【正文】 2． 多級(jí)離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 由于離心式壓縮機(jī)要在不同的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力下工作，這樣就要求離心式壓縮機(jī)能夠產(chǎn)生不同的能量頭。當(dāng)能量頭要求較高時(shí)，單級(jí)壓縮不能達(dá)到，則需要多級(jí)壓縮，因此就出現(xiàn)了多級(jí)離心式壓縮機(jī)。 多級(jí)離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)除了包括吸氣室、葉輪、擴(kuò)壓器和蝸殼之外，還設(shè)有彎道和回流器等部件。它的運(yùn)動(dòng)部分是由若干個(gè)固定在軸上的葉輪串聯(lián)組成，每一個(gè)葉輪、擴(kuò)壓器和回流器組成一級(jí)，其中間級(jí) 見(jiàn)圖 。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 工作時(shí)，制冷劑蒸氣受離心力作用被送往擴(kuò)壓器，在擴(kuò)壓器中將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓能，然后進(jìn)入回流器，繼而進(jìn)入下一級(jí)葉輪繼續(xù)被壓縮升壓。與此同時(shí)，葉輪中心吸氣室又吸入新的氣體。多級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)如此逐漸增壓而達(dá)到制冷系統(tǒng)需要的壓力。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 3． 離心式壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié) 離心式壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)有兩種方式：速度調(diào)節(jié)和進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)。 （ 1）速度調(diào)節(jié) 速度調(diào)節(jié)主要用于可變轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性比較高，一般可使系統(tǒng)制冷量在 50%～ 100%的范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 2）進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié) 進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)的方法是在葉輪進(jìn)口前設(shè)置多葉片的軸向或徑向?qū)Я魅~片，在啟閉導(dǎo)流葉片時(shí)，進(jìn)入葉輪的氣流方向發(fā)生改變，產(chǎn)生渦旋，導(dǎo)致機(jī)器產(chǎn)生的壓頭和流量發(fā)生改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)冷量的目的。這種調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單，可使系統(tǒng)制冷量在 25%～ 100%的范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，在固定轉(zhuǎn)速的離心式壓縮機(jī)中常采用。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 圖 離心式壓縮機(jī)示意圖 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 圖 單級(jí)離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu) 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 圖 多級(jí)離心式壓縮機(jī)的中間級(jí) 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 1． 喘振現(xiàn)象 圖 離心式壓縮機(jī)的特性曲線，即排氣量與有效能量頭的關(guān)系。其中 D點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)，離心式壓縮機(jī)在此工況下運(yùn)行時(shí)，效率最高，偏離此點(diǎn)時(shí)效率均降低，偏離越遠(yuǎn)，效率降低越多。 E點(diǎn)為最大排氣量點(diǎn)，排氣量增加到此點(diǎn)時(shí)，壓縮機(jī)葉輪進(jìn)口流速達(dá)到音速，排氣量不能再增加。 S點(diǎn)為喘振點(diǎn)。當(dāng)壓縮機(jī)的流量減少至 S點(diǎn)以下時(shí)，由于制冷劑通過(guò)葉輪流道的能量損失增加較大，離心式壓縮機(jī)的有效能量頭將不斷下降。這時(shí)，壓縮機(jī)出口以外的氣體就會(huì)倒流返回葉輪。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 離心式制冷壓縮機(jī)的特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 例如，蒸發(fā)壓力不變，由于某些原因冷凝壓力上升，壓縮機(jī)所需要的能量頭將有所增加，壓縮機(jī)的排氣量就要減少。當(dāng)冷凝壓力增加，排氣量減小至 S點(diǎn)時(shí)，離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生的有效能量頭達(dá)到最高，此時(shí)如果冷凝壓力再增加，壓縮機(jī)能夠產(chǎn)生的能量頭不再需要，氣體就要從冷凝器倒流回壓縮機(jī)。氣體發(fā)生倒流后，冷凝壓力降低，壓縮機(jī)又可以將氣體壓出，送至冷凝器，冷凝壓力又要不斷上升，再次發(fā)生倒流。離心式壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的這種氣體來(lái)回倒流撞擊的現(xiàn)象稱為喘振現(xiàn)象。產(chǎn)生喘振現(xiàn)象后，不僅造成周期性地增大噪聲和振動(dòng)，而且由于高溫氣體倒流充入壓縮機(jī)，還要引起殼體和軸承溫度的升高，若不及時(shí)采取措施會(huì)損壞壓縮機(jī)甚至整個(gè)制冷設(shè)備。