【正文】 經(jīng)濟(jì)器螺桿制冷機(jī)，以改善螺桿制冷機(jī)在低溫工況下的性能。大連冷凍機(jī)廠于1980年開(kāi)始對(duì)帶經(jīng)濟(jì)器螺桿制冷機(jī)從理論上進(jìn)行了分析計(jì)算探討，1983年大連冷凍機(jī)廠接受了機(jī)械工業(yè)部下達(dá)的關(guān)于節(jié)能產(chǎn)品的試制任務(wù)。對(duì)KA16C帶經(jīng)濟(jì)器螺桿制冷機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，經(jīng)過(guò)上千小時(shí)的探索、比較、論證和試驗(yàn)室測(cè)定，并經(jīng)過(guò)工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)考核，比同行業(yè)螺桿制冷機(jī)生產(chǎn)廠提高一年月，于1986年7月迎過(guò)國(guó)家技求鑒定，在低溫工況下，節(jié)能效果顯著。填補(bǔ)了我國(guó)帶經(jīng)濟(jì)器螺桿制冷機(jī)的空白。現(xiàn)在生產(chǎn)的各種型號(hào)螺桿制冷機(jī)都設(shè)有補(bǔ)氣孔口，以滿足設(shè)計(jì)單位選用。 帶經(jīng)濟(jì)器螺桿制冷機(jī)的主要功能是冷熱工質(zhì)間的換熱。從冷凝器出來(lái)的氨液，一支經(jīng)節(jié)流后進(jìn)人經(jīng)濟(jì)器的殼體內(nèi)；另一支高壓液體直接進(jìn)人經(jīng)濟(jì)器的管內(nèi)。兩支工質(zhì)在經(jīng)濟(jì)器內(nèi)進(jìn)行熱交換，被節(jié)流后的工質(zhì)受熱蒸發(fā)成氣體，帶走高壓液體中的熱量，使高壓液體過(guò)冷，然后在蒸發(fā)器里去用于制冷，受熱蒸發(fā)的氣體進(jìn)人壓縮機(jī)的補(bǔ)氣孔口。通過(guò)補(bǔ)氣孔口補(bǔ)進(jìn)壓縮機(jī)的氣體，被壓縮到高壓，制冷機(jī)的功耗也必然要增加，由于制冷量增加的幅度遠(yuǎn)大于功消耗增加的幅度，使單位功功率的制冷量得到了大幅度的提高，因此，可以節(jié)省大量的電耗，達(dá)到節(jié)能的目的。可見(jiàn)帶經(jīng)濟(jì)器螺桿制冷壓縮機(jī)是很有發(fā)展前途的產(chǎn)品． 目前在我國(guó)自己建造的帶有制冷裝置的船舶上安裝螺桿式制冷機(jī)較少，特別是在捕魚(yú)的作業(yè)船上幾乎沒(méi)有，基本上都是使用活塞式制冷機(jī)。螺桿式制冷機(jī)體積小重量輕、啟動(dòng)力矩小、制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用于變工況、震動(dòng)小、抗搖擺性強(qiáng)、排氣溫度低、與柴油機(jī)匹配性能好，易于隔噪消聲的特點(diǎn)非常適合船舶使用。上述的幾個(gè)方面特點(diǎn)都明顯地優(yōu)于活塞式制冷機(jī)。螺桿式制冷機(jī)在國(guó)外已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在船舶制冷、空調(diào)裝置中。根據(jù)資料報(bào)導(dǎo)，瑞典斯塔公司建造的船舶制冷裝置中，在 1964～1973年中供應(yīng) 439套螺桿式制冷機(jī)，分別安裝在113艘船上，過(guò)去船上還經(jīng)常采用螺桿式制冷機(jī)加活塞式制冷機(jī)的方案．但在1968年以后，一般就完全采用螺桿式制冷機(jī)了，該公司從1968年后，裝備活塞式制冷機(jī)的僅10艘船32套，而90％的船都是安裝的螺桿式制冷機(jī)1969年日本首次將前川制作所生產(chǎn)的N200L型螺桿式制冷機(jī)安裝在船上，據(jù)報(bào)導(dǎo)一直運(yùn)轉(zhuǎn)良好，到目前未曾拆修過(guò)。所以此后日本將大批的螺桿式制冷機(jī)安裝上船，特別是漁船上?，F(xiàn)在，一般西方國(guó)家螺桿式制冷機(jī)在船上的安裝率都達(dá)80％以上；由此可見(jiàn)，螺桿式制冷機(jī)在船舶上應(yīng)用是發(fā)展趨勢(shì)。 1974年一機(jī)部在國(guó)內(nèi)某些廠試制螺桿式制冷壓縮機(jī)的基礎(chǔ)上，制訂了我國(guó)螺桿式制冷機(jī)型式機(jī)基本參數(shù)系列，并在我國(guó)制冷工業(yè)上開(kāi)始得到應(yīng)用。產(chǎn)品系列也正在逐步完善之中，通過(guò)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的分析可得出，螺桿式制冷壓縮機(jī)不僅具有良好的船用特性，而且能大幅度減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，其經(jīng)濟(jì)效益明顯高于活塞式制冷機(jī)，安全系數(shù)大。隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，活塞式制冷機(jī)在船舶上的統(tǒng)治地位即將被螺桿式制冷機(jī)所代替。如歐美的空調(diào)制冷工程師們已重新認(rèn)識(shí)到．基于螺桿式壓縮機(jī)使用對(duì)環(huán)境安全的制冷劑R22的機(jī)組的優(yōu)越性，越來(lái)越多的螺桿機(jī)得到廣泛的應(yīng)用。據(jù)（日）《JARN，2000／8》報(bào)道， PERFOR－MA新系列采用環(huán)保制冷劑R134a，、小充注量和低成本螺桿冷水機(jī)組，%。由此可以看出，螺桿式壓縮機(jī)是軸帶壓縮機(jī)的理想選擇。在軸帶螺桿壓縮機(jī)中，氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是很重要的一個(gè)系統(tǒng)，氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理與否關(guān)系到軸帶螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。由于軸帶螺桿壓縮機(jī)的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由船舶的航行條件決定，因而其排氣量調(diào)節(jié)不能考慮要采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，可考慮以下幾種氣量調(diào)節(jié)方法：1）停機(jī)——起動(dòng)的氣量調(diào)節(jié)該方法屬于間斷性的氣量調(diào)節(jié)。當(dāng)蓄冷完成時(shí)脫開(kāi)離合器，壓縮機(jī)停止工作，當(dāng)蓄冷須重新開(kāi)始時(shí)合上離合器。重新起動(dòng)軸帶螺桿壓縮機(jī)。其經(jīng)濟(jì)性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但排氣量受主機(jī)轉(zhuǎn)速影響很大，主機(jī)在低速時(shí)容積效率較低。排氣量較小，制冷系統(tǒng)的制冷能力不能充分發(fā)揮，可使用大速比增速，滿足排氣量的要求。2）管路調(diào)節(jié)進(jìn)氣節(jié)流(即比例調(diào)節(jié))進(jìn)氣節(jié)流等于降低吸氣壓力從而減少氣量，通過(guò)其它控制件能使減荷閥的進(jìn)氣口面積隨著用氣量的減少而減少；然后隨著用氣量的增加而逐漸增加直到減荷閥完全打開(kāi)。可作為蓄冷負(fù)荷變化時(shí)的輔助調(diào)節(jié)。3）減荷閥調(diào)節(jié)減荷閥關(guān)閉，停止進(jìn)氣，螺桿壓縮機(jī)排氣量為0；減荷閥打開(kāi)，螺桿壓縮機(jī)進(jìn)氣，螺桿壓縮機(jī)投入工作，從而調(diào)節(jié)排氣量。軸帶式制冷壓縮機(jī)與蓄冷器的匹配根據(jù)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式的不同而采用不同的匹配方案。一般有兩種情況：全量蓄冷和分量蓄冷。 根據(jù)夜間負(fù)荷的不同可分為兩種情況：(1)當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)夜間不運(yùn)行，僅白天運(yùn)行，或者夜間運(yùn)行的空調(diào)負(fù)荷較少。在這種情況下，熱平衡計(jì)算公式應(yīng)為：總制冷量 Q =Cqc N ()日間放冷 Q0= C0qc N。 ()夜間蓄冷 Q1= C qc N ()當(dāng)Q0= Q1時(shí)計(jì)算所得的qc值即為制冷機(jī)組的單位制冷量kw式中：qc為以空調(diào)釋冷時(shí)標(biāo)定工況的每小時(shí)熱流量即制冷機(jī)組標(biāo)定空調(diào)工況下單位制冷量kj/h；Q0、Q1分別為日間放冷量、夜間蓄冷量kj，即蓄冰槽容量kj；N0為白天制冷主機(jī)在空調(diào)工況下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)；C。為時(shí)間修正系數(shù)；由于白天制冷主機(jī)不一定均為滿載運(yùn)行，計(jì)算時(shí)該值可?。?－）； N為夜間制冷主機(jī)在蓄冰工況下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)； C為冷水機(jī)組系數(shù)．即冷水機(jī)組蓄冰工況制冷能力與空調(diào)工況制冷能力的比值。