中央空调冷水机组与系统辅助设备Word文档下载推荐.doc

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这恰好能满足空调的要求，因此空调用离心式制冷机大都是单级的。

但如果要求更低的蒸发温度或制冷工质为低分子量时，则必须应用二级以上的压缩级。

级是组成压缩机的一个基本单元。

它由一个叶轮和与之相配合的固定元件构成。

从构成来看，可分为中间级和末级二种。

中间级由叶轮、扩压器、弯道和回流器等组成。

末级

图8-60单级离心式制冷压缩机

1-进口导叶2-叶轮3-压缩机壳体4-增速齿轮5-电动机6-蜗室7-扩压器

是由蜗室取代中间级的弯道和回流器，有时还取代级中的扩压器。

2.离心式制冷压缩机的各部件的作用原理

（1）吸气室每段第一级入口都有吸气室，将气体从进气管均匀地引入叶轮。

（2）进口导叶用来调节制冷量，当导叶旋转时，改变了进入叶轮的气流的流动方向和气流量的大小。

（3）叶轮它随主轴高速旋转，由于受旋转离心力和叶片的作用，气体在流经叶轮流道的整个过程中，压力和速度都不断得到了提高。

叶轮是使气体提高能量的唯一元件，是压缩机中最主要的部件。

（4）扩压器气体从叶轮流出时，有很高的流动速度。

为了将这部分动能充分地转变为压力能，同时为了使气体在进入下一级时有较低的合理的流动速度，在叶轮后面设置了扩压器。

对于无叶扩压器，一般情况下它是由前、后隔板组成的通道，随着直径的增大，通流面积增加，使气体速度逐渐减慢，压力得到提高。

（5）弯道和回流器为了把扩压器流出的气体引导到下一级继续压缩，设有使气体拐弯的弯道和将气体均匀引入下一级叶轮入口的回流器。

弯道是由隔板和气缸组成的通道，回流器则由两块隔板和装在隔板之间的叶片组成。

（6）蜗室它把从扩压器或从叶轮后的气体汇集起来，并引向机外。

在大多数情况下，由于蜗室外径逐渐增大，通流面积也增大，对气体还起一定的降速扩压作用。

（7）其他部件除上述组成级的基本部件外，还有减少气体从叶轮出口倒流到叶轮入口的轮盖密封；

减少级间漏气的级间密封；

减少或杜绝气体向机外泄漏的轴端密封；

减少轴向推力的平衡盘；

承受转子剩余轴向推力的推力轴承以及支撑转子的径向轴承等。

为了使压缩机持续、安全、高效率地运行，还必须设有一些辅助设备和系统，如增速器、油路系统、冷却系统、自动控制和监测及安全保护系统等。

1.2单级离心式制冷压缩机

一般空调用离心式制冷机组制取4～9℃冷冻水时，采用单级、二级或三级离心式制冷压缩机。

工业用低温装置中作为冷却用则采用多级离心式制冷压缩机，最新开发的也有为-5℃制冷装置中用单级离心式制冷压缩机。

图8-61示出一台2800kW制冷量的单级离心式制冷压缩机的剖面图。

该压缩机由叶轮、增速齿轮、电动机和进口导叶构成。

采用低压制冷剂R11或R123作为工质。

图8-62示出半开式铝合金叶轮的外形。

进口导叶的作用是对离心式制冷机组制冷量进行连续控制。

导叶的旋转会改变气体进入叶轮的入角，从而减少了叶轮做功。

齿轮采用螺旋齿轮（斜齿轮），在增速箱上部装置有油槽。

电动机置于封闭壳体中，电动机定子和转子的线圈都用制冷剂直接喷液冷却。

