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摘要：本文对螺杆式冷水机组的分类和组成进行了叙述，分析了各种螺杆式冷水机组系统应用及以后的发展趋势，为空调系统中螺杆式冷水机组的运用进步提供参考。
关键词：空调系统；螺杆；冷水机组
1前言
螺杆式冷水机组作为中央空调系统的主机，广泛应用于各种建筑空调系统中，按所采用的蒸发器形式分，螺杆式冷水机组主要有三大类：干式螺杆式冷水机组、满液式螺杆式冷水机组以及降膜式螺杆式冷水机组。
螺杆式冷水机组结构简单，运动部件少，无往复运动的惯性力，转速高，运转平衡，振动小，重量轻，单机制冷量较大，压缩比大，COP高，机组易损部件少，零部件仅为活塞式的1/10左右，运行可靠，易于维护，且对湿压缩不敏感，允许少量液滴人缸，无液击危险。螺杆式冷水机组能量调节方便，大多能在15％～100％的范围内较经济地实现无级调节。但是，螺杆式冷水机组尤其是满液式蒸发器机型须有比较复杂的润滑油系统，耗油量大，有较高的加工精度和装配精度要求。螺杆式冷水机组从结构上分为双螺杆和单螺杆机型，从压缩机台数上分为单机头和多机头型，从蒸发器类型上分为满液式和非满液式，从压缩机结构分为开启式和封闭式。如何根据工程的实际情况选择合适的螺杆式冷水机组，已经成为每个暖通空调制冷设计人员必须面对的课题，同时，螺杆式冷水机组的选型对空调系统的运行起着重要的作用。
2螺杆式冷水机组系统组成
与所有蒸气压缩制冷循环系统一样，螺杆式冷水机组由四大部件组成：螺杆压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构。螺杆式冷水机组其核心部件是螺杆压缩机，市场上以双螺杆为主、个别厂家采用单螺杆（如麦克维尔）；空调用螺杆式冷水机组采用的压缩机以半封闭为主，个别厂家采用开启式（如约克）或全封闭式（顿汉布什）；除开利、约克、特灵、麦克维尔、顿汉布什及个别日本厂商外，大多数主机厂商是外购螺杆压缩机或OEM，市场上专业生产空调用螺杆压缩机的厂家主要有比泽尔、莱富康、汉钟、复盛等品牌，且均为双螺杆。后文分别对干式螺杆式冷水机组系统，满液式螺杆式冷水机组系统以及降膜式螺杆式冷水机组系统进行研究。
图1常规空调工况干式螺杆冷水机组系统原理图
3干式螺杆式冷水机组系统
各厂家干式螺杆式冷水机组的系统设计大同小异，主要是在换热器设计和节流机构设计上的区别。市场上主流厂家采用的换热器大都采用管壳式换热器，其中冷凝器设计大致相同（冷凝管多见φ15.88、φ19.05管径，水侧以两流程为主，也有三流程、四流程的），冷却水在换热管内流动，制冷剂在换热管外冷凝；干式蒸发器设计主要有三种类型：一类是采用直管多流程干式蒸发器（常见使用于较大冷量的机组中，多见φ12.7、φ15.88管径）、第二类是采用U形管的干式蒸发器（此类较常见，多见φ9.52管径）、第三类是采用小径直管单流程干式蒸发器（此类有一些厂家在使用，较节约成本，采用φ7.94管径）。干式蒸发器的设计关键点是进口处的液体分配问题，此点直接决定换热器的效率。干式螺杆式冷水机组节流机构大多采用外平衡式热力膨胀阀、个别厂家采用电子膨胀阀（多见于大冷量机组）；热力膨胀阀在成本上有较大优势，但单体容量一般在100RT以内；个别厂商在大冷量机组上采用大容量热力膨胀阀（如DANFOSS大容量带先导阀的PHT型热力膨胀阀、SPORLAND的大容量热力热力膨胀阀），但成本较高，随着大容量电子膨胀阀的成本下降，很多厂家在大冷量机组上采用电子膨胀阀；也有采用其他成本更低的节流设计方案，例如采用并联两个热力膨胀阀或热力膨胀阀并联电磁阀的组合形式进行设计。
