離心式冷水機(jī)組的結(jié)構(gòu)及原理

1、離心式冷水機(jī)組系統(tǒng)介紹 目前用于中央空調(diào)的離心式冷水機(jī)組主要由離心制冷壓縮機(jī)、 主電動(dòng)機(jī)、 蒸發(fā)器 （滿液式臥式殼管式） 、冷凝器（水冷式滿液式臥式殼管式） 、節(jié)流裝置、壓縮機(jī) 入口能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、抽氣回收裝置、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置、主電動(dòng)機(jī)噴液 蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)、 油回收裝置及微電腦控制系統(tǒng)等組成， 并共用底座。 其外形和系1離心式冷水機(jī)組特點(diǎn) 離心式冷水機(jī)組屬大冷量的冷水機(jī)組，它有以下主要優(yōu)點(diǎn)：（ 1） 壓縮機(jī)輸氣量大，單機(jī)制冷量大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，單位制冷量重量 小，相同制冷量下比活塞式機(jī)組輕 80以上，占地面積?。唬?2） 性能系數(shù)高；（ 3） 葉輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪聲較

2、低；（ 4） 調(diào)節(jié)方便，在較大的冷量范圍內(nèi)能較經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；（ 5） 無(wú)氣閥、填料、活塞環(huán)等易損件，工作比較可靠。 離心式冷水機(jī)組的缺點(diǎn)主要是：（ 1） 由于轉(zhuǎn)速高，對(duì)材料強(qiáng)度、加工精度和制造質(zhì)量要求嚴(yán)格；（ 2） 單級(jí)壓縮機(jī)在低負(fù)荷時(shí)易發(fā)生喘振；（ 3） 當(dāng)運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，效率下降較快；（ 4） 制冷量隨蒸發(fā)溫度降低而減少的幅度比活塞式快， 制冷量隨轉(zhuǎn)數(shù)降低而 急劇下降。2離心式冷水機(jī)組的組成 構(gòu)成離心式冷水機(jī)組的部件中， 區(qū)別于活塞式、 螺桿式冷水機(jī)組的主要部件是離 心壓縮機(jī)，此外，其他主要輔助設(shè)備比如換熱設(shè)備、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、抽氣回收裝置 等均有自己特點(diǎn)，在這進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。1）

3、壓縮機(jī) 空調(diào)用離心式冷水機(jī)組，通常都采用單級(jí)壓縮，除非單機(jī)制冷量特別大（例如4500kW以上），或者刻意追求壓縮機(jī)的效率，才采用 2級(jí)或3級(jí)壓縮。單級(jí)離心 制冷壓縮機(jī)由進(jìn)口調(diào)節(jié)裝置、葉輪、擴(kuò)壓器、蝸室組成；多級(jí)離心制冷壓縮機(jī)除 了末級(jí)外，在每級(jí)的擴(kuò)壓器后面還有彎道和回流界，以引導(dǎo)氣流進(jìn)入下一 級(jí)。 由于離心式冷水機(jī)組在實(shí)際使用中的一些特殊要求，使得離心式制冷壓 縮機(jī)在結(jié)構(gòu)上有其一些特點(diǎn)： 離心式冷水機(jī)組采用的制冷劑的分子量都很大，音速低，在壓縮機(jī)流道中 的馬赫數(shù) M 比較高 （特別是在葉輪進(jìn)口的相對(duì)速度馬赫數(shù)和葉輪出口的絕對(duì)速度 馬赫數(shù)一般都達(dá)到亞音速甚至跨音速 ），這就要求在葉輪構(gòu)型時(shí)特別注

4、意氣流組 織，避免或減少氣流在葉輪流遭中產(chǎn)生激波損失， 同時(shí)適應(yīng)制冷劑氣體的容積流 量在葉輪內(nèi)變化很大的特點(diǎn)。 冷水機(jī)組在實(shí)際使用中，由于氣候和熱負(fù)荷的變化，需要的制冷量變化很 大，并且要求在冷負(fù)荷變化時(shí)，機(jī)組的效率也盡可能高。作為制造廠來(lái)說，對(duì)于 不同規(guī)格的系列產(chǎn)品， 希望零部件的通用化程度越高越好。 對(duì)于離心制冷壓縮機(jī)， 其葉輪的出口角小， 則壓縮機(jī)的性能曲線比較平坦， 絕熱效率較高， 還能減少因 采用同一蝸室而造成的匹配失當(dāng)和效率降低，有利于變工況運(yùn)行。 離心式壓縮機(jī)是通過旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片肘制冷劑蒸氣做功而提高其壓力的。但是，如前所述，制冷劑蒸氣的分子量一般都很大，其音速很低，如果為了提高