图8-61封闭型单级制冷离心压缩机图8-62半开式叶轮

1-导叶电动机2-进口导叶3-增速齿轮

4-电动机5-油加热管6-叶轮

图8-63为压缩机的强制润滑油系统简图。

增速装置下部插入有油加热器和油温传感器。

在停机时为防止油温下降溶解制冷剂，用电加热使油温保持一定温度。

润滑油自油泵经油压调节阀、油冷却器和过滤器，送至各轴承和增速齿轮进行强制循环。

图8-63强制供油装置润滑系统

1-轴承2-油位计3-油箱4-温度传感器5-油加热管6-油泵7-油泵电动机8-油过滤器9-润滑油注排阀

10-油压调节阀11-油冷却器12-喷嘴13-过滤器14-油压开关15-真空压力表

1.3开启式和半封闭式离心式制冷压缩机

1.半封闭式离心式制冷压缩机组

半封闭式机组单级机器可把压缩机、增速齿轮和电动机用一个筒形外壳封装在一起，仅是压缩机的进气口和蒸发器相连，出气口和冷凝器相通。

在这种机组中，不需要机械密封。

但电动机需专门制造，并要考虑其在运转中的冷却，以及耐制冷剂的腐蚀、电器绝缘问题。

半封闭式机组中电动机的冷却方式有以下几种：

1）用喷入节流后的液体制冷剂进行冷却。

因喷液后的温度较低，因此，这个方法可以使用于体积较小的电动机，绝缘的寿命也较长，喷射的温度均匀，电动机不易变形，使用场合最多。

但由于电动机和制冷剂直接接触，所用绝缘材料必须和制冷剂兼容，这在当前新老制冷剂更换中，也是非常关键的问题。

2）电动机用水套冷却，其发热量由载冷剂水直接带走。

此方法比较方便，但冷却不够强烈，铸件质量及水质要求高，目前已较少采用。

3）其他冷却方法，如用压缩排气冷却、液体制冷剂在夹层中蒸发吸热、二次节流中用中间抽气冷却等，但都有一定缺点。

图8-64半封闭单级离心压缩机的典型剖面与润滑油路

1-喷嘴2-内置电动机3-后电动机轴承4-前电动机轴承5-增速齿轮对6-后小齿轮轴承7-蜗壳

8-去油雾器9-扩压器10-油喷嘴11-叶轮12-高速推力轴承13-进气可调导流机构14-吸气腔

15-油加热器16、20、22-过滤器17-止回阀18-导叶回油器19-电磁阀21-蒸发器回油器

23-引射器24-油压调节阀25-油泵和电动机26-油冷却器27-滤油器

半封闭式机组的优点是体积小、噪声低和密封性好，因此是目前空调用离心式制冷机组普遍采用的一种型式。

图8-64为典型半封闭单级离心压缩机的剖面图。

2.开启式离心制冷压缩机组

开启式机组的布置是把压缩机、增速器与原动机分开，在机壳外用联轴节连接。

有的机组则是压缩机、增速器在同一机壳内，由增速器轴与电动机轴连接。

在这些机组中，为了防止制冷剂的泄漏，在轴的外伸端处，必须装有机械密封。

这种与制冷剂完全分离的结构，电动机由空气冷却，不需要液体制冷剂冷却。

和半封闭机组比有下列优点：

1）适用于制冷剂更换。

开启式机组电动机绕组与制冷剂不直接接触，在更换制冷剂时，遇到的技术问题较封闭式机组少，且价格便宜。

2）运行可靠。

开启式机组电动机的设计，将电动机与制冷回路完全分离，使制冷剂与电动机完全不接触，那些酸性及其他易进入制冷回路的污染物不会影响电动机的运行，因而减少了因电动机故障导致机组停机维修的时间，提高了可靠性。

