【正文】 2． 多級離心式壓縮機的結(jié)構(gòu)與工作原理 由于離心式壓縮機要在不同的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力下工作，這樣就要求離心式壓縮機能夠產(chǎn)生不同的能量頭。當(dāng)能量頭要求較高時，單級壓縮不能達到，則需要多級壓縮，因此就出現(xiàn)了多級離心式壓縮機。 多級離心式壓縮機的結(jié)構(gòu)除了包括吸氣室、葉輪、擴壓器和蝸殼之外，還設(shè)有彎道和回流器等部件。它的運動部分是由若干個固定在軸上的葉輪串聯(lián)組成，每一個葉輪、擴壓器和回流器組成一級，其中間級 見圖 。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 工作時，制冷劑蒸氣受離心力作用被送往擴壓器，在擴壓器中將動能轉(zhuǎn)化成壓能，然后進入回流器，繼而進入下一級葉輪繼續(xù)被壓縮升壓。與此同時，葉輪中心吸氣室又吸入新的氣體。多級離心式制冷壓縮機如此逐漸增壓而達到制冷系統(tǒng)需要的壓力。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 3． 離心式壓縮機的能量調(diào)節(jié) 離心式壓縮機的能量調(diào)節(jié)有兩種方式：速度調(diào)節(jié)和進口導(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)速的電動機驅(qū)動時，調(diào)節(jié)經(jīng)濟性比較高，一般可使系統(tǒng)制冷量在 50%～ 100%的范圍內(nèi)進行無級調(diào)節(jié)。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 2）進口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié) 進口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)的方法是在葉輪進口前設(shè)置多葉片的軸向或徑向?qū)Я魅~片，在啟閉導(dǎo)流葉片時，進入葉輪的氣流方向發(fā)生改變，產(chǎn)生渦旋，導(dǎo)致機器產(chǎn)生的壓頭和流量發(fā)生改變，從而達到調(diào)節(jié)冷量的目的。這種調(diào)節(jié)方法簡單，可使系統(tǒng)制冷量在 25%～ 100%的范圍內(nèi)進行無級調(diào)節(jié)，在固定轉(zhuǎn)速的離心式壓縮機中常采用。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 圖 離心式壓縮機示意圖 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 圖 單級離心式壓縮機的結(jié)構(gòu) 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 圖 多級離心式壓縮機的中間級 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 1． 喘振現(xiàn)象 圖 離心式壓縮機的特性曲線，即排氣量與有效能量頭的關(guān)系。其中 D點為設(shè)計點，離心式壓縮機在此工況下運行時，效率最高，偏離此點時效率均降低，偏離越遠(yuǎn)，效率降低越多。 E點為最大排氣量點，排氣量增加到此點時，壓縮機葉輪進口流速達到音速，排氣量不能再增加。 S點為喘振點。當(dāng)壓縮機的流量減少至 S點以下時，由于制冷劑通過葉輪流道的能量損失增加較大，離心式壓縮機的有效能量頭將不斷下降。這時，壓縮機出口以外的氣體就會倒流返回葉輪。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 離心式制冷壓縮機的特性 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，壓縮機所需要的能量頭將有所增加，壓縮機的排氣量就要減少。當(dāng)冷凝壓力增加，排氣量減小至 S點時，離心式壓縮機產(chǎn)生的有效能量頭達到最高，此時如果冷凝壓力再增加，壓縮機能夠產(chǎn)生的能量頭不再需要，氣體就要從冷凝器倒流回壓縮機。氣體發(fā)生倒流后，冷凝壓力降低，壓縮機又可以將氣體壓出，送至冷凝器，冷凝壓力又要不斷上升，再次發(fā)生倒流。離心式壓縮機運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的這種氣體來回倒流撞擊的現(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，而且由于高溫氣體倒流充入壓縮機，還要引起殼體和軸承溫度的升高，若不及時采取措施會損壞壓縮機甚至整個制冷設(shè)備。因此，運轉(zhuǎn)時要避免出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的原因主要是冷凝壓力過高或吸氣壓力過低，所以運轉(zhuǎn)過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)壓縮機制冷能力，負(fù)荷過小時，機器也會產(chǎn)生喘振，這就需要進行保護性的反喘振調(diào)節(jié)。 旁通調(diào)節(jié)法是反喘振的一種措施。當(dāng)要求壓縮機的制冷量減小到喘振點以下時，從壓縮機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，又不致使壓縮機的排氣量過小，從而可防止喘振現(xiàn)象的發(fā)生。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 2． 影響離心式壓縮機制冷量的因素 從圖 ，離心式壓縮機在工作范圍（ S— E）運行時，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)制冷劑被壓縮時所需要的能量頭越大，所以離心式制冷壓縮機與活塞式制冷壓縮機一樣，都是隨著冷凝溫度的升高和蒸發(fā)溫度的降低，實際排氣量減少，從而減少了壓縮機的制冷量。但是，蒸發(fā)溫度和冷凝溫度變化對制冷量影響的程度，這兩種壓縮機有所區(qū)別。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 1）蒸發(fā)溫度的影響 當(dāng)制冷壓縮機的轉(zhuǎn)速和冷凝溫度一定時，壓縮機制冷量隨蒸發(fā)溫度變化的百分比 見圖 。從圖中可以看出，離心式制冷壓縮機制冷量受蒸發(fā)溫度變化的影響比活塞式制冷壓縮機要大，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)制冷壓縮機的轉(zhuǎn)速和蒸發(fā)溫度一定時，冷凝溫度對壓縮機制冷量的影響 見圖 。