全工況高效蒸發(fā)冷螺桿并聯(lián)熱虹吸滿液式中低溫冷水機組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全工況高效蒸發(fā)冷螺桿并聯(lián)熱虹吸滿液式中低溫冷水機組，特別適用于出水溫度在-1oo°c?o°c的中低溫工業(yè)制冷領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]1.目前市場上使用的單壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組由一臺自帶一級油氣分離型半封閉螺桿壓縮機、一臺水冷冷凝器、一臺干式蒸發(fā)器、一臺節(jié)能器、一臺二次油分離器(無儲油功能)組成，這種單壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組的缺點是:
(1)部分負荷能效比(COP)低
機組運行在部分負荷時，能效比(COP)不但沒有升高，反而降低，且衰減嚴(yán)重，機組在50%負荷下運行時，能效比(COP)僅為滿負荷運行時的70% ;
(2)機組能量調(diào)節(jié)范圍窄
通常機組的能量調(diào)節(jié)范圍為50%?100%或66%?100%，但而工藝生產(chǎn)線上的熱負荷往往存在較大的波動，若負荷在O?50%或者O?66%之間波動時，極易造成機組頻繁啟停，導(dǎo)致冷凍水出水溫度波動范圍大，無法滿足用戶生產(chǎn)工藝對溫度的需要，嚴(yán)重影響生產(chǎn)線生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量合格率；此外，機組的頻繁啟停造成了極大的電能浪費，造成了對電網(wǎng)的頻繁沖擊，嚴(yán)重影響了機組的壽命，大大增加了機組的維護保養(yǎng)成本；
(3)維護保養(yǎng)不便
壓縮機為機械運轉(zhuǎn)部件，不可避免的存在故障率，單壓縮機工業(yè)冷水機組由于只有一臺壓縮機，年運行時間長，故障率高，當(dāng)出現(xiàn)故障時，整套機組需要停機檢修，相應(yīng)的客戶生產(chǎn)線也將隨之停產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟損失。
[0003]2.目前市場上使用的另一種多壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組，使用兩臺及兩臺以上壓縮機，每臺壓縮機自帶一個獨立的制冷回路，即每個制冷劑側(cè)回路完全獨立，但共用一套冷卻水路系統(tǒng)和一套冷凍水路系統(tǒng)。此系統(tǒng)中每個獨立的制冷回路都包含一臺自帶一級油氣分離型半封閉螺桿壓縮機、一臺水冷冷凝器、一臺干式蒸發(fā)器、一臺節(jié)能器和一臺二次油分離器(無儲油功能)，所有壓縮機由一套微電腦控制系統(tǒng)控制。此系統(tǒng)中水冷冷凝器的結(jié)構(gòu)型式有兩種:1)每個制冷回路配置一臺獨立的水冷冷凝器；2)所有制冷回路配置一臺制冷劑側(cè)多回路、冷卻水側(cè)單回路型水冷冷凝器，每個制冷劑回路之間通過焊接盲板隔開。此機組中干式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式有兩種:1)所有制冷回路配置一臺制冷劑側(cè)多回路、冷凍水側(cè)單回路型干式蒸發(fā)器，筒體長度一半的兩個部分均采用U型換熱管對稱布置方式，此結(jié)構(gòu)只適合雙壓縮機頭機組；2)所有制冷回路配置一臺制冷劑側(cè)多回路、冷凍水側(cè)單回路型干式蒸發(fā)器，每個制冷劑回路之間通過平蓋封頭的分回路隔板隔開。這種機組安裝在一個鋼制底盤框架上，外觀看上去為一套機組，實際上為多套機組的簡單機械組合，行業(yè)內(nèi)稱之為“假并聯(lián)機組”。這種多壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組的缺點是:
(I)換熱面積利用率低當(dāng)機組停掉一臺壓縮機時，此壓縮機相對應(yīng)的整個制冷回路均停止工作，水冷冷凝器和干式蒸發(fā)器的換熱面積利用率也隨之降低。對于雙壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組而言，在一臺壓縮機停止工作的情況下，水冷冷凝器和干式蒸發(fā)器換熱面積的利用率只有50%。對于三壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組而言，在一臺壓縮機停止工作的情況下，水冷冷凝器和干式蒸發(fā)器換熱面積的利用率只有66%，在兩臺壓縮機停止工作的情況下，水冷冷凝器和干式蒸發(fā)器換熱面積的利用率只有33%，換熱面積利用率的降低對機組的運行能效比(COP)極為不利；
(2)油氣分離器效果差
當(dāng)機組停掉一臺壓縮機時，此壓縮機相對應(yīng)的整個制冷回路均停止工作(油氣分離器也不例外)，導(dǎo)致在部分負荷下油氣分離效果無法提高；
(3)機組能量調(diào)節(jié)范圍窄
