

陳清

（麥克維爾空調(diào)制冷（蘇州）有限公司，江蘇蘇州215126）

非對稱容積控制技術(shù)應(yīng)用于單螺桿制冷壓縮機(jī)的試驗(yàn)研究

陳清*

（麥克維爾空調(diào)制冷（蘇州）有限公司，江蘇蘇州215126）

單螺桿式壓縮機(jī)由一個主轉(zhuǎn)子及兩側(cè)與其相嚙合的星輪片組成。這種結(jié)構(gòu)布置形成了兩個獨(dú)立的壓縮過程，各提供50%的排氣量。目前設(shè)計(jì)的單螺桿式壓縮機(jī)大多采用兩個星輪對稱容積調(diào)節(jié)控制，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載25%～100%無級調(diào)節(jié)。本文對非對稱式容積控制技術(shù)在單螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)用進(jìn)行闡述,通過采用兩個星輪獨(dú)立控制的方法可以實(shí)現(xiàn)更高的部分負(fù)荷能效。

單螺桿壓縮機(jī)；容積控制；滑閥

0 引言

單螺桿式壓縮機(jī)由一個主轉(zhuǎn)子及兩側(cè)與其相嚙合的星輪片組成[1]。這種結(jié)構(gòu)布置形成了兩個獨(dú)立的壓縮過程[2-3]，各提供50%的排氣量。目前設(shè)計(jì)的單螺桿式壓縮機(jī)大都采用兩個星輪對稱容積調(diào)節(jié)控制[4]，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載25%～100%無級調(diào)節(jié)。本文對非對稱式容積控制技術(shù)在單螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)用進(jìn)行闡述，實(shí)現(xiàn)在兩個星輪獨(dú)立控制以實(shí)現(xiàn)更高的部分負(fù)荷能效。

1 簡介

近幾年來，在制冷空調(diào)應(yīng)用領(lǐng)域，螺桿式壓縮機(jī)已日漸普及[5]。由于可靠性高、體型小、重量輕，在同等制冷能力下，螺桿壓縮機(jī)成為制冷機(jī)組的理想配備?，F(xiàn)如今，環(huán)境問題已是當(dāng)今社會的主要問題，開發(fā)更加高效節(jié)能的制冷機(jī)組也變得尤為重要。

本文將具體闡述的螺桿壓縮機(jī)為單螺桿式壓縮機(jī)，由一個主轉(zhuǎn)子及兩個與其相嚙合的星輪片組成（圖1）[6]。

圖1 單螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)

對稱式容積控制技術(shù)：容積控制滑閥由一個連接支撐連接，壓縮機(jī)由增減載電磁閥控制高壓供油及泄油，油路通過活塞及連接支撐同時控制兩個滑閥的運(yùn)動（見圖2、圖3）。

圖2 傳統(tǒng)單螺桿制冷壓縮機(jī)對稱式容積控制結(jié)構(gòu)圖

圖3 對稱式容積控制原理圖

非對稱容積控制技術(shù)：壓縮機(jī)兩個星輪由兩個不同的滑閥控制，一側(cè)為無級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥控制（圖4、圖5），由無級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥（圖6）實(shí)現(xiàn)；一側(cè)為有級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥控制（圖7），由有級調(diào)節(jié)滑閥（圖8）實(shí)現(xiàn)。

圖4 單螺桿制冷壓縮機(jī)非對稱式容積控制結(jié)構(gòu)圖

圖5 無級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥控制方式

圖6 無級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥

圖7 有級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥控制方式

圖8 有級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥

當(dāng)壓縮機(jī)處于15%～50%負(fù)荷時，無級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥處于工作位置，運(yùn)動實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)，有級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥處于0位；但壓縮機(jī)處于50%～100%負(fù)荷時，無級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥處于工作位置，運(yùn)動實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)，有級調(diào)節(jié)側(cè)滑閥處于滿負(fù)荷位。壓縮機(jī)增減載滑閥運(yùn)動示意圖見圖9。

圖9 壓縮機(jī)增減載滑閥調(diào)節(jié)示意圖

對于此單螺桿式壓縮機(jī)，兩個星輪片同時掃過主轉(zhuǎn)子凹槽即兩個壓縮過程同時發(fā)生，而每個壓縮過程使用獨(dú)立的增減載滑閥。正是這一特殊設(shè)計(jì)使得以高部分負(fù)荷效率為需求的新一代單螺桿式壓縮機(jī)得到發(fā)展[7]。

如前所述，制冷機(jī)組的更高效率運(yùn)行變得愈加重要。在過去，不斷有滿載時能高效運(yùn)行的機(jī)組被生產(chǎn)出來，但絕大部分時間里，機(jī)組只運(yùn)行在25%～75%負(fù)荷狀態(tài)下[8]。

目前更多的用戶將綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)（IPLV）作為產(chǎn)品能效衡量依據(jù)，其依據(jù)不同部分負(fù)荷下的運(yùn)行效率進(jìn)行加權(quán)計(jì)算從而得出總體的運(yùn)行效率。在IPLV考量依據(jù)中，50%及75%負(fù)荷被賦予更高的權(quán)重[9]。這就使壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)過程中去追求更高的部分符合能效。非對稱容積控制技術(shù)能夠很好的提高目前單螺桿式壓縮機(jī)的部分負(fù)荷能效[10]。

