【正文】 經(jīng)濟器螺桿制冷機，以改善螺桿制冷機在低溫工況下的性能。大連冷凍機廠于1980年開始對帶經(jīng)濟器螺桿制冷機從理論上進行了分析計算探討，1983年大連冷凍機廠接受了機械工業(yè)部下達的關(guān)于節(jié)能產(chǎn)品的試制任務(wù)。對KA16C帶經(jīng)濟器螺桿制冷機進行了試驗研究，經(jīng)過上千小時的探索、比較、論證和試驗室測定，并經(jīng)過工業(yè)運轉(zhuǎn)考核，比同行業(yè)螺桿制冷機生產(chǎn)廠提高一年月，于1986年7月迎過國家技求鑒定，在低溫工況下，節(jié)能效果顯著。填補了我國帶經(jīng)濟器螺桿制冷機的空白?，F(xiàn)在生產(chǎn)的各種型號螺桿制冷機都設(shè)有補氣孔口，以滿足設(shè)計單位選用。 帶經(jīng)濟器螺桿制冷機的主要功能是冷熱工質(zhì)間的換熱。從冷凝器出來的氨液，一支經(jīng)節(jié)流后進人經(jīng)濟器的殼體內(nèi)；另一支高壓液體直接進人經(jīng)濟器的管內(nèi)。兩支工質(zhì)在經(jīng)濟器內(nèi)進行熱交換，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，使高壓液體過冷，然后在蒸發(fā)器里去用于制冷，受熱蒸發(fā)的氣體進人壓縮機的補氣孔口。通過補氣孔口補進壓縮機的氣體，被壓縮到高壓，制冷機的功耗也必然要增加，由于制冷量增加的幅度遠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，達到節(jié)能的目的。可見帶經(jīng)濟器螺桿制冷壓縮機是很有發(fā)展前途的產(chǎn)品． 目前在我國自己建造的帶有制冷裝置的船舶上安裝螺桿式制冷機較少，特別是在捕魚的作業(yè)船上幾乎沒有，基本上都是使用活塞式制冷機。螺桿式制冷機體積小重量輕、啟動力矩小、制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、適用于變工況、震動小、抗搖擺性強、排氣溫度低、與柴油機匹配性能好，易于隔噪消聲的特點非常適合船舶使用。上述的幾個方面特點都明顯地優(yōu)于活塞式制冷機。螺桿式制冷機在國外已經(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，分別安裝在113艘船上，過去船上還經(jīng)常采用螺桿式制冷機加活塞式制冷機的方案．但在1968年以后，一般就完全采用螺桿式制冷機了，該公司從1968年后，裝備活塞式制冷機的僅10艘船32套，而90％的船都是安裝的螺桿式制冷機1969年日本首次將前川制作所生產(chǎn)的N200L型螺桿式制冷機安裝在船上，據(jù)報導(dǎo)一直運轉(zhuǎn)良好，到目前未曾拆修過。所以此后日本將大批的螺桿式制冷機安裝上船，特別是漁船上?，F(xiàn)在，一般西方國家螺桿式制冷機在船上的安裝率都達80％以上；由此可見，螺桿式制冷機在船舶上應(yīng)用是發(fā)展趨勢。 1974年一機部在國內(nèi)某些廠試制螺桿式制冷壓縮機的基礎(chǔ)上，制訂了我國螺桿式制冷機型式機基本參數(shù)系列，并在我國制冷工業(yè)上開始得到應(yīng)用。產(chǎn)品系列也正在逐步完善之中，通過國內(nèi)外現(xiàn)狀的分析可得出，螺桿式制冷壓縮機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強度，其經(jīng)濟效益明顯高于活塞式制冷機，安全系數(shù)大。隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，活塞式制冷機在船舶上的統(tǒng)治地位即將被螺桿式制冷機所代替。如歐美的空調(diào)制冷工程師們已重新認識到．基于螺桿式壓縮機使用對環(huán)境安全的制冷劑R22的機組的優(yōu)越性，越來越多的螺桿機得到廣泛的應(yīng)用。據(jù)（日）《JARN，2000／8》報道， 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組，%。由此可以看出，螺桿式壓縮機是軸帶壓縮機的理想選擇。在軸帶螺桿壓縮機中，氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是很重要的一個系統(tǒng)，氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計合理與否關(guān)系到軸帶螺桿壓縮機運行的可靠性和經(jīng)濟性。由于軸帶螺桿壓縮機的原動機轉(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——起動的氣量調(diào)節(jié)該方法屬于間斷性的氣量調(diào)節(jié)。當蓄冷完成時脫開離合器，壓縮機停止工作，當蓄冷須重新開始時合上離合器。重新起動軸帶螺桿壓縮機。其經(jīng)濟性高，結(jié)構(gòu)簡單，但排氣量受主機轉(zhuǎn)速影響很大，主機在低速時容積效率較低。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)進氣節(jié)流(即比例調(diào)節(jié))進氣節(jié)流等于降低吸氣壓力從而減少氣量，通過其它控制件能使減荷閥的進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?？勺鳛樾罾湄摵勺兓瘯r的輔助調(diào)節(jié)。3）減荷閥調(diào)節(jié)減荷閥關(guān)閉，停止進氣，螺桿壓縮機排氣量為0；減荷閥打開，螺桿壓縮機進氣，螺桿壓縮機投入工作，從而調(diào)節(jié)排氣量。