离心式制冷压缩机

离心式制冷压缩机

离心式制冷压缩机(centrifugal refrigeration compressor)是一种速度型的压缩机。大型空气调节系统和石油化学工业对冷量的需求很大，离心式制冷压缩机正是适应这种需求而发展起来的。与其他特别是活塞式制冷压缩机相比，因压缩气体的工作原理不同，它具有下列特点：

1)无往复运动部件，动平衡特性好，振动小，基础要求简单；

2)无进排气阀、活塞，气缸等磨损部件，故障少、工作可靠、寿命长；

3)机组单位制冷量的重量、体积及安装面积小；

4)机组的运行自动化程度高，制冷量调节范围广，且可连续无级调节，经济方便；

5)在多级压缩机中容易实现一机多种蒸发温度；

6)润滑油与制冷剂基本上不接触，从而提高了冷凝器及蒸发器的传热性能；

7)对大型离心式制冷压缩机，可由蒸气动力机或燃气动力机直接带动，能源使用经济，合理；

8)单机容量不能太小，否则会使气流流道太窄，影响流动效率；

9)因依靠速度能转化成压力能，速度又受到材料强度等因素的限制，故压缩机的一级压力比不大，在压力比较高时，需采用多级压缩；

l0)通常工作转速较高，需通过增速齿轮来驱动；

11)当冷凝压力太高或制冷负荷太低时，机器会发生喘振而不能正常工作；

12)制冷量较小时，效率较低；

综上所述，在蒸发温度不太低和冷量需求量很大时，选用离心式制冷压缩机是比较适宜的。

第一节工作原理与结构

一、离心式制冷压缩机的工作原理

离心式制冷压缩机的工作原理与容积式压缩机不同，它是依靠动能的变化来提高气体的压力的。它由转子与定子等部分组成。当带叶片的转子(即工作轮)转动时，叶片带动气体转动，把功传递给气体，使气体获得动能。定子部分则包括扩压器、弯道、回流器、蜗壳等，它们是用来改变气流的运动方向以及把速度能转变为压力能的部件。制冷剂蒸气由轴向吸入，沿半径方向甩出，故称离心式压缩机（centrifugal compressor）。

图4—1示出了气体通过叶轮和扩压器时压力和速度的变化。这种变化与第一篇离心式泵与风机所述相同，这里不再重复。

二、总体及零部件结构

离心式制冷压缩机可分为开启式和封闭式两大类型。

开启式的压缩机与原动机分开(增速齿轮可以与压缩机装在同一机壳内，也可以单独装在机外)，压缩机轴的外伸端装有机械密封，以防止制冷剂外泄或空气漏入。封闭式则是将压缩机、增速齿轮、原动机用一个壳体连成一体，轴端不需要机械密封。氟利昂离心式制冷压缩机为了减少制冷剂的泄漏，大多采用封闭式结构。

由于使用场合、工作条件(冷凝温度、蒸发温度)及采用制冷剂的不同，要求离心式压缩机产生的能量头也各有所异，因此，离心式制冷压缩机有单级和多级之分。在空气调节系统中，由于蒸发温度(压力)较高，压缩比较小，一般都采用单级压缩，它的构造如图4—2所示。当蒸发温度较低，压缩比较大时则采用多级压缩。它由数个工作轮组成，每一个工作轮与相配合的固定元件组成一个“级”，级数越多、转速越高，所生的能量头也越大。它的构造如图4—3所示。

蒸气的压力是逐级增加的，“级”是组成离心式压缩机基础。中间级有叶轮、扩压器、弯道、回流器、级间密封等，如图4—4所示。末级是由叶轮、扩压器和蜗壳组成，如图4-5所示。

压缩机工作时，从蒸发器来的制冷剂蒸气先进入第一级叶轮入口前的流道——吸入室，然后进入叶轮，气体在叶片的作用下，一边跟着叶轮高速旋转，一边由于受离心力的作用，在叶片槽道中作扩压流动，使气体的压力和速度都得到提高。

