螺杆式制冷压缩机组的选型安装

螺杆式制冷压缩机组的选型安装

郑杰

（福建东南电化有限公司PVC厂机动科）

摘要：阐述了螺杆式制冷机组的选型比较，安装步骤，取得的经济效益。 关键词：螺杆式制冷压缩机 活塞 选型 安装 节能

Selection and Installation of Screw Refrigeration Compressor

Zhengjie

Abstract Expounds screw refrigeration compressor unit type selection, installation procedures, the economic benefits.

Keywords Screw refrigeration compressor; piston; type selection; installation; energy conservation 前言

在化工生产领域，制冷机组作为提供低温冷量的设备得以广泛的应用。我公司拥有年产10万吨的PVC树脂生产能力，在制冷方面2007年之前均是采用氨活塞式制冷。

在原0℃系统中我厂采用8AS17活塞式制冷机6台，单机在标准工况下制冷量为512kw，轴功率142kw，配用245kw，JS2-400M4敞开式电机。在夏季采用5开1备，其他季节4开2备。其中5#，2#机先后出现了机壳穿孔故障，已无法修复再使用。鉴于目前活塞式制冷机属于行业中落后淘汰机型，因此已不具备更新价值。而螺杆式制冷机组与活塞式相比因其具有结构简单、可靠性高、压缩效率高、振动小、运转平稳、能承受一定液击、能量可以无级调节、单机可在较高压缩比下运行等优点在制冷行业系统中已广泛应用。我们考虑将0℃系统的2台活塞机淘汰改为螺杆式制冷机组。

1、螺杆式机组的选型 1.1 螺杆制冷机组型式的选择

螺杆制冷机组的型式分开启式、半封式、全封闭式3种。

在机组额定功率大于100KW的状况下，一般选用开启式机组。开启式机组的优点是： ⑴.压缩机与电动机分离，使压缩机的适用范围更广；

⑵.可根据不同制冷剂和使用工况条件，配用不同功率的电动机； 1.2 转子型线的选择

目前国内具有代表性的齿型主要有以下三种： ⑴.JB2780齿型：单边不对称圆弧摆线齿型。 ⑵.XBY齿型：新型单边不对称圆弧齿型。

⑶.WL-C型线：武冷与西安交大合作开发的新一代双边不对称型线。该型线具有接触线短、啮合平稳、密封性好、效率高、振动小、噪声低等特点。 1.3 能量调节机构选择

当外界对机组所提供冷量的要求有变化时，为了保证机组的安全运行，就必须对机组进行能量调节。目前使用最为广泛的能量调节方式是滑阀调节。一般在10%～100%内无级调节。从经济性方面考虑一般认为螺杆制冷压缩机在50%负荷以上至满负荷运行为宜。 1.4 内容积比调节机构选择

为了提高螺杆制冷压缩机的运行经济性，应选择具有内容积比自动可调的螺杆制冷机组，使机组内压比自始至终同外压比保持一致，以保持机组始终运行在效率最高点。 1.5 主轴承的选择

由于滚动轴承的间隙小，能提高螺杆的安装精度，使转子与转子、转子与机壳具有较小的间隙，减少了气体的泄漏。另外滚动轴承摩擦损耗小，维护也比较简单，而滑动轴承加工和装配都不如滚动轴承方便。所以主轴承应选用特别的重载、高速、长寿命的滚动轴承。 1.6 油循环系统的选择

螺杆机组的主机运行是比较可靠的，而其配套设备的小故障却时常会影响机组的正常运行，所以在选择油循环系统型式时应选择油泵运行时间少的油循环系统。所以采用预润滑油泵，压差供油系统是一种经济可靠、有利于机组长周期稳定运行的系统。

2、具体选用型号

参照以上选用标准，对比国内几个厂家的螺杆制冷机的结构性能及价格后，武汉新世界制冷公司研制的螺杆Ⅲ型压缩机同时具备以下优点： ⑴.螺杆齿型采用WL-C型线，属于国际第三代型线； ⑵.滑阀调节能量，10%～100%之间无级调节； ⑶.内容积比在2.5～5范围内可实现无级调节；

⑷.径向、轴向全部采用SKF滚动轴承，转子精确定位；啮合间隙小、容积效率高、润滑油需求量小。

⑸.预润滑油泵，压差供油，节约油泵运行和维修保养费用。 ⑹.控制方式采用手动控制和微机自动控制两种。 ⑺.采用高效的卧式油分离器

经过生产现场管路走向，占地面积，制冷量需求，电机功率等方面的综合考虑，W-FPHJLLG20ⅢTA315机型适合我厂制冷车间的实际生产需要。机组使用380V、2P、315KW、IP54ABB电机，1.1KW启动预润滑油泵，采用氨为制冷剂，运行于-3℃/38℃工

