制冷壓縮機第八章

1、第八章 離心式制冷壓縮機第八章第八章第八章第八章第八章第八章q 一、工作原理及特點q 二、分類及結構組成q 三、基本理論q 四、特性及調節(jié)q 五、工作循環(huán)q 六、離心式制冷機組主要內(nèi)容制冷壓縮機分類和結構第八章第八章第八章第八章第八章第八章壓縮原理（與容積型比較） 都是增加單位容積內(nèi)氣體分子數(shù)目，即使分子間距離縮短：q 容積型壓縮機：減少氣體分子所占封閉空間的容積，使氣體在汽缸內(nèi)隨著容積減小直接受到壓縮；q 速度型壓縮機：利用慣性方法，通過氣流的不斷加速、減速，因慣性彼此擠壓，使分子間距離縮短。一、工作原理及特點第八章第八章第八章工作原理q 離心式制冷壓縮機是一種速度型壓縮機（屬于透平機械），

2、依靠動能變化提高氣體壓力；q 制冷劑蒸氣由軸向吸入，沿半徑方向甩出，故稱離心式壓縮機。q 它由轉子與定子等部分組成： 當帶葉片的轉子(葉輪即工作輪)轉動時，葉片帶動氣體轉動，把功傳遞給氣體，使氣體獲得動能； 定子部分包括擴壓器、彎道、回流器、蝸室等，作用是改變氣流運動方向及把速度能轉變?yōu)閴毫δ埽?氣體在高速旋轉的葉輪1中獲得高速度后，再在環(huán)行通道(即擴壓器和蝸室2)將速度動能變?yōu)閴毫ξ荒?，從而提高氣體的壓力。葉輪葉輪擴壓室擴壓室第八章第八章第八章q 空氣調節(jié)系統(tǒng)中，由于蒸發(fā)溫度(壓力)較高，壓縮比較小，一般采用單級壓縮；q 當蒸發(fā)溫度較低，壓縮比較大時采用多級壓縮。壓縮機由數(shù)個葉輪組成，每個葉

3、輪與相配合的固定元件組成一個“級”，蒸氣壓力逐級增加。級數(shù)越多、轉速越高，所產(chǎn)生的能量頭越大。q “級”是組成離心式壓縮機的基礎。中間級有葉輪、擴壓器、彎道、回流器、級間密封等。末級由葉輪、擴壓器和蝸殼組成。離心式制冷壓縮機的“級” 氣體每經(jīng)過一級葉輪和擴壓器所能升高的壓力有限，當壓力比大時，需采用多級壓縮。第八章第八章第八章q 壓縮機工作時，從蒸發(fā)器來的制冷劑蒸氣先進入第一級葉輪入口前的流道吸入室，然后進入葉輪，氣體在葉片作用下，一邊跟著葉輪高速旋轉，一邊由于受離心力作用，在葉片槽道中作擴壓流動，使氣體的壓力和速度都得到提高；q 氣體出葉輪后進入流道截面逐漸擴大的擴壓器，速度減小，速度能轉變

4、為壓力能，使氣體壓力進一步提高；q 在多級壓縮機中，為把氣體引入下一級繼續(xù)增壓，在擴壓器后面設置了彎道和回流器。回流器中一般裝有導流葉片，使氣體均勻地沿軸向進入下一級工作輪；q 對單級或多級的末級，不存在把氣體引入下一級的問題，故擴壓器后面不再是彎道和回流器，而是將氣體直接排入蝸殼，由于蝸殼外徑和流通截面逐漸擴大，使氣流進一步減速和擴壓，最后從蝸殼出來的氣體排至冷凝器。多級離心式壓縮機的工作過程第八章第八章第八章二、分類及結構組成q 開啟式：壓縮機與原動機分開(增速齒輪可以與壓縮機裝在同一機殼內(nèi)，也可以單獨裝在機外)，壓縮機軸外伸端裝有機械密封，以防止制冷劑外泄或空氣漏入；q 封閉式（半封閉、

