涡旋压缩机并联方案及其试验方法研究

计要点。最后，给出了一种采用变频器来制造两台压缩机能力差异的方法，进而来模拟压缩机并联后油位的变化情况。
关键词： 涡旋压缩机； 并联方案； 变频器
中图分类号： TB69
文献标识码： A
doi： 10． 3969 / j． issn． 1005 － 0329． 2011． 07． 009
Parallel Scheme and Test Method of Scroll Compressor
1 前言
与其它回转式机械相比，涡旋式压缩机具有 容积效率高、排气均匀等优点。但其缺点在于对 零部件的精度要求很高、制作大排量的涡旋机械 有困难。目前涡旋式压缩机绝大部分为 3HP 到 12HP 机型，而 12HP 以上的机型由于制造、成本 等原因，应用较少。采用涡旋压缩机并联技术，使 2 台、4 台甚至更多的涡旋压缩机并联在一起使 用，不仅扩大了涡旋压缩机的应用范围，大大的降 低 了 成 本，而 且 可 以 实 现 并 联 机 组 的 分 级 控 制。 多机并联使用可获得更大的制冷量，还可以在负 荷较小的季节停运其中一台或多台，实现机组多 级能量调节并提高部分负荷的能效比。此外，可 以降低压缩机启动时的负荷，从而保证了电网的 稳定性。因此涡旋压缩机并联技术的研究得到了
2011 年第 39 卷第 7 期 等级高低分配回油。
流体机械
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管的布置合理，而且更要注意振动、冷媒分配等问 题。这对并联压缩机的制造、运输、安装等都提出 了更高的要求。
3 压缩机并联设计应考虑的问题
图 4 非平衡并联方式
非平衡式并联方案的优点是成本低、不需要 定期停机均油，属于一种动态均油方式。缺点是 实际使用时要进行更为严格的可靠性验证，而且 系统的能力损失较大。
（ 3） 油气平衡法 油气平衡并联法是通过在压缩机壳体之间加 装油气平衡管来使两台压缩机曲轴箱内的压力保 持平衡，进而使冷冻油通过重力作用从油面高的 压缩机流向油面低的压缩机，最终达到压缩机之 间的油面的平衡，如图 5 所示［3］。这里，油气平衡 管通常为 两 根 管 子——— 气 平 衡 管 和 油 平 衡 管。 气平衡管也叫均压管，用于平衡进入压缩机腔体 的进气压力，同时平衡各台压缩机的进气量，使含 有润滑油的制冷剂气体比较均匀地进入各台压缩 机，从而进一步平衡各台压缩机的油量，使并联机 组能够安全稳定地运行。而当两台压缩机之间存 在油位差时，油面高的压缩机中的冷冻油由于重 力的作用通过均油管而流入油面低的压缩机中。 有时油气平衡管也可以采用一根较粗的管子代 替，管内上部为气，下部为油。
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机电机腔，对电机进行冷却后进入涡旋盘吸气腔， 压缩后的高温高压气体直接由排气口排出。内部 高压型压缩机主要采用压差供油的方式，而内部 低压型主要采用离心供油方式。由于两者结构原 理以及供油方式的差别，导致两者并联方式也存 在差异。 2． 1 内部高压型并联方式
通常，内部高 压 型 压 缩 机 并 联 主 要 采 取 压 差供油的方式将压缩机内多余的冷冻油排出 到系统中，再 经 过 油 分 离 器 回 到 吸 气 总 管、单 台压缩机吸气管 或 者 气 液 分 离 器 上，进 而 回 到 每台压缩机中。将压缩机自身多余的油排出 的方法又大体可分为 2 种： 一是依靠压缩机自 身结构建立压 差［4］。如 图 1 所 示，排 气 管 和 均 油管均处 于 高 压 腔 内，由 伯 努 利 方 程 可 知，排 气管处由于气体冷媒的流动造成的压力要低 于均油管处。因此高于均油管的冷冻油就会 由于压力的作用 而 流 动 到 排 气 管 处，进 而 排 出 到系统中。二是利用压缩机之间的压差将自 身多余的油排出。如图 2 所示。由于均油管 位于高压腔内，而 吸 气 通 道 处 冷 媒 气 体 为 低 压 状态，为此通过均 油 管 可 将 冷 冻 油 排 出 到 另 一 台压缩机的吸气通道处。
2 常见压缩机并联方式
