内容积比调节技术对螺杆制冷压缩机功率影响的试验分析

杨 明(大连冷冻机股份有限公司，辽宁 大连 116033)

内容积比调节技术对螺杆制冷压缩机功率影响的试验分析

杨 明
(大连冷冻机股份有限公司，辽宁 大连 116033)

通过试验分析并结合相关理论，阐述了内容积比调节技术在螺杆制冷压缩机运行中起到的节能作用。

螺杆制冷压缩机；内容积比；试验；节能

在能源和环境问题日益突出的今天，我国将节能减排要求提升到了国家战略层面。制冷设备作为当今社会耗能大户，其节能技术成为热点问题。作为螺杆制冷压缩机的节能手段，内容积比调节技术受到重视，并在实际应用中取得了很好的节能效果。

1 基本概念

为理解内容积比调节技术，需要了解一些相关概念[1]。

1.1 内容积比εv

式中，Vi为齿间容积与排气孔口相连通时的容积值，即压缩过程结束时的容积值；Vo为齿间容积与吸气孔口断开瞬间时的容积值，即吸气过程结束时的容积值。

1.2 内压比εi

式中，Pi为齿间容积与排气孔口相连通时，该容积内的气体压力，即内压缩终了压力；Ps为齿间容积与吸气孔口断开瞬时，其内之气体压力，即吸气终了压力；对于理想气体，则存在如下计算关系：

式中，k为气体的等熵指数，即cp/cv。

在压缩机的实际运行过程中，考虑到压缩机的运行方式和结构间隙等因素，为了获得更准确的内压比，气体的等熵指数k使用多方过程指数m来替代，即：

1.3 外压比ε

式中，pk为系统的冷凝压力；po为系统的蒸发压力，po≈ps。

2 试 验

2.1 试验条件

本次试验使用的是VLGA193D内容积可调螺杆式制冷压缩机，使用的制冷工质是R717，该压缩机的理论输气量为1237 m3/h，配用主电机为185 kW。内容积比调节采用油缸拖动内容积比滑阀的方式，其调节范围是2.5～5。多方指数由运行方式、结构间隙等因素决定，此机型按经验选取1.15。由直线位移传感器将内容积比滑阀位置反馈给控制台的PLC，PLC结合运行条件，计算出内容比、内压比数值并显示在控制台面板上。为了便于比较同一工况不同内容积比的能耗情况，将压缩机的负载设定为满负荷，压缩机稳定运转，此时压缩机的制冷量基本相同，功率即能反映压缩机的能耗状况。试验的工况条件：蒸发温度为-10℃，冷凝温度为+35℃。

2.2 试验数据

功率—内压比关系如图1。

图1 功率—内压比曲线

3 试验分析

由图1可知当内压比低于4.6时，功率随着内压比的增加而减少，当内压比高于4.6时，功率随着内压比的增加而增加。在此工况下，蒸发压力为po=0.291MPa(A)，冷凝压力为pk=1.35 MPa(A)，所以系统的外压比为ε=1.35/0.291=4.64，可见当内、外压比相同时，功率最低。

图2为各种内、外压比情况下螺杆制冷压缩机压缩过程p-V曲线[2]。

图2 螺杆制冷压缩机压缩过程p-V曲线

如图2a)，pi>pk，即εi>ε，基元容积的压缩终了压力pi已经高于冷凝压力pk时，才与排气口相通，进入排气过程。基元容积中产生突然的等容膨胀过程，多消耗的压缩功为图中阴影面积。

如图2b)，pi

如图2c)，pi=pk，即εi=ε，基元容积的压缩终了排气压力pi等于排气管道中的压力pk，只有在这种情况下，压缩机无额外消耗，功率最低。

4 解决方法

4.1 内容积比不可调压缩机

为了解决内、外压比不匹配问题，对于内容积比不可调压缩机通常会设置多个长度不同的滑阀。将常用的压比范围分成几个区间，每个区间对应某一长度的滑阀，使得内、外压比差别不至于过大，从而减少由于内外压比不协调所带来的功率损失。如表1为某压缩机的滑阀配置，在压缩机选型时，根据制冷系统主要运行工况对应外压比，选择适合的滑阀，从而达到降低功率的目的。

表1 某压缩机的滑阀配置

4.2 内容积比可调压缩机

对于内容积比可调的压缩机，通常将滑阀分成两个部分，分别由油缸驱动。通过连续调整与转子配合的滑阀长度，实现内容积比的无级调节，实时满足内、外压比相等要求，使压缩机在最小功率下运行。

5 结 论

对于工况稳定的制冷系统，可采用适合的滑阀，使内、外压比接近甚至一致，从而减少因过压缩和欠压缩产生的消耗，使系统节能。对于工况经常变动的系统，比如进出货量较大且频繁的食品冷冻冷藏库，冷却频繁投料的反应釜，其蒸发温度经常大幅波动，造成外压比频繁波动，当使用内容积比不可调的压缩机，内压比无法与外压比同步变化，压缩机较长时间处于过压缩或欠压缩状态，造成能耗过高。为了节约能源，在这样的变工况条件应推广使用内压比可调压缩机。

[1] 邢子文. 螺杆压缩机—理论、设计及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2000: 94-95.

[2] 尉迟斌. 实用制冷与空调工程手册[M]. 北京：机械工业出版社，2003: 134.

Test Analysis of Volume Ratio Adjusting for the Power of
Screw Refrigeration Compressor

YANG Ming

(Dalian Refrigeration Co., Ltd., Dalian 116033, China)

This article elaborates the effect of volume ratio adjusting in the aspect of saving power for screw refrigeration compressor, by analyzing the test and combining the relevant theories.

screw refrigeration compressor; volume ratio; test; saving power

2016-10-20

TB65

A

1007-7804(2016)06-0019-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2016.06.006

杨 明(1982)，男，毕业于哈尔滨工业大学，现在大连冷冻机股份有限公司研发二部工作，工程师，主要从事螺杆压缩机及机组的设计研发工作。