3）维修方便。

开启式机组电动机结构简单，一旦烧毁，可在现场直接重新绕组，只需几小时就能重新开机。

4）可采用多种动力驱动方式。

由于电动机与压缩机完全分离，开式机组可采用中压1kW电力、蒸汽透平、燃气等多种驱动方式，这样就扩大了机组的适用性。

5）降低能耗。

开启式机组由空气冷却电动机，不增加机组本身的制冷负担，节约能耗。

图8-65开启式单级压缩机

1-联轴器2、7-推力轴承3-高速齿轮4、9-止推轴承5-叶轮6-导叶8-低速齿轮10-轴封

当然，由于采用空气冷却电动机，机组体积、重量和噪声比半封闭式机组大，这是它的缺点。

目前大型机组，特别是工业制冷用途的机组或用中压直接供电（6000～10000V）多采用这种型式。

但开启式机组也存在着易泄漏、体积较大等缺点。

图8-65为开启式单级压缩机剖面图。

1.4离心式制冷压缩机主要部件及结构

1.叶轮

叶轮也称工作轮，它是压缩机中最重要的一个部件。

叶轮按结构型式分为闭式、半开式。

闭式叶轮由轮盖、轮盘和叶片组成。

半开式叶轮如图8-62所示，不设轮盖，一侧敞开。

由于叶轮侧面有间隙，叶片两边存在压力差，使气体通过叶片顶部，从一个流道潜流至另一个流道，引起附加损失，所以半开式叶轮比闭式叶轮效率低，但制造简单、检测方便。

根据加工方法不同，叶轮可以分为铆接型、焊接型和整体铸造叶轮。

铆接叶片有摺边，增加运动阻力，强度低，但比整体铣制材料利用率高。

焊接叶轮的叶片需单独压制，然后分别与轮盖、轮盘焊接，由于取消了易产生应力集中和晶间腐蚀的铆钉，强度比铆接叶轮高，省工。

整体铸铝合金叶轮在离心制冷压缩机中用得较多，尤其在闭式三元叶轮制造中，有省工、省料和适宜复杂形状成型的特点。

轮盘、轮盖主要受自身旋转离心力作用，另外叶片旋转产生的离心力，也附加作用在轮盘和轮盖上。

叶轮的切向应力大致与材料的密度和叶轮的圆周速度的平方乘积成正比，并与其形状和尺寸有关，一般内孔处应力最大。

叶轮的材料可根据叶轮的圆周速度u2和强度计算结果选用，常用的材料有铸铝合金ZAl-Si9Mg，合金钢如35CrMoV、34CrNi3Mo等。

对工作温度特别低的压缩机，如乙烯、丙烯压缩机，其转子和定子均要用含镍合金钢。

2.扩压器

扩压器紧接在叶轮出口，是由前、后隔板形成的环形通道，结构型式有无叶扩压器和叶片扩压器。

1）无叶扩压器

如图8-66所示，无叶扩压器一般都做成直壁形，即由二个平行壁构成的等宽度环形通道，然而有时也作成收缩形，b4＜b3。

在无叶扩压器中，气流速度和直径成反比。

因此，气体经过扩压器速度降低，动能减少，静压得到提高。

图8-66无叶扩压器内气体的流动

这里特别要指出的是在无叶扩压器中，气流角（气流速度与圆周切线方向夹角）的大小与气体流动经过的路程、气体的扩压程度等有紧密的关系。

不宜太小，一般在20°

～27°

，不小于18°

。

在工况变化时，流量减少，速度下降，气流角也变小。

为了保持在无叶扩压器中气体有最佳的流动条件，有的机器开始用转动进口可转导叶与无叶扩压器变宽度调节装置。

它是根据负荷的变化，自动调节进口导叶角度或扩压器的宽度b，以保证变工况下，气体在扩压器中的气流角接近设计值，从而提高压缩机的效率和扩大工况范围，其工作原理见图8-67。

图8-67可变无叶扩压器宽度的调节

1-进口可转导叶2-凸轮3-蜗室4-无叶扩压器5-调节无叶扩压器宽度的隔板6-叶轮

2）叶片扩压器

这是在无叶扩压器的环形空间内装上一列叶片。

叶片前总要留有一小段无叶空间，以免从叶轮排出的气流直接冲击叶片，同时有利于提高进入叶片扩压器的气流的均匀性。

要提高气流在扩压器中的扩压度c3/c4，可增大α4，在平行壁间设置叶片，迫使气流改变流动路线，达到增大α4的目的，可以在同样的D4/D3下，得到更大的扩压度，或者说在同样扩压度下，降低扩压器的外径D4。