涡旋压缩机按其电机腔体内压力的高低可分 为两类： 内部高压型、内部低压型。内部高压型是 压缩机吸气直接进入涡旋盘吸气腔，经压缩后的 高温高压气体进入压缩机的电机腔后排出压缩 机。而内部低压型则是指压缩的吸气先进入压缩
收稿日期： 2011 － 01 － 21
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对于并联压缩机而言，由于其连接配管比较 复杂，且压缩机并联在一起，容易发生共振，因此 有必要对系统的配管进行应力确认。那么如何对 配管应力进行确认？ 首先，要进行应力分析，确认 应力集中点。如配管的根部等。其次，选取配管 应力较大的工况进行测试。如进行 ON、OFF 实 验时测试配管应力等。最后还要进行压缩机稳定 运转时，系统共振的测定。
（ 1） 系统回油问题 首先，按照压缩机全开配置的吸气管、气液分 离器等都会很大，在单台压缩机单独运转时，可能 在 吸 气 管 中 达 不 到 足 够 的 流 速，产 生 回 油 问 题。 其次，如果有多个蒸发器的话，可能会发生不用的 蒸发器内存油的情况。因此，对于压缩机并联系 统要尽量使系统内的油顺利回到压缩机内。通常 采用的方法有： ① 尽量同型号压缩机连接，均等带油量、回 油量； ② 排气三通、吸气三通等要采用相同形状， 尽量保持均等的冷媒和油的流量； ③ 在排气管路上加装油分离器，减少排入到 系统的冷冻油量； ④定时全运转回油等。 （ 2） 压缩机均油问题 对于内部低压型的压缩机，即使是压缩机的 排气量相同，也会由于能力的差异和吸气管中不 同的阻力损失，造成几台压缩机曲轴箱之间的压
为保证安全运转，各压缩机曲轴箱内必须保 证有适当的油量。在单台压缩机运转及两台压缩 机 共 同 运 转 时，不 能 出 现 缺 油 或 油 量 过 多 现 象。 如果压缩机的吐油量大而系统回油量少时、则该 压缩机的油面就会持续下降，最后出现几乎无油 状态，导致润滑不良引起轴承烧损。如果压缩机 的吐油量少，而系统回油量大，则该压缩机的油面 会持续上升，最后电机转子几乎浸在油里面，导致 输入功率的增大，各部分温度上升。
图 5 油气平衡并联方式
这种并联方式的特点是结构简单、成本低，多 用于 2 台压缩机并联。当多余 2 台压缩机并联 时，不仅要保证压缩机之间的安装高度一致、平衡
以上所述几种并联方式各有其优缺点，空调 厂家应根据其自身的特点来选择合适的并联方 案。关键是要掌握具体应用实例中可能存在的其 他潜在问题，解决好制冷系统的合理匹配和管路 布局优化，确保机组能在不同工况下长期可靠运 行。通常，压缩机并联系统的设计首先应该考虑 压缩机的油位问题，其次是配管应力和保护装置 的配置等问题。下面以油气平衡的并联方式为 例，进行说明。 3． 1 冷冻油油位问题
图 1 内Baidu Nhomakorabea高压并联方式一
图 2 内部高压并联方式二
2． 2 内部低压型并联方式 内部低压型涡旋压缩机采用的并联方式主要
图 3 油位控制并联方式
采用油位控制器的方法效果好，但成本高，多 用于冷冻系统中。采用油气检测温度的方法成本 低，但需要在主电路板上加上一些控制策略，目前 在日本使用较多。
（ 2） 非平衡并联技术 非平衡并联技术利用不对称回气分配管或油 分等，建立 并 联 压 缩 机 的 曲 轴 箱“压 力 梯 度 ”，使 压力高的压缩机优先获得润滑油，进而将多余的 润滑油分给压力较低的压缩机。建立曲轴箱压力 梯度，并使较多的油流入到曲轴箱压力高的压缩 机的方法有很多。例如三洋的非平衡式油分法 （ 如图 4 所示） 、丹佛斯的降压分配管等。此外， 还可以通过加长、变细吸气管等方法来实现。非 平衡并联技术建立了压缩机回气压力等级，并按
对于并联系统，为了减小配管应力，需要设计 可以吸收应力的弯曲部和环状部，同时采取了减 轻配管系统的重量、加大弯曲部的弯曲半径等系 列措施。
此外，在进行并联系统设计时，还要注意避免 回液问题和保护装置的配置问题。通过试验确定 空调机组的制冷剂充灌量，避免其中一台压缩机 过度回液而稀释润滑油，防止因润滑不良而烧毁 压缩机。通过保护装置的合理设置，当压缩机出 现异常时可以及时地保护压缩机。
有 3 种： 油位控制法、非平衡并联技术、油气平衡 法。
