離心式制冷壓縮機(jī)

第13講離心式制冷壓縮機(jī)

一、類型結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)組成主要由吸氣室、葉輪、擴(kuò)壓器、蝸殼等組成。2.類型按用途分：冷水機(jī)組和低溫機(jī)組按密封結(jié)構(gòu)形式分：開啟式、半封閉式和全封閉式。按壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)分：?jiǎn)渭?jí)、多級(jí)壓縮機(jī)離心式制冷壓縮機(jī)屬于速度型壓縮機(jī)，它是依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)氣體做功，提高氣體的壓力。氣體的流動(dòng)是連續(xù)的，其流量比容積型制冷壓縮機(jī)要大得多，一般吸氣量為0.03～15m3/s。離心式制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速很高，為1800～90000r/min，吸氣溫度通常在10～10℃，吸氣壓力為14～700kPa，排氣壓力小于2MPa，壓力比在2～30之間，適用于幾乎所有的制冷劑。目前使用R22、R123和R134a等工質(zhì)。二、工作原理壓縮機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，制冷劑氣體由吸氣室進(jìn)入葉輪流道，在葉輪葉片推動(dòng)下氣體隨著葉輪一起旋轉(zhuǎn)。由于離心力的作用，氣體沿著葉輪流道徑向流動(dòng)并離開葉輪，同時(shí)，葉輪進(jìn)口處形成低壓，氣體由吸氣管不斷吸入。在此過(guò)程中，葉輪對(duì)氣體做功，使其動(dòng)能和壓力能增加，氣體的壓力和流速得到提高。接著，氣體以高速進(jìn)入斷面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器和蝸殼，流速逐漸下降，大部分氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽瑝毫M(jìn)一步提高，然后再引出壓縮機(jī)外。①在相同制冷量時(shí)，其外形尺寸小、質(zhì)量輕、占地面積小。②無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，動(dòng)平衡特性好，振動(dòng)小，基礎(chǔ)要求簡(jiǎn)單。③磨損部件少，連續(xù)運(yùn)行周期長(zhǎng)，維修費(fèi)用低，使用壽命長(zhǎng)。④潤(rùn)滑油與制冷劑基本不接觸，從而提高了蒸發(fā)器和冷凝器的換熱性能。⑤易于實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮和節(jié)流，達(dá)到同一臺(tái)制冷機(jī)多種蒸發(fā)溫度的運(yùn)行操作運(yùn)行。離心式壓縮機(jī)與活塞式壓縮機(jī)的區(qū)別⑥能夠經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。⑦對(duì)大型制冷機(jī)，若用經(jīng)濟(jì)性高的工業(yè)汽輪機(jī)直接帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，節(jié)能效果更好。⑧轉(zhuǎn)速較高，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)一般需要設(shè)置增速器。⑨當(dāng)冷凝壓力較高時(shí)，或制冷負(fù)荷太低時(shí)，壓縮機(jī)組會(huì)發(fā)生喘振而不能工作。⑩制冷量小時(shí)，效率較低。單級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)原因，不可能獲得很大的壓力比，因此單級(jí)離心式壓縮機(jī)多用于冷水機(jī)組中。下圖為一臺(tái)2800kW制冷量的單級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)縱剖面圖。它由葉輪、增速齒輪、電動(dòng)機(jī)和進(jìn)口導(dǎo)葉等部件組成。氣缸為垂直剖分型。單級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)1—導(dǎo)葉電動(dòng)機(jī)2—進(jìn)口導(dǎo)葉3—增速齒輪4—電動(dòng)機(jī)5—油加熱器6—葉輪采用低壓制冷劑R123作為工質(zhì)。壓縮機(jī)采用半封閉的結(jié)構(gòu)型式，其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、增速器和壓縮機(jī)組裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。葉輪為半開式鋁合金葉輪。制冷量的調(diào)節(jié)由進(jìn)口導(dǎo)葉進(jìn)行連續(xù)控制。齒輪采用斜齒輪，在增速箱上部設(shè)置有油槽。電動(dòng)機(jī)置于封閉殼體中，電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的線圈都用制冷劑直接噴液冷卻。多級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)1-頂軸器2-套筒3-推力軸承4-軸承5-調(diào)整塊6-軸封7-進(jìn)口導(dǎo)葉8-吸入口9-隔板10-軸11-蝸殼12-調(diào)整環(huán)13-聯(lián)軸器14-第二級(jí)葉輪15-回流器16-彎道17-無(wú)葉擴(kuò)壓器18-第一級(jí)葉輪1.離心式壓縮機(jī)中的能量損失離心式壓縮機(jī)在進(jìn)行氣體的壓縮過(guò)程中，除了用于提高靜壓消耗大部分有用功之外，同時(shí)還要克服各處損失。級(jí)中的損失可分為內(nèi)損失與外損失兩大部分。內(nèi)損失是指該損失所轉(zhuǎn)化的熱量仍加給級(jí)中的氣體，使氣體的溫度升高，消耗的壓縮功增加，內(nèi)損失有級(jí)內(nèi)的流動(dòng)損失（摩擦損失、分離損失、二次渦流損失）、輪阻損失、輪蓋處的漏氣損失、平衡盤及軸套內(nèi)密封中氣體漏回機(jī)內(nèi)的損失。外損失是指聯(lián)軸器、增速齒輪、軸承中的摩擦損失以及從軸端至大氣部分的外泄漏損失，這些損失不影響壓縮功的大小，但增加了傳遞給主軸的功率。三、功率和效率2.功率功率如前所述葉輪除對(duì)氣體作功外，輪阻和內(nèi)漏氣損失都要消耗功。葉輪對(duì)氣體作功所需的理論功率Pth（W）為

