CN201028858Y - 双机双级螺杆式制冷压缩机组 - Google Patents

Abstract

一种双机双级螺杆式制冷压缩机组，主要由蒸发器、低压级压缩机、高压级压缩机、油分离循环设备、冷凝器、中间冷却器和低压级经济器组成，其中：蒸发器与高压级压缩机之间设置有独立的吸气通道；低压级压缩机的排气口直接与高压级压缩机的吸气口相连；低压级压缩机和高压级压缩机共用一套油分离循环设备；冷凝器与高压级中间冷却器、低压级经济器、以及蒸发器依次相连，使一部分制冷剂吸热沸腾蒸发，向高压级压缩机提供接近饱和温度的蒸汽，向低压级压缩机补充蒸汽，同时使另一部分制冷剂被两次过冷后输入蒸发器，进行再循环。其结构精简紧凑，安装布局合理，占地面积小，运行稳定可靠，成本低廉，制冷效率高，是低温冷冻冷藏的首选产品。

Description

双机双级螺杆式制冷压缩机组

技术领域

本实用新型涉及螺杆式制冷压缩机组，具体地指一种双机双级螺杆式制冷压缩机组。

背景技术

单级螺杆式制冷压缩机组主要由螺杆式制冷压缩机、油分离器、油冷却器、油过滤器、油泵和循环管路等组成，它们与蒸发器、冷凝器共同构成单级螺杆式制冷压缩系统。螺杆式制冷压缩机从蒸发器中吸入制冷剂蒸汽，将制冷剂蒸汽压缩后，从油分离器中排出压力蒸汽至冷凝器。在冷凝器中，制冷剂蒸汽与冷却介质进行热交换，被冷凝成具有一定压力的液体。该一定压力的液体经过节流装置降温降压后进入蒸发器。在蒸发器中，低温低压液体与载冷剂进行热交换，低温低压液体吸收热量沸腾蒸发成汽体，而载冷剂放出热量，温度降低，从而实现制冷的目的。蒸发器中的制冷剂蒸汽又被制冷压缩机吸入，从而完成制冷循环。

单级螺杆式制冷压缩机组的油路循环是由油泵或先由油泵预润滑向压缩机腔和轴承部位喷入压力润滑油，压力润滑油的作用是润滑轴承、吸收压缩热而降低排气温度、形成油膜提高密封效果。压力润滑油在压缩机腔中与制冷剂混合后，被一起排放到油分离器，在油分离器中润滑油与制冷剂蒸汽分离。制冷剂蒸汽排出到冷凝器中进入制冷循环，而润滑油则经油过滤器和油泵向压缩机供油，进入润滑油循环。

在制冷蒸发温度为-30℃～-55℃时，单级螺杆式制冷压缩机组的排气压力和吸气压力之比可达20左右，其制冷性能系数有时还小于1，故其经济性较差。在低温工况中小制冷量时，一般采用单级带经济器的螺杆式制冷压缩机组。在低温工况大制冷量时，由于单级螺杆式制冷压缩机组的体积必然庞大，制造成本和生产周期的控制均存在难度，通常会改用双级螺杆式制冷压缩散系统来提高制冷系数。

目前，双级螺杆式制冷压缩散系统的结构基本上如本说明书附图部分给出的图1所示，大规格的压缩机2作为低压级压缩机，小规格的压缩机7作为高压级压缩机，低压级压缩机和高压级压缩机分别有独立的润滑油循环系统。低压级压缩机的润滑油循环系统由低压级压缩机2、油分离器3、油冷却器21、油粗过滤器22、油泵23、油精过滤器24和循环管路组成。高压级压缩机的润滑油循环系统由高压级压缩机7、油分离器8、油冷却器25、油粗过滤器26、油泵27、油精过滤器28和循环管路组成。

在上述双级螺杆式制冷压缩散系统中，其制冷循环为：低压级压缩机2从蒸发器16中吸入制冷剂，该制冷剂被压缩后，经油分离器3由排气止回截止阀4进入中间冷却器5中，被从冷凝器10来的、经过电磁阀11和节流阀12节流后的一部分制冷剂液体冷却混合，成为制冷剂饱和蒸汽，与此同时从冷凝器10来的另一部分制冷剂液体被节流后的制冷剂液体过冷。高压级压缩机7从中间冷却器5吸入完全冷却的制冷剂饱和蒸汽，该制冷剂饱和蒸汽被压缩后，经油分离器8由排气止回截止阀9排至冷凝器10，在冷凝器10中制冷剂再被冷凝成压力液体，该压力液体经过中间冷却器5和经济器13两次过冷后，再经电磁阀17和节流阀18进入蒸发器16，成为低温低压液体，低温低压液体吸热沸腾蒸发成蒸汽，又被低压级压缩机2吸入，完成制冷循环。

