中央空调系统与工业冷却 —— 螺杆式冷水机组

螺杆式冷水机组是以螺杆式制冷压缩机为核心的制冷设备，广泛应用于中央空调系统、工业冷却等领域。以下从工作原理、结构组成、类型、特点、应用场景及维护要点等方面详细介绍：

一、工作原理

螺杆式冷水机组通过螺杆压缩机的啮合运动实现制冷循环，具体流程如下：

压缩过程：

螺杆压缩机的阴阳转子在机体内相互啮合，形成多个独立的齿间容积。制冷剂气体（如 R22、R410A 等）被吸入齿间容积，随着转子旋转，容积逐渐缩小，气体被压缩成高温高压状态。

冷凝过程：

高温高压的制冷剂气体进入冷凝器（水冷或风冷），通过冷却水或空气释放热量，冷凝为液态。

节流过程：

液态制冷剂经膨胀阀（或电子膨胀阀）节流降压，变为低温低压的气液混合态，进入蒸发器。

蒸发过程：

在蒸发器中，低温低压制冷剂吸收冷冻水（载冷剂）的热量，蒸发为气态，使冷冻水温度降低（通常制取 5℃~12℃冷冻水）。蒸发后的制冷剂气体再次被压缩机吸入，完成循环。

二、结构组成

核心部件

螺杆式制冷压缩机

由阴阳转子、机体、轴承、轴封等组成，通过转子的啮合运动实现气体压缩，无往复运动部件，运行平稳。

常见类型：单螺杆压缩机（一个螺杆 + 星轮）、双螺杆压缩机（阴阳转子啮合）。

冷凝器与蒸发器

冷凝器：水冷式多采用壳管式（冷却水走管程，制冷剂走壳程）；风冷式采用翅片管式（空气对流散热）。

蒸发器：壳管式或干式蒸发器（冷冻水走管程，制冷剂在管外蒸发），部分机型采用降膜式蒸发器以提高效率。

节流装置

膨胀阀（热力膨胀阀或电子膨胀阀），控制制冷剂流量并降压。

油系统

螺杆压缩机需润滑油润滑、冷却和密封，因此配备油分离器、油冷却器、油过滤器及油泵等部件。

控制系统

由 PLC 或微电脑控制器、传感器（温度、压力、流量等）、执行器（电磁阀、电动阀）组成，实现机组启停、负荷调节、故障保护等功能。

三、类型划分

按冷凝器冷却方式分类

水冷式螺杆机组：依赖冷却水循环散热，需配套冷却塔、冷却水泵，制冷效率高，适用于大型系统。

风冷式螺杆机组：直接通过空气散热，无需冷却塔，安装灵活，适合中小型系统或缺水地区。

按压缩机密封形式分类

半封闭式：压缩机与电机共用壳体，结构紧凑，广泛应用。

开启式：压缩机与电机独立，通过联轴器连接，便于维护，但需额外轴封防止制冷剂泄漏。

按能量调节方式分类

滑阀调节（主流方式，通过移动滑阀改变压缩机有效行程，实现 10%~100% 无级调节）。

变频调节（通过改变电机转速调整负荷，节能性更优）。

四、主要特点

优点

制冷量范围广：单机制冷量通常为 100~1500kW（约 30~430 冷吨），适用于中大型项目。

能效比（COP）高：水冷式机组 COP 可达 5.0~6.5，部分高效机型在部分负荷下效率更优。

运行稳定：无往复运动部件，振动小、噪音低（通常≤85dB），故障率低，寿命可达 15~20 年。

调节灵活：负荷调节范围宽（10%~100%），部分负荷下效率衰减慢，适合变负荷场景（如空调系统）。

维护便捷：结构简单，需定期更换润滑油和过滤器，维护成本低于活塞式机组。

缺点

初投资较高：设备成本高于活塞式机组，水冷系统需额外配置冷却塔、管路等。

对湿冲程敏感：液体制冷剂进入压缩机可能导致 “液击”，需严格控制蒸发器液位。

噪声与振动：虽低于离心式机组，但仍需考虑机房隔音处理。

五、应用场景

中央空调系统：

商业建筑（商场、写字楼、酒店）、工业厂房、数据中心等，提供集中式冷冻水。

工业冷却：

化工、制药、电子、食品加工等行业，用于工艺设备冷却（如反应釜、注塑机、激光设备）。

特殊领域：

低温制冷（搭配乙二醇溶液可制取 - 5℃~0℃冷冻水）、冰蓄冷系统等。

六、选型与安装要点

选型关键参数

制冷量与能效：根据冷负荷计算选型，优先选择高能效机型（如国家一级能效）。

制冷剂类型：优先选用环保制冷剂（如 R32、R410A、R134a 等），符合低碳要求。

运行工况：

冷冻水进出水温度（常规 7℃/12℃）；

冷却水温度（水冷式：进水 30℃，出水 35℃；风冷式：环境温度≤43℃）。

安装条件：

水冷机组需预留冷却塔、水泵及管路空间；

风冷机组需确保通风良好，避免热风回流。

安装注意事项

机组需水平安装，基础减震处理；

管路系统需严格清洁，避免杂质进入压缩机；

电气连接需符合规范，接地可靠。

七、维护与常见故障

日常维护

定期检查：

润滑油油位、油质（每年更换 1 次，视使用频率而定）；

过滤器压降（堵塞时更换滤芯）；

冷凝器 / 蒸发器换热效率（定期清洗，水垢厚度＞0.3mm 时需化学清洗）。

换季保养：

长期停机前，将制冷剂回收到冷凝器，关闭阀门；

风冷机组清洁翅片灰尘，避免散热不良。