5、 蒸氣能量頭的需要， 葉輪中布置的葉片數(shù)過多， 則葉片的厚度將使葉輪進(jìn)口的通 流面積減小， 使葉輪進(jìn)口的氣流速度很高， 進(jìn)口氣流馬赫數(shù)達(dá)到或超過音速， 引 起效率的急劇下降。為此，對(duì)于葉片出口角大于 40 度，葉片進(jìn)口直徑較小時(shí)， 往往采用長(zhǎng)、短葉片，解決必要的能量頭和效串之間的矛盾，效果十分明顯。 為了提高葉輪輪轂的強(qiáng)度，特別是為了消除健槽根部因開、停產(chǎn)生的應(yīng)力 集中疲勞破壞， 近年來(lái)研制出葉輪與主軸采用三螺釘聯(lián)接、 端面摩擦聯(lián)接等傳遞 扭矩的方式，使葉輪運(yùn)行可靠。 多級(jí)壓縮機(jī)一般采取多次節(jié)流，中間加氣的形式。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以 提高循環(huán)效率而節(jié)能，對(duì)于低溫（蒸發(fā)溫度在0C以下）離心式制冷

6、機(jī)組還可以實(shí) 現(xiàn)一機(jī)多種蒸發(fā)溫度，這在某些工藝流程中特別適宜。2）主電動(dòng)機(jī)離心式冷水機(jī)組多為半封閉式結(jié)構(gòu)。 所謂半封閉式機(jī)組， 是指壓縮機(jī)、 增速器與 主電動(dòng)機(jī)聯(lián)為一體， 同處于制冷劑環(huán)境中， 不需要軸封。 機(jī)組的主電動(dòng)機(jī)是特殊 設(shè)計(jì)的用制冷劑冷卻的封閉鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)， 冷卻用的制冷劑液體從冷凝器引 來(lái)，分別引入主電動(dòng)機(jī)的定子腔和轉(zhuǎn)子中， 冷卻了定子繞組和轉(zhuǎn)子， 氣化后返回 到蒸發(fā)器。 這樣的冷卻條件比普通的風(fēng)冷電動(dòng)機(jī)充分、 有效， 因此電動(dòng)機(jī)的壽命 長(zhǎng)、故障率低。同時(shí)，由于設(shè)有冷卻風(fēng)扇，電動(dòng)機(jī)的噪聲低，減少了向機(jī)房的排 熱量，改善了機(jī)房的工作環(huán)境。3）蒸發(fā)器和冷凝器離心式冷水機(jī)組的蒸發(fā)器、

7、冷凝器均為臥式管殼式結(jié)構(gòu)，制冷劑都在殼側(cè)流動(dòng)。 蒸發(fā)器、冷凝器換熱效果的好壞對(duì)機(jī)組的能耗、 重量和尺寸影響極大。 就光管而 言，管外制冷劑側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠(yuǎn)低于管內(nèi)水側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 提高制冷劑 側(cè)傳熱管外表面?zhèn)鳠嵝Ч闹饕椒ㄓ袃煞N： 一是通過在管外表面噴涂金屬顆粒 或通過機(jī)械加工在管外表面形成翅片以增大管外表面的傳熱面積； 二是通過改進(jìn) 管外去面翅片的形狀以改善表面?zhèn)鳠幔?提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 比如，使冷凝管外表 面加工成鋸齒肋， 使管外表面形成的冷凝液膜易于形成珠狀很快滴下， 不致覆蓋 在冷凝管外表面形成新的熱阻， 從而提高了冷凝換熱系數(shù)。 又如， 將蒸發(fā)管外表 面按制冷劑核態(tài)沸騰特性設(shè)

