農(nóng)業(yè)冷庫(kù)用大功率雙級(jí)螺桿制冷機(jī)組的研發(fā)

劉丹 何麗瑾 陳長(zhǎng)卿 黃赟 朱建錫 劉曉晨 范小華

摘要：隨著消費(fèi)者收入的提升以及對(duì)生活質(zhì)量提高的需求，帶動(dòng)了冷鏈物流業(yè)的迅猛發(fā)展。在城鎮(zhèn)化和消費(fèi)升級(jí)的雙輪驅(qū)動(dòng)下，給冷鏈?zhǔn)袌?chǎng)帶來(lái)長(zhǎng)期的發(fā)展需求，并且城鎮(zhèn)化會(huì)對(duì)冷凍產(chǎn)品的儲(chǔ)藏和運(yùn)輸?shù)男枨蠹哟蟆檫m應(yīng)農(nóng)業(yè)方面的需要，本文在對(duì)分析國(guó)內(nèi)外先進(jìn)農(nóng)業(yè)冷庫(kù)用大功率雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)組技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了一種適合農(nóng)業(yè)冷庫(kù)用的大功率雙級(jí)螺桿制冷壓縮機(jī)組，以達(dá)到對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的冷凍保護(hù)，將具有廣闊的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)冷庫(kù);大功率;雙級(jí)螺桿制冷機(jī);設(shè)計(jì)

1項(xiàng)目實(shí)施的意義

目前我國(guó)農(nóng)業(yè)冷庫(kù)用的大功率雙級(jí)螺桿制冷機(jī)組仍然需要大量從國(guó)外進(jìn)口，我國(guó)在大功率雙級(jí)螺桿制冷機(jī)組的研發(fā)制造生產(chǎn)還處于起步階段，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)加快建設(shè)農(nóng)產(chǎn)品制冷裝備及零部件制造示范基地的步伐。因此，開(kāi)發(fā)研究農(nóng)業(yè)冷庫(kù)用大功率雙級(jí)螺桿制冷機(jī)組，將促進(jìn)國(guó)內(nèi)大功率制冷機(jī)組技術(shù)的發(fā)展，打破大功率雙級(jí)螺桿制冷機(jī)組依賴進(jìn)口的貿(mào)易壁壘，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)冷庫(kù)用大功率制冷機(jī)組的市場(chǎng)空白，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

2主要技術(shù)路線

文章針對(duì)當(dāng)前螺桿制冷機(jī)組關(guān)鍵功能部件存在的缺陷分析，開(kāi)發(fā)一種農(nóng)業(yè)冷庫(kù)用大功率雙級(jí)螺桿制冷機(jī)組， 本制冷機(jī)組在制冷方法、結(jié)構(gòu)形式上提出新的設(shè)計(jì)思路。此設(shè)計(jì)對(duì)螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，采用高效的N 型線，達(dá)到壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子更加耐磨和輕便的目的，同時(shí)還具有排氣量高、結(jié)構(gòu)更緊湊和工作更高效的特點(diǎn)。整機(jī)設(shè)計(jì)采用三維模擬仿真，并結(jié)合工業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，提高了壓縮機(jī)使用壽命和安全性能。

3設(shè)計(jì)方案

為了有效解決現(xiàn)有的壓縮機(jī)常出現(xiàn)液擊現(xiàn)象，設(shè)計(jì)打破常規(guī)，通過(guò)三維模擬仿真進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，首次將汽液分離器、回汽過(guò)濾器、干燥過(guò)濾器等制冷裝置結(jié)合于一體，可有效防止壓縮機(jī)液擊現(xiàn)象的產(chǎn)生，使其裝置高效節(jié)能，縮減設(shè)備占用體積，使設(shè)備和環(huán)境免受污染，對(duì)設(shè)備的清潔維護(hù)很方便，安全可靠;并首次提出一種高效節(jié)能制冷方法，使能源得以循環(huán)再利用，減少能源浪費(fèi)，節(jié)能環(huán)保。

3.1轉(zhuǎn)子參數(shù)設(shè)計(jì)

在制冷機(jī)組中，螺桿壓縮機(jī)是最為核心的關(guān)鍵部件，其轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的好壞與否直接決定了制冷機(jī)組的性能。

1）轉(zhuǎn)子型線的研發(fā)設(shè)計(jì)

螺桿式壓縮機(jī)在分類中屬于回轉(zhuǎn)容積式，壓縮機(jī)的齒形設(shè)計(jì)的好壞與否對(duì)壓縮機(jī)工作性能影響巨大。在同等尺寸與轉(zhuǎn)速條件下，通常的轉(zhuǎn)子型線生成方法獲得的轉(zhuǎn)子齒形無(wú)法使轉(zhuǎn)子具有最大流動(dòng)橫截面積、最短密封線及最小泄漏三角形，所以壓縮機(jī)的容積效率不會(huì)最優(yōu)。因此，本項(xiàng)目我們對(duì)轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合優(yōu)化，以使轉(zhuǎn)子性能達(dá)到最佳。為了解決普通型線容積效率低的問(wèn)題，項(xiàng)目設(shè)計(jì)一種用齒條生成方法獲得較高容積效率的螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線—“N” 型線。

