农业冷库用大功率双级螺杆制冷机组的研发

刘丹 何丽瑾 陈长卿 黄赟 朱建锡 刘晓晨 范小华

摘要：随着消费者收入的提升以及对生活质量提高的需求，带动了冷链物流业的迅猛发展。在城镇化和消费升级的双轮驱动下，给冷链市场带来长期的发展需求，并且城镇化会对冷冻产品的储藏和运输的需求加大。为适应农业方面的需要，本文在對分析国内外先进农业冷库用大功率双级螺杆压缩机组技术的基础上，通过研究创新优化设计，开发了一种适合农业冷库用的大功率双级螺杆制冷压缩机组，以达到对农产品的冷冻保护，将具有广阔的市场前景。

关键词：农业冷库;大功率;双级螺杆制冷机;设计

1项目实施的意义

目前我国农业冷库用的大功率双级螺杆制冷机组仍然需要大量从国外进口，我国在大功率双级螺杆制冷机组的研发制造生产还处于起步阶段，严重阻碍了我国加快建设农产品制冷装备及零部件制造示范基地的步伐。因此，开发研究农业冷库用大功率双级螺杆制冷机组，将促进国内大功率制冷机组技术的发展，打破大功率双级螺杆制冷机组依赖进口的贸易壁垒，填补国内农业冷库用大功率制冷机组的市场空白，具有广阔的市场前景。

2主要技术路线

文章针对当前螺杆制冷机组关键功能部件存在的缺陷分析，开发一种农业冷库用大功率双级螺杆制冷机组， 本制冷机组在制冷方法、结构形式上提出新的设计思路。此设计对螺杆压缩机转子型线进行创新设计，采用高效的N 型线，达到压缩机转子更加耐磨和轻便的目的，同时还具有排气量高、结构更紧凑和工作更高效的特点。整机设计采用三维模拟仿真，并结合工业设计进行优化设计研究，提高了压缩机使用寿命和安全性能。

3设计方案

为了有效解决现有的压缩机常出现液击现象，设计打破常规，通过三维模拟仿真进行创新优化设计研究，首次将汽液分离器、回汽过滤器、干燥过滤器等制冷装置结合于一体，可有效防止压缩机液击现象的产生，使其装置高效节能，缩减设备占用体积，使设备和环境免受污染，对设备的清洁维护很方便，安全可靠;并首次提出一种高效节能制冷方法，使能源得以循环再利用，减少能源浪费，节能环保。

3.1转子参数设计

在制冷机组中，螺杆压缩机是最为核心的关键部件，其转子设计的好坏与否直接决定了制冷机组的性能。

1）转子型线的研发设计

螺杆式压缩机在分类中属于回转容积式，压缩机的齿形设计的好坏与否对压缩机工作性能影响巨大。在同等尺寸与转速条件下，通常的转子型线生成方法获得的转子齿形无法使转子具有最大流动横截面积、最短密封线及最小泄漏三角形，所以压缩机的容积效率不会最优。因此，本项目我们对转子型线的设计进行综合优化，以使转子性能达到最佳。为了解决普通型线容积效率低的问题，项目设计一种用齿条生成方法获得较高容积效率的螺杆压缩机转子型线—“N” 型线。

2）齿数比的优化选择

小齿数比的转子齿槽较深，槽内空间较大，即相同外径的转子，可以保证更大的气量;但同时轴径一般较细，转子刚度有所降低。因此，小齿数比的转子副一般用于低压比、大流量的场合;相反，大齿数比的转子副一般用于高压比、小流量的场合。项目对各齿数比的综合性能进行技术分析，优化选择中低压级转子啮合副采用 5：6齿;高压级转子啮合副采用 4：6 齿。

3）扭转角的选择

螺杆压缩机转子的扭转角太小，会导致压缩机的性能恶化;扭转角太大，虽然可使啮合接触线减小，降低转子间泄漏，同时也会使扭角系数减小，导致转子容积效率降低。综合以上两种因素，项目螺杆压缩机中的低压级与高压级阳转子扭转角设计均采用大扭角。

4）啮合间隙的确定

螺杆压缩机转子的齿合间隙一般在 30—150μm 左右，间隙的大小关系到压缩机内泄漏的大小，从而影响到压缩机的效率，间隙的保证要靠高精度的专用加工设备，如转子铣床、转子磨床以及高精度的检测设备——三座标测量仪来获得。项目设计中，标准间隙定为 50μm。

3.2双级螺杆制冷压缩机结构的优化设计

对项目螺杆压缩机总体进行优化设计，其整体结构由电机部分、低压级、中间体与高压级部分组成，阴阳转子呈水平排列。压缩机采用内油路，吸气过滤器外置，采用柱塞实现卸载启动，采用变频技术实现能量调节。

压缩机的转子在高速的转动下，产生了周期性的吸排气振动，对吸排气口进行不规则波纹机械降噪处理，并在进气口选用阻抗复合式结构和在排气口使用小孔消声器，在ECO运行的带截止阀的减振消音器。压缩机的噪声主要是由空气动力性噪声（气流性噪声）、机械振动噪声、节流阀噪声以及相互作用产生的噪声等组成，整个测试结果表明，空气动力性噪声是最主要的噪声源。研制出适当的减少噪音的技术可以有效的减少制冷机在运行中的噪音，减少噪音污染。

同时，利用PLC对制冷机组进行控制，用置于每相中的PTC传感器监视电机温度，可实现转向检测和手动复位。

4结语

农业冷库用大功率双级螺杆制冷机组开发，主要针对目前国内急需的农、渔、牧等农副产品的冷藏、冷冻、物流、保鲜方面的制冷装备市场。本文通过研究改进和创新设计，配用变频驱动电机，以达到制冷压缩机运行的安全和稳定。该产品符合国家高效、节能减排政策，符合低碳环保要求，具有广阔的市场应用前景。

参考文献：

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基金项目：金华市工业类重点项目（2018-1-005）