4满液式螺杆式冷水机组系统
一般螺杆压缩机内部会带有油分离器，但满液机组一般要设置二次油分离器，可设置在压缩机与冷凝器之间，也有厂家把二次油分离器内置于冷凝器内，这样设计机组管路系统会更简洁。二次油分离器的设计多种多样，主要利用撞击、离心、滤网吸附等原理进行设计。一般满液机组回油系统有两部分组成，一路是二次油分离器分离下来的油通过回油管路到压缩机的吸气端，从而回到压缩机内（此路回油一般为间歇回油或根据压缩机内的油位信号进行动态回油）；另外是蒸发器内的氟油混合物通过气体引射器引射到压缩机的吸气端（引射动力来源于高压制冷剂气体），从而回到压缩机内（此路回油一般为连续回油）。也有厂家利用二次油分离器里的高压油作为引射动力，将蒸发器内的氟油混合物通过引射器引射到压缩机的吸气端，从而使二次油分离器里的油和蒸发器内的油从同一管路接口处回到压缩机内。一些厂家的压缩机内没有设置油分离器，且压缩机底部不设油槽，压缩机内存油较少，这种情况他们常用的做法是在压缩机和冷凝器之间设置一个高效的外置油分离器，将油分离器里的油经过回油管路回到压缩机的供油管路上，而另一路蒸发器的回油仍然通过高压引射的方式回到压缩机的吸气端，从而回到压缩机。
满液式螺杆式冷水机组的节流方式有：孔板节流方式、电子膨胀阀节流方式、孔板并联电磁阀的节流方式、孔板并联电子膨胀阀的节流方式、调制马达驱动球阀多级调节的节流方式。单纯的孔板节流方式现已不多见，由于其没有调节作用，使机组的运行范围较窄，可靠性不高；孔板并联电磁阀的节流方式仍有个别厂商在使用，可使机组在一般范围内可靠运行，在极限工况时启用旁通管路上的电磁阀以适应机组工况的变化；现一般厂家满液式螺杆冷水机组大多采用电子膨胀阀的节流的方式，可以实现稳定的液位或排气过热度控制，电子膨胀阀反应速度快，调节更精准，使机组运行范围更宽广，机组运行效率也大大提高；但电子膨胀阀的成本较高，特别是大容量的电子膨胀阀，所以也有一些厂家采用孔板并联一个较小型号的电子膨胀阀的节流方式，这样调节范围仍然较宽广，同样可以实现稳定的液位或排气过热度控制，同时也可以避免纯电子膨胀阀的系统因温度信号的滞后性带来的误调节，使系统更可靠和稳定，这是一种既经济又合理的设计。个别厂家采用调制马达驱动球阀的多级调节的节流方式，这种方式也较经济，调节效果略输于电子膨胀阀，但相比较孔板节流则大大改善，马达驱动球阀动作可实现多级调节，机组运行范围也较宽广，只是调节精度不如电子膨胀阀，但可靠性是可以保证的。
5降膜式螺杆式冷水机组系统
降膜式螺杆式冷水机组又称喷淋式机组，与满液式螺杆冷水机组主要区别在于蒸发器的设计上，降膜式蒸发器的技术难点在于蒸发器内的分配器的设计，如何实现节流后的气液两相流体的均匀分配是蒸发器设计成败的关键。降膜式螺杆式冷水机组的系统设计除蒸发器外其他与满液式机组相似，节流机构的设计也大都采用电子膨胀阀的方式；采用蒸发器液位控制或冷凝器液位控制；油分离器一路的回油与满液式机组相同；蒸发器回油可设置集油装置间歇回油或采用高压气体引射连续回油。由于降膜式机组较满液式机组制冷剂充注量大大减少，而系统效率也能达到甚至超过满液式机组，所以是未来螺杆式冷水机组的发展方向。
6结束语
综上所述，运用螺杆式冷水机组高效节能、智能控制特点，大大提高换热器换热效率是提高机组能效的主要途径，运用高能效冷水机组的降膜式蒸发器；运用节流机构反应速度更快，控制精度更高的特点，电子膨胀阀的应用也促进了主机控制系统的升级，使机组运行范围更宽广，机组运行效率也大大提高。
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