况下制冷量为1325KW，轴功率236KW。此机型配备有采用高效的卧式油分离器、喷液冷却系统和热虹吸油冷却器。 2.1 COP值比较 由于制冷能量消耗费用占制冷设备运行费用的85%，所以选择制冷压缩机，必须要计算、比较相同工况下压缩机的制冷效率COP值，COP是指在某一工况下，制冷压缩机的制冷量与同一工况下制冷压缩机轴功率的比值。相同工况下COP值高，说明该型号压缩机能量利用效率高，能耗小。 COP=O0/PE O0 —— 压缩机的制冷量 kw PE —— 压缩机的轴功率 kw 现将W-FPHJLLG20ⅢTA315双螺杆机与8AS17活塞机的技术数据对比结果如下。（见表1） 新旧机型COP值比较表 表1 制冷设备 型号 工况条件 制冷量 轴功率 电机功率 COP 由表1可以看出，O0(kw) PE(kw) P(kw) 双螺杆式制冷机 W-FPHJLLG20ⅢTA315 -3℃/38℃ 1325 236 315+1.1 5.61 活塞式 制冷机 8AS17 -3℃/38℃ 512 142 245 3.61 W-FPHJLLG20ⅢTA315双螺杆机比8AS17活塞机的COP值提高很多，能效比大大提高，降低了能耗。 2.2 节能比较 2.2.1 节电 我们拟使用两台双螺杆机代替原来四台活塞机运行，预计节电情况如下（见表2） 节电情况表 表2 型号 制冷量 轴功率 电机功率 节电 台数 节电率 表2中： O0(kw) PE(kw) P(kw) （万kwh/年） 82.94 ⑴.每小时节约用电W-FPHJLLG20ⅢTA315 1325 236 315+1.1 2 8AS17 512 142 245 4 16.90 (142×4-236×2)×1h=96kwh，按每天运行24小时，年运行360天计算，每年可节约用电96×24×360=829400kwh。 ⑵.节电率96/(142×4×1)×100％=16.90％ 2.2.2 节油 8AS17活塞式制冷机是采用洗涤式氨油分离器，安装在冷凝器前。含油的氨过热蒸汽从上封头的中心进入筒内，经过氨液（由冷凝器的出液管直接供给）的冷却和洗涤后上升，多孔的伞形隔板分离掉蒸汽挟带的液滴，由筒体侧上部的出气管通往冷凝器。这种油分离器在工作时必须保持一定高度的氨液，其液面应高出进气管底端120～250mm，并需保持稳定。洗涤式油分离器的分油效果不够理想，大约在85%左右。（见图1）

图1 洗涤式油分离器

因此整个循环系统夹带的冷冻油较多，油损失量较大，油耗高。每天需定时加油，每半年局部换油，每年还需全系统换油一次，才能保证冷冻油的清洁和油量。每台活塞机每年约耗油1.6吨。

W-FPHJLLG20ⅢTA315螺杆式制冷机组自身配备有高效的卧式油分离器。从压缩机排出的高压气体，通过排气管进入油分离器，降低流速，改变方向，向油分的另一端排去。在这个过程中，大量的润滑油因为惯性及重力的作用沉降到油分底部，剩余的含有微量冷冻机油的气体再通过油分滤芯，此微量冷冻机油被最后分离，通过油分离器底部的回油阀回到压缩机中，以确保挡油板之后的筒体底部尽量少存油。靠近油分离器出口的过滤芯采用的是高分子复合材料，油分离效果可达10ppm。比活塞机采用的洗涤式氨油分离器油分离效果有显著提升。（见图2）

图2 卧式油分离器

冷冻机油只在机组中循环使用，几乎不会随氨气带入系统中去，油损失量少，清洁度高，利用率高。每台机组每年只需更换一次冷冻油约0.4吨。 2.2.3 节水

8AS17活塞式制冷机需要提供冷却水来冷却冷冻油和带走压缩过程中产生的热量。单机每天就要消耗约24吨的自来水。

出于节水和将来搬迁的考虑，W-FPHJLLG20ⅢTA315螺杆式制冷机组不采用水冷系统而是配备了喷液冷却系统和热虹吸油冷却器两种冷却方式。 这两种冷却方式具有各自特点： ⑴.喷液冷却

带喷液冷却的机组中，有一路由本机组或系统中的冷凝器或贮液器引出的高压制冷剂液体，经过过滤器、高温膨胀阀后喷入压缩机某中间孔口（如图3），起吸收压缩热并冷却油温的作用。高温膨胀阀的开启度取决定于排气温度，当排气温度偏高（高于55℃）时，膨胀阀开启度增大；当排气温度偏低（低于50℃）时，膨胀阀开启度减小。压缩机上开有两个喷液孔口?高位喷液口和低位喷液口，当压缩机在内容积比低于或等于3.0时运行，制冷剂液体从低位喷液口喷入，当内容积比高于3.0时，则从高位喷液口喷入。 带喷液装置的机组中省却了油冷却器，使机组外形简洁，体积更小。