在上述低压级压缩机2吸入低压蒸汽后，还可被补充吸气：来自中间冷却器5的一部分过冷制冷剂液体经过电磁阀14和节流阀15在低压级经济器13中节流成低压液体，该低压液体吸收来自中间冷却器5的另一部分过冷制冷剂的热量而蒸发成过热蒸汽，该过热蒸汽经过过滤器19和止回截止阀20后向低压级压缩机2补气。

由于上述双级螺杆式制冷压缩散系统中的低压级压缩机和高压级压缩机分别设置有独立的油路循环系统，两套油路循环系统重叠，且一般采用双油泵，一开一备，强制供油，加上低压级压缩机的电机功率配置过大，故其安装连接复杂、体积笨重庞大，同时其组成设备较多，整个系统只能分散安装，必然占据较大的建筑面积，使设备投资费用、土地建设费大幅增高。并且，该散系统中如果有一台压缩机出现故障，则整个制冷系统将会瘫痪。

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种设备组成更为精简，设备安装布局更加紧凑合理，机组运行更是稳定可靠，且设备投费用少、占地面积小、工作能耗低的双机双级螺杆式制冷压缩机组。

为实现上述目的，本实用新型所设计的双机双级螺杆式制冷压缩机组，包括通过管道和阀门相连的低压级压缩机、高压级压缩机、油分离器、油冷却器、油泵、中间冷却器、以及低压级经济器，它们与蒸发器、冷凝器相配合组成双机双级螺杆式制冷压缩系统，其中：

所述低压级压缩机的吸气止回截止阀与高压级压缩机的吸气止回截止阀并联设置，两吸气止回截止阀之前的合并管道作为蒸发器的输出端；或者，所述低压级压缩机的吸气止回截止阀通过低压级压缩机内部的吸气通道与高压级压缩机的吸气止回截止阀串联设置，低压级压缩机的吸气止回截止阀之前的管道作为蒸发器的输出端；

所述低压级压缩机的排气口与高压级压缩机的一个吸气口相连，高压级压缩机的排气口与油分离器的油气混合进口相连，油分离器的气出口作为冷凝器的输入端，油分离器的油出口与油冷却器的输入端相连，油冷却器的输出端依次通过油粗过滤器、油泵和油精过滤器分别与低压级压缩机和高压级压缩机的喷油口相连；

所述中间冷却器的制冷剂液体进口和制冷剂节流液进口同时作为冷凝器的输出端，中间冷却器的制冷剂蒸汽出口与高压级压缩机的吸气口相连，中间冷却器的过冷制冷剂液体出口分为两路，一路通过电磁阀和节流阀与低压级经济器的制冷剂节流液进口相连，另一路直接与低压级经济器的制冷剂液体进口相连；

所述低压级经济器的制冷剂蒸汽出口通过过滤器和止回截止阀与低压级压缩机的补气口相连，低压级经济器的过冷制冷剂液体出口作为蒸发器的输入端。

进一步地，所述低压级压缩机的吸气口和排气口之间的管路上设置有安全阀。

本实用新型的制冷循环主要路径为：低压级压缩机从蒸发器吸入低压制冷剂蒸汽，经压缩后不用进行油分离，而是被来自中间冷却器的中温回气冷却后，连油带气一起进入高压级压缩机，经压缩后再排入油分离器进行油气分离，所分离出来的蒸汽流向冷凝器，经冷却水冷凝成制冷剂液体后，流向中间冷却器和低压级经济器，被二次过冷，过冷的高压制冷剂液体经过电磁阀和节流阀节流后进入蒸发器，在蒸发器中吸收载冷剂液体的热量而沸腾蒸发，蒸汽又被低压级压缩机吸入，完成一个制冷循环。

本实用新型采用改进的两级压缩、一级节流、中间不完全冷却循环、两级过冷模式，其优点主要体现在以下几方面：

1、低压级压缩机的排气直接进入高压级压缩机，取消了低压级润滑油路循环设备，解决了现有双级螺杆式制冷压缩散系统中润滑油路循环设备庞大、注油量多、能耗较高、占地面积大的难题。

