活塞式与螺杆式制冷压缩机的选型设计及应用.pdf

1、收 稿 日 期 : 2001 - 05 - 11文 章 编 号 : 100622971 (2002) 0120034203活 塞 式 与 螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 的 选 型 设 计 及 应 用廖 旭 东(大 连 冷 冻 机 股 份 有 限 公 司 , 辽 宁 大 连 116033)摘 要 : 通 过 活 塞 式 制 冷 压 缩 机 和 螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 在 几 方 面 的 比 较 分 析 , 结 合 设 备 各 自 存 在 的 特点 , 以 及 对 新 老 用 户 的 选 型 建 议 , 为 设 计 和 使 用 单 位 在 选 取 制 冷 压 缩 机 时 提 供 了 依

2、据 。关 键 词 : 活 塞 式 制 冷 压 缩 机 ; 螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 ; 选 型中 图 分 类 号 : TB652 ; TH45 文 献 标 识 码 : B 1 引 言活 塞 式 制 冷 压 缩 机 在 国 内 外 有 很 长 的 发 展 历史 , 早 在 100 多 年 前 世 界 各 国 就 已 投 入 使 用 , 经 过不 断 改 进 , 使 之 技 术 日 趋 成 熟 , 产 品 具 有 很 高 的 技术 经 济 指 标 , 一 般 认 为 其 技 术 完 善 程 度 已 达 到95 % 96 %。 我 国 从 50 年 代 末 开 始 研 制 开 发 活 塞式 制

3、 冷 压 缩 机 , 如 今 已 积 累 了 40 多 年 的 设 计 和 生产 经 验 。 产 品 以 其 质 量 可 靠 、 技 术 性 能 水 平 高 而 畅销 国 内 外 30 多 个 国 家 和 地 区 , 特 别 是 170 系 列 产品 在 国 内 外 享 有 极 高 的 声 誉 , 其 中 , 8ASJ17 曾 获得 国 家 金 质 奖 。螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 在 我 国 起 步 较 晚 , 但 它 一 出现 , 就 以 其 结 构 简 单 、 易 损 件 少 、 排 温 低 、 压 比大 , 尤 其 不 怕 带 尘 、 带 液 压 缩 而 得 到 了 飞 速 的 发

4、展 。 我 国 从 1974 年 开 始 研 制 开 发 螺 杆 式 制 冷 压 缩机 , 自 1976 年 第 一 台 样 机 试 制 成 功 以 来 , 经 过 20多 年 的 努 力 , 目 前 国 内 已 有 近 10 个 厂 家 从 事 螺 杆制 冷 压 缩 机 组 的 生 产 , 年 销 售 量 达 2 千 余 台 。活 塞 式 制 冷 压 缩 机 与 螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 都 是 利用 容 积 的 缩 小 来 提 高 制 冷 工 质 蒸 气 的 压 力 , 从 而 达到 制 冷 的 目 的 , 因 此 二 者 均 属 容 积 型 制 冷 压 缩 机 ,它 们 各 有 特

5、 点 , 在 制 冷 压 缩 机 市 场 上 都 占 有 绝 对 优势 。用 户 在 制 冷 压 缩 机 的 选 择 方 面 , 往 往 遇 到 这 样的 问 题 : 究 竟 是 选 活 塞 式 制 冷 压 缩 机 还 是 螺 杆 式 制冷 压 缩 机 ? 为 了 解 决 这 个 问 题 , 我 们 可 通 过 以 下 几方 面 进 行 分 析 , 从 中 寻 找 一 个 最 佳 的 答 案 。2 制 冷 量 的 对 照现 将 氨 工 质 的 开 启 式 工 业 制 冷 压 缩 机 在 标 准 工况 下 ( - 15 / + 30 ) 的 制 冷 量 、 轴 功 率 列 表 如下 。 表 1

6、为 开 启 式 活 塞 制 冷 压 缩 机 ; 表 2 为 开 启 式螺 杆 制 冷 压 缩 机 。表 1 项 目压 缩 机 型 号2AZ10 4AV10 6AW10 8AS10 21215 41215 61215 81215 4AV17 6AW17 8AS17 8AS25活 塞 行 程 容 积 , m3/ h 6313 12616 190 25313 141 28215 424 565 550 825 1 100 2 826制 冷 量 , kW 2617 54 8114 108 61 125 18715 250 256 384 512 1 22019轴 功 率 , kW 8112 16 23