5、全封閉式） ： 將壓縮機、增速齒輪、原動機用一個殼體連成一體，軸端不需要機械密封。氟利昂離心式制冷壓縮機為了減少制冷劑泄漏，大多采用封閉式結構。離心式制冷壓縮機的分類第八章第八章第八章 圖 4-2 單級離心式制冷壓縮機結構 1、軸 2、軸封 3、工作輪 4、擴壓器 5、蝸殼 6、擴壓器葉片 7、工作輪葉片 主要零部件組成主要零部件組成：吸入室 、進口導流器 、葉輪(工作輪)、擴壓器、彎道和回流器、蝸殼、密封、平衡盤、軸承等單級離心式制冷壓縮機的結構第八章第八章第八章 圖 4-3 多級離心式制冷壓縮機結構 1、 頂軸器 2、13 套筒 3、止推軸承部 4、止推軸承 5、軸承 6、調整塊 7、機械

6、密封部 8、進口導葉 9、隔板 10、軸 11、調整環(huán) 12、連接件 多級離心式制冷壓縮機的結構第八章第八章第八章q 吸氣室 使氣體在進入葉輪之前形成負壓，以便將氣體均勻地引入葉輪，以減少進口損失（氣流擾動和分離損失）。空調用壓縮機在葉輪之前裝有進口導葉，若改變其角度即可改變進入葉輪流量的大小，達到調節(jié)制冷量的目的。主要部零件結構q 葉輪(工作輪) 分閉式、半開式和開式三種。葉輪隨主軸高速旋轉后，氣體受旋轉離心力和流道中擴壓流動的作用，使其壓力和速度在離開葉輪時都得到提高。 葉輪是壓縮機中對氣體作功的唯一部件，其材料需具有足夠的強度，氟利昂離心式壓縮機的葉輪一般采用高強度鋁合金精密鑄造而成。為

7、減少振動，葉輪和軸必須經(jīng)過動平衡試驗，以達到規(guī)定的動平衡要求。 閉式由輪蓋、葉片和輪盤焊接或整體鑄造而成，空調用制冷壓縮機大都采用閉式； 半開式葉輪僅有葉片和輪盤，用于單級壓力較大場合； 有輪蓋時，可減少內(nèi)漏氣損失，提高效率，但輪蓋應力較大，限制了圓周速度提高。第八章第八章第八章q 擴壓器 分無葉和有葉兩種。其作用是將葉輪出口的高速氣體的速度能轉化為壓力能。 無葉擴壓器：由兩側隔板組成的環(huán)行通道，隨著徑向距離的增大，截面通道面積也隨之增加，使從葉輪出口出來的高速氣體速度逐漸減慢，壓力得到提高。 有葉擴壓器：在流道中裝有葉片，在同樣直徑下流道面積增加更多，故氣流速度減小更快，壓力增加更多。q 彎

8、道和回流器 用于多級離心式壓縮機，把由擴壓器流出的氣體導至下一級葉輪。氣體在彎道和回流器的流動，可認為壓力和速度不變，僅改變氣體流動方向； 彎道：將擴壓器出口的氣流引導至回流器進口，使氣流方向從離開軸心變?yōu)橄蜉S心方向； 回流器：把氣流均勻導向下一級葉輪進口，其流道中設有導向葉片，使氣體按葉片彎曲方向流動，沿軸向進入下一級工作輪。q 蝸殼 把從擴壓器或葉輪后的氣體匯集起來并引向機外。蝸室的通道面積（外徑和流通截面）逐漸擴大，其出口接一段擴壓管，對氣體起到降速擴壓作用。主要部零件結構第八章第八章第八章q 密封 為防止輪蓋及隔板處的級間內(nèi)泄漏和軸外伸端及平衡盤處的外泄漏，常采用迷宮式密封和機械摩擦環(huán)