叶片一般采用机翼型及较低的密度，以免叶片群喉部的阻塞。

相比之下，无叶扩压器的结构简单、造价低。

叶片扩压器扩压度大，径向尺寸小。

叶片扩压器中气流方向角是不断增加的，气体流动路径比在无叶扩压器中短，摩擦损失小，故设计工况效率高3%～5%。

在变工况下，入口气流速度大小和方向变化，对叶片扩压器产生冲击，从而使入口损失增加，流量减小，易引起喘振，流量增加又易产生堵塞，所以稳定工作区比较小。

相反，无叶扩压器变工况性能好。

在制冷离心式制冷压缩机中，为增加变工况适应性，一般选用无叶扩压器。

3.密封

对于半封闭型和全封闭型机组，无需采用防止制冷剂外泄漏的轴封部件。

但在压缩机内部，为防止级间气体内漏，或油与气的相互渗漏，必须采用各种型式的气封和油封结构。

对于开启式压缩机，尤其压缩有毒、易燃易爆气体，或贵重的气体时，轴封是关键部件。

轴封将电动机外壳与压缩机外壳隔离，防止润滑油由压缩机进入电动机，这对于开式和闭式电动机均很重要。

有些厂家在闭式电动机的轴承上，配置压差密封圈，以分离电动机罩壳内的制冷剂与润滑油。

若轴封失效，润滑油会进入蒸发器，从而影响机组的效率和制冷能力。

由于油的渗漏不易察觉，渗漏情况将越来越严重，迫使整台机组因缺油而停机。

更有甚者，若不停机加油使机组维持运行，则最终蒸发器将充满渗漏的润滑油，致使机组的效率和制冷能力每况愈下。

通过大量的实验测试和研究，工程人员发现导致轴封失效的主要原因如下：

a.密封件表面温度过高，出现碳泡现象。

b.密封件表面温度过高，使润滑油分解并在密封件表面结焦。

c.铜管的铜离子分解导致铜粒嵌入密封件表面。

d.O形环因膨胀及收缩而吸收制冷剂及油。

在不停的膨胀收缩和温度压力变化下，“O”形环的功能会退化，以致失效。

1）机械密封

机械密封的结构型式较多，主要由一个静环和一个动环组成的单端面型，以及两个静环和一个动环，或两个静环和两个动环组成的双端面型。

图8-68为双端面型机械密封。

密封表面为静环5和动环6的接触面，弹簧作用在静环座4上，把静环与动环压紧。

O形圈3和7防止气体从间隙中泄漏。

在压缩机工作时，密封腔通入压力高于气体压力约（0.5～1）×

105Pa的油，一方面把压紧在动环两侧的静环推开一个间隙，形成油膜，以免动、静环之间直接摩擦。

另一方面把摩擦热量带走，使其温度保持在一定的范围之内，保证动、静环正常工作。

停车时，一组弹簧通过静环座把静环与动环压紧，从而无论开车或停机时，均可达到密封的目的。

机械密封的优点是密封性能好，接近于绝对密封，且结构紧凑。

但不足之处是易于磨损，寿命短，摩擦副的线速度不能太高，比压也有一定的限制。

动环材料一般采用钢环堆焊碳化钨或镍铬钢堆焊硬质合金，也有用陶瓷，硅铁等。

静环材料图8-68机械密封

为浸树脂石墨，浸金属石墨，或用锡磷青铜。

密1-轴封壳题2-弹簧3、7-O形圈

封面则用丁腈橡胶或聚四氟乙烯等。

弹簧用磷钢、4-静环座5-静环6-轴封动环

弹簧钢或不锈钢制成。

2）油封型式

图8-69a为简单的单片油封。

单片油封装于轴承两侧，单片常用铝、钢材，直径间隙为0.2～0.4mm，大于轴承的径向间隙。

图8-69b为充气密封。

在空调用离心式制冷压缩机上，主要采用充气密封。

它是在整体铸铝合金车削成的迷宫齿排中部，开有环形空腔，从压缩机的蜗壳内，引一股略高于油压的高压气体进入环形空腔中，高压气流从空腔内密封齿两端泄出，一端封油，另一端进入压缩机内。

