內(nèi)容積比調(diào)節(jié)技術(shù)對螺桿制冷壓縮機功率影響的試驗分析

楊 明(大連冷凍機股份有限公司，遼寧 大連 116033)

內(nèi)容積比調(diào)節(jié)技術(shù)對螺桿制冷壓縮機功率影響的試驗分析

楊 明
(大連冷凍機股份有限公司，遼寧 大連 116033)

通過試驗分析并結(jié)合相關(guān)理論，闡述了內(nèi)容積比調(diào)節(jié)技術(shù)在螺桿制冷壓縮機運行中起到的節(jié)能作用。

螺桿制冷壓縮機；內(nèi)容積比；試驗；節(jié)能

在能源和環(huán)境問題日益突出的今天，我國將節(jié)能減排要求提升到了國家戰(zhàn)略層面。制冷設(shè)備作為當(dāng)今社會耗能大戶，其節(jié)能技術(shù)成為熱點問題。作為螺桿制冷壓縮機的節(jié)能手段，內(nèi)容積比調(diào)節(jié)技術(shù)受到重視，并在實際應(yīng)用中取得了很好的節(jié)能效果。

1 基本概念

為理解內(nèi)容積比調(diào)節(jié)技術(shù)，需要了解一些相關(guān)概念[1]。

1.1 內(nèi)容積比εv

式中，Vi為齒間容積與排氣孔口相連通時的容積值，即壓縮過程結(jié)束時的容積值；Vo為齒間容積與吸氣孔口斷開瞬間時的容積值，即吸氣過程結(jié)束時的容積值。

1.2 內(nèi)壓比εi

式中，Pi為齒間容積與排氣孔口相連通時，該容積內(nèi)的氣體壓力，即內(nèi)壓縮終了壓力；Ps為齒間容積與吸氣孔口斷開瞬時，其內(nèi)之氣體壓力，即吸氣終了壓力；對于理想氣體，則存在如下計算關(guān)系：

式中，k為氣體的等熵指數(shù)，即cp/cv。

在壓縮機的實際運行過程中，考慮到壓縮機的運行方式和結(jié)構(gòu)間隙等因素，為了獲得更準(zhǔn)確的內(nèi)壓比，氣體的等熵指數(shù)k使用多方過程指數(shù)m來替代，即：

1.3 外壓比ε

式中，pk為系統(tǒng)的冷凝壓力；po為系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力，po≈ps。

2 試 驗

2.1 試驗條件

本次試驗使用的是VLGA193D內(nèi)容積可調(diào)螺桿式制冷壓縮機，使用的制冷工質(zhì)是R717，該壓縮機的理論輸氣量為1237 m3/h，配用主電機為185 kW。內(nèi)容積比調(diào)節(jié)采用油缸拖動內(nèi)容積比滑閥的方式，其調(diào)節(jié)范圍是2.5～5。多方指數(shù)由運行方式、結(jié)構(gòu)間隙等因素決定，此機型按經(jīng)驗選取1.15。由直線位移傳感器將內(nèi)容積比滑閥位置反饋給控制臺的PLC，PLC結(jié)合運行條件，計算出內(nèi)容比、內(nèi)壓比數(shù)值并顯示在控制臺面板上。為了便于比較同一工況不同內(nèi)容積比的能耗情況，將壓縮機的負(fù)載設(shè)定為滿負(fù)荷，壓縮機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，此時壓縮機的制冷量基本相同，功率即能反映壓縮機的能耗狀況。試驗的工況條件：蒸發(fā)溫度為-10℃，冷凝溫度為+35℃。

2.2 試驗數(shù)據(jù)

功率—內(nèi)壓比關(guān)系如圖1。

圖1 功率—內(nèi)壓比曲線

3 試驗分析

由圖1可知當(dāng)內(nèi)壓比低于4.6時，功率隨著內(nèi)壓比的增加而減少，當(dāng)內(nèi)壓比高于4.6時，功率隨著內(nèi)壓比的增加而增加。在此工況下，蒸發(fā)壓力為po=0.291MPa(A)，冷凝壓力為pk=1.35 MPa(A)，所以系統(tǒng)的外壓比為ε=1.35/0.291=4.64，可見當(dāng)內(nèi)、外壓比相同時，功率最低。

