4.1.4 离心式压缩机的结构和工作原理在线视频

下面 我将介绍离心式压缩机的基本结构

工作原理和性能特点

离心式压缩机 主要应用于大型冷水机组中

随着研发水平的提高和加工技术的发展

其单机容量 正在向小型化发展

又覆盖了部分螺杆式压缩机的容量范围

离心压缩机的结构 与离心水泵相似

这里给出了 单级离心式压缩机的结构示意图

可以看出 它主要由叶轮 扩压器 蜗壳

电机 主动齿轮 增速齿轮和进口导叶等构成

这里给出了 单级离心是压缩机的结构简图

以及 叶轮和增速齿轮的实物照片

大家可以看到它的基本结构

我们将增速齿轮右边的压缩部分的结构放大

就是这样的一个结构 压缩机的右侧是进气腔

沿压缩机主轴从右到左主要有 进口导叶阀

叶轮 回流器 扩压器 涡室 再到排气腔

为了保证压缩机的转动 受力和密封性能

其内部还有轴承 轴封等部件

压缩机的进口导叶阀

是压缩机容量调节的重要部件

这里给出了它的实物照片

并给出了 导叶阀从关闭状态逐渐开大

直到开到最大时的状态

可以看出 即使是导叶阀处于关闭状态

仍然有一部分气体进入叶轮 被压缩

故其容量调节范围 存在一定的下限

离心式压缩机 用于压缩气体的主要部件

是高速旋转的叶轮和通流面积逐渐增加的扩压器

它的工作原理是 通过叶轮对气体作功

在叶轮和扩压器的流道内利用

离心升压作用和降速扩压作用

将机械能转换为气体的压力能

离心式压缩机 通过叶轮首先将

原动机的机械能 转变为气体的静压能和动能

也就是说

低压气态制冷剂 在流过高速转动的叶轮时

在离心力的作用下

使气体的压力升高 速度剧烈增大

此后 气体在流经扩压器的通道时

流道截面逐渐增大

气体沿流动方向的速度 逐渐降低

使气体的绝大部分动能 转变为静压能

也就起到了增压的作用

显然 叶轮对气体做功

是气体得以升高压力的根本原因

而叶轮 在单位时间内

对单位质量气体作功的多少

则与叶轮外缘的圆周速度密切相关

圆周速度越大 转速越高

叶轮对气体所作的功就越多

因此 制冷量大的压缩机的叶轮直径就大

反之 如果要研发小容量离心式压缩机

其叶轮直径 就很小

其设计与加工难度 将大幅度增加

这也就是 此前难以研发出

小容量离心式压缩机的根本原因

这里 给出了离心式压缩机的

输气量与压缩比 或者是高低压压差之间的关系曲线

图中示出了 不同转数下的关系曲线和等效率线

左侧虚线 为喘振边界线

右侧虚线呢 表示不同转速下的最大输气量曲线

或者称为 堵塞边界线

从图中可以看出 在某一个转数下 压缩机的效率最高

设计时 往往将这个转数作为设计转速

其特性曲线 就是右图所示的这个特性曲线

离心式压缩机叶轮的叶片 为后弯曲叶片

其工作特性 与后弯曲叶片的离心风机相似

在特性曲线中 横坐标为输气量

纵坐标为能量头 也就是高低压压差

D呢 为设计工况点

压缩机在此工况点下 运行的效率最高

偏离此工况点 （效率）均将降低

偏离越多 效率降低得也越多

E点 是最大输气量点 又称堵塞点

输气量增加到此点

离心式压缩机的叶轮 进口流速达到了音速

输气量不再进一步提高

左侧的S点 为喘振点

当压缩机流量 减少至S点的流量以下的时候

压缩机提供的有效能量头

不足以克服 冷凝器与蒸发器的压差

压缩机出口以外的气态制冷剂 将倒流回叶轮

气态制冷剂 发生倒流后

冷凝压力降低 压缩机又可将气态制冷剂压出