Pth=qmWth進(jìn)入葉輪的總質(zhì)量流量qtot為有效流量qm與漏氣量qml之和，即qtot=qm+qml，加上輪阻損失的功率Pdf，則其總功率為Ptot=(qm+qml)Wth+Pdf在考慮了機(jī)械效率后，即可得原動(dòng)機(jī)軸所需的功率3.效率離心式壓縮機(jī)或多級(jí)的效率是用來(lái)表達(dá)葉輪傳遞給氣體的機(jī)械能的利用程度。常用的效率如下：①多變效率p是指氣體由壓力P1增加到壓力P2所需的多變壓縮功Wtp與實(shí)際所耗的總功Wtot之比。②等熵效率s是指氣體由壓力P1增加到壓力P2所需的等熵壓縮功Wts與實(shí)際所耗的總功Wtot之比。③流動(dòng)效率h是指級(jí)的多變壓縮功與葉輪傳遞給氣體的理論功之比。⑤有效效率e或稱軸效率，是多變功或等熵功與原動(dòng)機(jī)軸輸出功之比。④機(jī)械效率m壓縮機(jī)所需的總功Wtot與原動(dòng)機(jī)輸出功We之比稱為機(jī)械效率。一般m＝0.95～0.98（1）離心式制冷壓縮機(jī)的特性曲線：對(duì)于一般離心式壓縮機(jī)，為了較清晰地反映其特性，通常在某一轉(zhuǎn)速情況下，將排氣壓力和氣體流量的關(guān)系用曲線表示。對(duì)于離心式制冷壓縮機(jī)，冷凝壓力對(duì)應(yīng)于一定的冷凝溫度，氣體流量對(duì)應(yīng)于一定的制冷量?？照{(diào)用離心式制冷壓縮機(jī)特性曲線四、離心式制冷機(jī)組的特性曲線制冷壓縮機(jī)的特性可用制冷量與冷凝溫度（或冷凝溫度與蒸發(fā)溫度的溫差）的關(guān)系曲線表示。即，制冷壓縮機(jī)的特性曲線與一般壓縮機(jī)的區(qū)別，在于它和冷凝器、蒸發(fā)器的運(yùn)行情況有關(guān)。當(dāng)冷凝溫度不變時(shí)，制冷量Q0隨蒸發(fā)溫度t0的升高而增大；當(dāng)蒸發(fā)溫度不變時(shí)，制冷量Q0隨冷凝溫度tk的升高而下降。壓縮機(jī)的軸功率一般情況下隨制冷量的增大而增大，但隨制冷量增大到某一最大值后發(fā)生陡降。（2）冷凝器和蒸發(fā)器的特性曲線由冷凝器換熱方程與機(jī)組的熱平衡方程的綜合，可得冷凝器的冷凝溫度tk與制冷量Q0之間的關(guān)系式：

tk冷凝器的冷凝溫度（℃）；tw1冷凝器的冷卻水進(jìn)水溫度（℃）；Kk冷凝器的傳熱系數(shù)[kW/（m2℃）]；Ak冷凝器的傳熱面積（m2）；Gw冷卻水質(zhì)量流量（kg/h）；cw冷卻水質(zhì)量熱容[kJ/（kg℃）]；Ke單位軸功率的制冷量；Q0制冷量（kW）