圖2為各種內(nèi)、外壓比情況下螺桿制冷壓縮機壓縮過程p-V曲線[2]。

圖2 螺桿制冷壓縮機壓縮過程p-V曲線

如圖2a)，pi>pk，即εi>ε，基元容積的壓縮終了壓力pi已經(jīng)高于冷凝壓力pk時，才與排氣口相通，進入排氣過程?；莘e中產(chǎn)生突然的等容膨脹過程，多消耗的壓縮功為圖中陰影面積。

如圖2b)，pi

如圖2c)，pi=pk，即εi=ε，基元容積的壓縮終了排氣壓力pi等于排氣管道中的壓力pk，只有在這種情況下，壓縮機無額外消耗，功率最低。

4 解決方法

4.1 內(nèi)容積比不可調(diào)壓縮機

為了解決內(nèi)、外壓比不匹配問題，對于內(nèi)容積比不可調(diào)壓縮機通常會設(shè)置多個長度不同的滑閥。將常用的壓比范圍分成幾個區(qū)間，每個區(qū)間對應(yīng)某一長度的滑閥，使得內(nèi)、外壓比差別不至于過大，從而減少由于內(nèi)外壓比不協(xié)調(diào)所帶來的功率損失。如表1為某壓縮機的滑閥配置，在壓縮機選型時，根據(jù)制冷系統(tǒng)主要運行工況對應(yīng)外壓比，選擇適合的滑閥，從而達到降低功率的目的。

表1 某壓縮機的滑閥配置

4.2 內(nèi)容積比可調(diào)壓縮機

對于內(nèi)容積比可調(diào)的壓縮機，通常將滑閥分成兩個部分，分別由油缸驅(qū)動。通過連續(xù)調(diào)整與轉(zhuǎn)子配合的滑閥長度，實現(xiàn)內(nèi)容積比的無級調(diào)節(jié)，實時滿足內(nèi)、外壓比相等要求，使壓縮機在最小功率下運行。

5 結(jié) 論

對于工況穩(wěn)定的制冷系統(tǒng)，可采用適合的滑閥，使內(nèi)、外壓比接近甚至一致，從而減少因過壓縮和欠壓縮產(chǎn)生的消耗，使系統(tǒng)節(jié)能。對于工況經(jīng)常變動的系統(tǒng)，比如進出貨量較大且頻繁的食品冷凍冷藏庫，冷卻頻繁投料的反應(yīng)釜，其蒸發(fā)溫度經(jīng)常大幅波動，造成外壓比頻繁波動，當(dāng)使用內(nèi)容積比不可調(diào)的壓縮機，內(nèi)壓比無法與外壓比同步變化，壓縮機較長時間處于過壓縮或欠壓縮狀態(tài)，造成能耗過高。為了節(jié)約能源，在這樣的變工況條件應(yīng)推廣使用內(nèi)壓比可調(diào)壓縮機。

[1] 邢子文. 螺桿壓縮機—理論、設(shè)計及應(yīng)用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000: 94-95.

[2] 尉遲斌. 實用制冷與空調(diào)工程手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003: 134.

Test Analysis of Volume Ratio Adjusting for the Power of
Screw Refrigeration Compressor

YANG Ming

(Dalian Refrigeration Co., Ltd., Dalian 116033, China)

This article elaborates the effect of volume ratio adjusting in the aspect of saving power for screw refrigeration compressor, by analyzing the test and combining the relevant theories.

screw refrigeration compressor; volume ratio; test; saving power

2016-10-20

TB65

A

1007-7804(2016)06-0019-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2016.06.006

楊 明(1982)，男，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)在大連冷凍機股份有限公司研發(fā)二部工作，工程師，主要從事螺桿壓縮機及機組的設(shè)計研發(fā)工作。