8、計(jì)， 使冷媒蒸發(fā)氣泡連續(xù)生成， 避免沸騰氣泡被再冷 凝，同時(shí)氣泡在上升過程中又加大了對(duì)制冷劑液的擾動(dòng)， 從而提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 目前，很多制造廠商的傳熱管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)已經(jīng)達(dá)到或超過管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)，有的為了進(jìn)一步提高管內(nèi)側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， 甚至在管內(nèi)壁上也加工出了翅 片。由于傳熱管技術(shù)的進(jìn)步?，F(xiàn)在蒸發(fā)溫度與冷水出水溫度之差，已可達(dá)到2c左右，蒸發(fā)溫度的提高使壓縮機(jī)的壓縮比降低， 減少了耗功， 也減小了換熱器的 尺寸和重量。 在蒸發(fā)器的上部有擋液網(wǎng)，以防止蒸發(fā)飛濺的制冷劑液滴直接被壓縮機(jī)吸入。4）節(jié)流裝置將冷凝器底部積存的高壓、 常溫制冷劑液體節(jié)流降壓為低壓、 低溫的制冷劑液體 進(jìn)入蒸發(fā)器

9、內(nèi)蒸發(fā)制冷， 以前都是用浮球閥來(lái)完成， 現(xiàn)在普遍改用一個(gè)或多個(gè)固 定孔口的節(jié)流孔板來(lái)控制流入蒸發(fā)器的制冷劑流量。 由于無(wú)運(yùn)動(dòng)部件， 使系統(tǒng)運(yùn) 行更加可靠。5）潤(rùn)滑油系統(tǒng)潤(rùn)滑油系統(tǒng)由油泵、 油冷卻器、油過濾器及調(diào)節(jié)閥門等組成， 向壓縮機(jī)、齒輪軸、 主電動(dòng)機(jī)軸的軸承和齒輪的嚙合面供油潤(rùn)滑、 冷卻。由于離心式冷水機(jī)組的結(jié)構(gòu) 日趨緊湊，其油泵一般為內(nèi)置式， 浸沒于油箱中； 油泵電機(jī)由于要與溶解有制冷 劑的潤(rùn)滑油直接接觸， 其繞組的絕緣材料也應(yīng)與制冷劑相容。 油冷卻器一般為板 式換熱器， 利用制冷劑液體在板式換熱器中蒸發(fā)的汽化潛熱冷卻潤(rùn)滑油， 因此尺 寸小，也內(nèi)置于壓縮機(jī)機(jī)殼內(nèi)， 便于蒸發(fā)后的制冷劑蒸氣

10、返回壓縮機(jī)。 油過濾器 的過濾精度要求很高（一般為1015卩m）其安裝位置應(yīng)盡量靠近供油口，為及 時(shí)發(fā)現(xiàn)過濾器被雜質(zhì)堵塞，機(jī)組運(yùn)行中應(yīng)監(jiān)視過濾鏡前后的壓力差。 在離心制冷壓縮機(jī)中， 油箱也處于制冷劑環(huán)境中， 潤(rùn)滑油與制冷劑是互溶的， 且 溫度越低，制冷劑在油中的溶解度越大。潤(rùn)滑油中溶有制冷劑后其粘度要降低， 直接影響啟動(dòng)時(shí)機(jī)組正常供油壓力的建立。 為此，在油箱中都設(shè)有一組供機(jī)組停 機(jī)階段加熱潤(rùn)滑油的電加熱器。2離心式冷水機(jī)組分類 按總體結(jié)構(gòu)形式分為開啟式、半封閉式和全封閉式。 按換熱器筒體結(jié)構(gòu)型式分為單筒式、雙筒式兩種型式。3離心式冷水機(jī)組制冷原理 同活塞式冷水機(jī)組類似，構(gòu)成離心式冷水機(jī)組的雙

