開啟式螺桿壓縮機和半封閉螺桿壓縮機在冷庫的應用對比

王 赫

(華商國際工程有限公司，北京 100069)

在制冷壓縮機的分類中，如果按提高氣體壓力的原理不同，制冷壓縮機可分為容積型壓縮機和速度型壓縮機，容積型壓縮機又可分為往復式壓縮機、螺桿式壓縮機、渦旋式壓縮機和滾動轉子式壓縮機等。如果按密封方式分類,壓縮機又可分為開啟式壓縮機、半封閉式壓縮機和全封閉式壓縮機[1]。開啟式壓縮機的軸或其他部件放置在機殼外并靠原動機驅動。這種方式最大的優點是容易拆卸和維修，同時由于制冷劑和潤滑油接觸不到原動機，所以可用于氨制冷系統。與之相比半封閉式壓縮機的不同之處在于電動機和壓縮機是一個放在機體內的整體并共用一根主軸。它不具備軸封，它的外殼可在現場拆卸并修理內部構件。

與往復式壓縮機進行比較，螺桿式壓縮機的主要優點有[2]：1.在壓縮制冷劑氣體時做旋轉運動，轉子速度得到提高，輸氣量一定時，螺桿式壓縮機就會比往復式壓縮機體積更小，重量更輕，運轉過程中對地面的震動更小[3]。2.結構簡單，往復式壓縮機的零件數為螺桿式壓縮機的十倍之多，這就導致其易損壞且不易維修。螺桿式壓縮機沒有吸排氣閥，使其單級壓力比大，對液擊不敏感。3.適用的領域及工況更廣泛。4.無級調節輸氣量。

1 開啟式螺桿壓縮機組

圖1為開啟式螺桿壓縮機[4]的結構圖，開啟式螺桿壓縮機的特點包括：1.壓縮機與油分離器是分體設計，壓縮機的排氣直接通過上部濾油網過濾，使油氣分離，氣體經排氣逆止閥到排氣口排出，油在重力的作用下沿油分離器壁淌下[5]。2.由于電動機與壓縮機處于兩個系統，電動機不與工質接觸，因此可以應用于包括氨的各種不同工質。3.拆裝和維修便捷。4.壓縮機組可設置經濟器，與螺桿壓縮機組上的補氣口相連，制冷劑由補氣口進入，從中溫系統補氣，以達到提高能效[6-7]、節約運行費用的目的。5.由于采用兩級壓縮有時比較浪費初投資，一些廠家開發出了單機雙級螺桿壓縮機，電動機直接驅動低壓級的陽轉子，通過它再驅動高壓級的陽轉子。高低壓級的容量比一般為1∶3或1∶2，還可以從不同工況出發，進行不同組合。

1.機體；2.陽轉子；3.滑動軸承；4.滾動軸承；5.調節滑閥；6.密封；7.平衡活塞；8.調節滑閥控制活塞；9.陰轉子

2 半封閉式螺桿壓縮機

圖2為半封閉式螺桿壓縮機的結構圖，制冷量較小的螺桿壓縮機同樣具有比較優良的熱力性能，半封閉式螺桿壓縮機的特點包括：1.在工況變化時適應性比較強，冷凝壓力和排氣溫度很高的工況也能很好的運行，所以也逐漸向往復式壓縮機主要占有的半封閉領域發展[8]。2.低溫制冷劑氣體先經過電機，將電機冷卻后進入氣缸被壓縮排出，優化了電機的工作環境，增大了其工作效率[9-10]。3.排氣筒中裝有除油霧器，將油滴從氣體中分離出來，一般不需要在系統中另設油分離器，減少機組占地面積。

1.油分離器；2.排氣管；3.排氣端蓋；4.排氣連接法蘭；5.容量活塞組件；6.容量滑塊組件；7.容量電磁閥；8.接線盒；9.電動機；10.進氣過濾器；11.進氣連接法蘭；12.電動機轉子固定擋塊；13.陽轉子電動機端間隙環；14.吸氣端軸承；15.加熱器；16.陽轉子；17.排氣端軸承；18.軸承螺母；19.濾網

