上海冷冻空调行业协会 

全球螺杆式和离心式压缩机技术发展概况(续)


作者:董天禄摘译 上传人:网站编辑 上传时间:2018-10-07


4.离心式压缩机非设计工况下的效率改进

自从美国空调供暖制冷学会(AHRI)提出一项考核包括部分负荷工况下性能系数的综合部分负荷值(IPLV)以来,对压缩机的性能评价已经转移至重视满负荷的性能以外加上非设计工况的性能,离心式压缩机制造商们已经采取各种不同的技术措施来改进部分负荷时的性能。

其中一项最有效的技术措施是通过变频驱动(VFD)来改变转速,因为离心式压缩机所需功率是和叶轮的旋转速度的三次方成正比。这样在低转速下可以大幅度降低功率消耗。美国在1970年代首先提出在离心式冷水机组上采用带固态启动器的变转速控制系统。随着近期电子控制技术的发展,变频驱动装置的成本和体积已经大幅度降低和减小而有效容量范围获得扩大。当用变速控制来调速时,冷水机组的运行范围受到喘振的限制,因此常规方法是在容量调节时同时结合进口导叶调节来扩大运行范围。最近又有了其他如变几何扩压器(VGD)和扩压器的气体注入控制等新技术。

永磁(PM)电机也是一种用于在广阔运行范围中改进离心式压缩机效率的有效技术措施。永磁电机不仅改进总效率,也能和高速叶轮直接连接而不需要增速齿轮从而简化压缩机的设计。格力(Gree)能提供带永磁电机的容量达到

1500冷吨的离心式冷水机组。大于1500冷吨的离心式冷水机组所采用的电机电压一般是从3kV13kV 的中高压电源。目前还没有中高压电压的永磁电机。

 

  1. 螺杆式压缩机总效率的改进

    容积式螺杆压缩机的总效率主要决定于转子旋转所产生的泄漏和摩擦阻力。已经开发了能优化压缩机效率的各种不同类型的转子型线和其制造技术。在这种要求在非设计工况下提高效率的趋势下,已经开发和商业化各种有效的控制技术。主要是采用永磁电机的变速控制(VSC)和可变内容积比(VVR)技术。

    常规方法是通过采用移动滑阀的方法在部分负荷下形成旁通,但这样会在部分负荷时产生损失。因此取消滑阀而采用变频驱动来改变转速的螺杆式压缩机能显著提高螺杆式压缩机的效率。这是由于取消了旁通气体流动,减少通过滑阀的泄漏损失,和在部分负荷时降低转速减少了旋转摩擦损失等所取得的, 这样可以提高综合部分负荷值(IPLV)达40%。最近的变频驱动(VED)和永磁电机等技术的改进和提高使螺杆式压缩机的变速控制更有效和易于使用。

    另一种常用的改进非设计工况下效率的方法是可变内容积比(VVR)控制系统。和离心式和往复式压缩机不一样,常规螺杆式压缩机具有固定的设计工况下的内容积比(吸入容积和排出容积之比)。这样就会在非设计工况下产生损失,而且和转速无关。VVR控制系统可通过随着运行压缩比的改变自动调节内容积比。VVR的设计已经在运行于广阔压缩比的工业制冷应用中使用了几十年,但仅仅在最近将这个设计功能运用于空调应用中

    大金(Daikin)和约克(YORK)已经在最近上市了新型的用于风冷和水冷冷水机组的带有VVR系统的可变转速的螺杆式压缩机。德国比泽尔(Bitzer)目前能提供一种装有VFDVVR系统的带有永磁电机的大型半封闭螺杆式压缩机。

     

  2. 工业制冷和高温热泵用的螺杆式压缩机

    工业用制冷螺杆式压缩机和空调用螺杆式压缩机不同,需要运行于很广的温度工况范围,并采用各种不同的制冷剂,包括氨和CO2以及碳氢化合物等。大部分大型工业用制冷螺杆式压缩机采用能满足不同要求的风冷开式电机进行驱动。德国GEA和日本前川(Mayekawa)能提供容积排量超过10000立方米/小时的大型双螺杆式压缩机。

    此外,单级和双级半封闭螺杆式压缩机已经广泛地应用于中小型制冷装置。氨制冷剂已经广泛应用于工业制冷装置,由于其成本低、能提供高的性能以及对环境友好。然而,作为2L分类等级的氨对电机的铜线绕组材料会产生腐蚀。 为了解决这个问题,日本神钢(Kobelco)开发了采用铝线绕组电机的高速双级半封闭氨螺杆式压缩机以获得3060ºC的低蒸发温度下足够的容量和效率。日本前川(Mayekawa)也开发了用于氨的带永磁电机的单/双级半封闭螺杆式压缩机,使用于其NH3/CO2制冷系统。

    由于限制CO2排放的环境保护考虑,已开发了采用螺杆式压缩机的高温热泵以替代作为取暖用的燃烧锅炉。日本前川(Mayekawa),德国GEA和美国江森自控(Johnson Control)等著名制冷机制造商都开发了能提供高达90120ºC热水的高温热泵,安装在各种工业装置中,采用氨和氢氟碳(HFC)混合物制冷剂。(完)

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