11、級(jí)循環(huán)見圖 4.18 系統(tǒng)圖，其 循環(huán)原理仍然是由蒸發(fā)、 壓縮、冷疑和節(jié)流四個(gè)熱力狀過程所組成的單級(jí)和雙級(jí) 蒸氣壓縮式制冷循環(huán)， 其工作系統(tǒng)仍然是由蒸發(fā)器、 離心式壓縮機(jī) （單級(jí)和雙級(jí) ）、 冷凝器和節(jié)流機(jī)構(gòu) （裝置）四大部件所組成的封閉式工作系統(tǒng)，在滿液式臥式殼管 式蒸發(fā)器中，制冷劑液體在較低的飽和溫度（25C ）狀態(tài)下吸收進(jìn)入蒸發(fā)器傳熱 管內(nèi)冷水的熱量（汽化潛熱）而沸騰氣化（液態(tài)氣態(tài)），相對(duì)的使管內(nèi)冷水出水 溫度下降為7C （標(biāo)準(zhǔn)工況），提供給中央空調(diào)系統(tǒng)中的氣 一水熱交換器（空氣調(diào)節(jié) 箱中的表冷器和風(fēng)機(jī)盤管 ）冷卻送風(fēng)，通過管道輸送給空調(diào)對(duì)象，使其內(nèi)部氣溫 維持在規(guī)定的26C2 （標(biāo)準(zhǔn)空

12、調(diào)工況）人體舒適感范圍之內(nèi)，或其他工作室所要 求的非標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)工況范圍，達(dá)到中央空調(diào)的目的。在離心式冷水機(jī)組中無(wú)論采用高壓（R22制冷劑、中壓（R134a）制冷劑和低壓（R123） 制冷劑，制冷劑在工作循環(huán)的全過程中，存在氣態(tài)、液態(tài)、氣液混合態(tài)三種物 理狀態(tài)。制冷劑的氣液相變主要發(fā)生在冷凝器 （氣液）和蒸發(fā)器（液氣）之中。在 壓縮機(jī)中制冷劑呈過熱蒸氣狀態(tài)，在減壓膨脹閥或線性浮球閥室中，呈液態(tài)（少量氣態(tài) ）。1 ）關(guān)于部份負(fù)荷性能 離心式冷水機(jī)組通常是按最大負(fù)荷選型的，實(shí)際使用中，有70以上的時(shí)間不在滿負(fù)荷下工作。 而離心制冷壓縮機(jī)一般在滿負(fù)荷點(diǎn)附近效率最高。 當(dāng)前， 評(píng)價(jià) 冷水機(jī)組性能的好壞，已

13、不僅僅是額定制冷量下消耗單位功率的制冷量（COP要大，美國(guó)空調(diào)制冷學(xué)會(huì)在其標(biāo)準(zhǔn) ARl550590-1998中，提出用綜合部分負(fù)荷值 IPLV或NPLV作為評(píng)價(jià)單臺(tái)機(jī)組平均部分負(fù)荷效率的指標(biāo)。該IPLV是在AR1550590規(guī)定的工況條件下，分別實(shí)測(cè)出在 100， 75， 50， 25額定制冷量 下的性能系數(shù)COP,然后乘以各自的常數(shù)加權(quán)平均得到。使用IPLV（NPLVb冷水機(jī)組的部分負(fù)荷性能提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的評(píng)估方法，但是，由于地區(qū)差異，IPLV（NPLV）值并不能直接作為我國(guó)計(jì)算年運(yùn)行費(fèi)用的依據(jù)。2）冷卻水進(jìn)水溫度對(duì)機(jī)組性能的影響冷卻水進(jìn)水溫度與機(jī)組的冷凝溫度直接有關(guān)， 在其它條件相同時(shí)，

14、冷卻水進(jìn)水溫 度越高，冷凝溫度、冷凝壓力越高，機(jī)組的能耗也越高。一般冷卻水進(jìn)水溫度每 升高c,能耗將增加滿負(fù)荷能耗的 3%左右，制冷量將減少約3%。因此，對(duì) 于全年極端溫度不很高， 相對(duì)濕度不很大的我國(guó)北方地區(qū)， 不必按全國(guó)的統(tǒng)一標(biāo) 準(zhǔn)提出以32C作為冷卻水進(jìn)水溫度的設(shè)計(jì)條件，這樣可以節(jié)省一次性投資。3）冷水出水溫度對(duì)機(jī)組性能的影響冷水出水溫度與機(jī)組的蒸發(fā)溫度直接有關(guān)。 在其它條件相同時(shí)， 冷水出水溫度越 低，蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)壓力越低，機(jī)組的能耗增加、制冷量減少。一般冷水出水溫 度降低1C,機(jī)組的能耗將增加負(fù)荷能耗的3.5%左右，制冷量將減少約3%。對(duì) 于中央空調(diào)系統(tǒng)， 冷水出水溫度的確定必須十