7、18 3116 1812 3515 53 7015 7119 10711 142 361表 2 项 目压 缩 机 型 号KA10 KA1215 KA16 KA20 KA25 KA3115 KA50理 论 输 气 , m3/ h 133 263 552 1 068 2 395 4 622 9 388制 冷 量 , kW 6419 13712 291 58012 1 259 2 470 5 015轴 功 率 , kW 2116 40 8015 16119 368 712 1 44543 压 缩 机 技 术 2002 年 第 1 期 (总 第 171 期 )3 典 型 产 品 的 对 比在 通 过

8、以 上 制 冷 量 对 照 的 基 础 上 , 下 面 以 两 个具 有 代 表 性 和 可 比 性 的 产 品 为 例 , 把 活 塞 式 制 冷 压缩 机 和 螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 在 其 它 方 面 做 以 对 比 , 以便 形 成 一 个 更 具 体 的 概 念 。311 外 形 尺 寸 、 占 地 面 积 、 体 积 、 重 量 (见 表 3)表 3 项 目压 缩 机 型 号8AS17 KA20名 称 氨 活 塞 压 缩 机 氨 螺 杆 压 缩 机制 冷 量( - 15 / + 30 )体 积kW 540 58012104 kcal/ h 46144 49189长 (L)

9、, mm 3245 3235宽 (B) , mm 1520 1550高 ( H) , mm 1931 2115占 地 面 积 , m2 4193 4136面 积 比 1 0188体 积 , m3 9152 9123体 积 比 1 0197重 量 , kg 5 932 4 350重 量 比 1 0173312 主 要 技 术 经 济 指 标 (见 表 4)表 4 项 目压 缩 机 型 号8AS17 KA20名 称 氨 活 塞 压 缩 机 氨 螺 杆 压 缩 机制 冷 量 ( - 15 / + 30 ) , kW 540 58012转 速 , r/ min 720 2 960轴 功 率 , kW

10、14512 16119单 位 功 率 制冷 量 ( Ke)kW/ kW 31719 31584kcal/ kW h 3 198 3 082耗 油 量 , g/ h 11215 170噪 声 , dB (A) 8315 92振 动 , m 32 25排 气 温 度 , 150 105能 量 调 节 , % (有 级 ) 25 , 50 , 75 , 100 (无 级 ) 10 100价 格 比 1 01954 运 行 操 作 及 能 量 调 节活 塞 式 制 冷 压 缩 机 由 于 各 种 保 护 装 置 比 较 完备 , 操 作 比 较 简 单 、 安 全 , 但 在 运 行 中 如 果 负

11、荷 突然 变 化 , 容 易 造 成 回 液 , 使 压 缩 机 发 生 “ 冲 缸 ” 现象 。 另 外 , 活 塞 压 缩 机 能 量 调 节 是 有 级 调 节 , 例如 , 8AS17 机 组 只 能 进 行 1/ 4、 1/ 2、 3/ 4、 1 几 档调 节 。螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 由 于 结 构 的 特 点 、 对 回 液 现象 不 敏 感 , 少 量 回 液 对 机 组 运 行 无 影 响 。 另 外 , 螺杆 压 缩 机 可 在 10 % 100 %之 间 进 行 无 级 能 量 调节 。5 油 管 路活 塞 式 制 冷 压 缩 机 所 需 油 量 较 少 , 其

12、油 分 离 器体 积 可 做 得 很 小 或 取 消 ; 油 泵 和 油 冷 却 器 也 可 以 做成 内 置 式 或 取 消 (小 型 机 ) 。 而 螺 杆 式 制 冷 压 缩 机组 由 于 在 运 行 过 程 中 需 要 喷 入 大 量 的 冷 冻 润 滑 油 ,因 此 油 管 路 要 比 活 塞 式 制 冷 压 缩 机 组 复 杂 一 些 , 一般 要 外 置 油 分 离 器 、 油 冷 却 器 、 油 泵 、 油 过 滤 器 、油 分 配 总 管 和 油 压 调 节 阀 。在 排 气 管 路 中 , 活 塞 式 制 冷 压 缩 机 组 小 型 机 的润 滑 油 通 常 直 接 带 走