因此，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要避免出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的原因主要是冷凝壓力過(guò)高或吸氣壓力過(guò)低，所以運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程保持冷凝壓力和蒸發(fā)壓力穩(wěn)定可防止喘振的發(fā)生。但是，當(dāng)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)制冷能力，負(fù)荷過(guò)小時(shí)，機(jī)器也會(huì)產(chǎn)生喘振，這就需要進(jìn)行保護(hù)性的反喘振調(diào)節(jié)。 旁通調(diào)節(jié)法是反喘振的一種措施。當(dāng)要求壓縮機(jī)的制冷量減小到喘振點(diǎn)以下時(shí)，從壓縮機(jī)出口引出一部分氣態(tài)制冷劑，不經(jīng)冷凝直接旁通至壓縮機(jī)吸氣管。這樣既可減小通入蒸發(fā)器的制冷劑流量，以減少制冷系統(tǒng)的制冷量，又不致使壓縮機(jī)的排氣量過(guò)小，從而可防止喘振現(xiàn)象的發(fā)生。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 2． 影響離心式壓縮機(jī)制冷量的因素 從圖 ，離心式壓縮機(jī)在工作范圍（ S— E）運(yùn)行時(shí)，排氣量越小，有效能量頭越高。由于冷凝溫度和蒸發(fā)溫度之差越大，氣態(tài)制冷劑被壓縮時(shí)所需要的能量頭越大，所以離心式制冷壓縮機(jī)與活塞式制冷壓縮機(jī)一樣，都是隨著冷凝溫度的升高和蒸發(fā)溫度的降低，實(shí)際排氣量減少，從而減少了壓縮機(jī)的制冷量。但是，蒸發(fā)溫度和冷凝溫度變化對(duì)制冷量影響的程度，這兩種壓縮機(jī)有所區(qū)別。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 1）蒸發(fā)溫度的影響 當(dāng)制冷壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和冷凝溫度一定時(shí)，壓縮機(jī)制冷量隨蒸發(fā)溫度變化的百分比 見(jiàn)圖 。從圖中可以看出，離心式制冷壓縮機(jī)制冷量受蒸發(fā)溫度變化的影響比活塞式制冷壓縮機(jī)要大，蒸發(fā)溫度越低，制冷量下降越劇烈。 （ 2）冷凝溫度的影響 當(dāng)制冷壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和蒸發(fā)溫度一定時(shí)，冷凝溫度對(duì)壓縮機(jī)制冷量的影響 見(jiàn)圖 。從圖中可以看出，冷凝溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)，冷凝溫度對(duì)離心式制冷壓縮機(jī)的制冷量影響不大，但是，當(dāng)冷凝溫度高于設(shè)計(jì)值時(shí)，隨冷凝溫度的升高，離心式制冷壓縮機(jī)的制冷量將急劇下降。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 3）轉(zhuǎn)速的影響 對(duì)于活塞式制冷壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)蒸發(fā)溫度和冷凝溫度一定時(shí)，壓縮機(jī)的制冷量與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，即轉(zhuǎn)速變化的百分?jǐn)?shù)也就是活塞式制冷壓縮機(jī)制冷量變化的百分?jǐn)?shù)。 離心式制冷壓縮機(jī)則不同，它的能量頭與葉輪外緣圓周速度（或者壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速）的平方成正比。所以，隨著轉(zhuǎn)速的降低，離心式制冷壓縮機(jī)產(chǎn)生的能量頭急劇下降，制冷量也急劇降低 (圖 )。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 圖 離心式壓縮機(jī)的特性曲線 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 圖 蒸發(fā)溫度變化的影響 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 圖 冷凝溫度變化的影響 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 圖 轉(zhuǎn)速變化的影響 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 1） 氣體做高速流動(dòng)，流量可以很大，單機(jī)制冷量大，因此同樣制冷量情況下，體積小、占地面積少、質(zhì)量輕。 （ 2） 工作時(shí)靠葉輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，氣體連續(xù)壓送，沒(méi)有氣閥、活塞環(huán)等易損部件，也沒(méi)有曲柄連桿機(jī)構(gòu)。因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件少，且工作可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)費(fèi)用低。 （ 3） 葉輪和機(jī)殼之間沒(méi)有摩擦，無(wú)需潤(rùn)滑，故制冷劑蒸氣與潤(rùn)滑油不接觸，蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱性能比較高。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 離心式制冷壓縮機(jī)的特點(diǎn) 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 4） 能經(jīng)濟(jì)進(jìn)行制冷量的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)的范圍較大。 （ 5） 多級(jí)離心式制冷壓縮機(jī)可根據(jù)需要設(shè)計(jì)成具有中間抽氣的，適應(yīng)多種蒸發(fā)溫度的機(jī)器，因此可方便得到多種蒸發(fā)溫度。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 與活塞式壓縮機(jī)相比，離心式壓縮機(jī)具有以下缺點(diǎn)： （ 1） 對(duì)制冷劑的適應(yīng)性差，一種結(jié)構(gòu)只能適用一種制冷劑。 （ 2） 葉輪轉(zhuǎn)速較高，尺寸加工的限制決定了壓縮機(jī)的排氣量不能太小，因此離心式壓縮機(jī)只適用于較大制冷量的場(chǎng)合，且氣流速度高，阻力大，能量損失大，因此制冷效率低。 （ 3） 由于轉(zhuǎn)速高，對(duì)材料的強(qiáng)度、加工精度以及制造質(zhì)量的要求高，造價(jià)也較高。 離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu) 如圖 。它由旋回的螺旋槽板 (動(dòng)盤(pán) )、固定的螺旋槽板 (靜盤(pán) )、機(jī)體、防自轉(zhuǎn)環(huán)、偏心軸等零部件組成。 氣態(tài)制冷劑從固定的螺旋槽板外部被吸入，在固定螺旋槽板和旋回螺旋槽板所形成的空間中被壓縮，被壓縮后的高壓氣態(tài)制冷劑從固定螺旋槽板中心排出。旋回的螺旋槽板繞偏心軸進(jìn)行公轉(zhuǎn)，為了防止旋回的螺旋槽板自轉(zhuǎn)，設(shè)防自轉(zhuǎn)環(huán)，該環(huán)上部和下部的突肋分別嵌在旋回的螺旋槽板下面和殼體的鍵槽內(nèi)。 渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作原理 渦旋式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu) 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作原理 圖 渦旋式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu) 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作過(guò)程 見(jiàn)圖 。 圖（ a）中 ，旋回的螺旋槽板中心位于固定螺旋槽板中心右側(cè)，槽板密封嚙合線在左右兩側(cè)，此時(shí)完成吸氣過(guò)程，靠螺旋槽板間的四條嚙合線組成兩個(gè)封閉空間（即壓縮室），開(kāi)始?jí)嚎s過(guò)程。 圖（ b）中， 當(dāng)旋回的螺旋槽板順時(shí)針?lè)较蚬D(zhuǎn) 90176。時(shí)，槽板間的密封嚙合線也順時(shí)針移動(dòng) 90176。 ，處于上下位置，兩個(gè)封閉空間內(nèi)的氣態(tài)制冷劑被壓縮。同時(shí)，螺旋板外側(cè)進(jìn)行吸氣過(guò)程，內(nèi)側(cè)進(jìn)行排氣過(guò)程。 渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作原理 渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作過(guò)程 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 圖（ c）中， 當(dāng)旋回的螺旋槽板順時(shí)針?lè)较蚬D(zhuǎn) 180176。時(shí)，螺旋槽板的外、中、內(nèi)三個(gè)部位分別繼續(xù)進(jìn)行吸氣、壓縮和排氣過(guò)程。 圖（ d）中， 旋回的螺旋槽板進(jìn)一步順時(shí)針?lè)较蚬D(zhuǎn)90176。 ，內(nèi)側(cè)部位的排氣過(guò)程結(jié)束；中間部位的兩個(gè)封閉空間的氣體壓縮過(guò)程結(jié)束，即將開(kāi)始排氣過(guò)程，而外側(cè)部位的吸氣過(guò)程仍在繼續(xù)進(jìn)行。回旋的螺旋槽板再轉(zhuǎn)動(dòng)，則又轉(zhuǎn)回到圖（ a）所示的位置，外側(cè)部位的吸氣過(guò)程結(jié)束，內(nèi)側(cè)部位仍在進(jìn)行排氣過(guò)程，如此反復(fù)。 渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作原理 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 由此可以看出，渦旋壓縮機(jī)的工作過(guò)程也有進(jìn)氣、壓縮、排氣三個(gè)過(guò)程，只是在兩個(gè)螺旋槽板所組成的不同空間，進(jìn)行著不同的過(guò)程。外側(cè)空間與吸氣口相通，始終處于吸氣過(guò)程；中心部位與排氣口相通，始終處于排氣過(guò)程；兩個(gè)空間之間的半月牙形封閉空間內(nèi)，則一直進(jìn)行壓縮過(guò)程。 因此，渦旋式制冷壓縮機(jī)基本上是連續(xù)進(jìn)氣和排氣，轉(zhuǎn)矩均衡，震動(dòng)小，且封閉嚙合線兩側(cè)的壓力差較小，僅為進(jìn)、排氣壓力差的一部分。 渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作原理 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋式制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)、排氣閥組，在較大壓力比范圍內(nèi)可保持高的容積效率，而且允許氣態(tài)制冷劑中帶有液體，較適用于小型熱泵系統(tǒng)。由于渦旋式制冷壓縮機(jī)比小型活塞式制冷壓縮機(jī)具有較高的性能系數(shù)，因此越來(lái)越多的小型空調(diào)制冷系統(tǒng)中開(kāi)始采用此種壓縮機(jī)，例如汽車(chē)空調(diào)和飛機(jī)空調(diào)。目前空調(diào)機(jī)組用的全封閉渦旋式制冷壓縮機(jī)已經(jīng)有正式產(chǎn)品。 渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作原理 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作原理 圖 渦旋式壓縮機(jī)工作原理示意圖 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋式制冷壓縮機(jī)的工作原理 圖 渦旋式壓縮機(jī)工作原理示意圖 建筑設(shè)備熱源與冷源 主編：王 麗 陳志佳