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離心式壓縮機的結構和原理

: 問提問者：網友 | 2017-11-05

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離心式壓縮機的工作原理與結構　 1. 工作原理離心式制冷壓縮機有單級、雙級和多級等多種結構型式。單級壓縮機主要由吸氣室、葉輪、擴壓器、蝸殼等組成，如圖6-1所示。對于多級壓縮機，還設有彎道和回流器等部件。一個工作葉輪和與其相配合的固定元件（如吸氣室、擴壓器、彎道、回流器或蝸殼等）就組成壓縮機的一個級。多級離心式制冷壓縮機的主軸上設置著幾個葉輪串聯工作，以達到較高的壓力比。多級離心式制冷壓縮機的中間級如圖6-2所示。為了節省壓縮功耗和不使排氣溫度過高，級數較多的離心式制冷壓縮機中可分為幾段，每段包括一到幾級。低壓段的排氣需經中間冷卻后才輸往高壓段。 1—進口可調導流葉片 2—吸氣室 1—葉輪 2—擴壓器 3—葉輪 4—蝸殼 5—擴壓器 6—主軸 3—彎道 4—回流器圖6-1所示的單級離心式制冷壓縮機的工作原理如下：壓縮機葉輪3旋轉時，制冷劑氣體由吸氣室2通過進口可調導流葉片1進入葉輪流道，在葉輪葉片的推動下氣體隨著葉輪一起旋轉。由于離心力的作用，氣體沿著葉輪流道徑向流動并離開葉輪，同時，葉輪進口處形成低壓，氣體由吸氣管不斷吸入。在此過程中，葉輪對氣體做功，使其動能和壓力能增加，氣體的壓力和流速得到提高。接著，氣體以高速進入截面逐漸擴大的擴壓器5和蝸殼4，流速逐漸下降，大部分氣體動能轉變為壓力能，壓力進一步提高，然后再引出壓縮機外。對于多級離心式制冷壓縮機，為了使制冷劑氣體壓力繼續提高，則利用彎道和回流器再將氣體引入下一級葉輪進行壓縮，如圖6-2所示。因壓縮機的工作原理不同，離心式制冷壓縮機與往復活塞式制冷壓縮機相比，具有以下特點：①在相同制冷量時，其外形尺寸小、重量輕、占地面積小。相同的制冷工況及制冷量，活塞式制冷壓縮機比離心式制冷壓縮機（包括齒輪增速器）重5~8倍，占地面積多一倍左右。②無往復運動部件，動平衡特性好，振動小，基礎要求簡單。目前對中小型組裝式機組，壓縮機可直接裝在單筒式的蒸發?冷凝器上，無需另外設計基礎，安裝方便。③磨損部件少，連續運行周期長，維修費用低，使用壽命長。④潤滑油與制冷劑基本上不接觸，從而提高了蒸發器和冷凝器的傳熱性能。⑤易于實現多級壓縮和節流，達到同一臺制冷機多種蒸發溫度的操作運行。⑥能夠經濟地進行無級調節。可以利用進口導流葉片自動進行能量調節，調節范圍和節能效果較好。⑦對大型制冷機，若用經濟性高的工業汽輪機直接帶動，實現變轉速調節，節能效果更好。尤其對有廢熱蒸汽的工業企業，還能實現能量回收。⑧轉速較高，用電動機驅動的一般需要設置增速器。而且，對軸端密封要求高，這些均增加了制造上的困難和結構上的復雜性。⑨當冷凝壓力較高，或制冷負荷太低時，壓縮機組會發生喘振而不能正常工作。⑩制冷量較小時，效率較低。目前所使用的離心式制冷機組大致可以分成兩大類：一類為冷水機組，其蒸發溫度在-5℃以上，大多用于大型中央空調或制取5℃以上冷水或略低于0℃鹽水的工業過程用場合；另一類是低溫機組，其蒸發溫度為-5~-40℃，多用于制冷量較大的化工工藝流程。