13、 , 而 大 型 机 设 有 油 分 离 器 , 含油 量 在 50 10 - 6左 右 ; 而 螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 组 以往 的 排 气 含 油 量 可 达 (50 80) 10 - 6 , 近 年 来油 分 离 器 采 用 分 子 筛 结 构 , 分 油 效 果 得 以 改 善 , 一般 在 10 10 - 6左 右 。6 运 行 维 护 及 维 修活 塞 式 制 冷 压 缩 机 由 于 零 部 件 较 多 , 特 别 是 易损 件 较 多 , 因 此 , 检 修 比 较 复 杂 , 运 行 过 程 中 的 维修 量 较 大 , 且 易 损 件 占 用 资 金 较 多 。而 螺

14、 杆 式 制 冷 压 缩 机 自 身 的 零 部 件 较 少 , 约 占活 塞 机 的 1/ 2 1/ 3 , 特 别 是 易 损 件 少 , 且 工 作 中润 滑 状 况 良 好 , 因 此 , 维 修 量 比 较 少 , 检 修 也 比 较简 单 。7 可 靠 性 及 自 动 化 程 度活 塞 式 制 冷 压 缩 机 由 于 结 构 复 杂 , 易 损 件 多 ,所 以 工 作 中 发 生 故 障 的 频 率 较 多 , 一 般 平 均 无 故 障运 行 时 间 ( M TBF) 不 少 于 8 000 h GB 10875 -89 。螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 由 于 结 构 简 单

15、 , 易 损 件 少 ,工 作 比 较 可 靠 , 平 均 无 故 障 运 行 时 间 (M TBF) 不少 于 15 000 h JB/ T 6906 - 93 。活 塞 式 制 冷 压 缩 机 和 螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 现 在 都53第 1 期 廖 旭 东 : 活 塞 式 与 螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 的 选 型 设 计 及 应 用 能 做 到 用 PLC 或 系 统 机 控 制 , 并 可 与 上 位 机 联 网 。但 螺 杆 式 制 冷 压 缩 机 属 于 回 转 式 压 缩 机 , 其 平 衡 性好 、 振 动 小 , 从 而 操 作 简 单 , 更 易 实 现 自

16、动 化 , 特别 是 可 实 现 远 程 控 制 。8 结 论通 过 以 上 分 析 可 以 看 出 , 制 冷 压 缩 机 的 选 取 是一 个 综 合 性 的 问 题 , 结 合 多 年 来 的 实 践 经 验 , 我 们建 议 : 对 于 新 使 用 制 冷 压 缩 机 的 单 位 , 在 环 境 要 求比 较 安 静 的 场 合 , 电 力 比 较 紧 张 的 地 区 宜 选 用 活 塞式 制 冷 压 缩 机 ; 而 在 负 荷 变 化 较 大 、 自 动 化 程 度 要求 较 高 以 及 可 靠 性 要 求 高 的 场 合 宜 选 用 螺 杆 式 制 冷压 缩 机 。 而 对 于 过

17、 去 已 使 用 过 制 冷 压 缩 机 的 单 位 ,在 新 增 制 冷 压 缩 机 时 , 还 要 考 虑 原 来 操 作 维 修 的 习惯 和 易 损 件 的 通 用 性 。 我 们 将 选 取 制 冷 机 时 常 需 考虑 的 要 素 见 表 5 , 供 选 型 时 参 考 。表 5 项 目压 缩 机 型 号 螺 杆 式 制冷 压 缩 机活 塞 式 制冷 压 缩 机制 冷 量 范 围 大 冷 量 小 冷 量电 力 较 紧 张 的 地 区 需 要 安 静 的 场 合 要 求 设 备 运 转 频 率 低 负 荷 变 化 大 的 场 合 自 动 化 要 求 高 控 制 形 式 复 杂 可 靠