2、低压级压缩机和高压级压缩机合并使用一套润滑油路循环设备，其公共油泵可同时向高压级压缩机和低压级压缩机压差供油，克服了现有双级螺杆式制冷压缩散系统中仅高压级压缩机采用压差供油、低压级压缩机由于排气压力低只能采用强制供油的不足，可进一步降低油泵电机功率，使设备运行更加节能、经济。

3、由于精简了润滑油路循环设备，使得机组的全部设备都可以布置在一个较小占地面积的公共底座上，考虑设备运行的稳定性，公共底座可由油分离器的底座兼作，将低压级压缩机、中间冷却器和低压级经济器布置在油分离器上，高压级压缩机布置在油冷却器上，加上共用润滑油循环管路设备后，整个机组安装在油分离器的底座上，可使机组结构紧凑合理、运行稳定、便于灵活控制。

4、蒸发器输出端与低压级压缩机和高压级压缩机吸气口之间采用并联或通过旁路串联结构，可确保高压级压缩机能够单独从蒸发器输出端吸气，避免了现有双级螺杆式制冷压缩散系统中高压级压缩机的吸气只能来源于低压级压缩机的排气、低压级压缩机所需功率大的不足。这样，本实用新型可以先启动高压级压缩机单独运转一段时间，待蒸发器的蒸发压力降至某一较低压力之后，再启动低压级压缩机投入运行。由于是低压启动，此时低压级压缩机所需的启动功率较小，能耗较低、运行较稳定。

5、低压级压缩机的吸、排气口之间设置有安全阀，即低压级压缩机的排气口与高压级压缩机的吸气口之间设置有安全阀，一旦高压级压缩机出现故障而停止运行、低压级压缩机的排气压力达到安全阀的开启压力时，安全阀将自动起跳连通低压级压缩机的吸、排气口，从而保障整个机组的安全运行。

6、由于制冷剂液体经过两次过冷，制冷系数可大幅提高，特别适合于-30℃～-55℃的低温工况和大、中制冷量下使用；当低压级压缩机出现故障时，高压级压缩机依然能通过其独立的吸气通道维持系统在低温工况下运行，从而提高了低温双级制冷系统的可靠性。

7、中间冷却器和低压级经济器的设置，将制冷剂依次导向流入中间冷却器、低压级经济器和蒸发器，使一部分制冷剂在高、中、低不同的蒸发温度下吸热沸腾蒸发，向高压级压缩机提供接近饱和温度的蒸汽，向低压级压缩机补充蒸汽；同时使另一部分制冷剂被吸热过冷，焓值降低，从而提高各级压缩机的单位制冷量。

8、本实用新型可与现有的PLC控制系统结合在一起，实现整个机组的全自动微机控制，并可实现与手动控制的无扰动切换，其操作可靠、简单、方便。

附图说明

图1为传统的双级螺杆式制冷压缩散系统的连接结构示意图；

图2为本实用新型的双机双级螺杆式制冷压缩机组与蒸发器、冷凝器共同构成双机双级螺杆式制冷压缩系统的连接结构示意图；

图3为图2所示双机双级螺杆式制冷压缩机组的组装结构示意图；

图4为图3的右视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

图1所示的传统双级螺杆式制冷压缩散系统，其结构和工作过程已在前面的背景技术部分进行了详细描述，于此不再赘述。

图2～4所示的双机双级螺杆式制冷压缩机组，主要由通过管道和阀门相连的低压级压缩机2、高压级压缩机7、卧式油分离器8、油冷却器25、油粗过滤器26、油泵27、油精过滤  28、中间冷却器5、低压级经济器13、以及微机控制箱34等组成。低压级压缩机2及其联轴器30、驱动电机31设置在油分离器8上，高压级压缩机7及其联轴器32、驱动电机33设置在油冷却器25上，中间冷却器5和低压级经济器13采用板式换热器，放置在低压级压缩机2后面的油分离器8上，微机控制箱34则布置在油分离器8的后侧面上，整个机组连同油路等循环管道安装在一个共同底座上，共同底座由油分离器8的底座兼作，可使整个机组结构紧凑合理，运行稳定，控制灵活。将整个机组通过管道和阀门与蒸发器16、冷凝器10连接成循环回路，即成为双机双级螺杆式制冷压缩系统。

