螺杆机控制
螺杆式冷水机组概述
目录
螺杆式冷水机组概述
一、 螺杆式冷水机组特点
二、 螺杆式冷水机组分类
三、 螺杆冷水机组工作原理
四、 单螺杆制冷压缩机与双螺杆制冷压缩机特点之比较
五、 满液式螺杆冷水机组与干式螺杆冷水机组特点之比较
六、 西门子Climatix控制器的螺杆机应用
1、系统特点介绍
2、IO配置举例
3、螺杆机主要逻辑介绍
一、 螺杆式冷水机组特点
螺杆式冷水机组属中型冷量范围冷水机组，它有如下主要特点:
①与活塞式相比，结构简单，运动部件少，无往复运动的惯性力，转速高，运动平稳，搬动小。
②机组重量轻，单机制冷量大。
③由于缸内无余隙容积和吸、排气阀片，因此具有较高的容积效率。
④螺杆式易损件少，零部件仅为活塞式的十分之一，运行可靠，易于维修。
⑤对握冲程不敏感，允许少量带液，无液击危险。
⑥调节方便，制冷量可通过滑阀进行无级调节。
但螺杆式冷水机组也有其不足之处，主要是:
①要求加工精度和装配精度高。
②单级容量比离心式小。
③部分负荷下的调节性能较差。
二、 螺杆式冷水机组分类
①根据其所用的螺杆式制冷压缩机不同分类。螺杆式制冷压缩机分为双螺杆和单螺杆两种。
双螺杆制冷压缩机具有一对互相啃合、相反旋向的螺旋形齿的转子。单螺杆制冷压缩机有一个外圆柱面上加工了6个螺旋槽的转子螺杆。在蝶、杆的左右两侧垂直地安装着完全相同的有11个齿条的行星齿轮，如图1所示。
图1 不同转子的螺杆式制冷压缩机
②根据其冷凝方式又分为水冷螺杆式冷水机组和风冷螺杆式冷水机组，如图2所示。
图2 不同冷却方式的螺杆式制冷压缩机
③根据压缩机的密封结构形式分为开启式、半封闭式和全封闭式。
④根据空调功能分为单冷型和热泵型。
⑤根据采用制冷剂不同分为R134a和R22两种。
⑥根据蒸发器的结构不同分为普通型和满液型。
三、 螺杆冷水机组工作原理
螺杆冷水机组主要由螺杆压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀及电控系统组成。水冷单螺杆冷水机组制冷原图如下：
（一）双螺杆制冷压缩机
双螺杆制冷压缩机是一种能量可调式喷油压缩机。它的吸气、压缩、排气三个连续过程是靠机体内的一对相互啮合的阴阳转子旋转时产生周期性的容积变化来实现。一般阳转子为主动转子，阴转子为从动转子。
主要部件：双转子、机体、主轴承、轴封、平衡活塞及能量调节装置。
容量15～100%无级调节或二、三段式调节，采取油压活塞增减载方式。常规采用：
径向和轴向均为滚动轴承；开启式设有油分离器、储油箱和油泵；封闭式为差压供油进行润滑、喷油、冷却和驱动滑阀容量调节之活塞移动。
双螺杆结构图：
压缩原理：
吸气过程：气体经吸气口分别进入阴阳转子的齿间容积。
压缩过程：转子旋转时，阴阳转子齿间容积连通（V型空间），由于齿的 互相啮合，容积逐步缩小，气体得到压缩。
排气过程：压缩气体移到排气口，完成一个工作循环。
（二）单螺杆制冷压缩机
利用一个主动转子和两个星轮的啮合产生压缩。它的吸气、压缩、排气三个连续过程是靠转子、星轮旋转时产生周期性的容积变化来实现的。
转子齿数为六，星轮为十一齿。
主要部件为一个转子、两个星轮、机体、主轴承、能量调节装置。
容量可以从10%-100%无级调节及三或四段式调节。
单螺杆结构图：
压缩原理：
吸气过程：气体通过吸气口进入转子齿槽。随着转子的旋转，星轮依次进入与转子齿槽啮合的状态，气体进入压缩腔（转子齿槽曲面、机壳内腔和星轮齿面所形成的密闭空间）。