（ 1） 油位控制法 油位控制法是指采用机械或电子设备检测 压缩 机 内 的 油 位，如 果 该 台 压 缩 机 内 油 位 较 低，则使系统中的 油 回 到 该 台 压 缩 机 中。 通 常 检测压缩机内油 位 的 方 法 有 油 位 控 制 器、油 气 温度检测等。当采 用 油 位 控 制 器 方 式 时，如 图 3 所示，如果某个压缩机油位低于警戒油位，相 应油位控制器阀门（ 电磁阀或浮球阀） 会自动 打开，储油 罐 中 的 润 滑 油 会 在 压 差 作 用 下，迅 速流入该压缩机 曲 轴 箱，直 到 油 位 恢 复 正 常 后 阀门关闭。而油气温度检测方式则是利用油、 冷媒通过毛细管时的不同特性来实现。通常， 冷冻油通过毛细 管 时，毛 细 管 前 后 温 度 没 有 明 显变化。而如果冷 媒 通 过 毛 细 管 时，由 于 冷 媒 的特性，通过毛细 管 后 膨 胀 降 温。 因 此 可 通 过 检测毛细管前后的温差来判断经过压缩机均 油管排出的是冷 媒 还 是 油，进 而 决 定 向 哪 台 压 缩机补充冷冻油。
三洋对回液与否的判定标准为： （ 1） 过热度大于 5K； （ 2） 压缩机壳体底部温度大于环境温度 12K 以上。
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力不同。而很小的压力差就会造成较大的油位差 别。
那么如何进行均油呢？ 通常采用的方法有： ①轮换运转。即在系统运行一段时间之后，按照 一定顺序把双方压缩机 短 时 间 进 行 ON － OFF。 例如停止 A 压缩机（ OFF） 1min，B 压缩机保持运 转。使油通过均油管移动到 B 压缩机。然后，停 止 B 压缩机（ OFF） 1min，A 压缩机保持运转。使 油通过均油管移动到 A 压缩机。最后 A、B 都恢 复到运转状态（ ON） 。②停机均油。即根据压缩 机的排油量，确定隔一定时间全部停机一次，进行 均油。 3． 2 配管应力
ZHANG Bao，WANG Zhen-qiang，LIU Zhi-yu
（ Dalian SANYO Compressor Co． ，Ltd． ，Dalian 116033，China）
Abstract： Several common parallel schemes are surveyed． Taking the oil and gas equalization scheme as an example，the design key points are discussed． At last，to simulate the changing of oil in parallel compressors，frequency converters are used to control the difference between the compressors． Key words： scroll compressor； parallel scheme； frequency converters
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文章编号： 1005 － 0329（ 2011） 07 － 0041 － 04
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经验交流
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涡旋压缩机并联方案及其试验方法研究
张 宝，汪振强，刘志宇
（ 大连三洋压缩机有限公司，辽宁大连 116033）
摘 要： 综述了目前市场上常见的几种涡旋压缩机并联方案。以油气平衡并联方案为例，讨论了压缩机并联方案的设
各压 缩 机 厂 家 的 高 度 重 视，并 获 得 了 广 泛 的 研 究［1 ～ 3］。本文根据压缩机结构不同，将压缩机并 联分为内部高压型和内部低压型并联方式。其 中，内部低压型并联方式又分为油位控制式、油气 平衡式和非平衡式等。此外，讨论了压缩机并联 方案的设计要点，并通过变频器来制造两台压缩 机能力差异，进而来模拟压缩机并联之后油位的 变化情况。