劉丹 何麗瑾 陳長卿 黃赟 朱建錫 劉曉晨 范小華

摘要：隨著消費者收入的提升以及對生活質(zhì)量提高的需求，帶動了冷鏈物流業(yè)的迅猛發(fā)展。在城鎮(zhèn)化和消費升級的雙輪驅(qū)動下，給冷鏈市場帶來長期的發(fā)展需求，并且城鎮(zhèn)化會對冷凍產(chǎn)品的儲藏和運輸?shù)男枨蠹哟?。為適應農(nóng)業(yè)方面的需要，本文在對分析國內(nèi)外先進農(nóng)業(yè)冷庫用大功率雙級螺桿壓縮機組技術的基礎上，通過研究創(chuàng)新優(yōu)化設計，開發(fā)了一種適合農(nóng)業(yè)冷庫用的大功率雙級螺桿制冷壓縮機組，以達到對農(nóng)產(chǎn)品的冷凍保護，將具有廣闊的市場前景。

關鍵詞：農(nóng)業(yè)冷庫;大功率;雙級螺桿制冷機;設計

1項目實施的意義

目前我國農(nóng)業(yè)冷庫用的大功率雙級螺桿制冷機組仍然需要大量從國外進口，我國在大功率雙級螺桿制冷機組的研發(fā)制造生產(chǎn)還處于起步階段，嚴重阻礙了我國加快建設農(nóng)產(chǎn)品制冷裝備及零部件制造示范基地的步伐。因此，開發(fā)研究農(nóng)業(yè)冷庫用大功率雙級螺桿制冷機組，將促進國內(nèi)大功率制冷機組技術的發(fā)展，打破大功率雙級螺桿制冷機組依賴進口的貿(mào)易壁壘，填補國內(nèi)農(nóng)業(yè)冷庫用大功率制冷機組的市場空白，具有廣闊的市場前景。

2主要技術路線

文章針對當前螺桿制冷機組關鍵功能部件存在的缺陷分析，開發(fā)一種農(nóng)業(yè)冷庫用大功率雙級螺桿制冷機組， 本制冷機組在制冷方法、結構形式上提出新的設計思路。此設計對螺桿壓縮機轉子型線進行創(chuàng)新設計，采用高效的N 型線，達到壓縮機轉子更加耐磨和輕便的目的，同時還具有排氣量高、結構更緊湊和工作更高效的特點。整機設計采用三維模擬仿真，并結合工業(yè)設計進行優(yōu)化設計研究，提高了壓縮機使用壽命和安全性能。

3設計方案

為了有效解決現(xiàn)有的壓縮機常出現(xiàn)液擊現(xiàn)象，設計打破常規(guī)，通過三維模擬仿真進行創(chuàng)新優(yōu)化設計研究，首次將汽液分離器、回汽過濾器、干燥過濾器等制冷裝置結合于一體，可有效防止壓縮機液擊現(xiàn)象的產(chǎn)生，使其裝置高效節(jié)能，縮減設備占用體積，使設備和環(huán)境免受污染，對設備的清潔維護很方便，安全可靠;并首次提出一種高效節(jié)能制冷方法，使能源得以循環(huán)再利用，減少能源浪費，節(jié)能環(huán)保。

3.1轉子參數(shù)設計

在制冷機組中，螺桿壓縮機是最為核心的關鍵部件，其轉子設計的好壞與否直接決定了制冷機組的性能。

1）轉子型線的研發(fā)設計

螺桿式壓縮機在分類中屬于回轉容積式，壓縮機的齒形設計的好壞與否對壓縮機工作性能影響巨大。在同等尺寸與轉速條件下，通常的轉子型線生成方法獲得的轉子齒形無法使轉子具有最大流動橫截面積、最短密封線及最小泄漏三角形，所以壓縮機的容積效率不會最優(yōu)。因此，本項目我們對轉子型線的設計進行綜合優(yōu)化，以使轉子性能達到最佳。為了解決普通型線容積效率低的問題，項目設計一種用齒條生成方法獲得較高容積效率的螺桿壓縮機轉子型線—“N” 型線。