图3 喷液冷却系统

⑵.热虹吸油冷却 热虹吸油冷却器的结构为卧式壳管式，油在管外，制冷剂在管内。经冷凝器冷凝后流出的制冷剂液体流入热虹吸贮液器后分流出一路液体进入热虹吸油冷却器，沿途吸收管外高温油的热而蒸发。制冷剂在蒸发过程中密度逐渐减小，油冷回气管中的气液混合物的密度低于油冷却器供液管中液体的密度，这种不平衡产生了一个压力差使制冷剂在油冷却器中流动（见图4）。 图4 热虹吸油冷却方式循环系统 这两种冷却方式的最大优点是不消耗自来水，利用系统中循环的液氨就能达到冷却油温的目的。相比喷液冷却，热虹吸冷却的效果更高效易调节，但受现有生产条件的限制还无法使用，因此可先采用喷液冷却，待搬迁后即可采用热虹吸冷却。 2.3 检修费用比较 8AS17活塞式制冷机规定每运转8000小时左右，就得进行一次大修，其各部件如气缸、活塞、曲轴、轴瓦、吸排气阀、油泵等视磨损程度进行修理更换。大修后每运转4000小时左右进行一次中修。由于易损件多平时还应经常性的小修，得大量消耗备品配件和人工费用。 W-FPHJLLG20ⅢTA315螺杆式制冷机组在承受转子运动过程所产生的轴向力和径向力均采用SKF滚动轴承，运转寿命可达100000h，除了轴封外无其他易损件，无需频繁检修，极大的节省了检修费用。 2.4 总体经济效益 总体每年可节省费用见表3 每年可节省费用表 表3 型号 8AS17 节电 节油 节水 节省检修 台数 (万kwh/年） (吨/年) (万吨/年) 及备件 4 82.94 41.47 5.6 6.72 3.456 15万元 3.456 15 W-FPHJLLG20ⅢTA315 2 经济效益(万元) 每台螺杆机组投资总额约45万元，从上表可知两台机组运行近2年即可回收投资。

3、螺杆制冷机组的安装 3.1 基础

⑴.利用原有活塞机的基础，将其表面切削平整后，使用专用钻孔设备按基础图钻出Φ160的地脚螺栓孔位。（见图5）比重新浇灌基础节省了近2万元费用。

图5 螺杆压缩机基础钻孔图 ⑵.修整基础表面并检查水平。 3.2 机组落位找水平

在预留的地脚螺栓孔两侧放置了斜铁组，每组斜铁有二块斜铁和一块平铁，用来调整机组的水平。使用水平找正仪找正后，以混凝土浇灌将地脚螺栓固定。待混凝土干固后，旋紧地脚螺栓，最后再次找水平，调整斜铁，确认无误时固定斜铁，然后用水泥砂浆填满机组与基础空隙，并抹光基础表面。 3.3 管路连接 在做好排气、收氨、隔离等安全措施的情况下，将原活塞机进出口管沿总管位置气割下来重新配管。螺杆机组所需的吸、排气管等按所需的长度准备好，内部的氧化皮等彻底清理干净并准备好必要的管路支架，然后连接吸、排气系统管路，并从中间冷却器接出一支管作为喷液冷却管。 3.4 电机和压缩机找正 使用指针百分表及连接工具来测量轴的角偏差与平行偏差。交替测量角偏差和平行偏差并调整电机位置直到偏差值在规定的范围内（见表4） 联轴器对中允许偏差值 表4 百分表指示值（mm） 间距F G 压缩机型号 联轴器型号 角向 径向 LG20 D4-220 轴向 mm mm 拧紧 力矩 Nm 最大许用 补偿量 角向（°） 轴向（mm） 1 6.4 0.11 0.10 0~+0.4 125 15.6 137~154

3.5 机组检漏

关闭机组与大气及外系统相通的所有阀门，开启机组内各设备间的阀门,将氮气充入系统内，使气体压力（表压）到0.6Mpa，用肥皂水检漏。初检阀门、焊缝、螺纹接头、法兰连接部分等处，若无异常，继续加压到1.4Mpa后再检漏。 3.6 加入冷冻油

关闭油粗过滤器进口和油精过滤器出口的管道截止阀，将加油管连在油粗过滤器前的加油阀上，启动机组中的油泵，油经加油阀、油粗过滤器、油泵及单向阀进入油冷却器，油充满油冷却器后流入油分离器，直至油分离器中的油面到达上视液镜中心时，停止加油。

4、结束语

两台双螺杆制冷机经过1年多的运行，节能情况达到预期效果，取得了不错的经济效益。与活塞式氨压缩机相比，日常维修量大大减少，油分离效果好,利用率高，冷量损失少，降低了生产成本；且操作简单直观，性能有很大的提高，在工业制冷中极具推广价值。

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