由于制冷機(jī)組在蓄冰工況的蒸發(fā)溫度比空調(diào)工況時(shí)低,其制冷能力比空調(diào)工況差。一般活塞式與離心式冷水機(jī)組約C為0．65，它取決于工況的溫度條件和機(jī)組型號(hào)。 根據(jù)這個(gè)公式，就可得出應(yīng)配置的冷水機(jī)組的制冷能力與蓄冰槽容量。（2）空調(diào)系統(tǒng)部分夜間運(yùn)行，而且所需的冷負(fù)荷比較大。日夜冷負(fù)荷都按部分釋冷方式進(jìn)行，在這種情況下，我們一般以每晝夜所需的冷負(fù)荷為依據(jù)，選擇壓縮機(jī)組?？傊评淞? Q=Cqc N （）日間放冷量 Q0= C。qc1 N。 （）夜間蓄冷量 Q1= Cqc N一C qc2 N （）當(dāng)Q0=Q1時(shí)的qc值為制冷機(jī)組的單位制冷量kj/h式中：Q每晝夜的總冷量kjqcqc2分別為日間、夜間空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷kj/hQ1為蓄冷槽的容量kj。這種方案假設(shè)空調(diào)器的制冷系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，利用制冷系統(tǒng)在夜間工作時(shí)帶空調(diào)負(fù)荷后的富裕功率進(jìn)行蓄冷，補(bǔ)充白天制冷系統(tǒng)制冷量的不足為為條件配置的冷水機(jī)組的制冷能力與蓄冰槽容量?？傊评淞?Q=24Cqc （）日間冷負(fù)荷Q0= C。qc1 N0 （）夜間冷負(fù)荷Q1= C qc2 N （）夜間蓄冷量Q2= Cqc N一C qc2 N （）日間放冷量Q3= C0qc1 N0—C0qc N0 （） 令Q= Q0 +Q1，Q2= Q3；即可選擇制冷系統(tǒng)的制冷量和蓄冷槽的容量。 由于船舶的航行區(qū)域大，外界氣候變化莫測(cè)，容易出現(xiàn)極端天氣情況，且存在著船舶靠泊時(shí)的供冷情況，因而在實(shí)際配置制冷系統(tǒng)容量和蓄冷槽容量時(shí)應(yīng)有適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備量，保證主機(jī)停車時(shí)的冷量供給。軸帶壓縮機(jī)的直接耦合、變速器耦合僅限于定速航行時(shí)使用或變工況時(shí)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定的情況下運(yùn)行，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的情況下，軸帶離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不能滿足制冷和蓄冷的要求，軸帶容積式壓縮機(jī)則會(huì)造成排氣量的下降。液壓傳動(dòng)方式耦合具有單位重量功率大、反應(yīng)快、易控制、輸出力大等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且通過(guò)變向變量泵的無(wú)級(jí)調(diào)速的特性，滿足柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的情況下軸帶壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定要求，通過(guò)增速裝置滿足離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速要求，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。采用液壓傳動(dòng)方式耦合有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1)液壓元件可以在很大壓力下工作，目前工程上已達(dá)32MPa以上 。故液壓傳動(dòng)極易到較大的力或力矩，液壓傳動(dòng)裝置體積和重量在相同輸出功率條件下，較其他傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊。體積小、重量輕。其外形尺寸僅為電氣設(shè)備的1/8，重量為1/81/10。符合船舶設(shè)備要求重量輕，體積小的要求。(2)液壓元件慣性小，油液可視為無(wú)壓縮性，故系統(tǒng)動(dòng)作靈敏、響應(yīng)快，適應(yīng)船舶海況變化迅速的要求。(3)液壓傳動(dòng)能在較大范圍內(nèi)方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。，其調(diào)速比高達(dá)5000。