離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理
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離心式壓縮機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 1. 工作原理離心式制冷壓縮機(jī)有單級(jí)、雙級(jí)和多級(jí)等多種結(jié)構(gòu)型式。單級(jí)壓縮機(jī)主要由吸氣室、葉輪、擴(kuò)壓器、蝸殼等組成，如圖6-1所示。對(duì)于多級(jí)壓縮機(jī)，還設(shè)有彎道和回流器等部件。一個(gè)工作葉輪和與其相配合的固定元件（如吸氣室、擴(kuò)壓器、彎道、回流器或蝸殼等）就組成壓縮機(jī)的一個(gè)級(jí)。多級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)的主軸上設(shè)置著幾個(gè)葉輪串聯(lián)工作，以達(dá)到較高的壓力比。多級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)的中間級(jí)如圖6-2所示。為了節(jié)省壓縮功耗和不使排氣溫度過高，級(jí)數(shù)較多的離心式制冷壓縮機(jī)中可分為幾段，每段包括一到幾級(jí)。低壓段的排氣需經(jīng)中間冷卻后才輸往高壓段。 1—進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)流葉片 2—吸氣室 1—葉輪 2—擴(kuò)壓器 3—葉輪 4—蝸殼 5—擴(kuò)壓器 6—主軸 3—彎道 4—回流器圖6-1所示的單級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理如下：壓縮機(jī)葉輪3旋轉(zhuǎn)時(shí)，制冷劑氣體由吸氣室2通過進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)流葉片1進(jìn)入葉輪流道，在葉輪葉片的推動(dòng)下氣體隨著葉輪一起旋轉(zhuǎn)。由于離心力的作用，氣體沿著葉輪流道徑向流動(dòng)并離開葉輪，同時(shí)，葉輪進(jìn)口處形成低壓，氣體由吸氣管不斷吸入。在此過程中，葉輪對(duì)氣體做功，使其動(dòng)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(jìn)入截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器5和蝸殼4，流速逐漸下降，大部分氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，壓力進(jìn)一步提高，然后再引出壓縮機(jī)外。對(duì)于多級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)，為了使制冷劑氣體壓力繼續(xù)提高，則利用彎道和回流器再將氣體引入下一級(jí)葉輪進(jìn)行壓縮，如圖6-2所示。因壓縮機(jī)的工作原理不同，離心式制冷壓縮機(jī)與往復(fù)活塞式制冷壓縮機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)：①在相同制冷量時(shí)，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(jī)比離心式制冷壓縮機(jī)（包括齒輪增速器）重5~8倍，占地面積多一倍左右。②無往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件，動(dòng)平衡特性好，振動(dòng)小，基礎(chǔ)要求簡單。目前對(duì)中小型組裝式機(jī)組，壓縮機(jī)可直接裝在單筒式的蒸發(fā)?冷凝器上，無需另外設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，安裝方便。③磨損部件少，連續(xù)運(yùn)行周期長，維修費(fèi)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(fā)器和冷凝器的傳熱性能。⑤易于實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮和節(jié)流，達(dá)到同一臺(tái)制冷機(jī)多種蒸發(fā)溫度的操作運(yùn)行。⑥能夠經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)?？梢岳眠M(jìn)口導(dǎo)流葉片自動(dòng)進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍和節(jié)能效果較好。⑦對(duì)大型制冷機(jī)，若用經(jīng)濟(jì)性高的工業(yè)汽輪機(jī)直接帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，節(jié)能效果更好。尤其對(duì)有廢熱蒸汽的工業(yè)企業(yè)，還能實(shí)現(xiàn)能量回收。⑧轉(zhuǎn)速較高，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的一般需要設(shè)置增速器。而且，對(duì)軸端密封要求高，這些均增加了制造上的困難和結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性。