1、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。v2.类型v 按用途分：冷水机组和低温机组v 按密封结构形式分：开启式、半封闭式和全封闭式。v 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0.0315m3/s。离心式制冷压缩机转速很高，为180090000r/min，吸气温度通常在1010，吸气压力为14700kPa，排气压力小于2MPa，压力比在230之间，适用于几乎所有的制冷剂。目前使用R22、R12
2、3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 。在相同制冷量时，其外形尺寸小、质量轻、占地面积小。无运动部件，动平衡特性好，振动小，基础要求简单。磨损部件少，连续运行周期长，维修费用低，使用寿命长。润滑油与制冷剂基本不接
3、触，从而提高了蒸发器和冷凝器的换热性能。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。能够经济地运行无级调节。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。转速较高，用电动机驱动的压缩机一般需要设置增速器。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。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
4、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
5、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
6、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mtotePP3. 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：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。totptotppWvdpWW21)(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。totsto
7、tssWvdpWW21)( 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。thphWW 有效效率e或称轴效率，是多变功或等熵功与原动机轴输出功之比。 机械效率m压缩机所需的总功Wtot与原动机输出功We之比称为机械效率。一般m0.950.98 etotmWWpmepepePPWW（1）离心式制冷压缩机的特性曲线：对于一般离心式压缩机，为了较清晰地反映其特性，通常在某一转速情况下，将排气压力和气体流量的关系用曲线表示。对于离心式制冷压缩机，冷凝压力对应于一定的冷凝温度，气体流量对应于一定的制冷量。空调用离心式制冷压缩机特性曲线 四、离心式制冷机组的特性曲线制冷压缩机的特性可用制冷量与
8、冷凝温度（或冷凝温度与蒸发温度的温差）的关系曲线表示。即，制冷压缩机的特性曲线与一般压缩机的区别，在于它和冷凝器、蒸发器的运行情况有关。当冷凝温度不变时，制冷量Q0随蒸发温度t0的升高而增大；当蒸发温度不变时，制冷量Q0随冷凝温度tk的升高而下降。压缩机的轴功率一般情况下随制冷量的增大而增大，但随制冷量增大到某一最大值后发生陡降。（2）冷凝器和蒸发器的特性曲线由冷凝器换热方程与机组的热平衡方程的综合，可得冷凝器的冷凝温度tk与制冷量Q0之间的关系式：01111QcGeKttwwewkk tk冷凝器的冷凝温度（）；tw1冷凝器的冷却水进水温度（）；wwkkkcGAKKk冷凝器的传热系数kW/（m
9、2）；Ak冷凝器的传热面积（m2）；Gw冷却水质量流量（kg/h）；cw冷却水质量热容kJ/（kg）；Ke单位轴功率的制冷量；Q0制冷量（kW） k冷凝器的导热系数，冷凝器的特性曲线tkQ0是一条稍微向上凸起的曲线。为分析工况方便，可不当制冷量为0时，tk=tw1(冷却水进水温度)。由图3-17中的冷凝器特性曲线可看出，冷凝温度随着Q0的增加而升高。当冷却水进水温度tw1改变时，冷凝器的特性曲线tk-Q0在纵坐标上的初始点位置也随之改变。当进入冷凝器的冷却水量减少时，冷凝器的特性曲线tkQ0斜率增大；当冷却水量增大时，则斜率减小。 压缩机和制冷设备的联合特性曲 是一条斜率与冷却水量Gw成反比的
10、直线（见图3-17中的、）。考虑Q0的变化，而认为冷凝器的特性曲线是一条斜率与冷却水量Gw成反比 和冷凝器的方程转换类似，可推导出蒸发器的蒸发温度t0与制冷量Q0的关系为：ssscGeQtt01010 当载冷剂质量流量Gs及进入蒸发器的载冷剂温度ts1恒定时，蒸发温度t0随制冷量Q0的增加而降低。若不考虑蒸发器的传热系数K0的变化，则t0与Q0将成为直线关系。（） 压缩机与制冷设备的联合工作特性 当通过压缩机的流量与通过制冷设备的流量相等，压缩机产生的压头（排气口压力与吸气口压力的差值）等于制冷设备的阻力时，整个制冷系统才能保持在平衡状况下工作。这样制冷机组的平衡工况应该是压缩机特性曲线与冷凝
11、器特性曲线的交点。 压缩机特性曲线与冷凝器特性曲线的交点A为压缩机的稳定工作点。当冷凝器冷却水进水量变化时，冷凝器的特性曲线将改变，这时交点A也随之而改变，从而改变了压缩机的制冷量。如冷凝器进水量减少，则冷凝器特性曲线斜率增大，曲线移至的位置，压缩机工作点移到A点，制冷量减少。反之，冷凝器冷却水进水量增大，则冷凝器特性曲线斜率减小，曲线移至的位置，则压缩机工作点移至A点，制冷量增大。 当冷凝器冷却水进水量减小到一定程度时压缩机的流量变得很小，压缩机流道中出现严重的气体脱流，压缩机的出口压力突然下降。由于压缩机和冷凝器联合工作，而冷凝器中气体的压力并不同时降低，引起冷凝器中的气体压力反大于压缩机
12、出口处的压力，造成冷凝器中的气体倒流回压缩机，直至冷凝器中的压力下降到等于压缩机出口压力为止。这时压缩机又开始向冷凝器送气，压缩机恢复正常工作。但当冷凝器中的压力也恢复到原来的压力时，压缩机的流量又减小，压缩机出口压力又下降，气体又产生倒流。这种周而复始，产生周期性的气流振荡现象，称为“喘振”现象。 当冷凝器冷却水进水量减小，冷凝器的特性曲线移至位置时，压缩机的工作点移至K。这时，制冷机组就出现喘振现象。点K即为压缩机运行的最小流量处，称为喘振工况点，其左侧区域为喘振区域，压缩机不能在此区域工作。喘振时，压缩机周期性地发生间断的吼叫声，整个机组出现强烈的振动。冷凝压力、主电动机电流发生大幅度的波动，轴承温度很快上升，严重时甚至破坏整台机组。因此，在运行中必须采取一定的措施，防止喘振现象的发生。由于季节的变化，冷水机组工况范围变化的幅度较大。因此，扩大工况范围，特别是减小喘振工况点的流量，是目前改善离心式制冷机组性能的关键之一。本 讲 重 点1.离心式制冷机的工作原理2.功率和效率3.离心式制冷机组的特性曲线及能量调节