采用變向變量泵和定量油馬達(dá)的閉式系統(tǒng)可平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)從零到最大轉(zhuǎn)速之間的調(diào)速仍保持高效率。(4)液壓傳動(dòng)以液壓油作為工作介質(zhì)，油液本身具有吸振能力，故運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，能在低速下穩(wěn)定工作。(5) 液壓傳動(dòng)易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。當(dāng)動(dòng)力設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，安全閥可應(yīng)急動(dòng)作，起安全保護(hù)作用。這對(duì)于遠(yuǎn)離陸地的海上工作的船舶尤為重要。(6) 液壓元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面附有液壓油膜，能自行潤(rùn)滑，延長(zhǎng)元件工作壽命，避免海上潮氣的影響(7) 操縱方便。液壓與電氣配合，易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制，使電氣和液壓兩者充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處。(8) 傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸收沖擊，允許頻繁換向，可以進(jìn)行不停車變速。(9)液壓元件易實(shí)行通用化，標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。便于設(shè)計(jì)制造、使用和海上的維修。液壓傳動(dòng)耦合的工作原理簡(jiǎn)述如下：圖33 液壓傳動(dòng)容積調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖所示，軸帶壓縮機(jī)的輸入軸通過(guò)增速機(jī)構(gòu)與油馬達(dá)的輸出軸相連。液壓傳動(dòng)耦合所采用的能量變換元件是容積式的液壓泵和液壓馬達(dá)。主機(jī)帶動(dòng)液壓泵工作，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，向油馬達(dá)供給一定流量的壓力油液，推動(dòng)油馬達(dá)作功將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)壓縮機(jī)工作。系統(tǒng)中雙向變量泵輸出流量，決定著液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速，通過(guò)自動(dòng)控制雙向變量泵A的變量機(jī)構(gòu)（斜盤(pán)傾角），使變量泵A的輸出流量Q變化，馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速也隨之做相應(yīng)改變。雙向變量泵改變變量機(jī)斜盤(pán)傾角的方向，變量泵流量Q改換流向，液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速方向也隨之改變，（用于軸帶壓縮機(jī)耦合不須換向）。在上圖中補(bǔ)油泵D，溢流閥E組成低壓恒壓油源。單向閥（3），（4）與低壓恒壓油源組成系統(tǒng)的低壓補(bǔ)油路，雙向補(bǔ)油。單向閥（1），（2）和安全閥（即溢流閥）組成雙向安全油路。上述系統(tǒng)通過(guò)變向變量泵和定量液壓馬達(dá)的容積調(diào)速回路，可以在一定調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。為了保持軸帶壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，使軸帶發(fā)電機(jī)在主柴油機(jī)變速的情況下仍能保持恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，維持軸帶壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，保證制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行，安裝一個(gè)液壓調(diào)速器自動(dòng)控制變量泵的流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過(guò)控制變量泵流量控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速，保證壓縮機(jī)排量滿足制冷系統(tǒng)的工作要求。