离心式制冷压缩机

第13讲离心式制冷压缩机

一、类型结构1.结构组成主要由吸气室、叶轮、扩压器、蜗壳等组成。2.类型按用途分：冷水机组和低温机组按密封结构形式分：开启式、半封闭式和全封闭式。按压缩机的级数分：单级、多级压缩机离心式制冷压缩机属于速度型压缩机，它是依靠叶轮的高速旋转，对气体做功，提高气体的压力。气体的流动是连续的，其流量比容积型制冷压缩机要大得多，一般吸气量为0.03～15m3/s。离心式制冷压缩机转速很高，为1800～90000r/min，吸气温度通常在10～10℃，吸气压力为14～700kPa，排气压力小于2MPa，压力比在2～30之间，适用于几乎所有的制冷剂。目前使用R22、R123和R134a等工质。二、工作原理压缩机叶轮旋转时，制冷剂气体由吸气室进入叶轮流道，在叶轮叶片推动下气体随着叶轮一起旋转。由于离心力的作用，气体沿着叶轮流道径向流动并离开叶轮，同时，叶轮进口处形成低压，气体由吸气管不断吸入。在此过程中，叶轮对气体做功，使其动能和压力能增加，气体的压力和流速得到提高。接着，气体以高速进入断面逐渐扩大的扩压器和蜗壳，流速逐渐下降，大部分气体动能转变为压力能，压力进一步提高，然后再引出压缩机外。①在相同制冷量时，其外形尺寸小、质量轻、占地面积小。②无运动部件，动平衡特性好，振动小，基础要求简单。③磨损部件少，连续运行周期长，维修费用低，使用寿命长。④润滑油与制冷剂基本不接触，从而提高了蒸发器和冷凝器的换热性能。⑤易于实现多级压缩和节流，达到同一台制冷机多种蒸发温度的运行操作运行。离心式压缩机与活塞式压缩机的区别⑥能够经济地运行无级调节。⑦对大型制冷机，若用经济性高的工业汽轮机直接带动，实现变转速调节，节能效果更好。⑧转速较高，用电动机驱动的压缩机一般需要设置增速器。⑨当冷凝压力较高时，或制冷负荷太低时，压缩机组会发生喘振而不能工作。⑩制冷量小时，效率较低。单级离心式制冷压缩机，由于其结构原因，不可能获得很大的压力比，因此单级离心式压缩机多用于冷水机组中。下图为一台2800kW制冷量的单级离心式制冷压缩机纵剖面图。它由叶轮、增速齿轮、电动机和进口导叶等部件组成。气缸为垂直剖分型。单级离心式制冷压缩机1—导叶电动机2—进口导叶3—增速齿轮4—电动机5—油加热器6—叶轮采用低压制冷剂R123作为工质。压缩机采用半封闭的结构型式，其驱动电动机、增速器和压缩机组装在一个机壳内。叶轮为半开式铝合金叶轮。制冷量的调节由进口导叶进行连续控制。齿轮采用斜齿轮，在增速箱上部设置有油槽。电动机置于封闭壳体中，电动机定子和转子的线圈都用制冷剂直接喷液冷却。多级离心式制冷压缩机1-顶轴器2-套筒3-推力轴承4-轴承5-调整块6-轴封7-进口导叶8-吸入口9-隔板10-轴11-蜗壳12-调整环13-联轴器14-第二级叶轮15-回流器16-弯道17-无叶扩压器18-第一级叶轮1.离心式压缩机中的能量损失离心式压缩机在进行气体的压缩过程中，除了用于提高静压消耗大部分有用功之外，同时还要克服各处损失。级中的损失可分为内损失与外损失两大部分。内损失是指该损失所转化的热量仍加给级中的气体，使气体的温度升高，消耗的压缩功增加，内损失有级内的流动损失（摩擦损失、分离损失、二次涡流损失）、轮阻损失、轮盖处的漏气损失、平衡盘及轴套内密封中气体漏回机内的损失。外损失是指联轴器、增速齿轮、轴承中的摩擦损失以及从轴端至大气部分的外泄漏损失，这些损失不影响压缩功的大小，但增加了传递给主轴的功率。三、功率和效率2.功率功率如前所述叶轮除对气体作功外，轮阻和内漏气损失都要消耗功。叶轮对气体作功所需的理论功率Pth（W）为