压缩过程：随着转子旋转，压缩腔容积不断减小，气体随压缩直至压缩腔前沿转至排气口。
排气过程：压缩腔前沿转至排气口后开始排气，便完成一个工作循环。由于星轮对称布置，循环在每旋转一周时便发生两次压缩，排气量相应是上述一周循环排气量的两倍。
四、 单螺杆制冷压缩机与双螺杆制冷压缩机特点之比较
双螺杆制冷压缩机的特点：
1、需喷油压缩（也可采用少量喷液）。一旦失油时可能产生金属与金属的啮合摩擦，影响运行和转子寿命。
2、转子径向负荷及轴向推力大，尤其是轴向推力非常大，需体积和强度大的轴承或平衡活塞来抵消轴向力，轴承使用寿命受影响。
3、油不仅用于螺杆阴阳转子之间之冷却、密封，并作润滑及动力传递（25～60%的动力）。运行时一般需持续起动油泵。油耗量大，油路系统复杂。
4、一般轴承寿命为20,000~30，000小时，30,000小时即需大修。
5、主要部件仅为活塞式制冷压缩机的十分之一。
6、单级压缩比高。低温工况时可以采取独有的经济器结构，节能性好，但成本相应有所提高。
7、压缩机效率比单螺杆略高。
8、单机头最大制冷量较单螺杆大。
9、对液击不敏感，可以湿行程运转。
单螺杆压缩机之主要特性及优点：
1、使用寿命长，可靠性极高。
基于下列理由故有很长耐用寿命（一般25年以上）：
(a)螺杆转子与星轮间的啮合压缩为金属与非金属。转子材料为六齿钢制涂铝保护层，星轮为十一齿52层增强纤维复合强化材料。可以实现柔性零间隙接触密封。
(b)零部件及易损件极少，主要运动部件仅为五件，一个转子，两个星轮，两个滑阀。
(c)由于转子径向和轴向受力完全平衡，故轴承径向和轴向推力极小，轴承可靠性极高，轴承设计寿命达100,000小时，为双螺杆的3～5倍。
(d)运转时采取喷液取代喷油，密封、润滑和冷却效果更好，啮合阻力低， 具有经济有效之润滑。无油润滑方式，不需要复杂的油路系统，只须少量冷冻机油，油路较双螺杆简明。
(e) 20,000小时后方需检查，30,000～40,000小时后方需较大保养。星轮可以单独拆卸，维修简便。
(f)由于星轮处于一种柔性承载状态，可以调整它与主转子之间的间隙，所以液击不敏感，可以湿行程运转。
(g)半封闭单螺杆电机液体冷却，保持长期冷却状态，电机寿命长。
(h)由于转子受力平衡，轴封负荷极度小，寿命长，远高于双螺杆压缩机轴封寿命。
2、效率高。
(a)转子与星轮的"零间隙"配合，最大程度减小泄漏损失和压力损失，效率大幅度提高。
(b)半封闭单螺杆电机液体冷却，电机效率高。
3、由于六齿转子与十一齿星轮啮合时分散和减少了排气脉动，从而使排气平稳，加上交替啮合又有效地排除正弦波音，所以噪音低沉、易隔音。一般比同级双螺杆低0.8～5dB(A)（3ft）。
4、运转时极度平稳，振动值低于0.14Ips。双螺杆压缩机则明显高于此值。
5、现场便于维修，可从顶部或底部拆卸星轮进行维修。目前仅有CARRIER的23XL系列声称其产品也便于维修服务。
五、 满液式螺杆冷水机组与干式螺杆冷水机组特点之比较
l 满液式螺杆冷水机组与干式螺杆冷水机组相比，最主要的区别是满液式冷水机组采用的是满液式蒸发器，干式冷水机组采用的是干式蒸发器。
l 满液式蒸发器中，制冷剂走的是壳程，冰水走的是管程，换句话说就是制冷剂走铜管外面，冰水走铜管里面。
l 干式蒸发器则相反，制冷剂走的是管程，冰水走的是壳程，换句话说就是制冷剂走铜管里面，冰水走铜管外面。
