螺杆式制冷压缩机组油冷却器的配置

螺杆式制冷压缩机组油冷却器的配置
马翠英
武汉新世界制冷工业有限公司技术开发部
【摘要】： 本文介绍了螺杆制冷压缩机中配置油冷却器的类型及在制冷系统中的作用。

【关键词】：螺杆式制冷压缩机 油冷却器 配置
1.引言
螺杆式制冷压缩机组由螺杆式压缩机、电动机、联轴器、气路系统(包括吸气止回式截止阀和吸气过滤器)、油路系统(包括油分离器、油冷却器、油过滤器、油泵、油压调节阀和油分配管路等)、控制系统(包括操作仪表箱、控制器箱、电控柜等)和设备、系统间的连接管路等组成。

用户按各自需要配备冷凝器、蒸发器等设备，就可以成为一个完整的制冷系统，满足不同温度的工艺需要。

由于螺杆式制冷压缩机是一种高速回转机械，阴阳转子之间、转子与壳体之间靠间隙密封，故在运行中要向压缩机工作腔喷入一定量的润滑油(约为容积排量的0．6～1 3％左右，理论排量越大的螺杆式压缩机这个比倒越小)，以达到润滑、密封、提高压缩机工作教率、降低排气温度和噪声等目的，
为此需要一套高效、可靠的油分离器、油冷却器、油过滤器、油泵等设备。

本文重点介绍作者在设计螺杆式压缩机组过程中对油冷却器配置的探讨。

2.油冷却器的工作原理及形式 从压缩机排出的高温、高压油气混合物中分离出来的润滑油温度较高，不能直接喷入压缩机中，需经油冷却器冷却达到压缩机所需的粘度和温度后才可重复使用。

油冷却方式可采用水冷、热虹吸、喷液冷却及加大油冷却器四种方式。

3.油冷却器的分析及配置
3.1 水冷油冷却器
水冷油冷却器是一种卧式壳管式热交换器，油在管外，水在管内。

管束固定于两端管板上，油冷却器筒体内有折流板，可以改善油和冷却水的热交换。

由于水中杂质会在冷却器水管内结垢而降低传热系数，因此必须定期进行检察和清洗。

冬季机组不运行时，还需拧开水盖上的放水阀，将油冷却器内的水放掉，以防止结冰损坏设备。

水冷油冷却器又分：普通水冷油冷却器；铜管油冷却器
a、普通水冷油冷却器
普通水冷油冷却器采用钢制换热管，以便油冷却器在氨系统与氟系统中通用，提高标准化程度。

如图F-1所示：
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F-1 普通水冷油冷却器
油冷却器结构宜细长。

我国在现在广泛使用的立式螺杆I 型制冷压缩机组的油冷却器，由于机组结构型式等限制，长径比较小，换热效果较差。

通过<螺杆制冷机组及制冷系统设计、分析〉软件对比计算发现：影响油冷却器换热效果的主要原因是油侧流速。

目前，国内所有资料均推荐油侧流速为0 1～0．2m／s， 而作者认为可以提高到0 2～0．3m／s。

计算油的流速首先需要知道油的循环量，对螺杆I 型机，由于是油泵强制供油，油的循环量与油泵排量有关，而对螺杆Ⅱ型机，由于是压差供油，油的循环量与高低压压差和油路阻力有关，即同一压缩机在不同工况下油的循环量也不同。

螺杆Ⅱ型机的油循环量可以用下式计算：
V =C×(P—P1一△P)+15．2
式中：v 一油循环量，升／分
C—常数，与压缩机理论排量有关，如LG20Ⅱ的理论排量为1068m3／h，
C 值为10．5
P 一排气压力，10 kPa，略高于冷凝压力，
P1一吸气压力，10 kPa，略等于蒸发压力，
P 一油路系统总阻力，包括油分、油冷、油过滤器、管遭阀门等阻力
之和，约为 10 kPa，一般在(7～1 5) kPa 之间。

计算螺杆Ⅱ型机配用的油冷却器时， 可按最大油循环量工况计算油侧流速，如+40℃～一40℃氨压缩机组工况，以保证油侧的阻力不致过高，同时，油的流速也不至于过低而影响换热。

关于油侧的流速，可通过折流板的间距控制油的垂直流速Ｗb。

通过折流板缺口高度控制油的水平流速Ｗc ，油的平均流速Ｗ可通过下式计算： Ｗ＝Wc Wb ×
按以上理论仅改变油冷却器结构而不增加其换热面积，油冷却能力却大为提高，油温过高的问题彻底得到了解决，试车时甚至需要减小油冷却器供水量来保证油温不致过低。

b、铜管油冷却器 在水质较差的地区采用氟系统，可使用铜管油冷却器，以避免钢制换热管的结垢和锈蚀．减少油冷却器换热管的清洗次数，延长其使用寿命。

采用铜管油冷却器，提高换热效率。

采用铜管油冷却器，传热系数K 较钢制换热管有所提高。

增大了换热效果。

3.2、热虹吸油冷却器
热虹吸油冷却器的结构同水冷油冷却器的原理类似，为卧式壳管式。

油在管外，制冷剂氨在管内(其它厂家也有油在管内、制冷剂在管外的结构形式)。

经冷凝器冷凝后流出的制冷剂液体流入热虹吸贮液器后分流出一路液体进入热虹吸油冷却器， 沿途吸收管外高温油的热量而蒸发。

制冷剂在蒸发过程中密度逐渐减小，油冷却器回气管中的气液混合物的密度低于油冷却器供液管中液体的密度，这种不平衡产生了一个压力差使制冷剂在油冷却器中流动。

表面上看来．制冷剂在油冷却器中的流动就象一台“永动机”，但实际上，制冷剂流动的动力在于油冷却器中的高温油提供的热能．一旦压缩机停止运行导致油循环停止，则制冷剂的流动也自动停止。