送至冷凝器中 冷凝压力又升高 再次出现倒流

离心式压缩机运转时

出现的这种气体来回倒流撞击现象 称为喘振

出现喘振 不仅造成周期性的增大噪声和振动

而且 由于高温气体倒流 进入压缩机

将引起压缩机壳体和轴承的温度升高

若不及时采取措施

还会损坏压缩机 甚至整套制冷装置

离心式压缩机 发生喘振现象的原因

主要是冷凝压力过高 或吸气压力过低

即 冷凝和蒸发压力的压差过大

因此 我们在应用离心式压缩机时

需采取措施 避免喘振现象发生

关于这个内容

我们将在后面的第5讲

“制冷热泵系统及其运行调节”部分 进行讲述

离心式压缩机技术 近年来取得了长足进步

诞生了很多新技术

推动了离心式冷水机组的

能效比和季节能效比 大幅度提升

双级和多级压缩技术的应用

减少了制冷循环的过热损失

变频调速 提高了部分负荷工况和变工况性能

有力地推动了 季节能效比的提高

直流电机和电机直驱技术的应用 提高了电机效率

减少了能量损失环节

这些技术的综合应用

全面提升了冷水机组的性能

特别是 近年来磁悬浮和气悬浮轴承的应用

实现了压缩机的无油润滑

一方面 取消了润滑油系统

使得压缩机的结构更简化 体积减小

减少了润滑油输配能耗

同时 消除了润滑油进入蒸发器 冷凝器的可能

提高了 换热器的传热性能

还减少了 润滑油回油 均油处理的麻烦

从而全面提高了压缩机的性能

磁悬浮离心式压缩机 最早由丹佛斯公司研发生产

并在世界范围内 推广应用

我国 在磁悬浮离心压缩机的产业化应用方面

海尔集团 进行了深化的研发

推动了 磁悬浮离心式冷水机组的全面应用

近年来 我国企业也投入了大量的成本

创新研发 无油润滑磁悬浮离心式压缩机

格力就是典型的代表 已自主研发出了

融直流调速 电机直驱 磁悬浮轴承于一体的

离心式压缩机及其冷水机组

美的公司 另辟蹊径

正在研发 气悬浮离心式压缩机及其冷水机组

并有样机投入试用

我们在制冷原理部分 就介绍了膨胀功回收

是提高制冷系统能效比的重要措施之一

膨胀功回收 就是用价格更高的膨胀机

代替廉价的膨胀阀的技术措施

随着膨胀机技术的进步

和各国推行能效等级制度后

一些企业也研发出了

采用膨胀功回收技术的冷水机组

大幅度提升了机组的能效比

除在离心机这种大型设备中 得到应用外

这种技术应用于单位膨胀功大的制冷剂

效果更为显著

例如 在CO2跨临界制冷

热泵系统中 就有很好的效果

下面 我们总结一下 离心式压缩机的特点

从结构特点上看 离心式压缩机的

结构紧凑 质量轻 尺寸小

占地面积仅约活塞机的一半

但 加工要求很高

没有易损部件 工作可靠 维护费用低

转动平稳 振动小 噪声低

从性能方面来看 它有如下的特点

第一 单机制冷量大

覆盖580kW～30MW范围 能效比高

随着技术的进步 （目前）正在向小容量方向拓展

单机制冷量 可小至100余kW

随着变频直驱 膨胀功回收等技术的引入

进一步提升了 离心式冷水机组的季节能效比

第二 压缩机运行时

制冷剂中不易混入润滑油

蒸发器和冷凝器的传热性能好

随着磁悬浮和气悬浮轴承技术的运用

还可制造出 无油润滑离心机

进一步提高机组性能

第三 离心压缩机的结构

决定了它 易于实现多级压缩

不仅可以采用 电机直驱

还可以采用 蒸汽轮机或者是

燃气轮机直接驱动的方式

因此 在能源综合利用领域 具有广阔的发展前景