摘要：压缩机并联技术是指在一个制冷系统中有多台压缩机进行并联，多压缩机通过共享冷凝器及储液器等部件，从而向整个系统的提供制冷剂。与单压缩机系统相比，多压缩机并联系统能够更好的匹配制冷系统的动态负荷，可以通过调节整个系统中压缩机的开停，当制冷量需求少的时候可以少开压缩机，或开小容量的压缩机；制冷量需求大的时可以多开压缩机，或开大容量的压缩机，可以保证机组以最经济的方式运行，最大限度地节约能源，之外可降低机组的启动电流，延长机组使用寿命。本文介绍了压缩机并联机组的技术特点，然后从并联压缩机机组的油平衡、回油均衡、冷媒分流、压缩机容量控制策略四个方面分析了压缩机并联的关键技术。
关键词：并联压缩机；油平衡；冷媒分流；压缩机容量控制
0引言
压缩机并联技术需重点解决润滑油分配和冷媒分配问题，若润滑油分配不合理可能引起压缩机缺油而损害压缩机，或压缩机油量过多而产生油击的现象。若冷媒分配不合理，则会严重降低性能和能效，降低了能源利用率。另外因系统中有多台压缩机，则涉及压缩机的容量控制，轮换及故障应急等技术的控制，若无可靠的油平衡技术，则压缩机可能会出现缺油磨损问题，若无有效地冷媒分流技术，则机组不能保持平稳运行，若无优化的压缩机容量控制策略，则机组不能保持高效运行。
1 压缩机并联的关键技术
1.1 并联压缩机间的油平衡技术
当压缩机并联时，并联的压缩机启动和停机以及运行时间都可能不一致，并且选用的的压缩机也有可能是不同容量甚至不同类型的压缩机。这些情况都会使得并联压缩机的排油量和回油量不同进而使得压缩机产生偏油现象。若并联压缩机间未采用可靠地油平衡技术，则可能会出现压缩机缺油，严重情况则会导致压缩机因长时间缺油运转而损坏的现象。正由于油平衡技术对压缩机并联机组是至关重要的，各厂家都开发了适合各自产品的油平衡技术。目前适用于低压腔压缩机的油平衡技术大致有两类：第一类是基于油气平衡原理的平均分配法，其成本低，但对设计和施工要求高，如图1 所示。
第二类是丹佛斯公司的非平衡并联技术，通过特殊的吸气分配管，使各压缩机吸气压力依次降低，并且按压力顺序分配回油，如图2 所示。
而高压腔压缩机与低压腔压缩机存在明显的不同，决定了高压腔压缩机所采用油平衡技术的不同。高压腔并联压缩机油平衡技术1：在压缩机高压腔一定油位高度处开一个孔，并与排气出口之间并联一根管路，保证压缩机油位不低于自身的安全油位。当压缩机中的油位高于孔位时，并联管路两端的压差会将压机油池内的润滑油排出到排气管内。
当系统中任一台压缩机中的油位高于孔位时，高出的油会通过排气排至油分离器中，然后油分离器中的油再重新回到压缩机吸气侧进行重新分配。高压腔并联压缩机油平衡技术2：在压缩机高压腔一定油位高度处加装一块隔油板，并在隔油板靠近压缩机内壁的地方加开一个孔用于排油。当压缩机中的油量较多时，高于排油孔的油会通过排油孔排至隔油板的上方，再通过排气排至油分离器中，然后实现压缩机之间的交叉式回油。本项目组则采用的是一种主动式的并联压缩机的油位控制方法，该方法提供了一种转子压缩机的油位控制技术，可以保障转子压缩机运行时的油位处于最低油位至排气阀之间的位置，即能防止出现压缩机因长时间缺油运行，而损坏压缩机的现象，同时也能避免出现因压缩机油位过高而出现油击的情况。
压缩机采用的是一种带均油孔的压缩机，其高压腔（排气腔）有一均油孔，位于压缩机运行时所需的最低油位上方，且在压缩机排气阀片下方。系统图见图5 所示，若压缩机运行，则将其对应的电磁阀开启，若压缩机停机，则将对应的电磁阀关闭。运行过程中，缺油（油位低于均油孔）的压缩机由于其油位低于均油孔的位置，故不会将油通过均油孔排出，但是可以通过吸气从气液分离器中获得一定量的润滑油，这样缺油的压缩机能够获得补充油量，从而避免出现压缩机因长时间缺油运行，而损坏压缩机的现象；同时富油（油位高于均油孔）的压缩机会通过均油孔将富余的油排向气液分离器，同时可以避免出现因压缩机油位过高而出现油击和因油位过高，占用过多的压缩机容积而影响压缩机性能的情况。为了验证该技术的可靠性，进行了大量压缩机均回油可靠性实验。介绍其中一项主要的实验，首先将并联中的一台压缩机的油位降为缺油状态，另一台压缩机为富油状态，然后采用油平衡控制逻辑运行，观察两压缩机的油位变化情况，见图6 所示，富油的压缩机油位快速下降，缺油的压缩机油为快速上升，最终两压缩机的油位稳定于平衡状态。且该实验适用于任何工况和高落差长连接管等恶劣情况下。
1.2 冷媒分流和回油均衡技术