變向變量泵最小排量應(yīng)在柴油機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速條件下，在變向變量機(jī)構(gòu)達(dá)到最大位置時(shí)滿足軸帶壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速要求。在額定輸出油壓時(shí)，能滿足軸帶壓縮機(jī)最大功率工作的要求。液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為： （）式中： nM 、qM、分別為液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速、排量、容積效率、QT分別為變量泵的容積效率、理論流量圖34 容積調(diào)速回路的速度負(fù)載特性由上式可以看出，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于變量泵的流量。如果變量泵和液壓馬達(dá)的容積效率是不變的，只要流量保持不變那么液壓馬達(dá)的速度和負(fù)載無(wú)關(guān)。可是，實(shí)際上無(wú)論是變量泵或是液壓馬達(dá)，其容積效率均隨著負(fù)載壓力的提高而下降，這就使得執(zhí)行元件的速度也隨著負(fù)載增加而下降，如圖34所示：液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩 （）式中：Mth、 qM分別為液壓馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)矩、機(jī)械效率、每轉(zhuǎn)排量p——變量泵的進(jìn)出口壓力差，由安全閥調(diào)定由于取壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)作為調(diào)速控制信號(hào)，可以使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持穩(wěn)定。因此液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩取決于液壓馬達(dá)的進(jìn)出口壓力差其輸出特性如下圖所示。分析液壓耦合裝置的特性可知：圖35 改變泵流量時(shí)油馬達(dá)的輸出特性nM—油馬達(dá)轉(zhuǎn)速 M—輸出扭矩 N—輸出功率液壓馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，主要取決于供入液壓馬達(dá)的流量、液壓馬達(dá)的工作容積（即每轉(zhuǎn)排量）和容積效率。因此，要維持液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，可采用容積調(diào)速的方法保持變向變量泵輸出流量穩(wěn)定，從而使液壓馬達(dá)在輸出扭矩變化時(shí)仍能維持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。液壓馬達(dá)的扭矩M，主要取決于變量泵的進(jìn)出口壓力差P和液壓馬達(dá)的每轉(zhuǎn)排量qM。提高壓力差P，不僅可以增大液壓馬達(dá)的輸出扭矩M，而且還可以在功率不變的前提下，使液壓元件和管路的尺寸相應(yīng)減少，但是也受到了強(qiáng)度、密封等的條件限制，并給管理工作帶來(lái)了不利的影響。軸帶壓縮機(jī)液壓傳動(dòng)方式耦合是一種性能優(yōu)良的耦合方式。但相比直接耦合、齒輪箱耦合其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，初投資成本上升。4船舶軸帶制冷壓縮機(jī)暖冰蓄冷系統(tǒng)方案研究暖冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行方式可分為全量蓄冷和分量蓄冷。全量蓄冷是指冷水機(jī)組在夜間運(yùn)轉(zhuǎn)就能提供次日高峰期所需全部冷量,而冷水機(jī)組不運(yùn)行。分量蓄冷是指夜間冷水機(jī)組工作提供次日高峰期所需部分冷量,而高峰期冷水機(jī)組照常工作,并補(bǔ)足所需冷量。根據(jù)暖冰蓄冷槽和冷水機(jī)組在蓄冷系統(tǒng)中的相對(duì)位置關(guān)系，可有兩種布置方式；一是冷水機(jī)組上游布置方式，即把冷水機(jī)組放在蓄冷槽的上游，這種布置方式適合于全量蓄冷工作方式或者是蓄冷槽的出口溫度無(wú)需再降低的情況，且冷水機(jī)組的工作在較高的溫度，其效率較高。二是冷水機(jī)組下游布置方式，即把冷水機(jī)組放在蓄冷槽的下游,這種布置方式適合于分量蓄冷工作方式或蓄冷槽出來(lái)的冷水溫度需要繼續(xù)降低的場(chǎng)合，但冷水機(jī)組必