提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法

摘要

本发明公开了一种提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法，其要点是：当蒸发温度降低至-5℃时，采用变频器启动低压级变频电机，带动低压级压缩机运行制冷，低压级压缩机采用能量调节滑阀处于满载状态或无能量调节滑阀的压缩机；随后开启中间冷却器和低压级经济器进行两级过冷降温；在蒸发温度由-5℃向-25℃转变阶段，通过变频器逐步增频至45~54Hz，使低压级变频电机的转速提高至2700~3240r/min；在蒸发温度由-25℃向-30℃~-55℃转变阶段，通过变频器继续逐步增频至55~65Hz，使低压级变频电机的转速提高至3300~3900r/min，以进一步提升低压级压缩机的排量。该方法可使制冷机组在降温运行中具有三方面效果：一是提高制冷机组的制冷量；二是提高低压级电机的电机效率；三是提高制冷机组的制冷系数。

权利要求

1.一种提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法，它的步骤包括：

1)在所述制冷机组的蒸发温度由室温向-5℃转变的阶段，接通高压级电机控制柜的

50Hz电源，启动高压级普通电机，通过高压级联轴器带动高压级压缩机开始运行制冷；

其特征在于：它的步骤还包括：

2)当所述制冷机组的蒸发温度降低至-5℃时，接通低压级电机控制柜的50Hz电源，采用变频器启动额定频率为60～65Hz的低压级变频电机，通过低压级联轴器带动低压级压缩机开始运行制冷，所述低压级压缩机采用能量调节滑阀处于满载状态或无能量调节滑阀的压缩机；

3)随后开启中间冷却器供液，紧接着开启低压级经济器供液，通过中间冷却器和低压级经济器进行一级和二级过冷降温；

4)在所述制冷机组的蒸发温度由-5℃向-25℃转变的阶段，随着蒸发温度的逐步降低，通过变频器逐步增加频率至45Hz～54Hz，使低压级变频电机的转速相应地提高至

2700r/min～3240r/min，从而逐步提升低压级压缩机的排量，完成低压级压缩机的逐步增载；

5)在所述制冷机组的蒸发温度由-25℃向-30℃～-55℃转变的阶段，随着蒸发温度的持续降低，制冷量和轴功率也在持续下降，此时通过变频器继续逐步增加频率至55Hz～

65Hz，使低压级变频电机的转速相应地提高至3300r/min～3900r/min，以进一步提升低压级压缩机的排量，从而既提高低压级变频电机的运行效率，又提高低压级压缩机和高压级压缩机的排量比，进而提高制冷机组的制冷系数。

2.根据权利要求1所述的提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法，其特征在于：所述步骤4)和步骤5)中，低压级压缩机排量的提升始终是在低压级变频电机额定电流允许范围内进行的。

3.根据权利要求1或2所述的提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法，其特征在于：所述步骤4)中，通过变频器逐步增加频率至48Hz～52Hz，使低压级变频电机的转速相应地提高至2880r/min～3120r/min。

4.根据权利要求3所述的提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法，其特征在于：所述步骤4)中，通过变频器逐步增加频率至50Hz，使低压级变频电机的转速相应地提高至

3000r/min。

5.根据权利要求1或2所述的提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法，其特征在于：所述步骤5)中，通过变频器继续逐步增加频率至58Hz～62Hz，使低压级变频电机的转速相应地提高至3480r/min～3720r/min。

6.根据权利要求5所述的提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法，其特征在于：所述步骤5)中，通过变频器继续逐步增加频率至60Hz，使低压级变频电机的转速相应地提高至3600r/min。

7.根据权利要求4所述的提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法，其特征在于：所述步骤5)中，通过变频器继续逐步增加频率至60Hz，使低压级变频电机的转速相应地提高至3600r/min。

说明书

提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及双机双级螺杆制冷机组调控技术，具体地指一种提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法。

