丙烷制冷螺杆压缩机内容积比的设定

潘 贲

一、与内容积比相关的几个基本概念

内压力比RA：压缩终了时基元容积中的气体压力pi（内压力）与吸入压力ps之比，即RA=ps（绝压）/pi（绝压）。

外压力比RY：排气背压pd（外压力）与吸入压力ps之比，即RY=pd（绝压）/ps（绝压）。

内容积比Vi：压缩终了时基元容积中的气体体积与吸气结束时的基元容积中的气体体积之比。绝热压缩过程时，内容积比Vi与内压力比RA关系为RA=Vik（k为绝热指数）。

由以上可知：螺杆式制冷压缩机具有内压缩特性，在吸气压力一定的情况下压缩终了压力取决于压缩机内容积比,而外压力比取决于运行工况。

二、不同的内容积比设置对功耗的影响

当螺杆式制冷压缩机内的压缩终了压力（内压力）不等于排气背压（外压力）时，工作容积中的气体将进行定容压缩或定容膨胀，在内压力与外压力趋于平衡的过程中会产生额外功耗损失，下面分三种情况讨论。

1.过压缩 pi＞pd

在内压力高于外压力的情况下，气体在工作容积内由吸气压力压缩到内压缩终了压力（内压力），再由定容膨胀到排气背压（外压力），然后再进行排气过程。此时多耗的功相当图1中的阴影面积。

2.欠压缩 pi＜pd

在内压力低于外压力的情况下，气体在齿间容积内由吸气压力压缩到压缩终了压力（内压力），此时工作容积与排气孔口相连通，排气管中的气体倒流，使工作容积中的气体由定容压缩到排气背压（外压力），然后进行排气过程。此时多耗的功相当于图2中的阴影面积。

3.pi＝pd

在内压力等于外压力的情况下，没有附加功损失（图3）。

从以上分析可知要使机器的耗能最小，运转最经济，这就要求螺杆式制冷压缩机的内压力比接近或等于外压力比。

三、内容积比设置情况和重新调整的依据

处理厂丙烷制冷螺杆压缩机是MYCOM V系列机组，其内容积比固定端分为 L、M、H三挡，分别为 2.63、3.65、5.8。一期压缩机自投用以来一直在内容积比3.65下运行。

关系到Vi值设置大小的目前阶段一期现场相关参数：（1）入口压力ps=280～300kPa（表压）；（2）压缩机背压（油气分离器）压力 pd=1000～1250kPa（表压）；（3）R290（丙烷制冷剂）绝热指数≈1.133。

通过计算得外压比RY=（2.44～3.06之间）。在以上工况下，理想的内容积比在2.44～3.06之间，这与实际运行时的Vi值有较大出入，这说明机组长期处在过压缩的情况下运行。虽然没有一个与理论计算值完全匹配的固定Vi值，但Vi值与2.63相对接近。

另外，从功率损失来看，欠压缩优于过压缩。这是因为虽然欠压使排气腔内的高压气体倒流回齿间工作容积，产生一定的附加功耗，但过压缩时需对全部气体做功。

四、内容积比值调整后取得的效果

鉴于对装置的进一步认识和熟悉，2008年对一期装置的两台丙烷机内容积比值阀进行了重新设定，将压缩机内容积比固定块设置在L端口，也就是说Vi=2.63。

通过表1的数据不难看出（黑体数据为内容积比值调整前的电机电流值），自内容积比阀重新设置后，即使在气温较高的7、9月，压缩机电机的电流值较1月份也有下降。气温相对可比的2、3月与1月相比，压缩机电机电流明显下降，能耗显著降低（电流每下降1A，每小时省10kW·h）。

表1

五、结论

通过对内容积比值的不同设置对丙烷制冷压缩机能耗影响的分析，找出了内容积比值设置在生产实际中存在的问题，并做调整。实践证明，除工艺系统对装置能耗有着影响之外，内容积比值的设定对丙烷制冷螺杆压缩机是否能够经济运行，也有着很大的作用。