中国离心机市场和技术分析

中国离心机市场和技术分析摘要众所周知，目前广泛运用的空调冷水机组所用的相变制冷循环主要有两种：蒸汽压缩式制冷循环和吸收式制冷循环。溴化锂吸收式冷水机组就是一种利用热量产生相变及传质的典型吸收式循环机组。采用蒸汽压缩式制冷循环的冷水机组根据压缩机分类主要有活塞式、转子式、涡旋式、螺杆式和离心式冷水机组。上述采用蒸汽压缩式制冷循环的机组按照压缩机提升压力方式的不同又可以分为两类：容积变化增压和速度变化增压。活塞式、转子式、涡旋式和螺杆式冷水机组所用的压缩机增压方式均属于容积变化增压。而离心式冷水机组是一种典型的速度变化增压机组。离心式机组的压缩机的增压原理是依靠旋转部件如叶轮将角动量传递给制冷剂蒸汽，使制冷剂蒸汽的圆周速度不断提高，同时由于叶轮流道法向截面不断扩大，使气体相对速度不断降低也获得了部分压力提高。在叶轮中增速增压的气体流过静止元件如扩压器和/或蜗壳，气流的绝对速度减小而使压力进一步提高。至于为什么速度减小能够获得压力的提高利用伯努利方程（pv+c2/2=常数）可以得到理论解释。吸收机、螺杆机和离心机的冷量范围是部分覆盖的，因而销售市场是关联或直接竞争关系。特别值得强调的是，吸收机和离心机的冷量范围是几乎完全重合的，因而将构成直接的竞争关系。表1列出了吸收机、螺杆机和离心机三种机型的技术特点比较。从技术特点比较中我们可获得一种很有趣的感觉，这三种形式机组的优缺点互相纠结在一起，于是在销售市场上就出现了大家可互相攻击的局面。当然，这种情况也说明了这三种形式的机组各有各的适应市场，不存在任何一种形式的机组能够完全替代另一种机组。预计这三种形式的机组将长期共存下去。表1三种机型的技术特点优点缺点离心*制冷量大*相同容量下机组重量和尺寸小*机械磨损小*易实现多级压缩和多蒸发温度*变工况特性好*制冷机中混入的冷冻油少，无回油问题*启动和停机时间短*目前仍无环境可完全接受的工质*低负荷时容易发生喘振或失速*难于采用变流量孔板*自平衡能力差*目前基本上不能作制热（和蓄冰用）*目前多数声频较高，（开式）易遭受投诉*耗电量大吸收*制冷量在中大范围内都适应*无ODP和GWP问题的困扰*机械运转部件少*消耗电力少，可削峰*既可制冷又可制热*自平衡能力强*噪声频谱可接受*机械加工量少，难度小*操作维护比较复杂*耗电少但并不能说一定是节省油或气*对真空度要求十分严格，易出现冷量衰减*停机和启动时间长*有结晶危险*不能送出0。C以下的冷媒（指LiBr机）*相同容量下机组重量和尺寸较大*只能是单蒸发温度*变工况特性较差螺杆*运行效率已接近离心机的水平*结构简单，零部件少*变工况特性好*抗液击能力强*既可制冷，又可制热或蓄冰*相同容量下机组重量和尺寸小*目前仍无环境可完全接受的工质*效率在50%以下急剧变差*等容积比压缩机会产生欠压缩或过压缩*需要解决回油问题*不太适合变频（60%以上额定转速）*自平衡能力差*系统不干净、冷却不好或反转易造成磨损或卡死*加工要求高*冷量偏小离心式冷水机组的市场情况根据中国制冷空调行业年度报告的历年统计，螺杆机的年增长率不断攀升呈快速增长态势，离心机也表现出比较高的增长率，吸收机的增长率在不断放缓。离心机组的市场集中在美国四家公司（约克、开利、特灵和麦克维尔），占据了离心机组市场的90%以上，由于离心机组生产的技术门槛比较高，全世界从事离心机组生产的厂家不超过20家。而且全球90%以上的离心机销量被美国开利、约克和特灵三家公司所占据。离心机制冷剂使用情况比较，只有特灵坚持走R123的技术路线。采用134A制冷剂是目前市场的主流。从产品能耗方面比较，对R123机组，机组的性能系数在4.69~6.01之间，对R134A机组，机组的性能系数在4.92~5.62之间；对R123机组，机组性能最高的厂家是特灵，对R134A机组，机组性能最高的厂家是麦克维尔。离心式冷水机组的技术发展趋势A.离心机组正在向小冷量方向扩展。已经知道，螺杆式机组正在向容量大和小两个方向发展，在目前的市场上，在350~1750KW的范围内，已经模糊了离心机和螺杆机的使用界限，在700~1750KW冷量范围内，螺杆式机组已经动摇了离心机和吸收机的统治地位。针对这种情况，目前已经有几个公司已经开发小容量的离心机（175~1000KW），目的是希望以低噪声和比螺杆机高的性能从螺杆机夺回市场。例如加拿大的TUBOCOR公司开发的小容量磁悬浮离心压缩机的IPLV值8.5，噪声70dbA以下，预计对螺杆机构成比较大的竞争力。三菱重工开发的立式“微型透平”重量轻体积小，也是一种比较有潜力的压缩机。B.离心机组正在向无油化方向发展。和螺杆机机组一样，现在的离心机组也有比较复杂的油系统，制冷剂中含油会降低换热器的传热效果。为了进一步提高效率，简化系统，或降低成本，有几个公司在进行取消离心压缩机油系统的开发工作。目前的方向主要有两个：一个方向是开发磁悬浮轴承系统，从事该方向研究的公司有加拿大TUBOCOR公司、三菱重工和特灵公司。据说约克公司在几年前也已开展了这方面的研究。另一个方向是用机组本身使用的液体制冷剂取代冷冻油对轴承进行润滑和冷却，这种替换要求用特殊轴承替代传统钢制轴承，如特灵公司正在研制使用混合陶瓷轴承的机组，三菱重工推出了采用自湿润轴承的“微型透平”离心压缩机（材料可能是石墨）。目前这两个方向到底哪一个将成为主流还不明朗。C.正在进行使用范围的拓展。如瑞士苏尔寿和三菱重工推出了大型高温热泵离心冷水（热泵）机组，热水出水温度可分别达到70℃和80℃，使离心机组向热泵的应用方向拓展。如特灵等厂家推出了可蓄冰的双工况离心机。D.离心机组仍在进一步提高效率，降低能耗。离心机组已经被认为是蒸汽压缩式机组效率最高的机组，据说目前最高效率机组（特灵一款型号）的COP已经达到7.33（占8.723的84%）。但根据热力学原理，即使在最好的空调工况38/6℃下，理论极限COP值为（273.15+6）/（38-6）=8.723，因此可以肯定，在追求效率方面已经没有太多实质性的余地，这也表明目前的离心机组的已经达到了很高的技术水平。但是各厂家通过进一步优化压缩机叶轮流道设计、在系统层面运用CFD优化计算、将满液式蒸发器改为降膜喷淋式蒸发器、采用更新型的传热管形式、使用自适应控制系统进行优化控制等措施进一步提高效率。E.正在不断提高智能化网络化技术水平。应该说这是现今所有设备的普遍趋势。但对于离心机组来说，通过了解，市场上现有的离心机产品的智能化网络化发展已经不仅仅是一个趋势了，而是已经到了一定的水平和普及程度。（技术部邓壮）