背景技术

[0002] 传统的双机双级螺杆制冷机组主要由微机控制柜、低压级压缩机、低压级联轴器、低压级电机、低压级电机控制柜、高压级压缩机、高压级联轴器、高压级电机、高压级电机控制柜、卧式油分离器、油冷却器、供油系统、中间冷却器、低压级经济器、相配套的阀门及连接管道组成。该机组采用两级压缩一级节流中间不完全冷却制冷循环，制冷剂液体依次通过中间冷却器和低压级经济器进行一级和二级过冷，在低温工况下相对于单级带经济器和单机双级螺杆式制冷机组制冷系数更高，是国内外首创的创新节能产品，具备结构紧凑、成本低廉、占地面积小、操作简单方便、制冷量覆盖范围大、制冷效率高等特点，广泛应用于食品、乳品、冷库、化工、多晶硅、PVC、制药、煤炭等行业，成为蒸发温度在-30℃~-55℃低温工况制冷领域的首选产品。

[0003] 目前，该制冷机组的低压级压缩机和高压级压缩机均采用螺杆式压缩机，所配电机的额定频率为50Hz，额定转速为3000r/min，在电机转速一定的情况下，低、高压级压缩机运行能量的大小是通过压缩机内能量滑阀来调节的，一般可进行10%~100%的无级调节。根据用户使用低温工况和制冷量的要求，选配合理的低压级压缩机和高压级压缩机并分别配置合理的电机，需要特别指出的是：双机双级螺杆制冷机组的制冷量产生于低压级压缩机，低压级压缩机运行在低温工况（例如-25℃）以下时，实际运行轴功率较小，但考虑到低压级压缩机较大，且在高温工况（例如-5℃）时就开始启动，此时负荷较大，所需启动扭矩较大，故低压级电机功率不能按实际使用低温工况下配置，一般是按蒸发温度-25℃满载运行配置电机功率，比在低温工况下运行的实际轴功率大两档以上。高压级压缩机一直处于高温工况下运行，电机功率按高温工况配置，较为合理。低压级经济器的作用是一方面向低压级压缩机补气，增大低压级压缩机的制冷剂流量，另一方面二级过冷制冷剂液体的温度，使其焓值降低，从而提高低压级压缩机的单位容积制冷量，但其限制条件是它的低压级能量滑阀必须达到满载，即低压级压缩机的能量达到100%，因为如果低压级能量滑阀不能达到满载，补进的气体会通过滑阀和机体间的通道泄露到低压级压缩机吸气口，导致既不能增加低压级压缩机的制冷剂流量，又不能过冷制冷剂液体的温度。因此，必须在低压级压缩机能量滑阀达到满载时开启低压级经济器，才能提高制冷机组的制冷量。

[0004] 对双机双级螺杆制冷机组而言，蒸发温度越低，低压级压缩机和高压级压缩机排量比越大，制冷系数越高。以氨制冷剂为例，一般在蒸发温度-30℃时，最佳排量比为3∶1，蒸发温度-35℃时，最佳排量比为3.5∶1，蒸发温度-40℃时，最佳排量比为4∶1。现有双机双级螺杆制冷机组中的排量比在用户使用低温工况下是固定不变的，当用户使用工况发生改变时也是不可调节的。

[0005] 上述双机双级螺杆制冷机组根据降温运行时蒸发温度的变化基本上分成三个阶段：

[0006] 第一个降温运行阶段：蒸发温度由室温至-5℃，属于高温状态。此时接通高压级电机控制柜50Hz电源，通过微机控制柜触摸屏上的按钮启动高压级电机，通过高压级联轴器带动高压级压缩机开始运行，如前所述，高压级电机功率是按高温工况配置的，不必考虑高压级压缩机满载运行而导致高压级电机过载，所以高压级压缩机的能量调节滑阀可快速增载到100%。