2 試驗(yàn)研究

2.1 對稱式容積控制及非對稱式容積控制壓縮機(jī)實(shí)測效率對比

2.1.1 測試方法

取內(nèi)容積比為3.0的對稱式容積控制壓縮機(jī)，在蒸發(fā)溫度1.7 ℃；冷凝溫度51.7 ℃；過冷度5 ℃；過熱度5 ℃的工況下，測試在100%、75%、50%及25%負(fù)荷時的性能參數(shù)。

取內(nèi)容積比為3.0的非對稱式容積控制壓縮機(jī)，在相同工況下測試在100%、75%、62.5%、50%、25%及12.5%負(fù)荷時的性能參數(shù)。

2.1.2 試驗(yàn)實(shí)施

取兩臺壓縮機(jī)樣機(jī)在經(jīng)國家壓縮機(jī)制冷設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心認(rèn)可的測試站臺進(jìn)行測試，取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。實(shí)測結(jié)果見表1。

表1 實(shí)測結(jié)果

2.1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對比

非對稱式容積控制與對稱式容積控制對比，滿負(fù)荷COP相同；50%負(fù)荷時非對稱式容積控制比對稱式容積控制效率高24%；75%負(fù)荷時非對稱式容積控制比對稱式容積控制效率高4%（見圖8）。

圖8 對稱式容積控制與非對稱式容積控制的效率對比

2.1.4 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

以200RT分冷機(jī)組為例，采用對稱式容積控制技術(shù)的IPLV為3.3；采用對稱式容積控制技術(shù)的IPLV可達(dá)3.7。以全年運(yùn)行245天，每天8h計(jì)算，則全年可省電：200×3.517/3.3×8×245-200× 3.517/3.7×8×245=55,146 kW·h。年經(jīng)濟(jì)效益在5萬元以上。

3 結(jié)論

1) 采用非對稱容積控制技術(shù)可提高壓縮機(jī)COP：在50%負(fù)荷時提高24%；在75%負(fù)荷時提高4%。

2) 采用非對稱容積控制技術(shù)壓縮機(jī)的機(jī)組IPLV可有效提高12%，以200RT機(jī)組為例，年節(jié)約電費(fèi)5萬元以上。

3) 目前設(shè)計(jì)排氣量范圍為(400～1,200) m3/h (50 Hz)的單螺桿式壓縮機(jī)已廣泛運(yùn)用于中國市場風(fēng)冷機(jī)組并已得到很大的認(rèn)可。

[1] Zimmern B. Rotary injection worm and worm wheel with specific tooth type：USA, 3932077[P]. 1976-01-13.

[2] 孫光三. 單螺桿壓縮機(jī)主要幾何關(guān)系的研究[J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報, 1981, 15(5): 21-31.

[3] 鄧祖榮. 單級螺桿壓縮機(jī)在低溫制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制冷技術(shù), 2001, 21(2): 27-29.

[4] 郁永章. 容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000: 661-684.

[5] 荊華乾, 高恩元, 于志慧, 等. 2014 年度中國制冷行業(yè)發(fā)展分析報告[J]. 制冷技術(shù), 2015, 35(S1): 1-82.

[6] ZIMMERN B, GANSHYAM C. Design and operating characteristics of the Zimmern single screw compressor [C]// Compressor Technology Conference. Indiana, USA: Printing Service (Marti Hatke-Oteham), Purdue University, 1972: 96-99.

[7] 查世梁, 查謙, 方宜榮. 單螺桿壓縮機(jī)的現(xiàn)狀[J]. 壓縮機(jī)技術(shù), 1994, 126(4): 47-48.

[8] 鄧祖榮. 單級螺桿壓縮機(jī)在低溫制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制冷技術(shù), 2001, 21(2): 27-29.

[9] AHRI 550/590-2001 Performance rating of waterchilling and heat pump water-heating packages using the vapor compression cycle[S].

[10] 丁國良, 吳靜怡, 連之偉, 等. 提高冷水機(jī)組能效的技術(shù)措施[J]. 制冷技術(shù), 2005, 25(2): 21-25, 33.

Experimental Investigation on Application of Asymmetric Volume Control Technology in Single Screw Refrigeration Compressor

CHEN Qing*
(McQuay Air Conditioning & Refrigeration (Suzhou) Co. Ltd., Suzhou, Jiangsu 215126, China)

Single screw compressor is composed of one screw rotor and two gate rotors which are joggled on the two sides of the screw rotor. This structure has two separate compression processes, and each one provides 50% of the volume. Currently most of the designed single screw compressors adopt two gate rotors for the symmetric volume adjustment, which realizing the stepless adjustment of the load from 25% to 100%. The asymmetric volume control technology used for the single screw compressor was introduced, and the higher part load efficiency can be obtained by adopting the method of separately controlling the two gate rotors.

Single screw refrigeration compressor; Capacity control; Slide valve

10.3969/j.issn.2095-4468.2015.06.104

*陳清（1966-），男，高級工程師，學(xué)士。研究方向：單螺桿制冷壓縮機(jī)、離心式制冷制冷壓縮機(jī)。聯(lián)系地址：江蘇省蘇州市長陽街116號麥克維爾。郵編：215126。聯(lián)系電話：18013539039。E-mail：13913120748@139.com。