上述蒸发器16的输出端可以分别通过两个并联布置的吸气止回截止阀1、6与低压级压缩机2和高压级压缩机7的吸气口相连，这样高压级压缩机7就有了单独从蒸发器16输出端吸气的通道。此设置的目的是：当本实用新型开机时，首先可以启动高压级压缩机7单独运行一段时间，待蒸发器16的蒸发压力降至某一较低压力之后，再启动低压级压缩机2投入运行，由于是低压启动，此时低压级压缩机2的驱动电机31所需功率较小、能耗较低、可确保设备运行稳定可靠。而图1所示传统双级螺杆式制冷压缩散系统中高压级压缩机7的吸气只能来源于其低压级压缩机2的排气，该双级螺杆式制冷压缩散系统开机时，其高压级压缩机7启动后，低压级压缩机2必须紧接着启动，因为如果低压级压缩机2不启动，那么高压级压缩机7基本上无气可吸，所以此时由于蒸发器16内制冷剂蒸汽的蒸发压力较高，低压级压缩机2的驱动电机31所需功率较大、能耗较高、运行稳定性变差。

根据螺杆式制冷压缩机具有两个吸气口、能两边进气的特点，上述蒸发器16的输出端也可以通过一个吸气止回截止阀1与低压级压缩机2的一个吸气口相连，同时低压级压缩机2的另一个吸气口通过另一个吸气止回截止阀6与高压级压缩机7的一个吸气口相连，如图2所示。这样两个吸气止回截止阀1、6虽然是通过低压级压缩机2内的吸气通道串联布置的，但与其并联布置的效果是一样的：当本实用新型开机时，先启动高压级压缩机7而关闭低压级压缩机2，从蒸发器16的输出端来的制冷剂蒸汽依次通过一个吸气止回截止阀1、低压级压缩机2的吸气通道和另一个吸气止回截止阀6，进入高压级压缩机7中，高压级压缩机7单独运行一段时间，待蒸发器16的蒸发压力降至某一较低压力之后，再启动低压级压缩机2投入运行。

上述低压级压缩机2的排气口与高压级压缩机7的另一个吸气口相连。在低压级压缩机2启动后，由于低压级压缩机2的排气压力高于高压级压缩机7的吸气压力，导致高压级压缩机7前端的吸气止回截止阀6自动关闭，此后高压级压缩机7的吸气才只能来源于低压级压缩机2的排气。在低压级压缩机2的吸气口和排气口之间的管路上还设置有安全阀29，当高压级压缩机7出现故障停止运行、而低压级压缩机2的排气压力达到安全阀29的开启压力时，安全阀29将自动起跳，连通低压级压缩机2的吸、排气口，从而确保整个机组的安全运行。

上述高压级压缩机7的排气口与油分离器8的油气混合进口相连，油分离器8的气出口与冷凝器10的输入端相连，油分离器8的油出口与油冷却器25的输入端相连，油分离器8的回油口与高压级压缩机7的吸气管道相连。油冷却器25的输出端依次通过油粗过滤器26、油泵27和油精过滤器28分别与低压级压缩机2和高压级压缩机7的喷油口相连。这样，低压级的润滑油循环与高压级的润滑油循环合并为一个润滑油循环系统，可同时向高压级压缩机7和低压级压缩机2压差供油，油泵电机功率消耗变小，润滑油循环系统更加节能。

上述冷凝器10的输出端分为两路：一路通过电磁阀11和节流阀12与中间冷却器5的制冷剂节流液进口相连，另一路直接与中间冷却器5的制冷剂液体进口相连。

上述中间冷却器5的制冷剂蒸汽出口与高压级压缩机7的吸气口相连，中间冷却器5的过冷制冷剂液体出口又分为两路：一路通过电磁阀14和节流阀15与低压级经济器13的制冷剂节流液进口相连，另一路直接与低压级经济器13的制冷剂液体进口相连。

上述低压级经济器13的制冷剂蒸汽出口通过过滤器19和止回截止阀20与低压级压缩机2的补气口相连，低压级经济器13的过冷制冷剂液体出口则通过电磁阀17和节流阀18与蒸发器16的输入端相连。

本实用新型的工作原理是这样的：低压级压缩机2从蒸发器16吸入低压制冷剂蒸汽，经压缩后不用进行油分离，而是被来自中间冷却器5的中温回气冷却后，连油带气一起进入高压级压缩机7，经压缩后再排入油分离器8进行油气分离，所分离出来的蒸汽流向冷凝器10。

