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離心式壓縮機的結(jié)構(gòu)和原理

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-11-05

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離心式壓縮機的工作原理與結(jié)構(gòu)　 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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)置著幾個葉輪串聯(lián)工作，以達(dá)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(jié)省壓縮功耗和不使排氣溫度過高，級數(shù)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(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(zhuǎn)時，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并離開葉輪，同時，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(jìn)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(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，壓力進(jìn)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(xù)提高，則利用彎道和回流器再將氣體引入下一級葉輪進(jìn)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(fù)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(fù)運動部件，動平衡特性好，振動小，基礎(chǔ)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(fā)?冷凝器上，無需另外設(shè)計基礎(chǔ)，安裝方便。③磨損部件少，連續(xù)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(fā)器和冷凝器的傳熱性能。⑤易于實現(xiàn)多級壓縮和節(jié)流，達(dá)到同一臺制冷機多種蒸發(fā)溫度的操作運行。⑥能夠經(jīng)濟地進(jìn)行無級調(diào)節(jié)?？梢岳眠M(jìn)口導(dǎo)流葉片自動進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍和節(jié)能效果較好。⑦對大型制冷機，若用經(jīng)濟性高的工業(yè)汽輪機直接帶動，實現(xiàn)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，節(jié)能效果更好。尤其對有廢熱蒸汽的工業(yè)企業(yè)，還能實現(xiàn)能量回收。⑧轉(zhuǎn)速較高，用電動機驅(qū)動的一般需要設(shè)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(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，壓縮機組會發(fā)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(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、低溫試驗室和冷、溫水同時供應(yīng)的熱泵系統(tǒng)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(nèi)采用封閉離心式制冷壓縮機，在7000~35000kW范圍內(nèi)多采用開啟離心式制冷壓縮機。 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，離心式制冷壓縮機的缸數(shù)，段數(shù)和級數(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(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。對單級懸臂壓縮機，壓縮機放在蒸發(fā)器和冷凝器之上的組裝式空調(diào)機組中，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，而且第一級葉輪有貫穿軸時的多級壓縮機中。 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)流葉片在壓縮機第一級葉輪進(jìn)口前的機殼上安裝進(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，改變了進(jìn)入葉輪的氣流流動方向和氣體流量的大小。轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉時可采用杠桿式或鋼絲繩式調(diào)節(jié)機構(gòu)。杠桿式如圖6-4所示，進(jìn)口導(dǎo)葉實際上是一個由若 1—小齒輪 2—齒圈 3—轉(zhuǎn)動葉片 4—伺服電動機 5—波紋管 6—連桿 7—杠桿 8—手輪 1—導(dǎo)葉 2—從動齒輪 3—鋼絲繩 4—過渡輪 5—主動齒輪干可轉(zhuǎn)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(jìn)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(zhuǎn)動，從而帶動七個導(dǎo)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(jù)制冷機組的調(diào)節(jié)信號，由導(dǎo)葉調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)帶動鏈?zhǔn)綀?zhí)行機構(gòu)轉(zhuǎn)動主動齒輪。進(jìn)口導(dǎo)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(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，以保證機構(gòu)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)后，利用其葉片對氣體做功，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(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，用于單級壓力比較大的場合。有輪蓋時，可減少內(nèi)漏氣損失，提高效率，但在葉輪旋轉(zhuǎn)時，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(dá)450~540m/s，單級壓力比可達(dá)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?？照{(diào)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(fù)雜，精度要求高。當(dāng)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(dá)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(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，同時為了使氣體在進(jìn)入下一級時有較低的合理的流動速度，在葉輪后面設(shè)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(shè)置葉片，則稱為葉片擴壓器。擴壓器內(nèi)環(huán)形通道截面是逐漸擴大的，當(dāng)氣體流過時，速度逐漸降低壓力逐漸升高。無葉擴壓器結(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)離心式制冷壓縮機中，為了適應(yīng)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(dǎo)至下一級葉輪。彎道的作用是將擴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，沿軸向進(jìn)入下一級葉輪。在采用多級節(jié)流中間補氣制冷循環(huán)中，段與段之間有中間加氣，因此在離心式制冷壓縮機的回流器中，還有級間加氣的結(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(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(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(nèi)蝸殼，是空調(diào)用單級機組中常用的形式，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(nèi)部，為防止級間氣體內(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，對于開啟式壓縮機，還需設(shè): 回答者：網(wǎng)友

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