新型高效满液式冷水机组的构造及回油技术分析

新型高效满液式冷水机组的构造及回油技术分析

陈锦虹

（江森自控日立万宝空调（广州）有限公司，广东广州510935）

摘要：本文简要分析了GA公司最近研制成功的WZP系列新型高效R134a水冷满液式机组的构造和回油技术。由于采用了一系列新技术，将机组的能效比（COP）提高到5.9~6.2，这是国内当前R134a水冷满液式机组所能达到的较高水准。

关键词：新型高效；R134a水冷满液式机组；满液式冷水机组；构造；回油

1引言

中国国内自2012年开始，对R22冷媒实施逐年递减的管控政策。若冷水机组厂家的产品因其能源效率值未能处于领先等级，产品不能取得节能认证，则非常不利于其产品的销售。满液式蒸发传热技术被认为是当今最有效的传热技术之一，而发展高效满液式冷水机组产品，有助于增强企业的市场竞争力，有助于推动我国节能环保事业的发展，尤其是在建筑节能和减排治污领域，将起到极大的推动作用。GA公司于2017年开发出制冷量在54~520RT范围内的WZP系列新型高效R134a水冷满液式机组，由于采用了多机头冷水机组串联满液式换热器的结构形式，故通过增加螺杆式压缩机台数扩大了机组制冷量范围，新开发产品WZP系列的制冷量已覆盖至部分以离心式压缩机为主的范围。

2产品概况

新开发的WZP系列新型高效机组冷量范围在190~1830kW，全系列共有13个机型，均达到国家节能能效等级。工质使用R134a环保冷媒，对臭氧层完全没有破坏性。由于采用多压缩机，模块化组合设计，各循环回路独立运行，自动均衡，因此机组寿命更长。

3机组的构造

3.1高效半封闭式双螺杆压缩机

机组采用日立独立研发的R134a冷媒专用的G型半封闭式双螺杆压缩机，见图1。其最大特点之一是压缩机内置新型离心式油分离器。

新型离心式油分离器（详见图2）与传统滤网型油分离器（详见图3）相比，由于没有油过滤网产生的阻力，故可降低压缩机的能耗。此外，由于油分离效率大大提高，进入到系统的油大幅度减少，故可使机组的COP大幅度提高，同时有效确保压缩机的润滑。

3.2高效满液式蒸发器

为了使机组效率达到节能要求，需要采用满液式蒸发器。满液式蒸发器结构与干式蒸发器相似，区别在于冷媒（制冷剂）走壳程，冷水（载冷剂）走管程。冷媒液体从壳程筒体下部进入蒸发器，经上部的气液分离装置回气，分离后的液滴仍然流回蒸发器。满液式蒸发器的冷媒充注量大，传热温差小，相同的冷媒温度蒸发温度高，制冷量大。

在满液式蒸发器内，冷水流动于管程内，可达紊流状态，换热系数较高；对壳程内冷媒而言，处于沸腾状态，换热效率大为提高。与干式蒸发器相比，由于满液式蒸发器内的换热管表面浸泡在冷媒液体中，接触充分，故其换热系数高。

新型高效满液式冷水机组的满液式蒸发器采用卧式壳管式结构（详见图4）。主要有以下特点：（1）采用最新研发E2R1高效换热管，增大换热面积，表面冷媒扰流能力更强，换热效率更高；（2）冷媒出入口非对称分布，有效利用冷媒性质，提高换热效率；（3）壳程采用内置冷媒分配器，实现换热管表面冷媒分配最合理化。

3.3高效水冷式冷凝器

新型高效满液式冷水机组的高效水冷式冷凝器采用卧式壳管式结构（详见图5）。主要有以下特点：（1）采用高效翅片管，增加了换热面积，同时又加强冷凝管表面冷媒的扰流，提升换热效率；（2）冷媒气体入口设置排气挡板，防止从压缩机排气管进入到冷凝器的冷媒气流高速冲击冷凝管，改善冷媒气体的分布，提高换热效率。（3）在冷凝器底部设置完善的强制过冷结构，增大过冷度，提高换热效率。

