蓄冰用水冷螺杆式冷水机组的选型及其工程设计

摘要：近年来,我国经济发展迅速，对电力需求不断提高，特别是工业化进程的迅猛发展，白天用电量相对集中，夜间用电量相对较小，致使电力系统峰谷差加大，高峰电力严重不足低谷电力过多富余，致使能源供给与需求在数量上和时间上不能很好的匹配和协调，造成能源的大量浪费。因此采用蓄冷技术“移峰填谷”就成为缓解高峰用电的一项很重要的措施。

关键词：蓄冰；螺杆冷水机组；性能分析；单螺杆与双螺杆

引言：在蓄冰空调工程中,制冷主机的性能是直接影响到工程投入使用后其各项经济指标高低的重要因素,目前用于蓄冰空调的制冷主机多为双工况水冷螺杆冷水机组,本文阐述了蓄冰用螺杆式冷水机组选型中应注意的几个问题，并对单螺杆和双螺杆的特点略作分析。

1.冰蓄冷系统设计与运用

冰蓄冷系统设计前应先确定蓄冷空调的运行策略，影响运行策略的因素主要有建筑物空调负荷分布、电力负荷分布、电费计价结构、设备容量。对系统以蓄冷容量、释冷供冷或以释冷连同制冷机组共同供冷进行策略选择，一般可归纳为全蓄冷和部分蓄冷策略。

全蓄冷策略蓄冷设备需承担空调所需的全部冷量，故蓄冷设备容量较大，初投资较高。部分蓄冷策略是在夜间非用电高峰时制冷设备运行，储存部分冷量，白天空调期间一部分空调负荷由蓄冷设备承担，另一部分则由制冷设备承担。部分蓄冷策略比全蓄冷策略制冷机组利用率高，蓄冷设备容量小，是一种更经济有效的运行策略。

冰蓄冷的系统流程安排上可分为串联和并联两种方式，串联方式主机位于蓄冷槽上游，空调回水先经过主机，使主机能在较高的蒸发温度下运行，提高了压缩机的效率使能耗降低。采用串联方式时冷冻机房内采用重量比为25%的工业抑制性乙烯乙二醇溶液载冷剂，空调末端采用冷冻水，二者通过板式热交换器分隔。

2．螺杆式冷水机组的选型

1)螺杆式冷水机组的制冷量,制冷量是决定螺杆式冷水机组正常使用的最关键参数 ,它是指螺杆式冷水机组运行时一定的进出口温度的冷却水、冷媒水在设计工况下其所具备的制冷量。对于双工况机组它包括空调和制冰两种工况下的制冷量 ,可从有关厂家提供的产品样本中查得。

2)螺杆式冷水机组的COP值,该值是确定螺杆式冷水机组性能好坏的重要参数,其值的高低直接影响到螺杆式冷水机组使用的耗电量,因此应尽量选择COP值高的机组。对于蓄冰用螺杆冷水机组其空调工况下的COP值应在4.5以上,制冰工况下的COP值应高于3.2。

3)噪声,,它直接关系到螺杆式冷水机组运行时对周围环境的影响。目前国内采用的螺杆式冷水机组其噪声多在 75～85dB之间。

4)重量与外形尺寸, 我们在进行设备选型时必须考虑设备是否符合布置时的尺寸要求。因此在性能相同的前提下应优先选用尺寸较小的机组,避免浪费材料、增加成本。

5)价格,价格是选择设备时需要重点考虑的一个方面。首要清楚价格中所包括的设备组成和服务,一般来讲双工况水冷螺杆机组的设备组成大致包括螺杆式压缩机、水冷冷凝器、蒸发器、电动机、水流开关、隔震装置 弹簧或橡胶减振器 、保温材料、微电脑控制中心，应让广家注明保护与控制的内容、能量调节方式、电动机启动方式，搞清楚所报价格中是否包括设备包装费、运输费、路途保险费、开机调试费以及设备调试后的免费售后服务时间等。

3.螺杆式冷水机组的结构分析

在螺杆式冷水机组的选型过程中还要对其压缩机型式、能量调节方式、蒸发器型式以及对环境的影响等加以分析 ,比较其各自在系统配置上的优缺点如：

1）单机头与多机头。从使用角度讲两者各有优劣：多机头一旦运行中的压缩机出现故障,就可以用待机作为备用机,其余压缩机均可正常使用，而单机头机组发生机头损坏的情况就只能停机检修。但另一方面，单机头螺杆机组的体积相对要小些,故安装灵活方便，维护保养简单，使用寿命较长。由于冷却、冷冻水的接口少,所以现场安装单机头机组的工程量要少。

2）开式与闭式。在效率和可靠性的优劣势表现在三方面：

①制冷效率。闭式电机的转子在充满制冷剂的蒸气中转动比在空气中转动其阻力要大4倍左右,降低电机效率，且闭式电机采用制冷剂吸汽冷却或制冷剂排汽冷却，会使压缩机吸汽过热,降低其制冷效率。开式电机采用空气冷却就不会。