15、分仔細(xì)。 一方面冷水溫度必須足夠 低，以保證室內(nèi)合適的空氣參數(shù)；另一方面，冷水出水溫度又必須足夠高，使一 次性投資和運(yùn)行費(fèi)用盡可能合理。 另外，使用中的冷水機(jī)組， 盛夏過后改用較高 的冷水出水溫度， 則可以得到明顯的節(jié)能效果。 據(jù)對(duì)美國(guó)一些醫(yī)院的中央空調(diào)系 統(tǒng)的調(diào)查，在過渡季節(jié)，冷水出水溫度的設(shè)定值可以比設(shè)計(jì)值提高2.244C。4）水側(cè)污垢換熱管水側(cè) （內(nèi)表面 ）積垢會(huì)使傳熱熱阻增大，換熱效果降低，使冷凝溫度升高或 使蒸發(fā)溫度降低， 最終使機(jī)組的能耗增加、 制冷量減少。 開式循環(huán)的冷卻水系統(tǒng) 最容易發(fā)生積垢， 這主要是由于水質(zhì)未經(jīng)很好處理和水系統(tǒng)保管不善所致， 由此 在換熱管內(nèi)壁出現(xiàn)以下問題：

16、 形成結(jié)晶 （碳酸鈣等無(wú)機(jī)物 ）； 鐵銹、沙、泥土等沉積物 （特別是當(dāng)管內(nèi)水速較低時(shí) ） ； 生成有機(jī)物 （粘質(zhì)物、藻類等 ） 所以定期清洗換熱管是必要的。對(duì)于按標(biāo)準(zhǔn)污垢系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 制造的離心式冷水機(jī)組， 制造廠會(huì)提出相應(yīng)的水質(zhì)要 求給用戶， 只要能滿足對(duì)水質(zhì)的要求， 并對(duì)換熱管內(nèi)表面作定期清洗， 則機(jī)組可 以長(zhǎng)期保證其額定性能。4離心式冷水機(jī)組的控制原理 離心式冷水機(jī)組的控制系統(tǒng)已相當(dāng)完善， 大都采用微型計(jì)算機(jī)， 配以可靠的參數(shù) 傳感器、變送器，對(duì)機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)。對(duì)單臺(tái)機(jī)組，可隨時(shí)顯示 運(yùn)行中的冷水進(jìn)出口溫度、 冷卻水進(jìn)出口溫度、 蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、供油溫度、 供油壓力、壓縮

17、機(jī)排氣溫度、導(dǎo)葉開度百分比、主電動(dòng)機(jī)電流、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、 啟動(dòng)次數(shù)等參數(shù)； 對(duì)運(yùn)行中發(fā)生故障可預(yù)先發(fā)出警告、 指出故障名稱， 并有故障 診斷系統(tǒng)， 提示產(chǎn)生故障的幾種可能原因。 每臺(tái)機(jī)組的基本安全保護(hù)功能有： 冷 凝壓力過高、供油壓力過低、供油溫度過高、蒸發(fā)壓力過低、冷水出水溫度過低、 冷水?dāng)嗨?主電動(dòng)機(jī)電流過大、 主電動(dòng)機(jī)繞組溫度過高、 主電動(dòng)機(jī)再次啟動(dòng)延時(shí) 保護(hù)等。 運(yùn)行中可根據(jù)熱負(fù)荷的變化， 在保證冷水出口溫度一定的情況下， 自動(dòng) 調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉開度來(lái)調(diào)節(jié)制冷量， 以保持室內(nèi)空氣參數(shù)恒定。 對(duì)多臺(tái)機(jī)組， 可根 據(jù)熱負(fù)荷的變化， 按最經(jīng)濟(jì)的原則， 自動(dòng)開、停幾臺(tái)。此外還備有遠(yuǎn)程通訊接口， 與樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)（BAS聯(lián)接，對(duì)冷水機(jī)組實(shí)行遠(yuǎn)程遙控?？傊?，可靠的冷水機(jī)組配置先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)， 可以使離心式冷水機(jī)組安全、 可靠、經(jīng)濟(jì)地全自動(dòng)化運(yùn)行。另外，舒適性空調(diào)使