9、式密封裝置。（如減少氣體從葉輪出口倒流到葉輪入口的輪蓋密封；減少級間漏氣的軸套密封；開啟式機組尚有軸端密封等） （迷宮式密封工作原理：當氣流通過梳齒狀密封片間隙時，氣流近似地經(jīng)歷了一個等熵膨脹過程，其壓力下降，流速增加；當氣流進入兩個密封片之間的空腔時，由于截面積的突然擴大，形成劇烈的旋渦，速度幾乎完全損失，而壓力沒有變化；隨后氣流每流經(jīng)一個密封片的間隙和空腔時，壓力逐漸降低。若適當配置若干個密封片數(shù)，就可使最后一個空腔內(nèi)的壓力與前一級的壓力(或大氣壓力)相等，從而可減少內(nèi)、外泄漏損失，起到密封的作用。）q 平衡盤 減少軸向推力。（由于葉輪兩側壓力不相等，在轉子上受到一個指向葉輪進口方向的軸向

10、推力。為減少止推軸承載荷，往往在末級之后設置一個平衡盤。因平衡盤左側為高壓，右側與進氣壓力相通，因而形成一個相反的軸向推力，減輕了止推軸承的負荷。）q 軸承 包括軸兩端支承用的滑動軸承，承受轉子剩余軸向推力的推力軸承等。主要部零件結構第八章第八章第八章q 無往復運動部件，動平衡特性好，振動小，基礎要求簡單；q 無進排氣閥、活塞，氣缸等磨損部件，故障少、工作可靠、壽命長；q 機組單位制冷量的重量、體積及安裝面積小；q 機組的運行自動化程度高，制冷量調節(jié)范圍廣，且可連續(xù)無級調節(jié)，經(jīng)濟方便；q 在多級壓縮機中容易實現(xiàn)一機多種蒸發(fā)溫度；q 潤滑油與制冷劑基本不接觸，從而提高了冷凝器及蒸發(fā)器的傳熱性能；

11、q 大型離心式制冷壓縮機可由蒸氣或燃氣動力機直接帶動，能源使用經(jīng)濟，合理；q 單機容量不能太小，否則會使氣流流道太窄，影響流動效率；q 因依靠速度能轉化成壓力能，速度又受到材料強度等因素的限制，故壓縮機的一級壓力比不大，在壓力比較高時，需采用多級壓縮；q 通常工作轉速較高，需通過增速齒輪來驅動；q 當冷凝壓力太高或制冷負荷太低時，機器會發(fā)生喘振而不能正常工作；q 制冷量較小時，效率較低；q 在蒸發(fā)溫度不太低和冷量需求量很大時，選用離心式制冷壓縮機是比較適宜的。離心式制冷壓縮機的特點第八章第八章第八章q JB/T 6443-92 離心壓縮機q JB/T 3355-91 離心式冷水機組技術條件q

12、GB/T 10870-2001 容積式和離心式冷水(熱泵)機組性能試驗方法 單位中國JB/T3355-91美國ARl55092日本JISB862195冷水出水溫度76.77冷卻水進水溫度3229.432單位制冷量的冷水流量m3(kWh)0.1720.155 單位制冷量的冷卻水流量m3(kWh)0.2230.194 冷水側污垢系數(shù)m2kW0.0860.0440.086冷卻水污垢系數(shù)m2kW0.0860.0440.086制冷劑側污垢系數(shù)m2kW0.0000.000 相關標準機組的標準（名義）工況機組的標準（名義）工況第八章第八章第八章q 流動特性：三元非定常流動 在離心式壓縮機級中其流道形狀比較復

13、雜，并存在氣流中的摩擦和邊界層，氣體參數(shù)如速度、壓力、溫度及密度不僅沿流道變化，而且在任一截面上各點參數(shù)大小也是變化的，即級中氣體是三元流動； 由于葉輪具有有限的葉片數(shù)，在空間的任一點上，氣體參數(shù)周期地隨時間而變化，是一個非定常流動。q 假定： 氣體參數(shù)在任一截面上可用一平均值表示，作為一元流動處理； 氣體的流動是不隨時間而變化的定常流動。（實踐證明，把流動視作一元定常流動基本符合工程要求。）為了提高壓縮機效率，現(xiàn)代葉輪的設計均采用三元流動理論，蝸室也有用二元流動理論進行設計的，但仍以一元流動理論作為設計基礎。三、基本理論第八章第八章第八章q 葉輪對氣體作功，反映在氣體進、出口處流動速度的變化