18、 性 要 求 高 要 求 振 幅 小 要 求 排 气 温 度 低 要 求 设 备 长 期 连 续 运 转 冷 冻 油 来 源 困 难 (上 接 第 31 页 )示 。 经 查 找 原 因 , 发 现 分 离 罐 排 液 阀 在 断 电 的 情 况下 是 在 开 的 位 置 , 出 入 口 的 回 流 压 控 阀 也 处 于 开 的位 置 , 在 分 离 罐 内 的 水 排 完 后 , 机 体 和 分 离 罐 内 的高 压 火 炬 气 以 及 低 压 管 网 内 的 低 压 火 炬 气 会 串 入 了含 油 污 水 井 , 继 而 扩 散 到 空 气 中 。 为 了 保 证 现 场 的安 全 ,

19、 在 断 电 情 况 下 , 我 们 将 气 液 分 离 罐 排 液 阀 设定 成 关 的 位 置 , 从 而 避 免 了 火 炬 气 外 串 。515 其 它 问 题 的 处 理2 # 螺 杆 压 缩 机 停 机 后 出 现 主 电 机 反 转 现 象 。经 查 主 要 是 由 于 出 口 单 向 阀 制 造 粗 糙 , 阀 片 开 启 后夹 在 阀 体 上 部 , 停 机 后 不 能 回 位 , 管 网 火 炬 气 倒流 , 引 起 主 电 机 反 转 , 更 新 处 理 后 恢 复 正 常 。1 # 机 辅 油 泵 振 动 超 标 , 经 检 查 发 现 是 油 泵 出口 管 线 变 形

20、 , 连 接 处 存 在 较 大 应 力 , 现 场 重 新 配 管后 振 动 消 除 。516 机 组 运 行 情 况压 缩 机 运 行 记 录 见 表 2 (2001 年 6 月 10 日 7月 10 日 ) 。表 2 压 缩 机 运 行 记 录机 组 代 号 进 气 压 力kPa (表 ) 进 气 温 度 排 气 压 力MPa (表 ) 排 气 温 度 油 泵 压 力MPa (表 ) 油 温 分 离 罐 液 位%1 # , 2 # 设 计 值 - 10 10 - 10 45 018 85 015 018 80 20 801 # J 机 实 测 值 - 6 2 25 30 015 016

21、50 60 0155 016 56 19 822 # J 机 实 测 值 - 6 2 25 30 0155 016 50 58 015 016 55 18 83从 表 2 中 我 们 可 以 看 出 , 除 了 分 液 罐 的 液 位 因排 液 阀 开 关 滞 后 , 导 致 液 位 超 出 设 计 值 外 , 其 它 运行 参 数 均 在 设 计 值 内 , 且 保 持 恒 定 , 表 现 出 了 良 好的 性 能 。 据 统 计 一 台 压 缩 机 每 小 时 可 回 收 低 压 火 炬气 1 800 m3 , 折 合 人 民 币 3 600 元 , 在 节 能 降 耗 、环 保 治 污

22、方 面 发 挥 了 极 大 的 作 用 。6 遗 留 问 题 及 改 进 建 议611 压 缩 机 冷 却 水 管 线 扩 径根 据 实 际 测 试 , 在 两 台 新 上 的 螺 杆 压 缩 机 和 原压 缩 机 一 起 运 行 的 时 候 , 由 于 冷 却 水 存 在 抢 量 问题 , 导 致 排 气 温 度 偏 高 , 不 利 于 降 温 , 可 能 引 起 分液 罐 内 油 水 严 重 乳 化 , 分 离 不 彻 底 , 建 议 将 冷 却 补水 线 扩 粗 , 增 上 一 台 补 水 泵 , 以 保 证 压 缩 机 稳 定 的冷 却 水 来 源 。612 螺 杆 压 缩 机 的 电 机 更 新 为 变 频 电 机由 于 螺 杆 压 缩 机 的 电 机 功 率 为 280 kW , 耗 电量 较 大 , 且 由 于 受 低 压 火 炬 气 来 源 的 影 响 , 压 缩 机经 常 自 身 打 循 环 , 浪 费 电 能 , 建 议 将 压 缩 机 主 电 机改 为 变 频 电 机 , 以 节 省 电 力 资 源 。63 压 缩 机 技 术 第 1 期