k冷凝器的導(dǎo)熱系數(shù)，冷凝器的特性曲線tk—Q0是一條稍微向上凸起的曲線。為分析工況方便，可不當(dāng)制冷量為0時(shí)，tk=tw1(冷卻水進(jìn)水溫度)。由圖3-17中的冷凝器特性曲線可看出，冷凝溫度隨著Q0的增加而升高。當(dāng)冷卻水進(jìn)水溫度tw1改變時(shí)，冷凝器的特性曲線tk-Q0在縱坐標(biāo)上的初始點(diǎn)位置也隨之改變。當(dāng)進(jìn)入冷凝器的冷卻水量減少時(shí)，冷凝器的特性曲線tk—Q0斜率增大；當(dāng)冷卻水量增大時(shí)，則斜率減小。壓縮機(jī)和制冷設(shè)備的聯(lián)合特性曲是一條斜率與冷卻水量Gw成反比的直線（見圖3-17中的Ⅰ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ）?？紤]Q0的變化，而認(rèn)為冷凝器的特性曲線是一條斜率與冷卻水量Gw成反比和冷凝器的方程轉(zhuǎn)換類似，可推導(dǎo)出蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度t0與制冷量Q0的關(guān)系為：當(dāng)載冷劑質(zhì)量流量Gs及進(jìn)入蒸發(fā)器的載冷劑溫度ts1恒定時(shí)，蒸發(fā)溫度t0隨制冷量Q0的增加而降低。若不考慮蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K0的變化，則t0與Q0將成為直線關(guān)系。（３）壓縮機(jī)與制冷設(shè)備的聯(lián)合工作特性當(dāng)通過(guò)壓縮機(jī)的流量與通過(guò)制冷設(shè)備的流量相等，壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓頭（排氣口壓力與吸氣口壓力的差值）等于制冷設(shè)備的阻力時(shí)，整個(gè)制冷系統(tǒng)才能保持在平衡狀況下工作。這樣制冷機(jī)組的平衡工況應(yīng)該是壓縮機(jī)特性曲線與冷凝器特性曲線的交點(diǎn)。壓縮機(jī)特性曲線與冷凝器特性曲線的交點(diǎn)A為壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)。當(dāng)冷凝器冷卻水進(jìn)水量變化時(shí)，冷凝器的特性曲線將改變，這時(shí)交點(diǎn)A也隨之而改變，從而改變了壓縮機(jī)的制冷量。如冷凝器進(jìn)水量減少，則冷凝器特性曲線斜率增大，曲線Ⅰ移至Ⅰ的位置，壓縮機(jī)工作點(diǎn)移到A點(diǎn)，制冷量減少。反之，冷凝器冷卻水進(jìn)水量增大，則冷凝器特性曲線斜率減小，曲線Ⅰ移至Ⅱ的位置，則壓縮機(jī)工作點(diǎn)移至A點(diǎn)，制冷量增大。

當(dāng)冷臥凝器伶冷卻甲水進(jìn)裁水量夫減小紋到一井定程名度時(shí)雹壓縮柄機(jī)的倦流量評(píng)變得蓬很小摧，壓遇縮機(jī)橡流道奏中出徒現(xiàn)嚴(yán)捧重的吵氣體掃脫流既，壓諸縮機(jī)童的出貴口壓眼力突蜜然下偏降。俗由于湯壓縮你機(jī)和崇冷凝椒器聯(lián)涉合工沫作，稿而冷具凝器柳中氣儀體的唐壓力喉并不捧同時(shí)扛降低猴，引揮起冷顏凝器虎中的往氣體俊壓力由反大撈于壓父縮機(jī)小出口逼處的拾壓力裂，造斃成冷吧凝器詞中的抹氣體刮倒流層回壓陷縮機(jī)推，直盡至冷縫凝器狹中的違壓力胞下降渡到等黨于壓贊縮機(jī)活出口什壓力墊為止拾。這組時(shí)壓慌縮機(jī)采又開狹始向味冷凝泰器送墳氣，衫壓縮倒機(jī)恢抓復(fù)正懸常工耀作。運(yùn)但當(dāng)秩冷凝制器中頭的壓份力也摟恢復(fù)角到原很來(lái)的小壓力春時(shí)，貍壓縮恒機(jī)的柏流量當(dāng)又減霧小，袖壓縮哪機(jī)出破口壓獄力又熟下降碼，氣于體又鳴產(chǎn)生敢倒流碗。這惑種周稼而復(fù)幅始，葉產(chǎn)生兵周期正性的衡氣流纖振蕩急現(xiàn)象霸，稱醬為“嘗喘振段”現(xiàn)答象。當(dāng)冷刊凝器播冷卻蟻水進(jìn)弄水量桃減小洪，冷驗(yàn)?zāi)鳛⒌奶卦感郧揪€移含至位租置Ⅱ挺時(shí)，臘壓縮歇機(jī)的圓工作摩點(diǎn)移山至K。這累時(shí)，來(lái)制冷循機(jī)組河就出怕現(xiàn)喘箱振現(xiàn)桃象。傻點(diǎn)K即為違壓縮澇機(jī)運(yùn)候行的貼最小蜜流量蚊處，當(dāng)稱為孝喘振微工況侵點(diǎn)，潔其左腫側(cè)區(qū)仔域?yàn)榍Т耜悈^(qū)域攔，壓電縮機(jī)抓不能五在此勁區(qū)域球工作筐。喘振密時(shí)，散壓縮夜機(jī)周增期性油地發(fā)愧生間在斷的截吼叫孤聲，欄整個(gè)零機(jī)組膨出現(xiàn)觸強(qiáng)烈?guī)诺恼駣Z動(dòng)。我冷凝佳壓力認(rèn)、主痰電動(dòng)坐機(jī)電稻流發(fā)扯生大扔幅度做的波憐動(dòng)，襯軸承良溫度貼很快懸上升剖，嚴(yán)教重時(shí)怖甚至廳破壞蝦整臺(tái)翅機(jī)組次。因忠此，繳在運(yùn)蒙行中轉(zhuǎn)必須集采取網(wǎng)一定冤的措舌施，花防止紙喘振滾現(xiàn)象紡的發(fā)軍生。由于舟季節(jié)森的變魚化，嚷冷水噴機(jī)