螺杆式制冷机组的发展概述
螺杆式制冷机组:新一代制冷技术的巅峰之作,和离心式制冷机组相比,螺杆式制冷机组的发展较晚。1934年瑞典皇家理工学院教授利 斯霍尔姆(A.Lysholm)首先发明了第一台双螺杆式气体压缩机。最初螺杆压缩机开发是用于 燃气轮机的充气压缩机,属无油式,有同步齿轮。1955年喷油螺杆压缩机开始实用化,油的 注入可起到转子密封作用,以减少内部泄漏,同时可降低转速,解决噪声问题,还可取消同步齿轮。从60年代开始,喷油双螺杆压缩机推广应用于制冷机组。瑞典SRM公司首先发明了双边不对称型线螺杆,使螺杆压缩机效率大大提高,为螺杆压缩机的扩大应用奠定了基础。以后通过不断研究改进齿形,提高工艺加工精度,开发内容积比调节方法和中间进气经济器的采 用,使当今的双螺杆制冷压缩机的压缩效率,达到和超过传统的、大量使用的活塞式制冷压缩 机,从而在大中型制冷和空调领域中得到了迅速推广,大有取代活塞式制冷压缩机的趋势。
1960年,法国的辛麦恩(B.Zimmem)在1955年英国古德伊尔(J.W.Goodyear)发明的 “压缩变换装置”的基础上又发明了单螺杆压缩机的新结构,1962年试制出第一台样机。开始 也仅用于空气压缩机。在70年代初荷兰格拉索公司首创制成第一台单螺杆制冷压缩机。日本 自1972年开始生产空气压缩机,1982年开始生产制冷空调用压缩机。单螺杆的工作原理和双 螺杆基本相同、但由于力的平衡性好,振动噪声低,零部件更少,可以喷射制冷剂来降低排温 和提高密封,近年来也得到重视和发展。目前国外生产单螺杆制冷压缩机的主要厂商有;英国 APV公司(AP Hall Products));日本大金工业公司((Daikir Industries,, Ld)及日本三菱电机公 司(Mitsubishi Electric)等。
1975年,由上海第一冷冻机厂完成的我国第一台自行设计试制的氨喷油双螺杆压缩机安 装于上海金山石化总厂晴纶厂,转子直径250mm,制冷量1050kW(30℃/-15℃)。此后大连 冷冻机厂、武汉冷冻机厂和烟台冷冻机厂等先后开发试制了双螺杆制冷压缩机。1976年,大 连冷冻机厂成功地设计和制造了我国第一台单机双级螺杆式制冷压缩机。1979年,武汉冷冻机厂于首先通过了KA2OC喷油双螺杆式单级制冷压缩机的部级鉴定。此外,上海704所、青岛四方机车车辆研究所和无锡制冷设备厂也研制过小型开启式和封闭式制冷压缩机,并取得了 成功。与此同时,我国第一个螺杆式制冷压缩机标准《喷油螺杆式单级制冷压缩机型式、基本 参数和尺寸》也被审查通过,推荐了自63~315mm共8种公称直径的双螺杆转子系列,采用 单边非对称摆线-圆弧型线。这为我国制冷机行业发展螺杆式制冷压缩机奠定了良好基础。1986年武汉冷冻机厂又开发了XBY齿型的新型单边不对称圆弧齿型,进一步提高了国产螺杆式制冷压缩机的水平。近年来,国内厂家生产的双螺杆压缩机在转子直径的范围、长径比、型 线、机组种类各方面都有长足的发展,效率也在不断提高。目前我国自行设计生产螺杆式冷水 机组和盐水机组的企业主要有上海第一冷冻机厂、大连冷冻机股份有限公司、武汉冷冻机厂、 烟台冷冻机厂、上海冷气机厂、重庆嘉陵制冷空调设备公司及江苏双良空调设备股份有限公司 等。
90年代开始,国外著名厂商进入我国,在螺杆式制冷机组方面进行多家合资生产。其中主要有中美合资上海一冷-开利空调公司生产的23XL系列空调用螺杆式冷水机组;中日合资烟台在原空调设备有限公司生产的螺杆模块式冷(热)水机组;中美合资烟台顿汉布什生产的 空调用全封闭螺杆式冷水机组;中美合资武汉麦克维尔公司生产的WHS系列R22和R134a单螺杆冷水机组;美国特灵公司在江阴设厂生产RTHB系列螺杆式冷水机组;美国约克公司在无锡市设厂生产YS系列、YCWS系列螺杆式冷水机组;1998年开始大连冷冻机股份有限公司和日本前川公司合作生产单机双级双螺杆压缩机组;1998年日本大金在广东惠州开始生产单螺 杆冷水机组;中国台湾地区的复盛亦在上海设厂生产双螺杆制冷压缩机。近期螺杆式制冷机组的应用逐步扩大,大有取代往复活塞式制冷机组的趋势。这应归功于 多年来研究成果,其中主要有:
1)新齿形的开发。螺杆转子型线经历了不同阶段,有SRM非对称型线、X、Sigma(5+7 齿)、GHH(5+6齿)、SRM-D-a、3等、都是通过对摆线、圆弧、包络线、椭圆等曲线的不 同组合使漏气三角形面积缩小,缩短接触线和齿顶密封线长度,降低齿槽间压力差,改善齿形 加工工艺,加大面积利用系数,从而提高机组效率。
2)加工精度的提高。转子的齿面是复杂的三维曲面,提高加工精度意味着减小啮合间隙, 从而大大提高了容积效率和压缩效率。
3)高精度滚动轴承的应用。改变过去采用径向滑动轴承无法保证转子啮合间隙的情况. 滚动轴承可以保证径向间隙为0~0.01mm,在运转时间隙更接近零,这样就可保证预期的性能 和运转效率。
4)合成冷冻油的应用。过去采用的矿物油已不适应螺杆机组的应用,它在高压下会有气 体大量溶于油中,压力降低时会闪发大量蒸汽,同时由于制冷剂的溶人,大幅度降低油的粘 度、直接影响密封效果。新型合成冷冻油的开发应用,为提高压缩机的性能创造了条件。 5)经济器系统和内容积比自动调节的应用使运转中的能耗进一步的降低。
现代螺杆式冷水机组的COP值已经接近离心式冷水机组的水平,高于活塞式冷水机组。加上螺杆机能耐液击、零件少、运行平稳,其产量正在逐步扩大中。
螺杆式制冷机组适用于高低温范围,包括空调和商业冷冻设备中,长期以来主要采用R22和R717制冷剂,近期许多厂商开始使用R134a制冷剂。最近,特别是欧洲市场出现以R404A和R407C为制冷剂的螺杆式制冷机。
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