[0007] 该运行阶段高压级压缩机单独迅速满载运行，高压级电机运行效率高。

[0008] 第二个降温运行阶段：蒸发温度由-5℃至-25℃，属于高温到中低温状态。当蒸发温度至-5℃时，接通低压级电机控制柜50Hz电源，通过微机控制柜触摸屏上的按钮启动低压级电机，通过低压级联轴器带动低压级压缩机开始运行，接着开启中间冷却器供液去一级过冷制冷剂液体，提高机组制冷量和降温速度。如前所述，低压级电机功率是按中低温工况配置的，在蒸发温度到达-25℃才能满载运行，因此低压级压缩机启动后不能像高压级压缩机那样快速通过能量滑阀增载到满负荷运行，而只能随着蒸发温度的逐步降低，低压级能量滑阀逐步增载，并且只能增载到低压级电机额定电流允许范围内。当低压级能量滑阀增载到满载时，才能开启经济器供液去二级过冷制冷剂液体，进一步提高机组制冷量和降温速度，直到蒸发温度到达-25℃，低压级能量滑阀增载到100%。

[0009] 该运行阶段高压级压缩机始终满载运行，高压级电机运行效率高。低压级压缩机开始运行后，由于低压级压缩机能量滑阀没有达到满载，低压级经济器供液开启滞后，导致不能提前进一步提高机组制冷量和降温速度。

[0010] 第三个降温运行阶段蒸发温度由-25℃到用户使用的低温工况（例如-30℃~-55℃）。从-25℃到用户使用低温工况的过程中，低、高压级压缩机都处于满载运行状态，低压级压缩机和高压级压缩机排量比固定，随着蒸发温度的降低，高压级压缩机和高压级电机仍运行在高温工况，但机组的制冷量和轴功率在逐步下降，如前所述，机组的制冷量产生于低压级压缩机，因此，随着蒸发温度的降低，低压级压缩机的制冷量和低压级电机的轴功率都在下降，直至降低到用户使用的低温工况为止。

[0011] 该运行阶段高压级压缩机始终满载运行，高压级电机运行效率高；在低温工况下长期运行，低、高压级压缩机的排量比固定，不能达到最佳排量比，机组制冷系数不能进一步提高。低压级压缩机的制冷量和低压级电机的轴功率的下降，导致降温速度和低压级电机效率的降低。

[0012] 综上所述，双机双级螺杆制冷机组在降温运行过程中，高压级压缩机始终运行在高温工况，高压级电机运行效率高。在降温运行的第二个阶段，由于低压级经济器必须满足低压级压缩机能量滑阀满载才能开启，从而影响了机组制冷量和降温速度。在降温运行的第三个阶段，由于蒸发温度的降低，机组制冷量下降，低压级电机轴功率减小，电机效率降低，又由于低压级压缩机和高压级压缩机排量比固定，导致运行制冷系数的降低。而目前国内外还没有一种关于提高此类制冷机组运行效率的好方法。

发明内容

[0013] 本发明的目的就是要提供一种提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法，该方法可使制冷机组在降温运行中具有三方面的效果：一是提高制冷机组的制冷量；二是提高低压级电机的电机效率；三是提高制冷机组的制冷系数。

[0014] 为实现上述目的，本发明所设计提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法，实质上是提高其中低压级压缩机和低压级电机运行效率的方法，包括如下步骤：

[0015] 1）在所述制冷机组的蒸发温度由室温向-5℃转变的阶段，接通高压级电机控制柜的50Hz电源，启动高压级普通电机，通过高压级联轴器带动高压级压缩机开始运行制冷；

[0016] 2）当所述制冷机组的蒸发温度降低至-5℃时，接通低压级电机控制柜的50Hz电源，采用变频器启动额定频率为60Hz~65Hz的低压级变频电机，通过低压级联轴器带动低压级压缩机开始运行制冷，所述低压级压缩机采用能量调节滑阀处于满载状态或无能量调节滑阀的压缩机；

[0017] 3）随后开启中间冷却器供液，紧接着开启低压级经济器供液，通过中间冷却器和低压级经济器进行一级和二级过冷降温；

[0018] 4）在所述制冷机组的蒸发温度由-5℃向-25℃转变的阶段，随着蒸发温度的逐步降低，通过变频器逐步增加频率至45Hz~54Hz，使低压级变频电机的转速相应地提高至2700r/min~3240r/min，从而逐步提升低压级压缩机的排量，完成低压级压缩机的逐步增载；