齿片的直径间隙一般取0.2～0.6mm。

图8-69油封型式

a）单片油封b）充气油封

约克公司最近推出一种新轴封技术，下面简单介绍其特点。

（1）新型材料陶瓷碳化硅。

陶瓷碳化硅传热性能好，可以快速而有效地将密封件表面的热量传走。

这种无孔的陶瓷材料，降低了在开机时密封件表面的高温，避免了碳泡和表面结焦的现象。

用陶瓷碳化硅取代原来用于动环的铸铁，并降低润滑油的粘度，使运行时密封装置的温度也降低了，极大地减少了因氧化的油沉淀物引起的结焦，延长了轴承寿命。

陶瓷碳化硅不导电，由其制成的密封件不会因带电而吸附铜离子，也就不会引起表面结铜渣。

陶瓷碳化硅摩擦性能好，并能与润滑油很好地兼容。

陶瓷碳化硅质地紧密不含气孔，不会吸收制冷剂和润滑油，也避免了密封件出现气泡现象。

（2）新润滑方式。

将经过冷却的油直接喷在密封件表面，降低了表面温度，并延长了使用寿命。

（3）改进的O形环及新型的C形环。

长期使用的O形环作了改进：

用高科技的金属波纹管设计取代流体密封的O形环。

这样，静环与轴承紧密连接，由金属波纹管提供轴向的运动。

密封片与固定件的装配型式见图8-70，其优点是解决了液体密封环组装困难和环易膨胀鼓起的问题。

对于静环，金属波纹管提供了真正意义上的密封，O形环不再需要沿着轴承作轴向运动。

值得一提的是，一种全新的采用聚四氟乙烯（PTFE）材料制成的C形环，令轴承的先进技术向前迈进了一大步。

聚四氟乙烯一直被应用于航天工业，它不吸收制冷剂和润滑油，工作温度高达302℃，且机械性能好。

对于新型的环保制冷剂（R134a等）和各类新型的润滑油，聚四氟乙烯有很强的兼容性。

这类新型的C形环被应用于轴封的关键部件。

4.弯道和回流器

弯道和回流器仅出现在二级以上的压缩机中。

弯道中一般不装叶片，是一个弯曲的环形空间。

气体经弯道引入回流器。

回流器入口处气流角理论上讲应该和从扩压器出口气流角一样，然而实际上流动存在摩擦损失，加上转弯后气流的不均匀性，使实际气流入口角比扩压器气流出口角要大些。

由于气流进入回流器仍具有绕叶轮轴线的旋转运动，为了保

图8-70密封片与固定件的装配型式

1-密封唇2-挡圈3-O形环4-轴封盖5-B形垫圈6-C形环密封垫圈7-防转销

8-静环9-聚四氟乙烯C形环10-动环11-密封隔环12-O形环13-定位销

证下一级入口轴向进气，回流器必须装置有叶片。

也有为了使下一级叶轮入口气流有一定的预旋，将回流器叶片分割成二段，其中有出口部分的导向叶片做成角度可调的报道，但很少见。

在采用多级节流中间补气制冷循环中，段与段之间有中间加气，因此在离心式制冷压缩机的回流器中，还有级间加气的结构。

图8-71示出了三种加气型式。

图b和图c型对下一级叶轮入口气流均匀性不利，但可以减少轴向距离。

图8-71级间加气型回流器

5.蜗壳

离心式制冷压缩机常用图8-72所示的向外扩张的蜗壳，汇集从扩压器或叶轮周向排出的气体，引入到冷凝器中去。

它的特点是流通面积沿着气流旋绕方向逐渐增加，以适应流量沿圆周不均匀的情况。

其内部型线常采用等环量规律或平均流速线性分布的原理设计，以尽量降低蜗壳内的气动损失和起动噪声。

图8-73a所示为对称蜗壳，它前面接扩压器；

图8-73b的蜗壳直接设在叶轮之后，对叶轮的工作影响较大，增加了叶轮出口气流的不均匀性。

蜗壳的横截面常见的有圆形、梯形等。

图8-72蜗壳在径向面上的形状图8-73蜗壳的几种布置型式

a）蜗壳前为扩压器

b）蜗壳前为叶轮c）不对称内蜗壳

在卤代烃冷水机组的蜗壳底部有泄油孔，水平位置设有与油引射器相连的高压气引管。

各处用充气密封的高压气均由蜗壳内引出。

蜗壳及回流器隔板等均采用加入少量稀土元素的灰铸铁材料。

