R134a用双螺杆制冷压缩机设计研究

表1使用两种工质的螓杆压缩机制冷量饱和气体比容（m3/kg）气化潜热（kJ/kg）制冷量比显然，同一螺杆压缩机若直接使用R134a替代R22，则机组制冷量减少约34%.因此，简单地做工质替换，机组制冷量显然不可能满足用户的要求，必须考虑到R134a环保工质特殊的物性参数（表2），包括比容的变化，与润滑油及其它物质的相容性等方面，重新设计R134a专用压缩机。

表2R22、R134a物性参数表物理特性分子量冰点rc）临界温度rc）临界压力（kPa）饱和液体密度，30‘C等压蒸汽比热（Cp）蒸汽比热比（k=Cp/Cv），3（TC及在空气中的可燃密度百分比范围X无3.R134a螺杆压缩机的设计3.1转子型线及尺寸根据以上分析可知，更换R134a后，若保证机组制冷量不变，则必须提高压缩执的气量。螺杆压缩机的理论排气量可以用下式表述：其中为面积利用系数，《，为阳螺杆转速，/为螺杆长度，为螺杆公称直径。在不改变压缩机转速的前提下，增加螺杆长度或增大螺杆公称直径都可以提高排气量。近代螺杆压缩机的发展趋势是采用小的螺杆长度和相对大的螺杆直径，这样可以增大吸排气孔口的面积，减少气体流动损失。同时相对较粗的螺杆，其惯性矩增加，螺杆具有良好的刚度，增加了运转的可靠性。

螺杆几何尺寸的增加，势必带来泄漏线长度的增长。为了消除泄漏线长度增长造成的通过压缩机配合间隙泄漏量的增加，选用好的螺杆型线非常重要。好的啮合副型线完全可以提高压缩机内部横向和轴向密封性能，缩短转子间的接触线长度，提高面积利用系数，从而减小泄漏量，提高压缩机容积效率。开利公司在其最新设计的R134a用螺杆压缩机上就是采用了优化的开利专用型线，获得了满足设计要求的高效压缩机。

3.2转速从压缩机排气量计算公式可以看出，排气量正比与压缩机的转速。因此不改变螺杆几何尺寸，而提高阳螺杆的转速，完全可以达到设计所需的排气量，同时转速的提高可以降低通过配合间隙的泄漏量，提升压缩机的容积效率。螺杆压缩机一般采用二级电机，对于开启式压缩机，可以通过皮带轮提高主动转子的转速。对丁半封闭压缩机，可以增设增速齿轮，电机与螺杆平行布置，这种结构可以减小电机与主动转子直联造成的压缩机轴向长度过长，对冷水机组趋向于采用多个机头布置方案特别有利。

3.3润滑油及润滑系统双螺杆压缩机需要强制喷油，用于转子、轴承等运动部件的润滑及压缩容积内气体的冷却和密封。由于R134a的分子呈现一定的化学极性，与传统的矿物类冷冻机油不相容，必须选用聚氟酯、多元醇酯等新型合成酯类油作为压缩机的润滑油。而酯类油易吸水，可能加速压缩机油的分解，因此必须严格限制压缩机内的含湿量，尽M保证压缩机内部的干燥。

螺杆压缩机一般均是依靠冷凝器的压力进行压差供油。由P压缩机多处需要润滑，故传统压缩机多采用小油管从贮油器通向压缩机各润滑部位。这些小油管直接暴露在机组外部，很容易被折断，造成机组漏油、漏制冷剂。开利R134a螺杆压缩机则采用了全新的设计方案，润滑油经过一根粗油管通到压缩机，而其余的子油管全部被分布在转子座上的小油道代替，减少了润滑系统的泄漏点，增加了压缩机的运行可靠性。笔者认为该种方案值得国内各压缩机制造商和借鉴。

3.4配合间隙在相同的蒸发温度和冷凝温度卜，使用R134a压缩机的运行压力比使用R22时低约34%，这就是说，在相同的配合间隙下，R〗34a的绝对泄海童比R22要小。考虑到同一台压缩机如果直接做工质替换，R134a的排气量比R22低34%左右，故容积效率两者基本持平。但对专门设计的使用R134a压缩机而言，若采用不改变螺杆转子K：度或直径以及配合间隙，而单纯提高压缩机的转速来达到要求的排气量这一方案时，我们发现，因R134a的绝对泄漏量减小，同时转速的提高，也减少了通过配合间隙的泄漏量，故压缩机的容积效率可以提高。

3.5轴承双螺杆压缩机属于高速重载的机器，一般应用丁冷水机组的中小冷量的螺杆压缩机多采用滚动轴承。滚动轴承的精度决定了高精密螺杆的实际定位精度和配合间隙的大小，因此滚动轴承的寿命决定了螺杆压缩机的可靠性及大修时间。滚动轴承承载了螺杆压缩机较大的轴向和径向力，确保阴阳螺杆的定位以及螺杆端面与吸排气端庳的配合间隙。由P使用R丨34a丨：质的压缩机实际运行压力远低TR22压缩机，故滚动轴承所需承载的压缩机轴向力和径向力较小，轴承寿命及压缩机整机的可靠性得以显著提高。

3.6能量调节制冷用螺杆压缩机多采用滑阀装置作为能量调节机构，滑阀及油缸沿压缩机轴向布置，增加了压缩机的轴向长度，不利T采用多个压缩机的冷水机组的整体布置。滑阀机构可以实现负荷无级调节，亦可以实现有级调节，但机构较为复杂，滑阀与阴阳螺杆之间的配合面积较大，存在着定位不当而产生磨损的隐患。近年来出现了另外一种调节机构即柱塞调节。

对应阴阳螺杆各有一个小柱塞，沿螺杆径向布置，柱塞的端面与螺杆配合，其径向依靠柱塞的轴肩定位，定位精度高。对于每台压缩机可完成二级能M调节。由亍是径向位移，压缩机的轴向尺寸可以缩短，特别适合目前常采用的多机头布置方案，同时由于多个机头的组合，整个冷水机组的能量调节增多，完全可以满足用户对能量调节的要求。

3.7排气消音螺杆压缩机的转速较高，且每一转可以完成多个压缩排气过程，故与往复式压缩机相比，其存在的气流脉动现象不明显，但螺杆压缩机的噪音不能忽视。目前大多在冷水机组位于压缩机排气管上安装一排气消音器，效果有时还是不能令用户满意。小型家用空调压缩机如滚动转子压缩机，我们可以看到，其在压缩机内部位F排气口处装有一内置消音器。这一方案可以应用到螺杆压缩机上，在压缩机内位于二角形排气孔口出口处，安装一个多管道内置消音器，再与外部消音器配合，实现两级消音。开利公司R134a用螺杆压缩机就是采用了这一方案，取得了相当好的效果。

4.结束语本文结合R134a热物性参数，详细分析了R134a用螺杆压缩机设计中应注意的一些问题，如转子型线、润滑油、轴承、气M调P装置的选择，儿何尺寸、压缩机转速的确定等，为国内此类压缩机的设计与应用提供。