Pth=qmWth进入叶轮的总质量流量qtot为有效流量qm与漏气量qml之和，即qtot=qm+qml，加上轮阻损失的功率Pdf，则其总功率为Ptot=(qm+qml)Wth+Pdf在考虑了机械效率后，即可得原动机轴所需的功率3.效率离心式压缩机或多级的效率是用来表达叶轮传递给气体的机械能的利用程度。常用的效率如下：①多变效率p是指气体由压力P1增加到压力P2所需的多变压缩功Wtp与实际所耗的总功Wtot之比。②等熵效率s是指气体由压力P1增加到压力P2所需的等熵压缩功Wts与实际所耗的总功Wtot之比。③流动效率h是指级的多变压缩功与叶轮传递给气体的理论功之比。⑤拢有效毒效率e或称补轴效忌率，析是多奇变功鞠或等屯熵功蚁与原择动机他轴输轿出功迁之比饮。④塔机械纷效率m压缩信机所铲需的朱总功Wto洁t与原酷动机说输出惩功We之比伪称为勿机械原效率刷。一凯般m＝0震.9煤5～蔬0.朱98（1北）离动心式拖制冷评压缩亡机的受特性府曲线王：对露于一丈般离衫心式抖压缩翁机，可为了迫较清单晰地舱反映泻其特折性，白通常底在某裳一转强速情竿况下矛，将疲排气贵压力教和气赛体流扮量的克关系征用曲泉线表鸦示。飞对于姻离心输式制律冷压寨缩机亭，冷怒凝压百力对问应于披一定畏的冷即凝温养度，接气体圾流量蛮对应悼于一捧定的辅制冷洽量。空调僻用离拔心式芹制冷凯压缩宿机特器性曲宅线四、枪离心陪式制颜冷机杂组的茫特性浇曲线制冷环压缩誓机的纳特性销可用左制冷棋量与壳冷凝托温度叙（或靠冷凝愁温度吸与蒸虽发温微度的职温差棕）的帽关系盗曲线川表示园。即阔，制辱冷压较缩机翻的特吉性曲伶线与旅一般狡压缩宗机的知区别唯，在鬼于它万和冷下凝器云、蒸绪发器悄的运贩行情斧况有渗关。乡丰当冷谢凝温赔度不活变时稍，制谱冷量Q0随蒸重发温奋度t0的升维高而棉增大烛；当暮蒸发属温度寺不变惹时，密制冷的量Q0随冷亚凝温金度tk的升驰高而即下降逝。压桌缩机秆的轴慰功率访一般午情况锐下随断制冷箭量的忘增大罩而增症大，桶但随刺制冷作量增电大到沸某一朗最大黑值后窃发生啦陡降羡。（2渠）冷班凝器捡和蒸档发器念的特仗性曲攻线由冷勾凝器麻换热础方程降与机夹组的榜热平挎衡方烂程的柏综合达，可只得冷销凝器抛的冷徐凝温究度tk与发制冷条量Q0之朽间的片关系酿式：tk冷凝低器的峡冷凝貌温度剂（℃）妹；tw1冷凝赏器的漆冷却唐水进饺水温意度（℃）燃；Kk冷凝辅器的百传热通系数[k店W/泡（m2℃）捡]；Ak冷凝阀器的若传热平面积梢（m2）；Gw冷却倍水质茧量流投量（kg肾/h赛）；cw冷却杨水质晕量热祥容[k框J/翠（k滑g℃帅）]坡；Ke单位烛轴功朗率的鲜制冷能量；Q0制冷驶量（kW践）k冷凝站器的和导热抵系数，冷凝礼器的伯特性权曲线tk—Q0是一呈条稍璃微向赚上凸眨起的调曲线伙。为分俭析工枪况方仍便，趁可不当制记冷量才为0时赏，tk=tw1堆(冷迅却水蛋进水化温度嘴)。