摘  要：本文以“復(fù)盛”低溫半封閉單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)為例，對(duì)單級(jí)螺桿式壓縮機(jī)與單機(jī)雙級(jí)壓縮機(jī)各自的應(yīng)用范圍及性能比較，揭示了在R22與R404A制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)溫度低于-30℃時(shí)帶經(jīng)濟(jì)器的單機(jī)雙級(jí)螺桿式壓縮機(jī)組在食品冷藏鏈制冷系統(tǒng)中的制冷量、制冷效果上有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

　　食品冷藏鏈?zhǔn)窃诙兰o(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，制冷技術(shù)的發(fā)展而建立起來(lái)的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。它是建立在食品冷凍工藝學(xué)的基礎(chǔ)上，以制冷技術(shù)為手段，使易腐農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)者到消費(fèi)者之間的所有環(huán)節(jié)，即從原料（采摘、捕撈、收購(gòu)等環(huán)節(jié)）、生產(chǎn)加工、運(yùn)輸、貯藏、銷售流通的整個(gè)過(guò)程中，始終保持合適的低溫條件，以保證食品的質(zhì)量，減少損耗。這種建立在食品冷凍工藝學(xué)上的連續(xù)低溫環(huán)節(jié)稱為冷藏鏈（Cold Chain）。目前，為適應(yīng)市場(chǎng)需求，提高農(nóng)副產(chǎn)品的附加值，減少生產(chǎn)和分配中的食品消耗，保證各個(gè)季節(jié)市場(chǎng)的合理銷售，我國(guó)的農(nóng)副產(chǎn)品已從初級(jí)原料生產(chǎn)階段不斷的向高附加值的深加工階段轉(zhuǎn)變，把資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

　　食品冷藏鏈主要為凍結(jié)溫度帶與冷卻溫度帶保質(zhì)的兩大類產(chǎn)品服務(wù)。

　　冷卻溫度帶產(chǎn)品，如冷凍保鮮肉禽、果蔬、低溫保鮮奶品，通常根據(jù)品種不同，分別需要在-3℃～15℃低溫條件下進(jìn)行加工處理及流通。

　　凍結(jié)溫度帶是指市場(chǎng)上各種調(diào)理冷凍食品、分割的畜禽肉塊以及冰淇林等冷飲品都屬于凍結(jié)溫度帶產(chǎn)品，這類食品一般在-30℃以下溫度快速凍結(jié)，甚至要求到-35℃左右，。然后在-18℃至-25℃之間貯存流通。在歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，為了提高凍結(jié)食品的質(zhì)量，多趨向于采用-25℃至-30℃的冷藏溫度。因?yàn)槭称穬鼋Y(jié)后的貯藏溫度越低，食品的穩(wěn)定性越好，貯藏周期越長(zhǎng)，如圖1所示。但是凍結(jié)溫度的降低將對(duì)冷凍系統(tǒng)，特別是對(duì)制冷壓縮機(jī)的可靠性及效率提出了更高的要求，如選用活塞式單機(jī)雙級(jí)并聯(lián)機(jī)組，則會(huì)產(chǎn)生壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)多，操作管理不便，且成本高等問(wèn)題，選用開(kāi)啟式氨機(jī)單機(jī)雙級(jí)螺桿，工期長(zhǎng)，維護(hù)成本、使用成本高及安全性差。

　　中小容量的速凍裝置的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一直以來(lái)是采用單級(jí)或兩級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)。但是，在低圓周速度下具有最佳轉(zhuǎn)子型面的螺桿式壓縮機(jī)發(fā)展，對(duì)在速凍裝置中選用螺桿式壓縮機(jī)提供了很有價(jià)值的參考。

 