從圖中可以看出，冷凝溫度低于設(shè)計值時，冷凝溫度對離心式制冷壓縮機的制冷量影響不大，但是，當(dāng)冷凝溫度高于設(shè)計值時，隨冷凝溫度的升高，離心式制冷壓縮機的制冷量將急劇下降。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 3）轉(zhuǎn)速的影響 對于活塞式制冷壓縮機來說，當(dāng)蒸發(fā)溫度和冷凝溫度一定時，壓縮機的制冷量與轉(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制冷量變化的百分?jǐn)?shù)。 離心式制冷壓縮機則不同，它的能量頭與葉輪外緣圓周速度（或者壓縮機轉(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 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 圖 離心式壓縮機的特性曲線 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 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，流量可以很大，單機制冷量大，因此同樣制冷量情況下，體積小、占地面積少、質(zhì)量輕。 （ 2） 工作時靠葉輪旋轉(zhuǎn)運動，氣體連續(xù)壓送，沒有氣閥、活塞環(huán)等易損部件，也沒有曲柄連桿機構(gòu)。因此結(jié)構(gòu)簡單、零部件少，且工作可靠、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、操作簡單、維護費用低。 （ 3） 葉輪和機殼之間沒有摩擦，無需潤滑，故制冷劑蒸氣與潤滑油不接觸，蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱性能比較高。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 離心式制冷壓縮機的特點 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 （ 4） 能經(jīng)濟進行制冷量的無級調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)的范圍較大。 （ 5） 多級離心式制冷壓縮機可根據(jù)需要設(shè)計成具有中間抽氣的，適應(yīng)多種蒸發(fā)溫度的機器，因此可方便得到多種蒸發(fā)溫度。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 與活塞式壓縮機相比，離心式壓縮機具有以下缺點： （ 1） 對制冷劑的適應(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的排氣量不能太小，因此離心式壓縮機只適用于較大制冷量的場合，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，對材料的強度、加工精度以及制造質(zhì)量的要求高，造價也較高。 離心式制冷壓縮機的工作原理及特性 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋壓縮機的結(jié)構(gòu) 如圖 。它由旋回的螺旋槽板 (動盤 )、固定的螺旋槽板 (靜盤 )、機體、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)。 渦旋式制冷壓縮機的工作原理 渦旋式制冷壓縮機的結(jié)構(gòu) 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋式制冷壓縮機的工作原理 圖 渦旋式壓縮機的結(jié)構(gòu) 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋式制冷壓縮機的工作過程 見圖 。 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)，此時完成吸氣過程，靠螺旋槽板間的四條嚙合線組成兩個封閉空間（即壓縮室），開始壓縮過程。 圖（ b）中， 當(dāng)旋回的螺旋槽板順時針方向公轉(zhuǎn) 90176。時，槽板間的密封嚙合線也順時針移動 90176。 ，處于上下位置，兩個封閉空間內(nèi)的氣態(tài)制冷劑被壓縮。同時，螺旋板外側(cè)進行吸氣過程，內(nèi)側(cè)進行排氣過程。 渦旋式制冷壓縮機的工作原理 渦旋式制冷壓縮機的工作過程 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 圖（ c）中， 當(dāng)旋回的螺旋槽板順時針方向公轉(zhuǎn) 180176。時，螺旋槽板的外、中、內(nèi)三個部位分別繼續(xù)進行吸氣、壓縮和排氣過程。 圖（ d）中， 旋回的螺旋槽板進一步順時針方向公轉(zhuǎn)90176。 ，內(nèi)側(cè)部位的排氣過程結(jié)束；中間部位的兩個封閉空間的氣體壓縮過程結(jié)束，即將開始排氣過程，而外側(cè)部位的吸氣過程仍在繼續(xù)進行?；匦穆菪郯逶俎D(zhuǎn)動，則又轉(zhuǎn)回到圖（ a）所示的位置，外側(cè)部位的吸氣過程結(jié)束，內(nèi)側(cè)部位仍在進行排氣過程，如此反復(fù)。 渦旋式制冷壓縮機的工作原理 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 由此可以看出，渦旋壓縮機的工作過程也有進氣、壓縮、排氣三個過程，只是在兩個螺旋槽板所組成的不同空間，進行著不同的過程。外側(cè)空間與吸氣口相通，始終處于吸氣過程；中心部位與排氣口相通，始終處于排氣過程；兩個空間之間的半月牙形封閉空間內(nèi)，則一直進行壓縮過程。 因此，渦旋式制冷壓縮機基本上是連續(xù)進氣和排氣，轉(zhuǎn)矩均衡，震動小，且封閉嚙合線兩側(cè)的壓力差較小，僅為進、排氣壓力差的一部分。 渦旋式制冷壓縮機的工作原理 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋式制冷壓縮機結(jié)構(gòu)簡單，不需要進、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比小型活塞式制冷壓縮機具有較高的性能系數(shù)，因此越來越多的小型空調(diào)制冷系統(tǒng)中開始采用此種壓縮機，例如汽車空調(diào)和飛機空調(diào)。目前空調(diào)機組用的全封閉渦旋式制冷壓縮機已經(jīng)有正式產(chǎn)品。 渦旋式制冷壓縮機的工作原理 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋式制冷壓縮機的工作原理 圖 渦旋式壓縮機工作原理示意圖 單元 2 鍋爐的構(gòu)造 渦旋式制冷壓縮機的工作原理 圖 渦旋式壓縮機工作原理示意圖 建筑設(shè)備熱源與冷源 主編：王 麗 陳志佳