开启式螺杆压缩机和半封闭螺杆压缩机在冷库的应用对比

王 赫

(华商国际工程有限公司，北京 100069)

在制冷压缩机的分类中，如果按提高气体压力的原理不同，制冷压缩机可分为容积型压缩机和速度型压缩机，容积型压缩机又可分为往复式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机和滚动转子式压缩机等。如果按密封方式分类,压缩机又可分为开启式压缩机、半封闭式压缩机和全封闭式压缩机[1]。开启式压缩机的轴或其他部件放置在机壳外并靠原动机驱动。这种方式最大的优点是容易拆卸和维修，同时由于制冷剂和润滑油接触不到原动机，所以可用于氨制冷系统。与之相比半封闭式压缩机的不同之处在于电动机和压缩机是一个放在机体内的整体并共用一根主轴。它不具备轴封，它的外壳可在现场拆卸并修理内部构件。

与往复式压缩机进行比较，螺杆式压缩机的主要优点有[2]：1.在压缩制冷剂气体时做旋转运动，转子速度得到提高，输气量一定时，螺杆式压缩机就会比往复式压缩机体积更小，重量更轻，运转过程中对地面的震动更小[3]。2.结构简单，往复式压缩机的零件数为螺杆式压缩机的十倍之多，这就导致其易损坏且不易维修。螺杆式压缩机没有吸排气阀，使其单级压力比大，对液击不敏感。3.适用的领域及工况更广泛。4.无级调节输气量。

1 开启式螺杆压缩机组

图1为开启式螺杆压缩机[4]的结构图，开启式螺杆压缩机的特点包括：1.压缩机与油分离器是分体设计，压缩机的排气直接通过上部滤油网过滤，使油气分离，气体经排气逆止阀到排气口排出，油在重力的作用下沿油分离器壁淌下[5]。2.由于电动机与压缩机处于两个系统，电动机不与工质接触，因此可以应用于包括氨的各种不同工质。3.拆装和维修便捷。4.压缩机组可设置经济器，与螺杆压缩机组上的补气口相连，制冷剂由补气口进入，从中温系统补气，以达到提高能效[6-7]、节约运行费用的目的。5.由于采用两级压缩有时比较浪费初投资，一些厂家开发出了单机双级螺杆压缩机，电动机直接驱动低压级的阳转子，通过它再驱动高压级的阳转子。高低压级的容量比一般为1∶3或1∶2，还可以从不同工况出发，进行不同组合。

1.机体；2.阳转子；3.滑动轴承；4.滚动轴承；5.调节滑阀；6.密封；7.平衡活塞；8.调节滑阀控制活塞；9.阴转子

2 半封闭式螺杆压缩机

图2为半封闭式螺杆压缩机的结构图，制冷量较小的螺杆压缩机同样具有比较优良的热力性能，半封闭式螺杆压缩机的特点包括：1.在工况变化时适应性比较强，冷凝压力和排气温度很高的工况也能很好的运行，所以也逐渐向往复式压缩机主要占有的半封闭领域发展[8]。2.低温制冷剂气体先经过电机，将电机冷却后进入气缸被压缩排出，优化了电机的工作环境，增大了其工作效率[9-10]。3.排气筒中装有除油雾器，将油滴从气体中分离出来，一般不需要在系统中另设油分离器，减少机组占地面积。

1.油分离器；2.排气管；3.排气端盖；4.排气连接法兰；5.容量活塞组件；6.容量滑块组件；7.容量电磁阀；8.接线盒；9.电动机；10.进气过滤器；11.进气连接法兰；12.电动机转子固定挡块；13.阳转子电动机端间隙环；14.吸气端轴承；15.加热器；16.阳转子；17.排气端轴承；18.轴承螺母；19.滤网