　　圖1食品儲(chǔ)藏期與儲(chǔ)藏溫度關(guān)系曲線

　　1.2 多級(jí)壓縮應(yīng)用的必要性

　　要保證速凍食品的質(zhì)量，關(guān)鍵主要在于提高食品的凍結(jié)速度，同時(shí)在儲(chǔ)藏和運(yùn)輸過(guò)程中控制速凍食品的溫升，因?yàn)檩^大溫度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致冰晶的生長(zhǎng)，細(xì)小的冰晶不斷長(zhǎng)大，直到破壞食品的組織結(jié)構(gòu)，以至于使速凍食品的優(yōu)點(diǎn)逐漸的消失。在速凍食品的凍結(jié)和儲(chǔ)藏過(guò)程中，需要制冷設(shè)備達(dá)到-50～-60℃的蒸發(fā)溫度，而單級(jí)壓縮制冷機(jī)只能獲得-20～-40℃的溫度，只能滿足普通食品的冷藏和冷凍。速凍食品的生產(chǎn)必須采用多級(jí)壓縮制冷機(jī)，其中應(yīng)用最多的是兩級(jí)壓縮制冷機(jī)。若選用單級(jí)半封閉螺桿壓縮機(jī)組配經(jīng)濟(jì)器的并聯(lián)機(jī)型，當(dāng)蒸發(fā)溫度低于-40℃ 時(shí)，由于機(jī)器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能效比較低。在這些低溫應(yīng)用場(chǎng)合，采用半封閉單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)組或配組雙級(jí)螺桿并聯(lián)機(jī)組將是節(jié)能、成本低的最合適的方案。

　　螺桿單機(jī)雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)每級(jí)壓比減小，泄漏少、絕熱損失少；容積效率高，制冷量大；中冷器過(guò)冷，從而使制冷量增加，制冷系數(shù)提高；轉(zhuǎn)子軸承受力小，使用壽命長(zhǎng)；絕熱效率高，電機(jī)功率省、節(jié)能、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，是一種高效的具有國(guó)際先進(jìn)水平的制冷循環(huán)方案。

　　單機(jī)雙級(jí)螺桿機(jī)組的結(jié)構(gòu)十分緊湊；低壓級(jí)和高壓級(jí)共用1臺(tái)電機(jī)，有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，所以節(jié)能；并聯(lián)單機(jī)雙級(jí)螺桿機(jī)組可以采用多臺(tái)壓縮機(jī)交替運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)組的壽命也得到延長(zhǎng)。另外，機(jī)組所配置的極好的潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)和分配系統(tǒng)保證了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的高度安全性。除此之外還可利用回收廢熱產(chǎn)生熱水、熱氟融霜，同時(shí)也提高了整個(gè)制冷系統(tǒng)的效率。

　　單機(jī)雙級(jí)螺桿機(jī)組蒸發(fā)溫度范圍R22:-30℃～-60℃(R404A:-65℃)；制冷量范圍:63KW～756KW(±40℃)；特點(diǎn):噪音低、震動(dòng)小、抗液擊能力強(qiáng)；油路簡(jiǎn)單(壓差供油、開(kāi)機(jī)僅用一臺(tái)預(yù)潤(rùn)滑油泵)；操作方便(自動(dòng)化程度高，機(jī)組采用PLC觸摸屏控制或并聯(lián)機(jī)組專用自動(dòng)控制器)，可直接與各種冷風(fēng)機(jī)、鋼(鋁)排管、殼管式蒸發(fā)器或其它類型蒸發(fā)器匹配組成完整的制冷系統(tǒng)。其不足是高、低壓級(jí)容積比偏小，尤其在蒸發(fā)溫度低于-40℃時(shí)與最佳容積比有一定偏差。

　　單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)因在單臺(tái)壓縮機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)壓縮，進(jìn)一步延伸了螺桿壓縮機(jī)的低溫應(yīng)用范圍。制冷循環(huán)方式一般為兩級(jí)壓縮一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)。因?yàn)橹虚g完全冷卻循環(huán)的中間冷卻器體積較龐大，不適合機(jī)組配置，所以機(jī)組帶一臺(tái)中間不完全冷卻的中間冷卻器(一般為板式熱交換器為宜)，無(wú)論對(duì)R22、R404A或是其它制冷劑，均采用中間不完全冷卻的循環(huán)方式。圖2和圖3描述了當(dāng)前市場(chǎng)上主要的低溫螺桿壓縮機(jī)與單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)在R22和R404A制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍。