[0019] 5）在所述制冷机组的蒸发温度由-25℃向-30℃~-55℃转变的阶段，随着蒸发温度的持续降低，制冷量和轴功率也在持续下降，此时通过变频器继续逐步增加频率至55Hz~65Hz，使低压级变频电机的转速相应地提高至3300r/min~3900r/min，以进一步提升低压级压缩机的排量，从而既提高低压级变频电机的运行效率，又提高低压级压缩机和高压级压缩机的排量比，进而提高制冷机组的制冷系数。

[0020] 进一步地，所述步骤4）和步骤5）中，低压级压缩机排量的提升始终是在低压级变频电机额定电流允许范围内进行的。这样，避免了低压级变频电机短时超载可能引起的过热损害，可确保制冷机组的使用寿命。

[0021] 作为优选方案，所述步骤4）中，通过变频器逐步增加频率至48Hz~52Hz，最好是达到50Hz；这样，使低压级变频电机的转速相应地提高至2880r/min~3120r/min，最好是达到3000r/min。

[0022] 更进一步地，所述步骤5）中，通过变频器继续逐步增加频率至58Hz~62Hz，最好是60Hz；这样，使低压级变频电机的转速相应地提高至3480r/min~3720r/min，最好是3600r/min。

[0023] 本发明根据现有双机双级螺杆制冷机组运行的特点，创造性地解决了低压级压缩机降温运行所存在的固有缺陷，其优点主要体现在以下三个方面：

[0024] 其一，采用低压级变频电机驱动低压级压缩机运行，产生了双重有益效果：低压级变频电机在由-5℃向-25℃转变的降温阶段，采用45Hz~54Hz以下逐步增频运行，除应用了全程开启低压级经济器节能外，实际上也应用了额定频率下运行变频电机属于降频节能的原理；低压级变频电机在由-25℃向-30℃~-55℃转变的阶段，采用54Hz以上逐步增频运行，改善了低温工况下电机运行效率低下的不足，同时提升了低压级压缩机的排量。这样，在上述两个降温运行阶段都达到了提高制冷量、提高低压级变频电机运行效率和提高制冷系数的目的。

[0025] 其二，采用低压级变频电机驱动低压级压缩机运行，无需用能量调节滑阀逐步增载，这样可以取消低压级压缩机中的能量调节滑阀及其相应的油压调节机构，将压缩机的能量调节滑阀和内容积比滑阀功能二合一设计，滑阀和机体一起铸件成型，并可取消相应的油活塞缸体，简化低压级压缩机滑阀导杆、机体和吸气端座等结构设计，从而大幅减少低压级压缩机的加工和制造成本。

[0026] 其三，在双机双级螺杆制冷机组的改造中，根据该机组的运行特点，只需采用低压级变频电机驱动低压级压缩机运行，高压级普通电机驱动高压级压缩机运行的状态维持不变，故只需要增设一台与低压级变频电机相匹配的变频器即可，改造成本十分低廉，易于推广应用。

附图说明

[0027] 图1为本发明采用低压级变频电机的双机双级螺杆制冷机组的结构原理示意图。

具体实施方式

[0028] 以下结合附图进一步详细描述本发明所提出的提高双机双级螺杆制冷机组运行效率的方法。

[0029] 图1所示本发明的双机双级螺杆制冷机组，采用现有的型号为W-SAHLG20ⅢT125/16ⅢD110的双机双机螺杆制冷机组改造获得，它主要由微机控制柜5、低压级压缩机1、低压级联轴器2、低压级变频电机3、低压级变频电机控制柜4、高压级压缩机6、高压级联轴器7、高压级普通电机8、高压级普通电机控制柜12、卧式油分离器10、油冷却器13、供油系统14、中间冷却器9、低压级经济器11、以及相应配套的阀门、连接管道等组成。低压级压缩机1通过低压级联轴器2与额定频率为60Hz的低压级变频电机3相连，与低压级变频电机3配套的变频器设置在低压级变频电机控制柜4内。以上结构关系均为成熟技术，于此不多赘述。