軸帶式制冷壓縮機與蓄冷器的匹配根據(jù)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運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)夜間負荷的不同可分為兩種情況：(1)當空調(diào)系統(tǒng)夜間不運行，僅白天運行，或者夜間運行的空調(diào)負荷較少。在這種情況下，熱平衡計算公式應(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Q0= Q1時計算所得的qc值即為制冷機組的單位制冷量kw式中：qc為以空調(diào)釋冷時標定工況的每小時熱流量即制冷機組標定空調(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為白天制冷主機在空調(diào)工況下的運行小時數(shù)；C。為時間修正系數(shù)；由于白天制冷主機不一定均為滿載運行，計算時該值可?。?－）； N為夜間制冷主機在蓄冰工況下的運行小時數(shù)； C為冷水機組系數(shù)．即冷水機組蓄冰工況制冷能力與空調(diào)工況制冷能力的比值。由于制冷機組在蓄冰工況的蒸發(fā)溫度比空調(diào)工況時低,其制冷能力比空調(diào)工況差。一般活塞式與離心式冷水機組約C為0．65，它取決于工況的溫度條件和機組型號。 根據(jù)這個公式，就可得出應(yīng)配置的冷水機組的制冷能力與蓄冰槽容量。（2）空調(diào)系統(tǒng)部分夜間運行，而且所需的冷負荷比較大。日夜冷負荷都按部分釋冷方式進行，在這種情況下，我們一般以每晝夜所需的冷負荷為依據(jù)，選擇壓縮機組?？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Q0=Q1時的qc值為制冷機組的單位制冷量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)計熱負荷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)運行，利用制冷系統(tǒng)在夜間工作時帶空調(diào)負荷后的富裕功率進行蓄冷，補充白天制冷系統(tǒng)制冷量的不足為為條件配置的冷水機組的制冷能力與蓄冰槽容量?？傊评淞?Q=24Cqc （）日間冷負荷Q0= C。qc1 N0 （）夜間冷負荷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，容易出現(xiàn)極端天氣情況，且存在著船舶靠泊時的供冷情況，因而在實際配置制冷系統(tǒng)容量和蓄冷槽容量時應(yīng)有適當?shù)膬淞?，保證主機停車時的冷量供給。軸帶壓縮機的直接耦合、變速器耦合僅限于定速航行時使用或變工況時柴油機轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定的情況下運行，當柴油機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的情況下，軸帶離心式壓縮機轉(zhuǎn)速不能滿足制冷和蓄冷的要求，軸帶容積式壓縮機則會造成排氣量的下降。液壓傳動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，并且通過變向變量泵的無級調(diào)速的特性，滿足柴油機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的情況下軸帶壓縮機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定要求，通過增速裝置滿足離心式壓縮機轉(zhuǎn)速要求，保證設(shè)備的正常運行。采用液壓傳動方式耦合有以下的優(yōu)點：(1)液壓元件可以在很大壓力下工作，目前工程上已達32MPa以上 。故液壓傳動極易到較大的力或力矩，液壓傳動裝置體積和重量在相同輸出功率條件下，較其他傳動裝置結(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，油液可視為無壓縮性，故系統(tǒng)動作靈敏、響應(yīng)快，適應(yīng)船舶海況變化迅速的要求。(3)液壓傳動能在較大范圍內(nèi)方便地實現(xiàn)無級調(diào)速。，其調(diào)速比高達5000。采用變向變量泵和定量油馬達的閉式系統(tǒng)可平穩(wěn)實現(xiàn)從零到最大轉(zhuǎn)速之間的調(diào)速仍保持高效率。(4)液壓傳動以液壓油作為工作介質(zhì)，油液本身具有吸振能力，故運動平穩(wěn)，能在低速下穩(wěn)定工作。(5) 液壓傳動易實現(xiàn)過載保護。當動力設(shè)備發(fā)生故障時，安全閥可應(yīng)急動作，起安全保護作用。這對于遠離陸地的海上工作的船舶尤為重要。(6) 液壓元件相對運動表面附有液壓油膜，能自行潤滑，延長元件工作壽命，避免海上潮氣的影響(7) 操縱方便。液壓與電氣配合，易實現(xiàn)遠距離控制和自動控制，使電氣和液壓兩者充分發(fā)揮各自的長處。(8) 傳動平穩(wěn)，能吸收沖擊，允許頻繁換向，可以進行不停車變速。(9)液壓元件易實行通用化，標準化和系列化。便于設(shè)計制造、使用和海上的維修。液壓傳動耦合的工作原理簡述如下：圖33 液壓傳動容積調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖所示，軸帶壓縮機的輸入軸通過增速機構(gòu)與油馬達的輸出軸相連。