冷库作为食品低温流通的中枢, 是经营肉类、蛋品、 蔬菜、 水果等食品不可缺少的一项设施。一个国家冷藏事业的发展, 在一定程度上可以反映出人民生活水平的高低。制冷压缩机是蒸汽压缩式制冷系统的心脏, 起着压缩与输送制冷剂的作用, 它的性能对于整个冷库系统的性能有着重要影响。同时, 也是冷库系统中能耗最大的部分。低温库统计表明, 在整个动力消耗中, 制冷压缩机的能耗可占总能耗的 63.6%。 当环境温度控制较低时, 制冷压缩机的性能在很大程度上可决定整个冷库系统的性能。

  据调查, 我国冷库在 20 世纪 90 年代以前多用活塞式压缩机, 90 年代以后螺杆式压缩机的应用范围在逐渐扩大。在各种类型的压缩机中, 活塞式压缩机是问世最早, 至今还为世界各国广为应用的一种机型, 现已发展到相当完善的程度。螺杆式压缩机是由瑞典皇家工学院教授 Lyshohn 于1934 年发明的。 但直到 20 世纪 60 年代初, 喷油技术被引入螺杆式压缩机后, 这种高效、 可靠的新机型才迅速走向市场。 如果使用带有经济器的螺杆机组, 其节能效果将更加显著, 一台制冷量 233 kW带有经济器的螺杆式压缩机组, 按年运行 4 000 h计算, 一年可节电 10 万度。而究竟哪种压缩机更加适合于低温冷库的特定工况, 目前的研究尚无定论。笔者通过对这两种压缩机进行性能比较, 以分析常规低温冷库工况, 目前的研究尚无定论。笔者通过对这两种压缩机进行性能比较, 以分析常规低温冷库工况下, 哪种压缩机更加节能高效。

1 活塞式与螺杆式压缩机性能分析

  活塞式压缩机与螺杆式压缩机同属于容积式压缩机, 但由于结构的不同, 两者的性能存在一定的差异。

衡量压缩机最主要的两个性能指标是输气量和功率消耗, 人们总是要求以最小的功率输入获得更多的输气量[4]。压缩机的输气量主要取决于容积效率, 影响螺杆式压缩机容积效率的因素与活塞式压缩机有不同程度的相似, 虽然螺杆式压缩机存在泄漏三角形, 但是由于螺杆式压缩机没有余隙容积, 喷油提高了密封效果, 减小了泄漏, 故螺杆压缩机的容积效率比活塞式明显要高。 如图 1所示, 活塞式压缩机由于存在吸排气阀和余隙容积, 其实际循环严重偏离理论循环; 螺杆式压缩机为固定容积比压缩机, 当运行工况偏离设计工况时, 压缩机在工作过程中会发生过压缩和欠压缩的压缩过程, 而螺杆式压缩循环采用了高效转子型线和齿数比, 使得螺杆压缩机的压缩过程等熵效果更好, 故其循环更加贴近于理论循环。

综合以上分析, 螺杆式压缩机由于容积效率高于活塞式压缩机, 故其实际输气量要高于活塞式压缩机; 螺杆式压缩机虽然在工作过程中会发生过压缩和欠压缩的压缩过程, 但由于其等熵效果好于活塞式压缩机, 故其实际循环比活塞式压缩循环更加贴近于理论循环, 即消耗功率小于活塞式压缩机。由于螺杆式压缩机可以以较小的功率输入获得较多的输气量, 故应用螺杆压缩机的冷库更加节能。

2 活塞式压缩机与螺杆式压缩机节能效果比较

  低温系统设计的冷凝温度 tc=40 ℃,蒸发温度 te=- 25 ℃, 所需总热负荷为 23 kW。方案一选用 HSN5343- 20A型螺杆式压缩机组, 方案二选用 BSPL135/6H- 25- 2A 半封闭活塞式压缩机组, 将这两种以 R22 为制冷剂的压缩机组应用于冷库的耗电量为参数, 比较这两种基于不同形式的压缩机组的节能效果。

  可以明显地看出, 螺杆式压缩机性能要优于活塞式压缩机。螺杆式压缩机在制冷量稍大于活塞式压缩机的情况下, 压缩机功率消耗仍小于活塞式压缩机, 这与前面理论分相一致。由于螺杆式压缩机制冷 CO于活塞式压缩机, 故带有螺杆式压缩机系统在实际运行时, 电量的消耗要少式压缩机组的冷库系统, 具体节能情况。

  经计算, 带有螺杆式压缩机组的低温冷库系统较带有活塞式压缩机组的冷库系统每年可节约电能 12 558.4 kW ·h, 节能效果明显。上述实例充分表明螺杆式压缩机的节能效果。

3 结 论

  由于螺杆式压缩机性能优良, 近年来被广泛地应用于低温冷库系统中。通过以上理论与实例分析得到, 螺杆式压缩机相对于活塞式压缩机在低温冷库系统的实际运行中节能效果明显, 大有代替活塞式压缩机之势。

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