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SST低温节能设备应用于低温市场应用

原创 林阳清 2023-01-06
  复盛公司于2009年开始投入低温冷冻冷链市场,食品冷冻有SRL系列、冷藏领域有CSRL系列、速冻,冻干,超低温冷冻有SDL(单机双级)系列,工业制冷用产品有CSR-LD系列;低温市场早期应用主要以活塞机为主,以螺杆机作为低温应用为近年来的趋势,且已日渐成熟。
  作为国内单机双段螺杆机之先河(2009年至今),复盛的SDL(单机双级)系列压缩机在市场有高名度及高市占率,主要采取多级压缩之节能技术将传统需使用2台压缩机组装成配打机组系统,以一台单机双级螺杆技术的压缩机安装于低温冷冻机组上,有效减少组装机组体积、及配管复杂度,减少系统控制风险,可有效节省成本并提高运行效率,降低机组运转费用(电费)。
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  由上图1传统配打系统油路复杂,搭配高压级及低压级压缩机,需考虑线材配线、气体管路安装等复杂问题,机组应用上程序控制启停都需要进行相对应考量。
  单级螺杆压缩机于低温系统应用,因应蒸发温度与冷凝温度越大情况下,等熵效率差,如蒸发温度Te=-40℃,Tc=40℃时对应制冷剂R22,压缩机外建容积比约8~9,此时螺杆泄漏量大,且单级压缩机于此工况下产生不足压缩状态,对于能耗部份耗功偏大;单级螺杆于低温环境应用采用准二级补气模式,螺杆开孔以齿沟导程对应位置开孔亦须考量齿沟与孔洞泄漏造成的容积损失,及经济器补气孔压降损失等问题,故单段螺杆应用于低温环境时,能效下降的更快。
  SDL系列压缩机采取双级压缩模式及中间段补气模式,克服单级螺杆上述缺失,并在低温应用技术采用一次节流及二次节流方式以增加焓差方式使压缩机于低温应用上能够增加冷冻能力,补气模式可以有效降低排气温度,且提高压缩机容积效率。   1
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  图3采用节流补气模式增加焓差为h1-h7(不考虑热交换器),比不采用一次节流焓差为h1-h5,故一次节流模式可以增加h5-h7焓差;图4二次节流模式焓差为h1-h9,h1-h5增加h5-h9焓差,利用节流补气模式为低温制冷主要采用技术,以压缩机厂商角度,除合理螺杆设计间隙值降低泄漏外,搭配机组系统补气方式提升整体机组能效部份效果有限。
  低温领域应用采用双级压缩,容积比主要以高压级对低压级容积1:3进行容积配置,并搭配补气方式进行,而120m^3/hr排量螺杆于采用双级螺杆搭配能效低,复盛于2018年推出新一代SST单机双级螺杆加涡旋系列压缩机,以补足SDL螺杆系列在小排量压缩机节能效果差的情况,其相关结构如下图5,采用一级螺杆搭配二级涡旋克服小型螺杆在高压比状态下能效差,经济器循环模式下中压至高压压缩时能有效提升容积效率,减少泄漏提高运转时的等熵效率,图6为SST产品的实体外形图。  
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  SST技术在于降低压缩耗功及提高小排量压缩机容积效率,如下图7之焓差变化,采用单级压缩其耗功焓差变化为h4”-h1,双段螺杆耗功焓差为(h2’-h1)+(h4’-h3),采用SST单机双级技术耗功焓差为(h2’-h1)+(h4-h3),复盛采用涡旋取代小排量螺杆,除节省功耗外,提高小型螺杆压缩机容积效率,达到高COP能效表现。
  涡旋与螺杆搭配之设计,亦可实践初期库温较高时,以单级螺杆运行,旁通涡旋侧的二级压缩,其原理图如图7,浮动油封经由卸放机构旁通二级压缩,直接由排气口排出,当进入压缩机运转范围时,浮动油封封闭,开始进行二级压缩工作,一级二级切换模式下,涡旋始终保持运动,利用油封卸放达到一二级切换运转模式。
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  图8左图于启动状态时,高低压差较小时,浮动油封退让,涡旋部份继续运转,利用一级螺杆做功,完成压缩做功,克服库温初温状态启动电流较大问题;当进入单机双级运转范围,浮动油封闭合,使压缩机一、二级做功,完成如8右图,相关操作运转范围见图9,当Te=-30℃以下时,切换二级压缩,始可全载运行,如需求部份负载要求可于图10 SV1、SV2电磁阀进行50%、75%进行能力切换。
  由图11及图12分别比较螺杆压缩机在Te=-40℃,Tc=40℃之能效比较,经实际测试结果以图11而言,设定单段螺杆机能效为100%时,SST螺杆涡旋压缩机能效高于单段螺杆65%,较SDL系列最小排量双极螺杆COP提高20%。
  以市售压缩机比较其低温能效,SST涡旋螺杆机表现COP=1.6,明显在低温应用上有其优势。
  SST涡旋螺杆机采用吸气冷却模式,有别于提出独立冷却模式单段、双段机,主要保证压缩机稳定运行为优先考量,图14~16为SST系统搭配建议配置图。
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  SST涡旋螺杆压缩机配置建议相关零配件及冷冻油,有别于螺杆系列及涡卷系列及双级螺杆系列产品,在粘度要求采用一级螺杆二级涡旋配置,使用FS专用SST冷冻油,主要粘度影响压缩机耗功,建议于下表不同制冷剂下使用相对应冷冻油,减少润滑油粘度对压缩机所产生功耗。
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  复盛SDL系列产品及新一代SST压缩机不仅满足客户需求,且重视研发,新一代SST压缩机技术不仅实践单级与双极整合于一台压缩机,取得20年发明专利保护,且高效节能,SST系列不仅完整化冷冻冷炼双段压缩产品线,也克服小型螺杆泄漏问题,将低温制冷工艺更提升到更高的层次,图17为复盛公司SST、SDL低温双级压缩机产品示意图。
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来源:《制冷商情》 | 编审:贾晓晓
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