⑨當(dāng)冷凝壓力較高，或制冷負(fù)荷太低時(shí)，壓縮機(jī)組會(huì)發(fā)生喘振而不能正常工作。⑩制冷量較小時(shí)，效率較低。目前所使用的離心式制冷機(jī)組大致可以分成兩大類：一類為冷水機(jī)組，其蒸發(fā)溫度在-5℃以上，大多用于大型中央空調(diào)或制取5℃以上冷水或略低于0℃鹽水的工業(yè)過程用場合；另一類是低溫機(jī)組，其蒸發(fā)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(yè)、人造干冰場、冷凍土壤、低溫試驗(yàn)室和冷、溫水同時(shí)供應(yīng)的熱泵系統(tǒng)等也可使用離心式制冷機(jī)組。離心式制冷壓縮機(jī)通常用于制冷量較大的場合，在350~7000kW內(nèi)采用封閉離心式制冷壓縮機(jī)，在7000~35000kW范圍內(nèi)多采用開啟離心式制冷壓縮機(jī)。 2. 主要零部件的結(jié)構(gòu)與作用由于使用場合的蒸發(fā)溫度、制冷劑的不同，離心式制冷壓縮機(jī)的缸數(shù)，段數(shù)和級(jí)數(shù)相差很大，總體結(jié)構(gòu)上也有差異，但其基本組成零部件不會(huì)改變?，F(xiàn)將其主要零部件的結(jié)構(gòu)與作用簡述如下。（1）吸氣室 吸氣室的作用是將從蒸發(fā)器或級(jí)間冷卻器來的氣體，均勻地引導(dǎo)至葉輪的進(jìn)口。為減少氣流的擾動(dòng)和分離損失，吸氣室沿氣體流動(dòng)方向的截面一般做成漸縮形，使氣流略有加速。吸氣室的結(jié)構(gòu)比較簡單，有軸向進(jìn)氣和徑向進(jìn)氣兩種形式，如圖6-3所示。對(duì)單級(jí)懸臂壓縮機(jī)，壓縮機(jī)放在蒸發(fā)器和冷凝器之上的組裝式空調(diào)機(jī)組中，常用徑向進(jìn)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(jìn)氣的吸氣室需設(shè)置導(dǎo)流彎道，為了使氣流在轉(zhuǎn)彎后能均勻地流入葉輪，吸氣室轉(zhuǎn)彎處有時(shí)還加有導(dǎo)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(jí)葉輪有貫穿軸時(shí)的多級(jí)壓縮機(jī)中。 a)軸向進(jìn)氣吸氣室 b)徑向進(jìn)氣肘管式吸氣室 c)徑向進(jìn)氣半蝸殼式吸氣室（2）進(jìn)口導(dǎo)流葉片 在壓縮機(jī)第一級(jí)葉輪進(jìn)口前的機(jī)殼上安裝進(jìn)口導(dǎo)流葉片可用來調(diào)節(jié)制冷量。當(dāng)導(dǎo)流葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，改變了進(jìn)入葉輪的氣流流動(dòng)方向和氣體流量的大小。轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)葉時(shí)可采用杠桿式或鋼絲繩式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。杠桿式如圖6-4所示，進(jìn)口導(dǎo)葉實(shí)際上是一個(gè)由若 1—小齒輪 2—齒圈 3—轉(zhuǎn)動(dòng)葉片 4—伺服電動(dòng)機(jī) 5—波紋管 6—連桿 7—杠桿 8—手輪 1—導(dǎo)葉 2—從動(dòng)齒輪 3—鋼絲繩 4—過渡輪 5—主動(dòng)齒輪干可轉(zhuǎn)動(dòng)葉片3組成的菊形閥，每個(gè)葉片根部均有一個(gè)小齒輪1，由大齒圈2帶動(dòng)，大齒圈是通過杠桿7和連桿6由伺服電動(dòng)機(jī)4傳動(dòng)，也可用手輪8進(jìn)行操作。圖6-5為鋼絲繩傳動(dòng)形式，由一個(gè)主動(dòng)齒輪5通過鋼絲繩3帶動(dòng)六個(gè)從動(dòng)齒輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)七個(gè)導(dǎo)葉1開啟。為了使鋼絲繩在固定軌道上運(yùn)動(dòng)，防止它從主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪上滑出，又安裝有七個(gè)過渡輪4，主動(dòng)齒輪根據(jù)制冷機(jī)組的調(diào)節(jié)信號(hào)，由導(dǎo)葉調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鏈?zhǔn)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)齒輪。進(jìn)口導(dǎo)葉的材料為鑄銅或鑄鋁，葉片具有機(jī)翼形與對(duì)稱機(jī)翼形的葉形剖面，由人工修磨選配。進(jìn)口導(dǎo)葉轉(zhuǎn)軸上配有銅襯套，轉(zhuǎn)軸與襯套間以及各連接部位應(yīng)注入少許潤滑劑，以保證機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。（3）葉輪 葉輪也稱工作輪，是壓縮機(jī)中對(duì)氣體做功的惟一部件。葉輪隨主軸高速旋轉(zhuǎn)后，利用其葉片對(duì)氣體做功，氣體由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用以及在葉輪內(nèi)的擴(kuò)壓流動(dòng)，使氣體通過葉輪后的壓力和速度得到提高。