14、；q 氣體在旋轉葉輪通道中流動時，對一個氣體質點有三個運動： 相對運動：氣體相對于葉道的流動，用 相對速度w 表示； 牽連運動：葉輪相對于地面的運動，用 圓周速度u 表示； 絕對運動：氣體質點相對于地面的運動，用 絕對速度c 表示。葉輪進、出口速度三角形q 三種速度以矢量相加，組成一個封閉三角形，稱氣體運動的速度三角形（圖8-7）；q 把絕對速度c分解成兩個分速度： 圓周分速度cu：其大小在一定程度上反映了壓力大小，單位為m/s； 徑向分速度cr ：。其大小在一定程度上反映了流量大小，單位為m/s。 一般情況下，進口處為直角三角形，即c1u=0， c1r= c1第八章第八章第八章 在壓縮過程中

15、，除了用于提高靜壓消耗大部分有用功之外，同時還要克服各種損失。級中損失可分為內(nèi)損失與外損失兩大部分。離心式制冷壓縮機的損失q 內(nèi)損失 指該損失所轉化的熱量仍加給級中氣體，使氣體的溫度升高，消耗的壓縮功增加。內(nèi)損失有級內(nèi)流動損失、輪阻損失、輪蓋處漏氣損失、平衡盤及軸套密封中氣體漏回機內(nèi)的損失。q 外損失 指聯(lián)軸器、增速齒輪、軸承中的摩擦損失以及從軸端密封氣體漏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。第八章第八章第八章q 摩擦損失摩擦損失q 分離損失分離損失： 由擴壓和沖擊引起的分離而產(chǎn)生 擴壓引起的分離損失擴壓引起的分離損失 氣體流過壓縮機流道時除吸氣室外，

16、其它元件主要是擴壓過程。如果擴壓度過大，通道面積突然變化，通道急轉彎等，則在邊界層引起氣體分離，產(chǎn)生旋渦，導致較大的分離損失； 沖擊引起的分離損失沖擊引起的分離損失 沖擊引起的分離損失是在工況改變時出現(xiàn)的。當壓縮機在設計工況運行時，葉輪進口處的相對速度時是沿著葉片進口處的切線方向流動的。當流量增加或減少時，相對速度就與葉片進口處切線方向不一致而產(chǎn)生分離損失，特別在流量減少到一定程度時，分離占據(jù)了整個通道而出現(xiàn)“喘振喘振”現(xiàn)象。（圖8-9）q 二次流損失二次流損失和尾跡混合損失尾跡混合損失內(nèi)損失流動損失第八章第八章第八章第八章第八章第八章性能曲線喘振工況點喘振工況點堵塞工況點堵塞工況點穩(wěn)定工況區(qū)

17、穩(wěn)定工況區(qū) K：壓縮機運行的最小流量處 M：壓縮機運行的最大流量處 從堵塞點(最大流量點)到喘振點(最小流量點)這一范圍，稱為離心式壓縮機的穩(wěn)定工作區(qū)。它的大小是壓縮機性能好壞的標志之一。第八章第八章第八章q 產(chǎn)生原因：由沖擊引起的分離現(xiàn)象而發(fā)生。由于冷凝壓力增加，使壓縮機的壓力比增加而處于小流量區(qū)時發(fā)生喘振。喘振與堵塞喘 振 若壓縮機在設計工況A點下工作時，氣流方向和葉片流道方向一致，不出現(xiàn)邊界層分離，效率最高； 流量減小時(工作點向A1移動)，氣流速度和方向均發(fā)生變化，為正沖角，氣流射向工作面，在非工作面上產(chǎn)生分離； 當流量減少到臨界值(A1點）時，分離現(xiàn)象擴展到整個流道，使損失大大增加，