3 开启式螺杆压缩机组的优势

1.开启式螺杆压缩机组为外置电机，电机通过空气冷却。发生电机故障的概率很低。(半封闭通常采用回气冷却或喷液冷却，影响机组的能效及稳定性)。

2.较好品牌的开启式螺杆压缩机组的油分离效率可以达到10×10-6，油分离效果好，进入末端的润滑油较少。(半封闭组装机组的油分效率较好的组装商也只能做到1%左右，油分离效率一般，润滑油进入末端蒸发器会影响换热效率)。

3.内容积比调节：当冷库有变温需求时，开启式螺杆压缩机组的可调节内容积比的优势就比较明显。(半封闭螺杆压缩机组一般对于高低温工况有专用机组，因此如有变温需求，需考虑两套设备，切换不便捷)。

4.互为备用的备用性好。短期内不同工况也可以作为备用的压缩机组，这一优点在大型制冷系统中体现更为明显。(半封闭螺杆压缩机组在大型制冷系统中较难实现互为备用)。

4 半封闭螺杆压缩机组的优势

1.轴封不存在泄漏问题。(最好的开启式螺杆压缩机组也存在或多或少的泄漏问题，只是品质较好的机组的泄漏量极低)。

2.该类型机组集成度比较高，可以将油分、储液器、气液分离器、辅助储液器、经济器等辅助设备集成。因此在中小型制冷系统中，半封闭螺杆压缩机组有较大优势。具有机房面积小、安装简单、多机头并联可以互为备用、单一机头可以长期运行在较好的工况下等优点。

5 实际工程中开启式螺杆压缩机组和半封闭螺杆压缩机组的对比

以某实际项目为例，对两种压缩机的能耗进行对比，该项目为一栋三层土建冷库，建筑高度17.25 m，占地面积5353.99 m2，建筑面积约14 461.81 m2。冷却物冷藏间(0～8℃)总存货量740 t，冻结物冷藏间(-18～-25℃)总存货量1000 t。采用开启式螺杆压缩机组和半封闭螺杆压缩机组时的实际选型情况如表1所示(制冷剂均为R507A)。

表1 开启式螺杆压塑机和半封闭式螺杆压缩机的能效对比

由表1可知，对于-33℃制冷系统，当采用开启式螺杆压缩机组时，总制冷量474 kW，电机功率296 kW，COP为1.60；当采用半封闭式螺杆压缩机组时，总制冷量458.4 kW，电机功率314.8 kW，COP为1.46；对于-8℃制冷系统，当采用开启式螺杆压缩机组时，总制冷量538 kW，电机功率188 kW，COP为2.86；当采用半封闭式螺杆压缩机组时，总制冷量517 kW，电机功率180.3 kW，COP为2.86。

通过对比可以发现，开启式螺杆压缩机组在低温工况下的COP高于半封闭螺杆压缩机组在同样工况下的COP。而在高温工况时，半封闭螺杆压缩机组的能效与开启式螺杆压缩机组几乎一致。这是因为开启式螺杆压缩机电机外置，半封闭式螺杆压缩机在排气温度较高时采用喷液冷却的方式给电机降温[11]，低温工况下，这部分能量消耗较多。

6 结 论

1.从能效角度来看，在低温工况下开启式螺杆压缩机组的COP值优于半封闭螺杆压缩机组，在高温工况下，半封闭螺杆压缩机组的COP值与开启式螺杆压缩机组相差不大。

2.开启式螺杆压缩机组的油分离效率也远好于半封闭压缩机组的油分离效率，更好的油分离效率意味着更少的润滑油进入末端，降低压缩机缺油停机风险的同时可以增加蒸发器的运行效率，提高整个系统的能效。

3.从机组的保障角度来说，开启式机组的电机、控制、机头都是每台机组独立设置的，一台机组无论出现任何故障都不会对其它机组产生影响。系统可通过错峰降温的方式维持冷库的正常运转。

4.由于开启式螺杆压缩机组的电动机与压缩机处于两个系统，放油电动机不与工质接触，因此可以应用于包括氨的各种不同工质。