另外在啤酒工業、人造干冰場、冷凍土壤、低溫試驗室和冷、溫水同時供應的熱泵系統等也可使用離心式制冷機組。離心式制冷壓縮機通常用于制冷量較大的場合，在350~7000kW內采用封閉離心式制冷壓縮機，在7000~35000kW范圍內多采用開啟離心式制冷壓縮機。 2. 主要零部件的結構與作用由于使用場合的蒸發溫度、制冷劑的不同，離心式制冷壓縮機的缸數，段數和級數相差很大，總體結構上也有差異，但其基本組成零部件不會改變。現將其主要零部件的結構與作用簡述如下。（1）吸氣室吸氣室的作用是將從蒸發器或級間冷卻器來的氣體，均勻地引導至葉輪的進口。為減少氣流的擾動和分離損失，吸氣室沿氣體流動方向的截面一般做成漸縮形，使氣流略有加速。吸氣室的結構比較簡單，有軸向進氣和徑向進氣兩種形式，如圖6-3所示。對單級懸臂壓縮機，壓縮機放在蒸發器和冷凝器之上的組裝式空調機組中，常用徑向進氣肘管式吸氣室（圖6-3b）。但由于葉輪的吸入口為軸向的，徑向進氣的吸氣室需設置導流彎道，為了使氣流在轉彎后能均勻地流入葉輪，吸氣室轉彎處有時還加有導流板。圖中c所示的吸氣室常用于具有雙支承軸承，而且第一級葉輪有貫穿軸時的多級壓縮機中。 a)軸向進氣吸氣室 b)徑向進氣肘管式吸氣室 c)徑向進氣半蝸殼式吸氣室（2）進口導流葉片在壓縮機第一級葉輪進口前的機殼上安裝進口導流葉片可用來調節制冷量。當導流葉片旋轉時，改變了進入葉輪的氣流流動方向和氣體流量的大小。轉動導葉時可采用杠桿式或鋼絲繩式調節機構。杠桿式如圖6-4所示，進口導葉實際上是一個由若 1—小齒輪 2—齒圈 3—轉動葉片 4—伺服電動機 5—波紋管 6—連桿 7—杠桿 8—手輪 1—導葉 2—從動齒輪 3—鋼絲繩 4—過渡輪 5—主動齒輪干可轉動葉片3組成的菊形閥，每個葉片根部均有一個小齒輪1，由大齒圈2帶動，大齒圈是通過杠桿7和連桿6由伺服電動機4傳動，也可用手輪8進行操作。圖6-5為鋼絲繩傳動形式，由一個主動齒輪5通過鋼絲繩3帶動六個從動齒輪2轉動，從而帶動七個導葉1開啟。為了使鋼絲繩在固定軌道上運動，防止它從主動齒輪和從動齒輪上滑出，又安裝有七個過渡輪4，主動齒輪根據制冷機組的調節信號，由導葉調節執行機構帶動鏈式執行機構轉動主動齒輪。進口導葉的材料為鑄銅或鑄鋁，葉片具有機翼形與對稱機翼形的葉形剖面，由人工修磨選配。進口導葉轉軸上配有銅襯套，轉軸與襯套間以及各連接部位應注入少許潤滑劑，以保證機構轉動靈活。（3）葉輪葉輪也稱工作輪，是壓縮機中對氣體做功的惟一部件。葉輪隨主軸高速旋轉后，利用其葉片對氣體做功，氣體由于受旋轉離心力的作用以及在葉輪內的擴壓流動，使氣體通過葉輪后的壓力和速度得到提高。葉輪按結構型式分為閉式、半開式和開式三種，通常采用閉式和半開式兩種，如圖6-6所示。閉式葉輪由輪蓋、葉片和輪盤組成，空調用制冷壓縮機大多采用閉式。半開式葉輪不設輪蓋，一側敞開，僅有葉片和輪盤，用于單級壓力比較大的場合。有輪蓋時，可減少內漏氣損失，提高效率，但在葉輪旋轉時，輪蓋的應力較大，因此葉輪的圓周速度不能太大，限制了單級壓力比的提高。