蜗壳与机壳、进气室等连接部分的气密性要求很高，以确保机组的正压检漏和真空度试验。

6.高精度增速齿轮

在各种型式的空调用制冷压缩机中，除采用主电动机轴两端悬臂式及少数双级或三级悬臂式外，一般都用齿轮增速器。

中、小型压缩机，增速器与叶轮同用一个机壳，由一对平行轴齿轮组成，增速比为2～4（最大不超过7）。

高速轴是转子的主轴。

齿形一般采用渐开线。

在国产大、中型制冷量的机组中，也常用双圆弧齿型。

双圆弧齿轮的啮合齿面的综合曲率半径很大，具有较高的啮合接触强度，按齿面接触强度计算的承载能力，要比渐开线齿轮高1.5～2.5倍。

同时，双圆弧齿轮在传动中，其啮合点以相当高的速度沿啮合线移动，有利于轮齿的动力润滑，故磨损小、效率高（η=0.99～0.995）、寿命长。

但双圆弧齿轮传动的中心距和切齿深度一旦有偏差，将影响齿高的正常接触，降低承载能力。

因此，对双圆弧齿轮对的中心距及切齿深度的精度要求很高，这给加工制造带来困难。

但双圆弧齿轮不论凹凸圆弧齿廓，均没有根切现象，齿数可少至5～8个，齿轮有良好的跑合性能。

图8-74是典型单级齿轮增速器，是一对平行轴齿轮构成。

由油泵3送出的润滑油，对各轴承进行强制润滑及对齿轮喷雾润滑。

图8-74单级齿轮增速器

大、小齿轮的材质均采用优质合金钢。

齿面1-高速轴2-轴封3-齿轮油泵

进行热处理。

增速箱体的材质采用加有少量稀土4-低速轴及大齿轮5-轴承6-箱体

元素的高强度灰铸铁。

有些离心式制冷压缩机，由于增速比高而采用行星齿轮传动增速。

它具有速比大、质量轻、体积小、可实行压缩机和驱动机同一中心线安装并同一方向转动、运行可靠等特点，但加工费用非常昂贵。

7.导叶调节结构

为适应制冷和空调系统外界热负荷的变化，在压缩机第一级叶轮进口前，设置有轴向（悬臂式转子）或径向（两端支撑式转子）进口能量调节机构，也称进口可转导叶装置，如图8-75所示。

其工作原理是，当进口可转导叶的叶片安装角度变化时，就改变了气流进入叶轮的方向，使气流进入叶轮时产生圆周方向的旋转，此旋绕可正（c1u与u1同向）。

也可负（c1u与u1反向）。

旋绕使压缩机特性曲线改变，从而改变运行工况点，达到转速不变下调节制冷量的目的。

图8-75进口可调导叶机械（横轴传动）

1-小齿轮2-齿圈3-转动叶片4-伺服电动机5-波纹6-连杆7-杠杆8-手轮

整个机构安装在第一级叶轮的前面。

进口导叶实际是一个由若干可转动叶片3组成的菊形阀。

每个叶片根部均有一个小齿轮1。

这些小齿轮有两种方式驱动：

一种是如图8-75所示，由大齿圈2带动，大齿圈是通过杠杆7和连杆6由伺服电动机4传动，也可以用手轮8进行手动操作；

另一种如图8-76所示，由一个主动轮5，通过钢丝绳3带动六个从动轮2转动，从而带动七个导叶1开启。

为了使钢丝绳在固定轨迹上运动，防止它从主动轮和从动轮上滑出，又安装有七个过渡轮4。

主动轮根据制冷机组的调节信号，由导叶调节执行机构带动链式机构转动主动轮。

密封采用波纹管。

进口导叶的材质为铸造黄铜或铸铝合金。

叶片具有机翼形与对称机翼形的叶形剖面，由人工修磨选配，进口导叶转轴上配有铜衬套，转轴与衬套间以及各连接部位应注入少许润滑剂，保证机构转动灵活。

图8-76进口可调导叶机械（钢丝绳传动）

1-导叶2-从动轮3-钢丝绳4-过渡轮5-主动轮

1.5离心式制冷机组的典型机组

和活塞式制冷压缩机、螺杆式制冷压缩机一样，大部分离心式制冷压缩机通常也都在工厂中将冷凝器、蒸发器、制冷剂液体控制元件和管道，组装成离心式制冷机组提供用户使用。

目前绝大多数是供空调用的离心式冷水机组。

本节将介绍几种典型机组。

1.CVHE/G三级压缩离心式冷水机组

CVHE/G三级压缩离心式冷水机组是由特灵空调（江苏）有限公司生产的，采用H