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离心式制冷压缩机

离心式制冷压缩机的构造和工作原理与离心式鼓风机极为相似。

但它的工作原理与活塞式压缩机有根本的区别,它不是利用汽缸容积减小的方式来提高汽体的压力,而是依靠动能的变化来提高汽体压力。

离心式压缩机具有带叶片的工作轮,当工作轮转动时,叶片就带动汽体运动或者使汽体得到动能,然后使部分动能转化为压力能从而提高汽体的压力。

这种压缩机由于它工作时不断地将制冷剂蒸汽吸入,又不断地沿半径方向被甩出去,所以称这种型式的压缩机为离心式压缩机。其中根据压缩机中安装的工作轮数量的多少,分为单级式和多级式。

如果只有一个工作轮,就称为单级离心式压缩机,如果是由几个工作轮串联而组成,就称为多级离心式压缩机。

在空调中,由于压力增高较少,所以一般都是采用单级,其它方面所用的离心式制冷压缩机大都是多级的。单级离心式制冷压缩机的构造主要由工作轮、扩压器和蜗壳等所组成。

压缩机工作时制冷剂蒸汽由吸汽口轴向进入吸汽室,并在吸汽室的导流作用引导由蒸发器(或中间冷却器)来的制冷剂蒸汽均匀地进入高速旋转的工作轮3(工作轮也称叶轮,它是离心式制冷压缩机的重要部件,因为只有通过工作轮才能将能量传给汽体)。

汽体在叶片作用下,一边跟着工作轮作高速旋转,一边由于受离心力的作用,在叶片槽道中作扩压流动,从而使汽体的压力和速度都得到提高。

由工作轮出来的汽体再进入截面积逐渐扩大的扩压器4(因为汽体从工作轮流出时具有较高的流速,扩压器便把动能部分地转化为压力能,从而提高汽体的压力)。

汽体流过扩压器时速度减小,而压力则进一步提高。经扩压器后汽体汇集到蜗壳中,再经排气口引导至中间冷却器或冷凝器中。

离心式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机相比较,具有下列优点:

(1)单机制冷量大,在制冷量相同时它的体积小,占地面积少,重量较活塞式轻5~8倍。

(2)由于它没有汽阀活塞环等易损部件,又没有曲柄连杆机构,因而工作可靠、运转平稳、噪音小、操作简单、维护费用低。

(3)工作轮和机壳之间没有摩擦,无需润滑。故制冷剂蒸汽与润滑油不接触,从而提高了蒸发器和冷凝器的传热性能。

(4)能经济方便的调节制冷量且调节的范围较大。

(5)对制冷剂的适应性差,一台结构一定的离心式制冷压缩机只能适应一种制冷剂。

(6)由于适宜采用分子量比较大的制冷剂,故只适用于大制冷量,一般都在25~30万大卡/时以上。如制冷量太少,则 要求流量小,流道窄,从而使流动阻力大,效率低。但近年来经过不断改进,用于空调的离心式制冷压缩机,单机制冷量可以小到10万大卡/时左右。

蒸发温度:

由物理学可知,回转体的动量矩的变化等于外力矩,则

T=m(C2UR2-C1UR1)

两边都乘以角速度ω,得

Tω=m(C2UωR2-C1UωR1)

也就是说主轴上的外加功率N为:

N=m(U2C2U-U1C1U)

上式两边同除以m则得叶轮给予单位质量制冷剂蒸气的功即叶轮的理论能量头。 U2 C2

ω2 C2U R1 R2 ω1 C1 U1 C2r β 离心式制冷压缩机的特性是指理论能量头与流量之间变化关系,也可以表示成制冷

W=U2C2U-U1C1U≈U2C2U

(因为进口C1U≈0)

又C2U=U2-C2rctgβ C2r=Vυ1/(A2υ2)

故有

W= U22(1-

Vυ1

ctgβ)

A2υ2U2

式中:V叶轮吸入蒸气的容积流量(m3/s)

υ1υ2 分别为叶轮入口和出口处的蒸气比容(m3/kg)

A2、U2叶轮外缘出口面积(m2)与圆周速度(m/s)

β叶片安装角

由上式可见,理论能量头W与压缩机结构、转速、冷凝温度、蒸发温度及叶轮吸入蒸气容积流量有关。对于结构一定、转速一定的压缩机来说,U2、A2、β皆为常量,则理论能量头W仅与流量V、蒸发温度、冷凝温度有关。