②可靠性。开式系统中水泵的扬程比较高，水泵不仅克服循环阻力，还需要克服循环水的几何提升高度和末端资用压头。闭式系统所用的循环泵的扬程比较低，循环水不易受污染而管道的腐蚀程度轻，不用设回水池。

③ 噪声与环境，由于开式机组的电机是外置的,因此电机噪声较大。而且由于其是采用空气冷却,因而其电机发热量均排放在机房内,造成机房温度过高,工作环境恶劣,需要加大机房的通风排气量而增加通风耗电量。对于闭式电机,由于电机是内置的,因而其电机发热量均被制冷剂吸汽带走,所以机房工作环境良好 , 同时噪声较小。

3）能量调节，目前螺杆式压缩机多采用滑阀来进行能量调节 ,它是在两转子之间装设一个可以轴向移动的滑阀，移动滑阀即改变了转子的有效工作长度，达到调节能量的作用，滑阀依靠油压来驱动。这种能量调节方式可在 10 %～100 %的负荷范围内进行无级调节。当负荷在 50 %以上时输入功率与制冷量基本上呈正比关系,但当负荷在 50 %以下时,性能系数会大幅度下降,经济性较差。这也是多机头组的优势所在。

4）内容积比可调。为了避免内压缩终了的压力与排气管内的压力不相同,降低螺杆机的制冷效率,我们要使螺杆机的内压缩比与其运行工况下的吸排气压力比相同,要做到这点必须使内容积比做到可调,为使螺杆机在空调工况和制冰工况下运行都保证高效,应优先选择内容积比可调的螺杆冷水机组。

5）蒸发器型式。采用的蒸发器一般有两种型式,即满液式蒸发器和干式蒸发器。满液式蒸发器传热系数高,换热效果好，但制冷剂充注量大,回油较为困难，需配置专用的回油器，目前大多数都采用满液式蒸发器。干式蒸发器传热效率较低，但蒸发器中制冷剂充注量较少，回油较为方便,用热力膨胀阀供液取代浮球阀从而使系统简单可靠。因而在少数品牌中仍有使用。

4.单螺杆与双螺杆的特点

4.1转子受力情况，承受的径向和轴向气体力单螺杆可以自动平衡，星轮承受气体力，要求轮齿具有足够的强度和刚度。双螺杆转子承受较大的气体动力，要求螺杆具有足够的强度和刚度，且要求轴向平衡力系统。

4.2运行效率，单螺杆中速（1500~3500r/min）运行效率高，随着运行时间增加，星轮磨损将导致排气量的减少和效率降低。双螺杆高速（3000~7000r/min）运行效率高，运行时间并不影响双螺杆压缩机的排气量和效率。

4.3部分负荷特性，单螺杆采用平行滑阀系统调节部分负荷，消除了过压缩或欠压缩现象，因此部分负荷条件下效率较高。双螺杆采用单一滑阀系统调节部分负荷，因此部分部分负荷条件下效率较低。

4.4轴承选用，单螺杆由于主动螺杆的径向负荷几乎为零，因此每端采用单组普通轴承即可。双螺杆转向相反的两个螺杆转子产生较大的径向负载，因此对于轴承有很高的要求，必要时排气端要采用多组轴承才能承受这部分负荷。

4.5传动方式，单螺杆电机与压缩机直联，通常不采用齿轮增速。双螺杆电机与压缩机直联，可采用齿轮增速。

4.6可靠性，单螺杆压缩机的星轮为易损部件，除对星轮材料有较高的要求外，为了保证压缩机的效率，星轮要定期更换。双螺杆压缩机中基本没有易损件，无故障运行时间可达4~8万.h。

4.7维修方便性，单螺杆主机机壳采用整体结构后，星轮侧有大窗口，更换

星轮等维修非常方便。双螺杆转子轴承寿命较短，更换时须打开机壳，工作量大，必要时要返回工厂维修。

4.8噪音和振动，单螺杆由于螺杆受力平衡性好，因此振动小、噪音低。双螺杆由于螺杆转子的受力平衡性差，转子啮合时有高频噪音。

4.9应用范围，单螺杆由于螺杆受力完全平衡，单螺杆压缩机能在高排气

压力场合。由于星轮材料的限制，不能做得很大，因此制冷量通常不能做的很大。双螺杆由于受到转子刚度和轴承负荷等方面的限制，双螺杆压缩机只能运行中、低压范围。通过采用特殊的轴承以及平衡轴向力措施，可以通过增加转子直径或提高转速来获得更大的冷量。

通过以上的比较，在制冷量中小范围内，单螺杆的优势更明显，在中大冷量范围内，双螺杆应用更广泛。正因为螺杆式冷水机组具有以上众多优点, 因而它在蓄冰空调工程中得以广泛采用。

5.总结

融入社会快节奏的生活,冰蓄冷系统得到了广泛的应用，移峰填谷、平衡用电负荷的特性降低了电力增容及运行费用，提高电能的利用率和发电设备的运行效益，缓解电力紧张状况。

参考文献:

[1]董天禄，离心式∕螺杆式制冷机组及应用[M].机械工业出版社.2002

[2]李晓东.制冷原理与设备[M].机械工业出版社.2006