　　隨著人民生活水平的提高，人們對(duì)冷凍食品品質(zhì)要求不斷提高以及我國(guó)節(jié)能降耗的迫切要求，對(duì)將來(lái)新建的食品冷藏鏈系統(tǒng)，選擇什么類型的制冷壓縮機(jī)不但需要考慮其運(yùn)行范圍，更應(yīng)該考慮到制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率等問(wèn)題。隨著制冷技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的日益廣泛，制冷裝置消耗的能源也在迅速增加。因此，制冷裝置的節(jié)能正引起越來(lái)越廣泛的重視。圖4描述了冷凍市場(chǎng)壓縮機(jī)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展歷程―氟用；圖5為各廠牌冷凍壓縮機(jī)的規(guī)格范圍。

　　圖4 冷凍市場(chǎng)壓縮機(jī)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展歷程―氟用

　　實(shí)際上，單級(jí)與雙級(jí)在壓縮過(guò)程不會(huì)依等熵行程進(jìn)行，當(dāng)高壓縮比時(shí)，其容積效率降低，質(zhì)量流量減少，使性能系數(shù)COP值大幅度地下降。圖6舉例了R404A的單級(jí)壓縮機(jī)和雙級(jí)壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)工況下的比較。對(duì)螺桿機(jī)而言，當(dāng)蒸發(fā)溫度長(zhǎng)期小于等于－30℃時(shí)，并不是所有情況都需要采用雙級(jí)壓縮，當(dāng)所需制冷量較小時(shí)，可采用單臺(tái)帶經(jīng)濟(jì)器螺桿式制冷機(jī)組以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。僅在蒸發(fā)溫度處于－30℃ 以下的場(chǎng)合，宜采用雙級(jí)系統(tǒng)；溫度要求更低的場(chǎng)合，特別在蒸發(fā)溫度在－40℃左右的場(chǎng)合，雙級(jí)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)十分明顯。

　　圖6 單雙級(jí)螺桿機(jī)性能比較(H) R404A

　　下面以復(fù)盛實(shí)業(yè)(上海)有限公司自主研發(fā)的SDL系列低溫半封閉單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)的具體實(shí)例來(lái)描述，相對(duì)于帶經(jīng)濟(jì)器的單級(jí)半封閉螺桿壓縮機(jī)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

　　●單機(jī)雙級(jí)半封閉螺桿壓縮機(jī)；●馬達(dá)中間壓冷媒冷卻；●中間壓噴液冷卻及節(jié)能器；●高效率雙段螺旋齒形；●可搭配高效率油分離器；●有段與無(wú)段容量調(diào)節(jié)；●低振動(dòng)平衡裝置；●高效率馬達(dá)。

　　●特別適用于低溫工況（蒸發(fā)溫度：-30～-65℃）；●可并聯(lián)使用，最多可達(dá)6并聯(lián)，滿足大冷量需求；●系統(tǒng)應(yīng)用簡(jiǎn)單，節(jié)約投資成本；●對(duì)比單級(jí)低溫螺桿壓縮機(jī)節(jié)能30%以上，節(jié)約使用成本。（表1）為“復(fù)盛”SDL系列半封閉單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)規(guī)范；圖8為“復(fù)盛”半封閉單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)選型軟件（中文版）。（表1、圖8、表2）
 

　　圖8 “復(fù)盛”半封閉單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)選型軟件

　　1）帶經(jīng)濟(jì)器的壓縮機(jī)為“比澤爾”HSN8571-125(125HP)半封閉螺桿單級(jí)壓縮機(jī)。

　　2）雙級(jí)制冷壓縮機(jī)為“復(fù)盛”SDL330B(75HP)半封閉單機(jī)雙 級(jí)螺桿壓縮機(jī)。

　　3）制冷系數(shù)=制冷量/軸功率。

　　4）R22效率比單機(jī)帶經(jīng)濟(jì)器壓縮機(jī)組提高30.8%。

　　5）R404A效率比單機(jī)帶經(jīng)濟(jì)器壓縮機(jī)組提高49%。

　　2、福建某食品股份有限公司制冷工程項(xiàng)目采用“復(fù)盛”半封閉單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)的工程概況及方案考慮

　　該制冷工程項(xiàng)目為福建某食品股份有限公司速凍車間生產(chǎn)過(guò)程中的速凍設(shè)備提供用冷要求，速凍機(jī)房與原制冷機(jī)房共用，提供蒸發(fā)溫度為-42℃、冷凝溫度為+35℃(蒸發(fā)冷)，需冷量為340kW的用冷要求。

　　下面以工藝用冷要求: 蒸發(fā)溫度為-42℃、冷凝溫度為+35℃(蒸發(fā)冷)，需冷量為340kW的用冷要求為例該制冷方案的設(shè)計(jì)思路和過(guò)程.