饥由图宝3-嗽17关中的方冷凝咱器特点性曲嚼线可遍看出光，冷采凝温梁度随砌着Q0的扩增加免而升姿高。龟当冷馆却水宪进水泳温度tw1逃改变鼓时，阔冷凝泊器的匠特性破曲线tk-Q0在崇纵坐魂标上琴的初跳始点崇位置才也随倾之改亏变。鄙当进蛋入冷饰凝器道的冷范却水堤量减芒少时垄，冷载凝器舰的特恢性曲擦线tk—Q0斜仙率增话大；故当冷吹却水袖量增唤大时怪，则近斜率荒减小烈。压缩幻玉机和惑制冷骑设备殿的联鸡合特娘性曲是一车条斜括率与膝冷却兽水量Gw成鸟反比辟的直踩线（吵见图舟3-忧17送中的有Ⅰ、摘Ⅰ、Ⅱ、影Ⅱ）。考虑Q0的仁变化施，而舌认为倦冷凝牙器的提特性心曲线遥是一乓条斜统率与村冷却岔水量Gw成歼反比和冷处凝器礼的方享程转欺换类钢似，遣可推恰导出同蒸发扩器的哨蒸发毯温度t0与田制冷逼量Q0的愚关系纠为：当载唤冷剂盒质量患流量Gs及进久入蒸气发器侧的载躬冷剂毒温度ts1恒定么时，泊蒸发扁温度t0随制砌冷量Q0的增伞加而率降低栋。若就不考谱虑蒸腾发器仇的传胖热系售数K0的变嚼化，杀则t0与Q0将成陶为直遵线关峡系。（３雪）宜压缩叮机与波制冷则设备晕的联诉合工春作特粪性当通丢过压内缩机宰的流微量与凤通过窄制冷州设备与的流谎量相留等，由压缩宽机产元生的征压头派（排浩气口遇压力煮与吸突气口稀压力放的差件值）剥等于胳制冷祸设备础的阻待力时抛，整昼个制章冷系泥统才艳能保块持在搜平衡当状况闸下工企作。姻这样奏制冷腔机组腔的平酱衡工桨况应店该是不压缩仗机特忌性曲看线与源冷凝促器特错性曲慈线的妙交点矛。压缩炊机特伪性曲唯线与但冷凝苗器特静性曲生线的饥交点A为压怜缩机球的稳撑定工眯作点橡。当黑冷凝音器冷找却水手进水荣量变威化时呜，冷顶凝器尖的特企性曲袜线将窄改变筑，这收时交洲点A也随欣之而沫改变祸，从死而改雕变了眉压缩扛机的膝制冷供量。侵如冷睬凝器灰进水母量减陪少，胞则冷辆凝器案特性潜曲线羞斜率绩增大饺，曲女线Ⅰ蜜移至病Ⅰ的位压置，廉压缩笛机工弓作点翁移到A点，享制冷努量减车少。贪反之僵，冷渴凝器般冷却叶水进筹水量拖增大蚂，则苏冷凝迎器特绑性曲备线斜徐率减益小，计曲线Ⅰ移鼠至Ⅱ稀的位忍置，架则压饲缩机筝工作色点移岁至A点，北制冷尸量增间大。当冷桶凝器他冷却印水进吩水量贵减小椅到一垫定程恒度时币压缩责机的路流量哲变得赤很小号，压笛缩机你流道锯中出软现严拼重的急气体兽脱流别，压献缩机渣的出烟口压捡力突猎然下连降。损由于代压缩毅机和福冷凝染器联神合工底作，雨而冷糖凝器替中气铺体的的压力焰并不脱同时慈降低袄，引禾起冷畜凝器级中的唤气体和压力凝反大腐于压难缩机坡出口喜处的环压力按，造苏成冷低凝器眠中的滔气体为倒流弄回压躺缩机橡，直顷至冷薪凝器什中的谅压力教下降依到等弃于压扛缩机穿出口术压力捧为止尸。这尚时压担缩机淡又开口始向使冷凝朽器送雾气，轿压缩乔机恢究复正莫常工绿作。杨但当聪冷凝加器中偷的压会力也慎恢复势到原爹来的绿压力撕时，奸压缩台机的罢流量派又减榨小，警压缩戚机出答口压匠力又兵下降仔，气层体又用产生撇倒流蚀。这烈种周剃而复舞始，松产生委周期喊性的户气流饱振荡言现象型，称庸为“佛喘振绘”现橡象。当冷亿凝器盲冷却绩水进膨水量原减小么，冷谋凝器贱的特递性曲钟线移欧至位但置Ⅱ摊时，叼压缩偷机的揉工作锄点移遵至K。这锦时，胖制冷脏机组