3 開啟式螺桿壓縮機組的優勢

1.開啟式螺桿壓縮機組為外置電機，電機通過空氣冷卻。發生電機故障的概率很低。(半封閉通常采用回氣冷卻或噴液冷卻，影響機組的能效及穩定性)。

2.較好品牌的開啟式螺桿壓縮機組的油分離效率可以達到10×10-6，油分離效果好，進入末端的潤滑油較少。(半封閉組裝機組的油分效率較好的組裝商也只能做到1%左右，油分離效率一般，潤滑油進入末端蒸發器會影響換熱效率)。

3.內容積比調節：當冷庫有變溫需求時，開啟式螺桿壓縮機組的可調節內容積比的優勢就比較明顯。(半封閉螺桿壓縮機組一般對于高低溫工況有專用機組，因此如有變溫需求，需考慮兩套設備，切換不便捷)。

4.互為備用的備用性好。短期內不同工況也可以作為備用的壓縮機組，這一優點在大型制冷系統中體現更為明顯。(半封閉螺桿壓縮機組在大型制冷系統中較難實現互為備用)。

4 半封閉螺桿壓縮機組的優勢

1.軸封不存在泄漏問題。(最好的開啟式螺桿壓縮機組也存在或多或少的泄漏問題，只是品質較好的機組的泄漏量極低)。

2.該類型機組集成度比較高，可以將油分、儲液器、氣液分離器、輔助儲液器、經濟器等輔助設備集成。因此在中小型制冷系統中，半封閉螺桿壓縮機組有較大優勢。具有機房面積小、安裝簡單、多機頭并聯可以互為備用、單一機頭可以長期運行在較好的工況下等優點。

5 實際工程中開啟式螺桿壓縮機組和半封閉螺桿壓縮機組的對比

以某實際項目為例，對兩種壓縮機的能耗進行對比，該項目為一棟三層土建冷庫，建筑高度17.25 m，占地面積5353.99 m2，建筑面積約14 461.81 m2。冷卻物冷藏間(0～8℃)總存貨量740 t，凍結物冷藏間(-18～-25℃)總存貨量1000 t。采用開啟式螺桿壓縮機組和半封閉螺桿壓縮機組時的實際選型情況如表1所示(制冷劑均為R507A)。

表1 開啟式螺桿壓塑機和半封閉式螺桿壓縮機的能效對比

由表1可知，對于-33℃制冷系統，當采用開啟式螺桿壓縮機組時，總制冷量474 kW，電機功率296 kW，COP為1.60；當采用半封閉式螺桿壓縮機組時，總制冷量458.4 kW，電機功率314.8 kW，COP為1.46；對于-8℃制冷系統，當采用開啟式螺桿壓縮機組時，總制冷量538 kW，電機功率188 kW，COP為2.86；當采用半封閉式螺桿壓縮機組時，總制冷量517 kW，電機功率180.3 kW，COP為2.86。

通過對比可以發現，開啟式螺桿壓縮機組在低溫工況下的COP高于半封閉螺桿壓縮機組在同樣工況下的COP。而在高溫工況時，半封閉螺桿壓縮機組的能效與開啟式螺桿壓縮機組幾乎一致。這是因為開啟式螺桿壓縮機電機外置，半封閉式螺桿壓縮機在排氣溫度較高時采用噴液冷卻的方式給電機降溫[11]，低溫工況下，這部分能量消耗較多。

6 結 論

1.從能效角度來看，在低溫工況下開啟式螺桿壓縮機組的COP值優于半封閉螺桿壓縮機組，在高溫工況下，半封閉螺桿壓縮機組的COP值與開啟式螺桿壓縮機組相差不大。

2.開啟式螺桿壓縮機組的油分離效率也遠好于半封閉壓縮機組的油分離效率，更好的油分離效率意味著更少的潤滑油進入末端，降低壓縮機缺油停機風險的同時可以增加蒸發器的運行效率，提高整個系統的能效。

3.從機組的保障角度來說，開啟式機組的電機、控制、機頭都是每臺機組獨立設置的，一臺機組無論出現任何故障都不會對其它機組產生影響。系統可通過錯峰降溫的方式維持冷庫的正常運轉。

4.由于開啟式螺桿壓縮機組的電動機與壓縮機處于兩個系統，放油電動機不與工質接觸，因此可以應用于包括氨的各種不同工質。