l 满液式蒸发器中，液体制冷剂经过节流装置进人蒸发器，蒸发器内的液位保持一定。蒸发器内的传热管浸没在制冷剂液体中。吸热蒸发后的气液混合物中仍含有大量液体，故从蒸发器内逸出的湿蒸气经气液分离后再回人压缩机。
l 干式蒸发器则由热力膨胀阀或电子膨胀阀直接控制液体制冷剂进人蒸发器的管程，制冷剂液体在管内完全转变为气体，而被冷却的介质则在传热管外的管程中流动
1、工况及可靠性方面
满液式机组的部件多，回路复杂，机组运行可靠性低；干式机组部件少，回路简单，机组运行可靠。满液式机组适合定工况运行，工况变化容易使机组产生故障，干式机组则能适应变工况运行。
2、回油性能
对于润滑油与制冷剂互溶情况下，满液式蒸发器的回油动力为引射泵，回油较难且不稳定，而回油状况直接影响机组的工作工况。干式机组的回油动力为高低压差，回油稳定、方便。
3、充液量
满液式蒸发器的壳体内充满制冷剂，充液量大，多用于制冷剂易泄露的开启式压缩机及部分制冷量大的螺杆压缩机。干式蒸发器的制冷剂充液量只有满液式蒸发器的1/2~1/3。
4、能效
满液式机组能效高，同样的输入功率满液式机组制冷量大，制冷量比干式机组要大10%~12%。
5、成本
满液式机组造价高，干式机组造价低。
6、满液式的优缺点
优点：
蒸发器换热效率高，能效较干式蒸发器高，同样的制冷量机组比干式的体积略小。满液式冷水机组能效比一般能达到国家一、二级，而普通干式冷水机组能效比一船只能达到四、五级。
缺点：
1) 需增加液位控制装置或者过热度控制装置，以确保进入蒸发器的冷媒流量能将液面维持在适当的高度。
2) 液位控制装置或者过热度控制装置的价格相当昂贵，保养和调整非常麻烦，在机组符合变化时适应性能很差。
3) 如果蒸发器中的冷媒液面降低，蒸发器中与冷媒相溶的冷冻油不容易回到压缩机内，是压缩机有失油之虞，可能直接导致压缩机的烧毁。
4) 如蒸发器中的冷媒液面抬高，冷媒会以液态形式进入压缩机内，引起液压缩，同样会导致压缩机烧毁。
5) 整个系统冷媒和冷冻油的充注量是干式的2倍多，日后的维护保养成本增加。
6) 由于满液式蒸发器回油非常麻烦，因此对冷冻油的品质要求很高，必须保证冷冻油在很高的品质下工作。在使用一段时间后，由于冷冻油会逐渐变稠，回油将会非常困难，必须立即更换，其使用周期较干式蒸发器缩短一半以上，大大增加运行成本。
7) 冷冻水在蒸发器铜管内流动时，因温度过低容易形成凝结，会导致铜管涨裂。
六、 西门子Climatix控制器的螺杆机应用
1、系统特点介绍
u 控制功能：人工切换工作状态，故障自动判断、处理，待机防冻，自动能量调节，定时开关机，运行限制等功能；
u 所有的输入、输出信号和通讯数据传输都具有足够的抗干扰能力，保证机组工作稳定，可靠，输出没有误动作，没有抖动；
u 控制器具有预防用户误操作的功能，如带故障时压缩机不响应等。
u 安全性、电磁兼容性均符合国家相关电子电器产品安全标准和电磁兼容性标准。
u 具有密码保护的参数设定功能，超限锁定功能，所有需设定的参数都具有相应的默认值，该默认值在第一次开机时使用。
u 模块化组合：目标为两个以上压缩机控制时，采用扩展模块的方式，满足多系统的能量均衡磨损；
u 双个RS485通讯接口，MODBUS通讯协议，实现与触摸屏通讯同时实现楼宇自控功能；
u 机组单、双系统可自由设置：双压缩机控制时采用一个主控制器+扩展模块方式，单压缩机控制时取消扩展模块即可实现。
2、IO配置举例
3、螺杆机主要逻辑介绍