單臺壓縮機只能運行在50%?100%或66%?100%的負荷調(diào)節(jié)區(qū)間，對于雙壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組而言，能量調(diào)節(jié)范圍可拓寬至25%?100%或33%?100%。對于三壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組而言，能量調(diào)節(jié)范圍可拓寬至17%?100%或22%?100%。若負荷在O?17%或者O?22%之間時，機組將無法正常連續(xù)運行。
[0004]3.現(xiàn)市場上使用的單壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組和多壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組的其它共同缺點為:
Cl)滿負荷能效比(COP)低
機組采用水冷冷凝器及干式蒸發(fā)器，對于水冷冷凝器，冷凝溫度與空氣濕球溫度之間至少要保證12°c?15°c的換熱溫差，采用的是二次換熱系統(tǒng)，造成了巨大的能量浪費。采用簡易的不帶儲油空間的二次油氣分離器，油氣分離效果差，造成潤滑油進入制冷劑系統(tǒng)，并在換熱管表面形成油膜熱阻，降低了換熱效率，增加了能耗。對于干式蒸發(fā)器，由于是通過過熱度來控制供液量，極易存在過度干蒸現(xiàn)象，并且由于潤滑油進入干式蒸發(fā)器換熱管后，在低溫環(huán)境下極易形成粘度較大的油膜，大大降低了干式蒸發(fā)器的換熱效率，增加了機組的能耗。機組壓縮冷卻采用噴液態(tài)制冷劑冷卻，增加了機組的功耗；
(2)部分負荷能效比(COP)低
<1>對于單壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組，雖然換熱面積利用率為100%，但由于螺桿壓縮機本身的能量調(diào)節(jié)特性，導(dǎo)致機組運行在部分負荷時能效比(COP)不但沒有升高，反而降低，且衰減嚴(yán)重，機組在50%負荷下運行時，能效比(COP)僅為滿負荷運行時的70% ;
〈2>對于多壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組，由于采用多臺壓縮機進行順序能量調(diào)節(jié)，提升了部分負荷的綜合能效比(C0P)，但由于機組在部分負荷運行時，換熱面積的利用率非常低，這必然導(dǎo)致機組部分能效比(COP)的下降；
<3>當(dāng)機組在部分負荷運行時，供液量隨之減少，干式蒸發(fā)器換熱管內(nèi)制冷劑流速降低，換熱系數(shù)隨著管內(nèi)流速的下降而衰減，并且由于流速降低導(dǎo)致無法及時將換熱管內(nèi)沉積的潤滑油帶回至壓縮機，大大降低了換熱效率，導(dǎo)致了部分負荷能效比(COP)的降低。
[0005](3)不能實現(xiàn)O?100%的能量調(diào)節(jié)
對于單壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組，只能實現(xiàn)50%?100%或66%?100%的能量調(diào)節(jié)范圍。對于雙壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組而言，能量調(diào)節(jié)范圍可拓寬至25%?100%或33%?100%。對于三壓縮機中低溫工業(yè)冷水機組而言，能量調(diào)節(jié)范圍可拓寬至17%?100%或 22% ?100% ； (4)啟動時潤滑油噴油壓差建立緩慢
螺桿式壓縮機為噴油式壓縮機，在啟動和穩(wěn)定運轉(zhuǎn)過程中，均需要足夠量的潤滑油對運轉(zhuǎn)部件及嚙合面進行潤滑和密封。特別是在冬季啟動機組時，由于環(huán)境溫度低，導(dǎo)致壓差建立更加緩慢，壓縮機長時間處于缺油狀態(tài)，嚴(yán)重影響壓縮機軸承、轉(zhuǎn)子、滑閥等運轉(zhuǎn)部件的壽命；
(5)過渡季、冬季運行情況下無冷凝壓力過低控制
低冷凝壓力有利的一面是會帶來機組運行能耗的降低，但過低的冷凝壓力，將導(dǎo)致以下問題:油氣分離器效果失效，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重跑油現(xiàn)象，供液閥壓差減小導(dǎo)致供液不足，冷凍水溫度無法降溫到要求溫度，機組出現(xiàn)低吸氣壓力保護；
(6)潤滑油噴油溫度過高
潤滑油的噴油溫度對壓縮機的潤滑效果至關(guān)重要，若噴油溫度過高，將導(dǎo)致潤滑及密封失效。若溫度過低，將導(dǎo)致滑閥失效及油過濾器壓差過大，螺桿壓縮機最合適的噴油溫度范圍為50°C?60°C。而傳統(tǒng)機組采用噴液冷卻，排氣溫度控制在85°C?95°C，這意味著噴油溫度在85°C?95°C，高于最合適的噴油溫度，嚴(yán)重影響了壓縮機運轉(zhuǎn)部件的潤滑效果，同時密封效果也變差，壓縮效率大大降低；
(7)回油效果差
潤滑油依靠制冷劑流速帶回壓縮機，在低溫狀態(tài)下，潤滑油粘度較大，極易附著在換熱管表面，形成油膜，在部分負荷下，這種情況更加嚴(yán)重，不僅降低了換熱效率，若制冷系統(tǒng)中的潤滑油始終無法及時回到壓縮機，將導(dǎo)致壓縮機油位過低保護停機，無法正常運行，只能補油至油位開關(guān)復(fù)位后，才能開機，而制冷系統(tǒng)中的潤滑油會越積越多，最終還將導(dǎo)致機組無法正常運行；
(8)壓縮機中間吸氣口氣流脈動、噪聲大
壓縮機的中間吸入口，為節(jié)能器的回氣口，由于工況負荷的波動及環(huán)境氣象條件的變化，中間吸入口處壓縮腔的壓力也時刻發(fā)生波動，