葉輪按結(jié)構(gòu)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(diào)用制冷壓縮機(jī)大多采用閉式。半開式葉輪不設(shè)輪蓋，一側(cè)敞開，僅有葉片和輪盤，用于單級(jí)壓力比較大的場合。有輪蓋時(shí)，可減少內(nèi)漏氣損失，提高效率，但在葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪蓋的應(yīng)力較大，因此葉輪的圓周速度不能太大，限制了單級(jí)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(duì)葉輪強(qiáng)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(dá)450~540m/s，單級(jí)壓力比可達(dá)6.5。 a) 閉式 b)半開式離心式制冷壓縮機(jī)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?？照{(diào)用壓縮機(jī)的單級(jí)葉輪多采用形狀既彎曲又扭曲的三元葉片，加工比較復(fù)雜，精度要求高。當(dāng)使用氟利昂制冷劑時(shí)，通常用鑄鋁葉輪，可降低加工要求。（4）擴(kuò)壓器 氣體從葉輪流出時(shí)有很高的流動(dòng)速度，一般可達(dá)200~300m/s，占葉輪對(duì)氣體做功的很大比例。為了將這部分動(dòng)能充分地轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽瑫r(shí)為了使氣體在進(jìn)入下一級(jí)時(shí)有較低的合理的流動(dòng)速度，在葉輪后面設(shè)置了擴(kuò)壓器，如圖6-2所示。擴(kuò)壓器通常是由兩個(gè)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(kuò)壓器；如果設(shè)置葉片，則稱為葉片擴(kuò)壓器。擴(kuò)壓器內(nèi)環(huán)形通道截面是逐漸擴(kuò)大的，當(dāng)氣體流過時(shí)，速度逐漸降低壓力逐漸升高。無葉擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，由于流道內(nèi)沒有葉片阻擋，無沖擊損失。在空調(diào)離心式制冷壓縮機(jī)中，為了適應(yīng)其較寬的工況范圍，一般采用無葉擴(kuò)壓器。葉片擴(kuò)壓器常用于低溫機(jī)組中的多級(jí)壓縮機(jī)中。（5）彎道和回流器 在多級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)中，彎道和回流器是為了把由擴(kuò)壓器流出的氣體引導(dǎo)至下一級(jí)葉輪。彎道的作用是將擴(kuò)壓器出口的氣流引導(dǎo)至回流器進(jìn)口，使氣流從離心方向變?yōu)橄蛐姆较??；亓髌鲃t是把氣流均勻地導(dǎo)向下一級(jí)葉輪的進(jìn)口，為此，在回流器流道中設(shè)有葉片，使氣體按葉片彎曲方向流動(dòng)，沿軸向進(jìn)入下一級(jí)葉輪。在采用多級(jí)節(jié)流中間補(bǔ)氣制冷循環(huán)中，段與段之間有中間加氣，因此在離心式制冷壓縮機(jī)的回流器中，還有級(jí)間加氣的結(jié)構(gòu)。圖6-7給出了三種加氣型式，其中b和c型對(duì)下一級(jí)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(kuò)壓器或從葉輪中（沒有擴(kuò)壓器時(shí)）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(jī)中常用的一種蝸殼形式，其流通截面是沿葉輪轉(zhuǎn)向（即進(jìn)入氣流的旋轉(zhuǎn)方向）逐漸增大的，以適應(yīng)流量沿圓周不均勻的情況，同時(shí)也起到使氣流減速和擴(kuò)壓的作用。蝸殼一般是裝在每段最后一級(jí)的擴(kuò)壓器之后，也有的最后級(jí)不用擴(kuò)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(kuò)壓器； a)蝸殼前為擴(kuò)壓器 b)蝸殼前為葉輪 c)不對(duì)稱內(nèi)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(shè)擴(kuò)壓管，由于葉輪后直接是蝸殼，所以對(duì)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(duì)稱內(nèi)蝸殼，是空調(diào)用單級(jí)機(jī)組中常用的形式，這種蝸殼是安置在葉輪的一側(cè)，蝸殼的外徑保持不變，其流通截面的增加是由減小內(nèi)半徑來達(dá)到的。蝸殼的橫截面常見的有圓形、梯形等。在氟利昂冷水機(jī)組的蝸殼底部有泄油孔，水平位置設(shè)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(nèi)引出。（7）密封 對(duì)于封閉型機(jī)組，無需采用防止制冷劑外泄漏的軸封部件。但在壓縮機(jī)內(nèi)部，為防止級(jí)間氣體內(nèi)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(duì)于開啟式壓縮機(jī)，還需設(shè)
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