按照离心式制冷压缩机的特性,宜采用分子量比较大的制冷剂,目前离心式制冷机所用的制冷剂有F11、F12、F22、F113和F114等。

我国目前在空调用离心式压缩机中应用得最广泛的是F11和F12,且通常是在蒸发温度不太低和大制冷量的情况下,选用离心式制冷压缩机。此外,在石油化学工业中离心式的制冷压缩机则采用丙烯、乙烯作为制冷剂,只有制冷量特别大的离心式压缩机才用氨作为制冷剂。

离心式制冷压缩机和其它制冷设备共同构成一个能量供给与消耗的统一系统。制冷机组在运行时,只有当通过压缩机的制冷剂的流量与通过设备的流量相等时,以及压缩机所产生的能量头与制冷设备的阻力相适应时,制冷系统的工况才能保持稳定。

但是制冷机的负荷总是随外界条件与用户对冷量的使用情况而变化的,因此为了适应用户对冷负荷变化的需要和安全经济运行,就需要根据外界的变化对制冷机组进行调节,离心式制冷机组制冷量的调节有:1°改变压缩机的转速;2°采用可转动的进口导叶;3°改变冷凝器的进水量;4°进气节流等几种方式,其中最常用的是转动进口导叶调节和进气节流两种调节方法。

所谓转动进口导叶调节,就是转动压缩机进口处的导流叶片以使进入到叶轮去的气体产生旋绕,从而使工作轮加给气体的动能发生变化来调节制冷量。

所谓进气节流调节,就是在压缩机前的进气管道上安装一个调节阀,如要改变压缩机的工况时,就调节阀门的大小,通过节流使压缩机进口的压力降低,从而实现调节制冷量。

离心式压缩机制冷量的调节最经济有效的方法就是改变进口导叶角度,以改变蒸气进入叶轮的速度方向(C1U)和流量V。但流量V必须控制在稳定工作范围内,以免效率下降。

我国的科学家及科技工作者也进行了大量的卓有成效的研究,对离心式压缩机的设计及加工进行了深入的研究,并形成了一系列的研究成果,与国外相比,毫不逊色.建议国内的制冷企业高举民族工业的旗帜,研制出真正意义上的国产化离心式制冷压缩机精品.

一、离心式制冷压缩机的特点

离心式制冷压缩机作为一种速度型压缩机,具有以下优点:

1.在相同冷量的情况下,特别在大容量时,与螺杆压缩机组相比,省去了庞大的油分装置,机组的重量及尺寸较小,占地面积小;

2.离心式压缩机结构简单紧凑,运动件少,工作可靠,经久耐用,运行费用低;

3.容易实现多级压缩和多种蒸发温度,容易实现中间冷却,使得耗功较低;

4.离心机组中混入的润滑油极少,对换热器的传热效果影响较小,机组具有较高的效率。

具有以下缺点:

1.转子转速较高,为了保证叶轮一定的宽度,必须用于大中流量场合,不适合于小流量场合;

2.单级压比低,为了得到较高压比须采用多级叶轮,一般还要用增速齿轮;

3.喘振是离心式压缩机固有的缺点,机组须添加防喘振系统;

4.同一台机组工况不能有大的变动,适用的范围较窄。

二、离心式制冷压缩机的应用状况及趋势

目前国内离心式冷水机组的大部分市场主要由欧日美一些制冷企业所占据.比较有名的企业如特灵、开利、约克、麦克维尔、AXIMA(原苏尔寿)、荏原、三菱等依靠先进的技术及良好工艺主导离心冷水机组市场.国内企业主要为重庆通用,早期引进NREC的技术来开发离心式制冷机。

随着社会的发展,用户需要的冷量越来越高,另外由于节能的要求使得离心机组具有越来越广的市场。一些国内空调厂家如海尔、澳克玛、格力及美的(与重庆通用合并)纷纷推出自己的离心式冷水机组.大冷与AXIMA合作开发出离心冷水机组及区域供暖的离心热泵机组.这些离心机组大部分采用环保工质R134a。

随着能源的形式日趋紧张,节能降耗是产品发展的一大趋势.另外由于中国城镇化水平的不断提高,建筑能耗不断增加.具有最高性能系数的离心冷水机组无疑将成为市场的热点,近年来离心冷水机组的销量不断提高。

国内大部分开发离心冷水机组的企业只是购买进口压缩机,基本上没什么利润.国外离心机厂家不会轻易出让自己的核心技术,要想研制离心式制冷压缩机,只有走自主开发的道路.随着设计及制造技术的不断成熟,使得国产离心式制冷压缩机的研制成为可能。


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