　　根據(jù)工藝生產(chǎn)提供的用冷溫度要求以及低溫多機(jī)單級(jí)并聯(lián)方案特點(diǎn)，該制冷系統(tǒng)應(yīng)采用螺桿單機(jī)雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)裝置，制冷劑選擇R22。下面介紹兩個(gè)主要方案的比較：

 

　　螺桿單機(jī)雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)方案同帶經(jīng)濟(jì)器螺桿壓縮機(jī)制冷循環(huán)方案相比；經(jīng)過(guò)與用戶針對(duì)上述數(shù)據(jù)分析我們可知：

　　① 運(yùn)行成本降低15%～20%，② 投資減少，

　?、?制冷系數(shù)提高，④ 減少附屬設(shè)備臺(tái)數(shù)及相應(yīng)的自控元件、閥門，有利于壓縮機(jī)的通用性，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性及相對(duì)節(jié)能效果。

　　任何一種制冷方案都不可能盡善盡美。工程考慮中要因地制宜，既要考慮冷凍設(shè)備的初投資、運(yùn)行費(fèi)用等

　　經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，也要考慮冷凍設(shè)備的噪聲、振動(dòng)、運(yùn)行、操作、維護(hù)管理等技術(shù)性能問(wèn)題，與工程整體及周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)；既要考慮當(dāng)前投資效益，也要考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，合理的選擇制冷方案。

　　通過(guò)再三綜合考慮，用戶最終選擇方案一，并經(jīng)調(diào)試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯，值得推薦單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)。

　　從表2可以看出，隨著蒸發(fā)溫度的降低，雙級(jí)壓縮比單級(jí)帶經(jīng)濟(jì)器螺桿制冷量增加幅度、制冷系數(shù)提高幅度不斷加大，節(jié)能效果明顯！

　　隨著我國(guó)食品冷藏產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展以及節(jié)能減排意識(shí)的提高，單機(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)以其突出的節(jié)能優(yōu)勢(shì)將在我國(guó)食品冷藏產(chǎn)業(yè)鏈中扮演著越來(lái)越重的角色，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

 

　　附圖：?jiǎn)螜C(jī)雙級(jí)螺桿壓縮機(jī)PLC控制邏輯框圖

　?。?］ “復(fù)盛”SDL系列單機(jī)雙級(jí)螺桿式制冷壓縮機(jī)《技術(shù)手冊(cè)》。

　?。?］ 北京“比澤爾”制冷設(shè)備有限公司 Bitzer 半封閉螺桿壓縮機(jī)（HS.85系列）SP-110-4-CN。

　?。?］ 楊博、趙剛《我國(guó)食品冷藏供應(yīng)鏈現(xiàn)狀及構(gòu)建》上海海事大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院。

　?。?］ 徐世瓊《國(guó)外食品冷加工及冷藏庫(kù)技術(shù)的最新進(jìn)展》上海水產(chǎn)大學(xué)。

　　［5］ 繆道平，吳業(yè)正《制冷壓縮機(jī)》北京:機(jī)械工業(yè)出版社。

　?。?］ 吳業(yè)正《制冷原理與設(shè)備》（第3版）西安：西安交通大學(xué)出版社：

　?。?］ 吳寶志《螺桿式制冷壓縮機(jī)》華中工學(xué)院

　　北京:機(jī)械工業(yè)出版社。

　?。?］李軍《螺桿式雙級(jí)壓縮系統(tǒng)的分析應(yīng)用》（下）制冷與空調(diào)，2004,4（5）：66-85。

　?。?］李軍《螺桿式雙級(jí)壓縮系統(tǒng)的分析應(yīng)用》（上）制冷與空調(diào)，2004,4（4）：52-56。