[0030] 本发明的双机双级螺杆制冷机组在由蒸发温度10℃向-40℃制冷的过程中，采用如下方式运行：

[0031] 1）在蒸发温度由10℃向-5℃转变的阶段，接通高压级普通电机控制柜12的50Hz电源，通过微机控制柜5触摸屏上的按钮，采用星三角方式启动高压级普通电机8，通过高压级联轴器7带动高压级压缩机6开始运行制冷。

[0032] 2）当蒸发温度降低至-5℃时，接通低压级变频电机控制柜4的50Hz电源，通过微机控制柜5触摸屏上的按钮，采用变频器启动方式启动低压级变频电机3，通过低压级联轴器2带动低压级压缩机1开始运行制冷，此时低压级压缩机1的能量调节滑阀处于100%满载状态，或者采用的是无能量调节滑阀的压缩机。

[0033] 3）随后开启中间冷却器9供液，紧接着开启低压级经济器11供液，通过中间冷却器9和低压级经济器11进行一级和二级过冷降温。

[0034] 4）在蒸发温度由-5℃向-25℃转变的阶段，随着蒸发温度的逐步降低，在低压级变频电机3额定电流允许范围内，通过变频器逐步增加频率至50Hz，使低压级变频电机3的转速相应地提高至3000r/min，这样逐步提升低压级压缩机1的排量，完成低压级压缩机1的逐步增载。

[0035] 5）在蒸发温度由-25℃向-40℃转变的阶段，随着蒸发温度的持续降低，制冷量和轴功率也在持续下降，此时在低压级变频电机3额定电流允许范围内，通过变频器继续逐步增加频率至60Hz，使低压级变频电机3的转速相应地提高至3600r/min，以进一步提升低压级压缩机1的排量，这样既提高了低压级变频电机3的运行效率，又提高了低压级压缩机1和高压级压缩机6的排量比，进而提高了制冷机组的制冷系数。

[0036] 在上述实施例中，选用一台现有的双机双机螺杆制冷机组W-SAHLG20ⅢT125/16ⅢD110与经过改造的本发明双机双机螺杆制冷机组进行对比试验，设定使用低温工况为蒸发温度-40℃，冷凝温度为+35℃，制冷剂采用氨R717，两者的降温运行试验数据详见附表1。由于蒸发温度从10℃到-5℃的降温过程中，两者的高压级压缩机试验运行数据相同，故附表1中所记录的试验运行数据仅从蒸发温度-5℃到-40℃。

[0037] 从附表1的试验运行数据对比中可以看出：

[0038] 一、高压级压缩机始终100%满载运行，高压级电机高效运行。

[0039] 二、随着蒸发温度的逐步降低，本发明的双机双级螺杆式制冷压缩机组制冷量越来越大，从蒸发温度-5℃到-40℃，降温过程制冷量平均增加了6.4%，制冷系数平均增加了1.1%，说明了本发明的双机双级螺杆式制冷压缩机组制冷量大，降温速度更快更节能。

[0040] 三、现有的双机双级螺杆式制冷压缩机组低压级普通电机平均效率为0.911，本发明的双机双级螺杆式制冷压缩机组低压级变频电机平均效率为0.935，提高了2.6%，说明了本发明的双机双级螺杆式制冷压缩机组使低压级电机运行效率更高。

[0041] 四、两台机组同时在低温工况蒸发温度-40℃下运行，排量比由3.2∶1增大到3.9∶1，接近最佳排量比为4∶1，现有的双机双级螺杆式制冷压缩机组的制冷系数为
2.095，本发明的双机双级螺杆式制冷压缩机组的制冷系数为2.234，提高了6.6%，综合低压级电机效率的提高，在同样低温工况和制冷量条件下可减少耗电量10%以上，说明了本发明的双机双级螺杆式制冷压缩机组制冷系数更高，低温工况下运行更节能。

[0042] 附表1：

[0043]