单机头螺杆式冷水机组是传统形式，其制冷范围为120～1300kW。它是由螺杆压缩机、蒸发器、冷凝器、油分离器、控制箱、启动柜等主要部件组成。其主要工作原理如下:
制冷循环：根据能量调节阀的位置，压缩机按一定比例从蒸发器中吸入制冷剂蒸气，压缩机的吸入降存的制冷剂在低温下汽化，制冷剂汽化所需的热量来自蒸发器管子中流动的水。被吸收了热量的水温度降低后送人空调系统。制冷剂吸收水的热量后变成制冷剂蒸气进入压缩机。经压缩后，制冷剂的温度提高，使排出的制冷剂蒸气温度高于冷凝器中冷却水的温度，因此，制冷剂蒸气将热量排放给冷却水后变为液体。液体制冷剂经过过冷器和节流阀进入蒸发器，继续进行循环。
电动机冷却循环：电动机冷却循环是依靠来自冷凝器底部的液态制冷剂，其流动是依靠电动机运转产生的压差。制冷机通过截止阀、干燥过滤器和视镜，经过电动机孔板后进入电动机。电动机孔板的功能是控制流到转子和轴向排气口之间的制冷剂量。制冷剂在电动机壳体的底部聚集起来，通过电动机冷却排液口流到蒸发器内。
单机头机组主要应用在负载较为稳定、机组常年运行的场合，或在大中型空调中与离心式机组配合使用。