热虹吸系统安装时，注意热虹吸贮液器的位置应尽量靠近机组，而且热虹吸贮液器中的液面应高于油冷却器中心线
1．5～2m 以克服管路中的压力损失。

经热虹吸油冷却器冷却后的油温一般比冷凝器温度高10-20℃。

图F－2为热虹吸冷却系统流程图
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图F－2 热虹吸冷却系统流程图
热虹吸油冷却器型螺杆式制冷压缩机组一般用于缺水或水质极差的地区采用蒸发式冷凝器的氨系统。

采用热虹吸贮液器及热虹吸油冷却器装置优于其它液氨冷却方式，机组体积小，油冷却可靠， 液氨不重复进入冷凝器，可提高冷凝器效率，同时，可多台油冷却器共用一台热虹吸贮液器(如图Ｆ－２所示)，简化了系统设计。

在热虹吸油冷却器与水冷油冷却器常用工况(进／出油温度为85／50℃ 、冷凝温度40℃)的计算对比中，我们发现，虽然氨具有较大的蒸发潜热，热虹吸油冷却器
的传热系数K 也仅提高了7％，但其对数平均温差却比水冷油冷却器提高了44％，因此，热虹吸油冷却器的综合效率比水冷油冷却器提高了54％，其换热面积可大幅减小。

热虹吸冷却系统有许多设计要点，武汉新世界制冷工业有限公司及国外厂家目前多采用热虹吸贮液器这一方式，国内有许多
处成功使用的范例，如辽宁抚顺石油一厂等。

3.3、 加大型油冷却器
加大型油冷却器在化肥行业，氨螺杆式制冷压缩机主要是作为氨气压缩机使用而不是用于制冷循环，由于吸入氨气的过热度较高，导致压缩机排气温度、油温均偏高。

为满足化肥行业的这一特殊要求．我公司适当增加了油冷却器换热面积，并采用新型低肋管技术，提高油冷却能力．更好地满足化肥工业需要。

低肋管技术是武汉新世界制冷工业有限公司与华南理工大学合作开发的新型
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F－3 喷液式杆式制冷压缩机组工作原理
喷出的液体起吸收压缩热并冷却油温的作用。

高温膨胀阀的开启度取决定于排气温度，当排气温度偏高（高于55℃）时，膨胀阀开启度增大；当排气温度偏低（低于50℃）时，膨胀阀开启度减小。

压缩机上开有两个喷液孔口⎯高位喷液口和低位喷液口，当压缩机在内容积比低于或等于3.0时运行，制冷剂液体从低位喷液口喷入，当内容积比高于3.0时，则从高位喷液口喷入。

由高温膨胀阀通过排气温度控制喷液量，从而将压缩机排气温度控制到某一范围之内。

机组省去了传统的油冷却器及机组、系统中相应的管道、阀门，因而机组结构更加紧凑，系统设计更加简单，故障点减少，油路更加通畅。

机组的注油最大幅度减少，特别是可进一步加大油的循环量。

由于螺杆压缩机的吸气和排气均是同一方向(活塞式吸排气为逆向)，制冷剂液体是在某中间压力的转子位置喷入(啮合转子的接触线封闭后)的，因此喷液不影响吸入的制冷剂气体量，不影响制冷量。

同时，由于制冷剂液体地喷入，使压缩机等熵压缩过程接近于等温压缩过程，排气温度降低，轴功率几乎不增加，可以忽略不计。

排气温度降低后，减少了油的气化和雾化现象，抽的粘度适中，因
此也同时提高了油分离效果。

目前，仅有螺杆Ⅱ型、螺杆Ⅲ型压缩机能采用喷液冷却方式。

采用喷液冷却后，新型卧式机组的优点被完全发挥出来了，压缩机组加上蒸发器、冷凝器后可以组成各种渡体冷却机组，由于没有油冷却器，机组的宽度大为缩小，结构更加紧凑，操作和维
护更加方便。

采用喷液冷却的螺杆式氨冷水机组已进行了2年的工业运转，使用效果良好。

4.结论
从以上机组配置油冷却器的作用来看， 每种类型的油冷却器都有各自的优点： a 水油冷采用钢制换热管，在氨系统与氟系统中通用，成本低，使用性广。

b 铜管油冷采用铜换热管，在水质较差的地区采用氟系统，同时也提高了换热效果，成本较水油冷却器高。

c 热虹吸油冷却器优于其它液氨冷却方式，机组体积小，油冷却可靠， 液氨不重复进入冷凝器，可提高冷凝器效率，同时，可多台油冷却器共用一台热虹吸贮液器简化了系统设计。

d 加大型油冷却器在化肥行业，并采用新型低肋管技术，提高油冷却能力．更好地满足化肥工业需要。

e 喷液冷却机组省去了传统的油冷却器及机组、系统中相应的管道、阀门，因而机组结构更加紧凑，系统设计更加简单，故障点减少，油路更加通畅。

为使螺杆式制冷压缩机组达到更好的制冷效果， 油冷却器起到了举足轻重的作用。

因此， 要配置合理的油冷却器需要坚持不懈地在制冷系统原理中探索！ w w w .z h u l o n g .c o m。