现有的“一进一出”的气液分离器，适用于单压缩机系统，若用于多压缩机并联系统中，则多台压缩机共用气液分离器一根出管，分配给并联中所有压缩机的冷媒和润滑油都是通过该唯一的出管排向压缩机，使得通向并联中的压缩机的冷媒和润滑油是在气液分离器之外的管路中进行分配的，而多台压缩机的管路设计的差异及压缩机频率的不一致都可能使得冷媒和润滑油的分配不均，压缩机之间的冷媒分配不均会降低能效，回油不均则可能损坏压缩机。表1 为采用了“一进一出”的气液分离器，且并联两台压缩机的吸气管不对称的压缩机排气温度差异表。其中两台压缩机为同款压缩机，且实验过程中为同频率运行。分析出现排气温度差异明显的原因主要为高频运行时两台压缩机同频率运行，获得的冷媒量的差异使得出现了排气温度的差异。为此，项目组采用了一种“一进多出”的气液分离器，见图7 所示，即该气液分离器采用了一根进管，多根出管的形式，使得冷媒和润滑油在气液分离器内部就进行分配，因并联中的每台压缩机都单独连接到一根气液分离器的出管，从而使得经气液分离器分配的冷媒和润滑油更加合理。在多压缩机并联系统中，因每台压缩机的吸气侧都接了一根气液分离器的出管，相当于每台压缩机都单独从气液分离器中吸取冷媒，这样就使得排向所有压缩机的冷媒和润滑油都是在气液分离器内部进行分配的，如此则气液分离器可以根据压缩机的吸气量来进行合理的冷媒分配，若某压缩机停机不吸气时，则该压缩机不能获得气液分离器中的冷媒分配，若某压缩机因其排量小和低频率运行而吸气量较小时，则该压缩机从气液分离器中获得的冷媒就少，若某压缩机因排量大或在高频率运行而吸气量较大时，则该压缩机从气液分离器中获得的冷媒就越多，从而保障了并联压缩机表1 制热高频运行并联压缩机排气温度差异都可以获得合适的冷媒量。当压缩机运行时，吸气量越大的压缩机其对应的排量就越大，则其排出的夹带在冷媒中的润滑油就越多。为了保证该运行压缩机的油位不会过少，则其通过吸气回到压缩机的润滑油也就要越多；吸气量越小的压缩机其对应的排量就越小，则其通过排气而夹带在冷媒中的润滑油就越小，为了保证该运行压缩机的油位不会过多，则其通过吸气回到压缩机中的润滑油就要越少。正好采用这种“一进多出”的气液分离器，能够使得停机的压缩机不得油，吸气量越大的压缩机得油越多，吸气量小的压缩机获得的油就少。进而能够对冷媒合理分配的同时，达到对润滑油进行合理的分配的技术效果，从而保障了并联压缩机的回油均衡。
1.3 压缩机容量控制及轮换技术
由于压缩机并联机组主要用于大容量空调机组，其连接的内机数量可能较多，而内机的负荷并不固定，可能一直不断变化中，所以，这就要求选用压缩机的容量可以根据负荷的变化而连续变化，可以实现10％～ l30％容量范围内的自动调节，因此，压缩机的容量控制与系统的负荷匹配就显得尤为重要。压缩机的整个容量范围既要满足系统最大的冷量要求（即全部室内机组满负荷工作的情况），同时又要使机组在部分符合工作时系统的功率消耗达到最小，能效最高，同时满足这两个条件就需要采用高效的压缩机容量控制技术。以两台某款变频双转子压缩机并联为例，压缩机的能效比与压缩机频率成抛物线关系，压缩机能效比最高的频率区间在40~70 Hz 间。为此，当内机负荷较低时，只需启动1 台压缩机，当内机负荷要求单台压缩机运行频率高于70 Hz 时，则可转为开启两台压缩机并联运行，此时两台压缩机中频运行的能效比会高于单台压缩机高频运行的能效比。当内机负荷降低时，为了防止因负荷的波动而引起压缩机的频繁开停，则需降低到两台运行25 Hz 时，才将一台压缩机关闭，只开启一台压缩机运行，压缩机容量控制策略见图8。其中具体的转换频率点，可根据实验寻求一组能效比最优的频率点。为了避免一台压缩机长期运行，需对压缩机进行轮换运行，当负荷较低只需一台压缩机运行时，则该台压缩机累计运行一定时间（12 h），且连续运行一段时间（1 h）以上则可进行轮换一次，运行另外的压缩机，另每次停机重启后，压缩机也需轮换一次。这样可以避免出现某台压缩机因长时间运转，其故障率高于其余压缩机的现象。2 结论要保证压缩机并联机组的安全、稳定、高效的运行，必须解决并联压缩机机组的油平衡、冷媒分流、压缩机容量控制等问题。1）可靠的油平衡技术，可以解决压缩机的缺油、磨损问题；2）有效的冷媒分流技术，可以保证机组平稳地运行；3）高效的压缩机容量控制技术，可以使机组一直保持高效的运行，进而最大限度地起到节能减排的效果。此外，在多压缩机并联时，当部分压缩机出现问题而不能启动时，有其余压缩机作为后备临时运转也是压缩机并联技术的一个优势。
参考文献：
[1] 韩润虎.非平衡式压缩机并联技术[J].制冷与空调，2016，6（5）：83-85.
[2] 程德威，姜灿华.VRV 系统并联型压缩机油平衡策略研究[J].制冷与空调，2017，25（5）：429-432.
论文作者:常莹
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：压缩机论文; 冷媒论文; 技术论文; 机组论文; 润滑油论文; 分配论文; 容量论文; 《电力设备》2019年第6期论文;