2）齒數(shù)比的優(yōu)化選擇

小齒數(shù)比的轉(zhuǎn)子齒槽較深，槽內(nèi)空間較大，即相同外徑的轉(zhuǎn)子，可以保證更大的氣量;但同時(shí)軸徑一般較細(xì)，轉(zhuǎn)子剛度有所降低。因此，小齒數(shù)比的轉(zhuǎn)子副一般用于低壓比、大流量的場(chǎng)合;相反，大齒數(shù)比的轉(zhuǎn)子副一般用于高壓比、小流量的場(chǎng)合。項(xiàng)目對(duì)各齒數(shù)比的綜合性能進(jìn)行技術(shù)分析，優(yōu)化選擇中低壓級(jí)轉(zhuǎn)子嚙合副采用 5：6齒;高壓級(jí)轉(zhuǎn)子嚙合副采用 4：6 齒。

3）扭轉(zhuǎn)角的選擇

螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)角太小，會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的性能惡化;扭轉(zhuǎn)角太大，雖然可使嚙合接觸線減小，降低轉(zhuǎn)子間泄漏，同時(shí)也會(huì)使扭角系數(shù)減小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子容積效率降低。綜合以上兩種因素，項(xiàng)目螺桿壓縮機(jī)中的低壓級(jí)與高壓級(jí)陽(yáng)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)均采用大扭角。

4）嚙合間隙的確定

螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的齒合間隙一般在 30—150μm 左右，間隙的大小關(guān)系到壓縮機(jī)內(nèi)泄漏的大小，從而影響到壓縮機(jī)的效率，間隙的保證要靠高精度的專用加工設(shè)備，如轉(zhuǎn)子銑床、轉(zhuǎn)子磨床以及高精度的檢測(cè)設(shè)備——三座標(biāo)測(cè)量?jī)x來(lái)獲得。項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)間隙定為 50μm。

3.2雙級(jí)螺桿制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)項(xiàng)目螺桿壓縮機(jī)總體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其整體結(jié)構(gòu)由電機(jī)部分、低壓級(jí)、中間體與高壓級(jí)部分組成，陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子呈水平排列。壓縮機(jī)采用內(nèi)油路，吸氣過(guò)濾器外置，采用柱塞實(shí)現(xiàn)卸載啟動(dòng)，采用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量調(diào)節(jié)。

壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子在高速的轉(zhuǎn)動(dòng)下，產(chǎn)生了周期性的吸排氣振動(dòng)，對(duì)吸排氣口進(jìn)行不規(guī)則波紋機(jī)械降噪處理，并在進(jìn)氣口選用阻抗復(fù)合式結(jié)構(gòu)和在排氣口使用小孔消聲器，在ECO運(yùn)行的帶截止閥的減振消音器。壓縮機(jī)的噪聲主要是由空氣動(dòng)力性噪聲（氣流性噪聲）、機(jī)械振動(dòng)噪聲、節(jié)流閥噪聲以及相互作用產(chǎn)生的噪聲等組成，整個(gè)測(cè)試結(jié)果表明，空氣動(dòng)力性噪聲是最主要的噪聲源。研制出適當(dāng)?shù)臏p少噪音的技術(shù)可以有效的減少制冷機(jī)在運(yùn)行中的噪音，減少噪音污染。

同時(shí)，利用PLC對(duì)制冷機(jī)組進(jìn)行控制，用置于每相中的PTC傳感器監(jiān)視電機(jī)溫度，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向檢測(cè)和手動(dòng)復(fù)位。

4結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)冷庫(kù)用大功率雙級(jí)螺桿制冷機(jī)組開(kāi)發(fā)，主要針對(duì)目前國(guó)內(nèi)急需的農(nóng)、漁、牧等農(nóng)副產(chǎn)品的冷藏、冷凍、物流、保鮮方面的制冷裝備市場(chǎng)。本文通過(guò)研究改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，配用變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以達(dá)到制冷壓縮機(jī)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。該產(chǎn)品符合國(guó)家高效、節(jié)能減排政策，符合低碳環(huán)保要求，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣燕陽(yáng)，蔣珍華，朱海峰，劉少帥，吳亦農(nóng). 熱耦合同軸型雙級(jí)高頻脈管制冷機(jī)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 蔣燕陽(yáng)，蔣珍華，朱海峰，劉少帥，吳亦農(nóng).?紅外. 2017（07）.

[2]張良. 淺談離心冷水機(jī)組在空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能效果探究[J].清洗世界. 2021（01）.

[3]何雪明.雙螺桿壓縮機(jī)CFD分析新方法的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)機(jī)械工程，2017.11

[4]史文延.雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的有限元模態(tài)分析[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2012，4：7-9.

基金項(xiàng)目：金華市工業(yè)類重點(diǎn)項(xiàng)目（2018-1-005）