螺杆压缩机在冻干机中的应用研究.pdfVIP

第n届全国冷冻干燥学术交流会 2005年11月25—26日中国上海 螺杆压缩机在冻干机中的应用 郑效东 (上海东富龙科技有跟公司，上海201109) “制冷系统是冻干机的心脏”这一论述是美国Stocks公司的主任工程师14．R．Powell在 80年华盛顿会议上阐述的。他谈到“练干机压缩机的选择已经作出了很大的努力”。同时色提 到“但不幸的是冻干机需要的双级压缩压缩机的发展落后于其它机器领域的进步”。 如图1中所示为冻干机中常见的双级压缩制冷系统循环回路。从图上可以看出，制冷剂在 压缩机内经过两级压缩，在冷凝器中被冷却的制冷剂，从气态变换为液态。液化的制冷剂通过 中间冷却器进一步被冷却，通过膨胀阀喷雾成液滴状。在捕水器内与外部的热量进行热交换， 吸收蒸发潜热从液体转换为气体。被蒸发的制冷剂气体又返回到压缩机内。膨胀阀检测捕水 器出口的过热度以此来调节制冷剂液体的流量。而且压缩机的吸气口为了避免制冷剂液体的 液击，通常在压缩机的吸气口加装有汽液分离器。 图1双级压缩制冷系统循环回路 冻干机的制冷系统特殊点在于： (1)温度利用范围广，板层从常温冷却至一50℃以下，捕水器则冷却到一70E左右。 (2)负荷变动大，板层有预冻，有时又需进行升温、再冷却的热处理。预冻结束后压缩机要 切换到捕水器进行急速制冷。干燥负荷随着制品的不同、装量的差异等不断发生变化。 (3)随着升华干燥阶段到解吸干燥阶段，干燥负荷下降，长时间处于无负荷甚至零负荷运 行，压缩机吸气处于真空状态。 (4)在解析干燥后期，因为制玲剂液体没有被完全蒸发，液体制冷剂就有可能返回到压缩 机内，容易造成液击现象。 原先，在冻千机中应用最多的压缩机是双级活塞式压缩机，近来，螺杆压缩机的应用也 越来越多。 螺杆压缩机属于容积式商速旋转机械。和往复式压缩机相比，它没有气阀、连杆、活塞 环等易损件，结构简单、繁凑。 螺杆式制冷压缩机有一对互相啮合转向相反的螺旋齿形的转子，齿面凸起的转子称阳转 第一＼届全国冷壤干燥学术交流会 2005年U月25—26日中国上海 子，齿面凹下的转子称阴转子详见图2。转子的齿相当于活塞，转子的齿槽、定子内壁和端盖 构成的工作容器相当于气缸：定子体的两端设有成对角线布置的吸排气口。螺杆式压缩机的 工作容积是由一对相互平行放置且相互啮合的转子的齿槽与包容这一对转子的机壳所组成。 在机器运转时二转予的齿互相插入对方齿槽，且随着转子的旋转插入对方齿槽的齿向排气端 移动，使被对方齿所封闭的容积逐步缩小．压力逐渐提高，直至达到所要求的压力时，此齿 槽方与排气口相通，实现了排气。～个齿槽被与之相啮合的对方齿插入后，形成了二个被齿 隔开的空间，靠近吸气端的齿槽为吸气容积。与排气端相近的为压缩气体的容积。随着压缩 机的运转，插入齿槽的对方转子的齿向排气端移动，使吸气容积不断扩大，压缩气体的容积 不断缩小，从而实现了在每个齿槽的吸气压缩过程，当压缩气体在齿槽中气体压力达到所要 求的排气压力时。这齿槽正好与排气孔口相通，开始了排气过程。被对方转子的齿将齿槽分 成的吸气容积和压缩容积的变化是周而复始的，就这样使压缩机能连续的吸气、压缩和排气。 目前只有日本神户制钢(KOBELCO)和前川(MYCOM)公司生产单机双级螺杆式压缩。 图2螺杆压缩阴阳转子 螺杆式压缩机通过卸载阀可以达到控制制冷量的目的，日本神户制钢的单机双级螺杆式 压缩机可以做到输出制冷量分别为50％和100％，这样不但比较节能，而且对机器的稳定性起 到了关键的作用。在冻干的后期，捕水器水负荷减少的情况下可以打开卸载阀，实现50％做功。 其原理是通过制冷剂气体的旁通达到降低功率的目的。如图3、圈4所示，红色部分为参与做 功的转子。具体流程图见图5。 如图5所示，当螺杆压缩机100％做功时，件28三通(卸载)电磁阀关闭·阀门端口1、 2相通，油压作用在螺杆压缩机的滑阀端面上，因为油压产生的力大于滑阀弹簧自身的张力， 所以滑阀封闭低压端内腔的缺口，使得制冷荆气体被螺杆全齿压缩。三通(卸载)电磁阀打 开时接通端口2和3，这