在冷凝器10中，制冷剂蒸汽被冷却水冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体通过两路送入中间冷却器5中，其中一部分经电磁阀11、节流阀12节流后进入的制冷剂液体吸收另一部分直接进入的制冷剂液体的热量而沸腾蒸发，所得制冷剂蒸汽与低压级压缩机2排出的混合有润滑油的制冷剂蒸汽一同被高压级压缩机7吸入，而另一部分因放出热量被过冷的制冷剂液体又分两路流向低压级经济器13。中间冷却器5的作用是：一方面可以降低低压级压缩机2排出制冷剂蒸汽的温度，使高压级压缩机7吸入的制冷剂蒸汽温度接近饱和温度；另一方面可以过冷制冷剂液体的温度，使其焓值进一步降低，从而提高其单位制冷量。

在低压级经济器13中，一部分经电磁阀14、节流阀15节流后进入的制冷剂液体吸收另一部分直接进入的制冷剂液体的热量而沸腾蒸发，所得制冷剂蒸汽经过滤器19、止回截止阀20向低压级压缩机2补汽，而另一部分因放出热量被二次过冷的制冷剂液体经过电磁阀17、节流阀18流向蒸发器16。低压级经济器13的作用是：一方面向低压级压缩机2补汽，增大低压级压缩机2的制冷剂流量，另一方面可以进一步过冷制冷剂液体的温度，使其焓值降低，从而提高其单位制冷量。

在蒸发器16中，经过二次过冷的制冷剂液体重新吸收载冷剂液体的热量而沸腾蒸发，所得制冷剂蒸汽又被低压级压缩机2吸入，完成制冷循环。

本实用新型由于其制冷剂液体经过两次过冷，制冷系数大幅提高，特别适合-30℃～-55℃低温大中制冷量工况下使用。当低压级压缩机2出现故障时，高压级压缩机7依然能维持系统在低温工况运行，提高了低温双级制冷系统的可靠性。

Claims (3)

1.一种双机双级螺杆式制冷压缩机组，该机组包括通过管道和阀门相连的低压级压缩机(2)、高压级压缩机(7)、油分离器(8)、油冷却器(25)、油泵(27)、中间冷却器(5)、以及低压级经济器(13)，它们与蒸发器(16)、冷凝器(10)相配合组成双机双级螺杆式制冷压缩系统，其特征在于：

所述低压级压缩机(2)的吸气止回截止阀(1)与高压级压缩机(7)的吸气止回截止阀(6)并联设置，两吸气止回截止阀(1、6)之前的合并管道作为蒸发器(16)的输出端；或者，所述低压级压缩机(2)的吸气止回截止阀(1)通过低压级压缩机(2)内部的吸气通道与高压级压缩机(7)的吸气止回截止阀(6)串联设置，低压级压缩机(2)的吸气止回截止阀(1)之前的管道作为蒸发器(16)的输出端；

所述低压级压缩机(2)的排气口与高压级压缩机(7)的一个吸气口相连，高压级压缩机(7)的排气口与油分离器(8)的油气混合进口相连，油分离器(8)的气出口作为冷凝器(10)的输入端，油分离器(8)的油出口与油冷却器(25)的输入端相连，油冷却器(25)的输出端依次通过油粗过滤器(26)、油泵(27)和油精过滤器(28)分别与低压级压缩机(2)和高压级压缩机(7)的喷油口相连；

所述中间冷却器(5)的制冷剂液体进口和制冷剂节流液进口同时作为冷凝器(10)的输出端，中间冷却器(5)的制冷剂蒸汽出口与高压级压缩机(7)的吸气口相连，中间冷却器(5)的过冷制冷剂液体出口分为两路，一路通过电磁阀(14)和节流阀(15)与低压级经济器(13)的制冷剂节流液进口相连，另一路直接与低压级经济器(13)的制冷剂液体进口相连；

所述低压级经济器(13)的制冷剂蒸汽出口通过过滤器(19)和止回截止阀(20)与低压级压缩机(2)的补气口相连，低压级经济器(13)的过冷制冷剂液体出口作为蒸发器(16)的输入端。

2.根据权利要求1所述的双机双级螺杆式制冷压缩机组，其特征在于：所说的低压级压缩机(2)的吸气口和排气口之间的管路上设置有安全阀(29)。

3.根据权利要求1或2所述的双机双级螺杆式制冷压缩机组，其特征在于：所说的低压级压缩机(2)及其联轴器(30)、驱动电机(31)设置在油分离器(8)上，所说的高压级压缩机(7)及其联轴器(32)、驱动电机(33)设置在油冷却器(25)上，所说的中间冷却器(5)和低压级经济器(13)放置在低压级压缩机(2)后面的油分离器(8)上，整个机组连同其循环管道安装在一个共同底座上，该共同底座由油分离器(8)的底座兼作。

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