2）齒數(shù)比的優(yōu)化選擇

小齒數(shù)比的轉子齒槽較深，槽內(nèi)空間較大，即相同外徑的轉子，可以保證更大的氣量;但同時軸徑一般較細，轉子剛度有所降低。因此，小齒數(shù)比的轉子副一般用于低壓比、大流量的場合;相反，大齒數(shù)比的轉子副一般用于高壓比、小流量的場合。項目對各齒數(shù)比的綜合性能進行技術分析，優(yōu)化選擇中低壓級轉子嚙合副采用 5：6齒;高壓級轉子嚙合副采用 4：6 齒。

3）扭轉角的選擇

螺桿壓縮機轉子的扭轉角太小，會導致壓縮機的性能惡化;扭轉角太大，雖然可使嚙合接觸線減小，降低轉子間泄漏，同時也會使扭角系數(shù)減小，導致轉子容積效率降低。綜合以上兩種因素，項目螺桿壓縮機中的低壓級與高壓級陽轉子扭轉角設計均采用大扭角。

4）嚙合間隙的確定

螺桿壓縮機轉子的齒合間隙一般在 30—150μm 左右，間隙的大小關系到壓縮機內(nèi)泄漏的大小，從而影響到壓縮機的效率，間隙的保證要靠高精度的專用加工設備，如轉子銑床、轉子磨床以及高精度的檢測設備——三座標測量儀來獲得。項目設計中，標準間隙定為 50μm。

3.2雙級螺桿制冷壓縮機結構的優(yōu)化設計

對項目螺桿壓縮機總體進行優(yōu)化設計，其整體結構由電機部分、低壓級、中間體與高壓級部分組成，陰陽轉子呈水平排列。壓縮機采用內(nèi)油路，吸氣過濾器外置，采用柱塞實現(xiàn)卸載啟動，采用變頻技術實現(xiàn)能量調(diào)節(jié)。

壓縮機的轉子在高速的轉動下，產(chǎn)生了周期性的吸排氣振動，對吸排氣口進行不規(guī)則波紋機械降噪處理，并在進氣口選用阻抗復合式結構和在排氣口使用小孔消聲器，在ECO運行的帶截止閥的減振消音器。壓縮機的噪聲主要是由空氣動力性噪聲（氣流性噪聲）、機械振動噪聲、節(jié)流閥噪聲以及相互作用產(chǎn)生的噪聲等組成，整個測試結果表明，空氣動力性噪聲是最主要的噪聲源。研制出適當?shù)臏p少噪音的技術可以有效的減少制冷機在運行中的噪音，減少噪音污染。

同時，利用PLC對制冷機組進行控制，用置于每相中的PTC傳感器監(jiān)視電機溫度，可實現(xiàn)轉向檢測和手動復位。

4結語

農(nóng)業(yè)冷庫用大功率雙級螺桿制冷機組開發(fā)，主要針對目前國內(nèi)急需的農(nóng)、漁、牧等農(nóng)副產(chǎn)品的冷藏、冷凍、物流、保鮮方面的制冷裝備市場。本文通過研究改進和創(chuàng)新設計，配用變頻驅(qū)動電機，以達到制冷壓縮機運行的安全和穩(wěn)定。該產(chǎn)品符合國家高效、節(jié)能減排政策，符合低碳環(huán)保要求，具有廣闊的市場應用前景。

參考文獻：

[1]蔣燕陽，蔣珍華，朱海峰，劉少帥，吳亦農(nóng). 熱耦合同軸型雙級高頻脈管制冷機實驗研究[J]. 蔣燕陽，蔣珍華，朱海峰，劉少帥，吳亦農(nóng).?紅外. 2017（07）.

[2]張良. 淺談離心冷水機組在空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能效果探究[J].清洗世界. 2021（01）.

[3]何雪明.雙螺桿壓縮機CFD分析新方法的研究與應用[J].中國機械工程，2017.11

[4]史文延.雙螺桿壓縮機轉子的有限元模態(tài)分析[J].壓縮機技術，2012，4：7-9.

基金項目：金華市工業(yè)類重點項目（2018-1-005）