18、壓力大大降低，出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。第八章第八章第八章q 喘振現(xiàn)象：喘 振 喘振發(fā)生后，葉輪在旋轉時不會使氣體壓力提高，但葉輪后的背壓仍存在，反而會使氣體逆向流動。（壓縮機產(chǎn)生的能量頭不足以克服冷凝壓力，致使氣流從冷凝器倒流）倒流到進口處的氣體與吸入氣體混合，流量增大，葉輪又可壓送氣體，但由于蒸發(fā)器來流較小，且固定不變，以致又產(chǎn)生分離，再次出現(xiàn)倒流現(xiàn)象，如此周而復始。這種氣流來回倒流撞擊的現(xiàn)象稱為“喘振喘振” 。b,c,d為葉輪剖面第八章第八章第八章q 喘振危害：喘 振 喘振發(fā)生時，出現(xiàn)周期性的來回脈動氣流，壓縮機轉子出現(xiàn)大的振動，電動機電流脈動加劇，氣壓表讀數(shù)變化無常，機組運行處于危險狀態(tài)。 它將使

19、壓縮機產(chǎn)生強烈的振動和噪聲，嚴重時會損壞葉片甚至整個機組，應設法消除。q 解決措施： 為了防止當壓縮機工況發(fā)生變化或調節(jié)壓縮機制冷量(減少負荷)時發(fā)生喘振現(xiàn)象，可從壓縮機出口旁通一部分氣流直接進入吸入口，加大吸入量（即當流量小到接近喘振點時適當增加壓縮機進口流量），從而避免喘振現(xiàn)象發(fā)生。（開大進口導葉閥，同時打開旁通閥，使部分氣體旁通進入蒸發(fā)器或壓縮機進口。旁通的氣體可以從冷凝器頂部流入。）第八章第八章第八章q 當流量增大，直至壓縮機流道某個最小截面處的氣流速度達到音速時，流量不可能繼續(xù)增加，這時稱為堵塞流量（如圖8-35中的A2點以右）；q 或者雖未達到音速，葉輪對氣體所作的功全部用來克服流

20、動損失，壓力并不升高，這時也達到了堵塞工況，在運行中也不允許。聲速較小的氟利昂機組較易出現(xiàn)堵塞。堵 塞第八章第八章第八章四、特性及調節(jié)q 蒸發(fā)溫度的影響 蒸發(fā)溫度對性能的影響較大：當轉速和冷凝溫度不變時，蒸發(fā)溫度愈低，制冷量下降愈劇烈；q 冷凝溫度的影響 當轉速和蒸發(fā)溫度不變時，冷凝溫度高于設計值時，離心式制冷壓縮機的制冷量將急劇下降；q 轉速的影響 由于離心式壓縮機產(chǎn)生的能量頭與轉速的平方成正比，因此隨轉速的降低能量頭急劇下降，因而制冷量也將急劇下降。工況變動對離心式壓縮機性能的影響第八章第八章第八章 圖 4-14 離心式和活塞式壓縮機性能的比較 (a)蒸發(fā)溫度變化的影響 (b)冷凝溫度變化的影響 (c)轉速變化的影響 第八章第八章第八章 調節(jié)離心式制冷壓縮機制冷量的方法很多，如改變壓縮機轉速、進氣節(jié)流、進口導葉調節(jié)（改變?nèi)~輪前進口導葉的轉角）、改變冷凝器的冷卻水量、吸氣旁通等。 改變?nèi)~輪前進口導葉的轉角的方法調節(jié)，經(jīng)濟性較好，調節(jié)范圍較寬，方法又較簡單，故被廣泛采用； 它在葉輪進口前裝有一組放射性可轉動葉片，當改變它的角度時，就改變了進入葉輪氣流的