气体出叶轮后进入流道截面逐渐扩大的扩压器，速度减小，速度能转变为压力能，使气体的压力进一步提高。在多级压缩机中，为了把气体引入下一级去继续增压，在扩压器后面设置了弯道和回流器。回流器中一般都装有导流叶片，使气体均匀地沿轴向进入下一级工作轮。对单级或多级的末级，不存在把气体引入下一级的问题，所以在扩压器的后面不再是弯道和回流器；而是将气体直接排入蜗壳，由于蜗壳外径和流通截面逐渐扩大，使气流进一步减速和扩压，最后从蜗壳出来的气体排至冷凝器。

为了进一步了解离心式制冷压缩机的结构，现对其主要零部件结构加以介绍。

1) 吸入室吸入室的作用是将从蒸发器或级间冷却器来的气体，均匀地引导至叶轮的进口，以减少气流的扰动和分离损失。它的结构比较简单，有轴向进气和径向进气两种。通常空调用单级离心式制冷压缩机都采用轴向进气的结构，如图4-6(a)所示。沿轴线的截面略有收缩，以减少分离损失并保证气体的均匀流动。径向进气结构多采用于多级双支承压缩机中，如图4—6(b)所示。为使气流转弯时流动均匀，往往在吸入室设置导流肋片。

2)进口导流器进口导流器安装在第一级进口前的机壳上。它由一组彼此联动旋转的小叶片组成，叶片呈放射状分布，每一个叶片均有一个小圆锥齿轮与一个大锥形齿轮圈啮合，如图4-7所示。可以通过伺服电动机自动控制大锥形齿轮圈的转动，也可用手动控制。小圆锥齿轮则带动全部叶片转动，从而改变叶轮进口处的流通截面，达到输气量调节的目的。

3)叶轮(工作轮) 叶轮是一个最重要的部件，通过叶轮将能量传递给气体，使气体的速度及压力都得到提高。

叶轮一般由轮盘1、叶片2和轮盖3组成，称为闭式叶轮，如图4—8(b)所示。如果仅有轮盘和叶片组成，称为半开式叶轮。如图4-8(a)所示。

影响叶轮性能的主要因素是叶片的弯曲形状。按叶片出口端弯曲方向的不同，可分为后弯、前弯及径向叶轮三种类型，如图4—9所示。如弯曲方向与工作轮旋转方向一致(β2<90o)，称为后弯式；弯曲方向与工作轮旋转方向相反(β2>90o)，称为前弯式；叶片出口方向与工作轮半径方向一致(β2=90o)称为径向式。

由于后弯式叶片的级效率较高，因此被广泛采用。

叶轮是高速旋转的部件，要求材料具有足够的强度，一般用碳钢或合金钢制成。氟利昂离心式压缩机的叶轮，一般采用高强度铝合金精密铸造而成。为了减少振动，叶轮和轴必须经过动平衡试验，以达到规定的动平衡要求。

4)扩压器扩压器是固定部件中最重要的一个部件。它的作用是将叶轮出口的高速气体的速度能转化为压力能。扩压器通常是由两个和叶轮轴相垂直的平行壁面组成。如果在两平行壁面之间不装叶片，称为无叶扩压器(图4—10a)；如果设置叶片，则称为叶片扩压器(图4—10b)。扩压器内环形通道截面是逐渐扩大的，当气体流过时，违度逐渐降低，压力逐渐升高。

无叶扩压器结构简单，制造方便、由于流道内没有叶片阻挡，无冲击损失，故被广泛采用。

5)弯道和回流器在多级离心式制冷压缩机中，弯道回流器是为了把由扩压器流出的气体导至下一级叶轮。气体在弯道和回流器的流动，可以认为压力和速度不变，仅改变气体的流动方向。弯道的作用是将扩压器出口的气流引导至