半開式葉輪由于沒有輪蓋，適宜于承受離心慣性力，因而對葉輪強度有利，使葉輪圓周速度可以較高。鋼制半開式葉輪圓周速度目前可達450~540m/s，單級壓力比可達6.5。 a) 閉式 b)半開式離心式制冷壓縮機的葉輪的葉片按形狀可分為單圓弧、雙圓弧、直葉片和三元葉片。空調用壓縮機的單級葉輪多采用形狀既彎曲又扭曲的三元葉片，加工比較復雜，精度要求高。當使用氟利昂制冷劑時，通常用鑄鋁葉輪，可降低加工要求。（4）擴壓器氣體從葉輪流出時有很高的流動速度，一般可達200~300m/s，占葉輪對氣體做功的很大比例。為了將這部分動能充分地轉變為壓力能，同時為了使氣體在進入下一級時有較低的合理的流動速度，在葉輪后面設置了擴壓器，如圖6-2所示。擴壓器通常是由兩個和葉輪軸相垂直的平行壁面組成，如果在兩平行壁面之間不裝葉片，稱為無葉擴壓器；如果設置葉片，則稱為葉片擴壓器。擴壓器內環形通道截面是逐漸擴大的，當氣體流過時，速度逐漸降低壓力逐漸升高。無葉擴壓器結構簡單，制造方便，由于流道內沒有葉片阻擋，無沖擊損失。在空調離心式制冷壓縮機中，為了適應其較寬的工況范圍，一般采用無葉擴壓器。葉片擴壓器常用于低溫機組中的多級壓縮機中。（5）彎道和回流器在多級離心式制冷壓縮機中，彎道和回流器是為了把由擴壓器流出的氣體引導至下一級葉輪。彎道的作用是將擴壓器出口的氣流引導至回流器進口，使氣流從離心方向變為向心方向。回流器則是把氣流均勻地導向下一級葉輪的進口，為此，在回流器流道中設有葉片，使氣體按葉片彎曲方向流動，沿軸向進入下一級葉輪。在采用多級節流中間補氣制冷循環中，段與段之間有中間加氣，因此在離心式制冷壓縮機的回流器中，還有級間加氣的結構。圖6-7給出了三種加氣型式，其中b和c型對下一級葉輪入口氣流均勻性不利，但可以減少軸向距離。（6）蝸殼蝸殼的作用是把從擴壓器或從葉輪中（沒有擴壓器時）流出的氣體匯集起來，排至冷凝器或中間冷卻器。圖6-8所示為離心式制冷壓縮機中常用的一種蝸殼形式，其流通截面是沿葉輪轉向（即進入氣流的旋轉方向）逐漸增大的，以適應流量沿圓周不均勻的情況，同時也起到使氣流減速和擴壓的作用。蝸殼一般是裝在每段最后一級的擴壓器之后，也有的最后級不用擴壓器而將蝸殼直接裝在葉輪之后，如圖6-9所示。其中a為蝸殼前裝有擴壓器； a)蝸殼前為擴壓器 b)蝸殼前為葉輪 c)不對稱內蝸殼 b為蝸殼直接裝在葉輪之后，這種蝸殼中氣流速度較大，一般在蝸殼后再設擴壓管，由于葉輪后直接是蝸殼，所以對葉輪的工作影響較大，增加了葉輪出口氣流的不均勻性；c為不對稱內蝸殼，是空調用單級機組中常用的形式，這種蝸殼是安置在葉輪的一側，蝸殼的外徑保持不變，其流通截面的增加是由減小內半徑來達到的。蝸殼的橫截面常見的有圓形、梯形等。在氟利昂冷水機組的蝸殼底部有泄油孔，水平位置設有與油引射器相連的高壓氣引管。各處用充氣密封的高壓氣體均由蝸殼內引出。（7）密封對于封閉型機組，無需采用防止制冷劑外泄漏的軸封部件。但在壓縮機內部，為防止級間氣體內漏，或油與氣的相互滲漏，必須采用各種型式的氣封和油封部件，對于開啟式壓縮機，還需設: 回答者：網友

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