4机组的回油技术分析

回油问题是采用R134a冷媒的满液式冷水机组设计的关键技术问题。R134a配合使用的POE合成润滑油，油与冷媒在冷凝器中是互溶的，但进入系统中的润滑油会在蒸发器中积聚。润滑油的密度较小，主要集中在蒸发器液态冷媒的上部，难以直接进行回收。新型高效满液式冷水机组的回油，具体采用以下的2种回油技术措施。

4.1采用高效油分离器

压缩机运转时，经压缩后的冷媒气体与油的混合物由压缩机排气口排出。由于润滑油沸点远高于冷媒，随冷媒进入蒸发器后不会同冷媒一起蒸发，如果不采取适当措施，润滑油就会在蒸发器的壳程中越积越多而在液体冷媒表面形成一层油膜，降低传热效果及制冷效率。同时，也会造成压缩机缺油，而压缩机缺油，对机组的安全高效运行是极为不利的。

新型高效满液式冷水机组的压缩机内置离心式油分离器，就是冷媒气体与油的混合物进入系统之前将油分离出来的装置。压缩机排气除经过内置离心式油分离器进行油气分离外，还要经过外置三级油分离器，有效减少了排入系统中的润滑油。

如图6所示，进入到外置三级油分离器的含油冷媒气体，在油分离器内发生油的微粒与滤层的碰撞，滤层起着滤油和排泄的双重作用。被分离出来的油沿着油分离器的内壳边界往下，经过一个挡板后流进油分离器底部的集油区。特殊设计的挡板将集油区隔离开来，几乎无油的冷媒气体从油分离器内壳下边沿的管接头处排出，进入冷凝器。一个浮动的被激活的回油阀，可以使得被汇集的润滑油回到油槽，由此完成润滑油的回路。经实际测试，该特殊设计的外置三级油分离器，油分离效率高达99.96%以上。

4.2高压引射回油

由于满液式蒸发器处于系统的低压区，积聚在蒸发器内中润滑油无法自动回到压缩机，故需要依靠外部的动力。高压引射回油可通过引射器将满液式蒸发器中冷媒和油的混合物抽回压缩机吸气口，以压缩机的吸气作为引射动力源，其工作原理是利用流体动压和静压转换实现的。高压引射回油具体利用蒸发器回气主管中内置的一个类似喷嘴的渐缩渐扩管实现的，采用文丘里管引射原理回油,回油简单可靠，无需专用油泵，降低故障率，便于维护保养。此外，压缩机内部精巧油路设计，即使在恶劣条件下也能保证供油可靠。高压引射回油系统示意图，如图7所示。

机组要达到良好的回油效果，需要在满液式蒸发器液面上能形成富油层，这样才可以在合适的位置设置回油管，从富油层中抽取液体，提高回油效率。高压引射回油设计的关键，是使得回油口的位置处于富油层，这需要根据满液式蒸发器的壳体直径和换热管排列决定，一般是在不同高度设置若干个回油口，再通过实验最后确定。采用引射器回油的满液式冷水机组，除了在其引射动力源管路中设置电磁阀外，也可设置一个角阀，通过控制一次流流量调节所需的回油量。而在蒸发器的取油管路上，可设置一个干燥过滤器，以防止蒸发器中可能存在的焊渣、铁锈等杂质随回油进入压缩机内部对压缩机造成损坏，另需设置视液镜以便观察回油状况。

5结语

GA公司开发成功的WZP系列新型高效R134a水冷满液式机组，采用了R134a环保冷媒且大幅提高了机组的COP性能，330RT以下达到国家节能产品1级，330RT机型达到国家节能产品2级。由于采用了一系列新技术，机组构造具有新型、高效的特点。此外，笔者通过对机组回油技术的分析，探讨了机组设计过程中的一个关键技术问题，希望今后WZP系列机组在回油等关键技术上能取得进一步的突破。

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