液壓傳動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。主機帶動液壓泵工作，將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，向油馬達供給一定流量的壓力油液，推動油馬達作功將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能，帶動壓縮機工作。系統(tǒng)中雙向變量泵輸出流量，決定著液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)速，通過自動控制雙向變量泵A的變量機構(gòu)（斜盤傾角），使變量泵A的輸出流量Q變化，馬達輸出轉(zhuǎn)速也隨之做相應(yīng)改變。雙向變量泵改變變量機斜盤傾角的方向，變量泵流量Q改換流向，液壓馬達輸出轉(zhuǎn)速方向也隨之改變，（用于軸帶壓縮機耦合不須換向）。在上圖中補油泵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)的低壓補油路，雙向補油。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)通過變向變量泵和定量液壓馬達的容積調(diào)速回路，可以在一定調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。為了保持軸帶壓縮機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，使軸帶發(fā)電機在主柴油機變速的情況下仍能保持恒定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，維持軸帶壓縮機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，保證制冷系統(tǒng)正常運行，安裝一個液壓調(diào)速器自動控制變量泵的流量調(diào)節(jié)機構(gòu)，通過控制變量泵流量控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速，保證壓縮機排量滿足制冷系統(tǒng)的工作要求。變向變量泵最小排量應(yīng)在柴油機最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速條件下，在變向變量機構(gòu)達到最大位置時滿足軸帶壓縮機轉(zhuǎn)速要求。在額定輸出油壓時，能滿足軸帶壓縮機最大功率工作的要求。液壓馬達的轉(zhuǎn)速為： （）式中： nM 、qM、分別為液壓馬達轉(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)速回路的速度負載特性由上式可以看出，液壓馬達的轉(zhuǎn)速決定于變量泵的流量。如果變量泵和液壓馬達的容積效率是不變的，只要流量保持不變那么液壓馬達的速度和負載無關(guān)。可是，實際上無論是變量泵或是液壓馬達，其容積效率均隨著負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載增加而下降，如圖34所示：液壓馬達的轉(zhuǎn)矩 （）式中：Mth、 qM分別為液壓馬達的理論轉(zhuǎn)矩、機械效率、每轉(zhuǎn)排量p——變量泵的進出口壓力差，由安全閥調(diào)定由于取壓縮機轉(zhuǎn)速信號作為調(diào)速控制信號，可以使壓縮機轉(zhuǎn)速始終保持穩(wěn)定。因此液壓馬達的實際輸出轉(zhuǎn)矩取決于液壓馬達的進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 改變泵流量時油馬達的輸出特性nM—油馬達轉(zhuǎn)速 M—輸出扭矩 N—輸出功率液壓馬達的實際轉(zhuǎn)速，主要取決于供入液壓馬達的流量、液壓馬達的工作容積（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，從而使液壓馬達在輸出扭矩變化時仍能維持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。液壓馬達的扭矩M，主要取決于變量泵的進出口壓力差P和液壓馬達的每轉(zhuǎn)排量qM。提高壓力差P，不僅可以增大液壓馬達的輸出扭矩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，但是也受到了強度、密封等的條件限制，并給管理工作帶來了不利的影響。軸帶壓縮機液壓傳動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暖冰蓄冷系統(tǒng)方案研究暖冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運行方式可分為全量蓄冷和分量蓄冷。全量蓄冷是指冷水機組在夜間運轉(zhuǎn)就能提供次日高峰期所需全部冷量,而冷水機組不運行。分量蓄冷是指夜間冷水機組工作提供次日高峰期所需部分冷量,而高峰期冷水機組照常工作,并補足所需冷量。根據(jù)暖冰蓄冷槽和冷水機組在蓄冷系統(tǒng)中的相對位置關(guān)系，可有兩種布置方式；一是冷水機組上游布置方式，即把冷水機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需再降低的情況，且冷水機組的工作在較高的溫度，其效率較高。二是冷水機組下游布置方式，即把冷水機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的冷水溫度需要繼續(xù)降低的場合，但冷水機組必