离心压缩机构造及应用分析

1.单级离心压缩机

一般空调用离心式制冷机制取4～7°C冷冻水时，采用单级或二级离心压缩机。工业用低温装置中作为冷却用，则采用多级离心压缩机，最新开发的也有为-5°C制冷装置中用单级离心压缩机。

图7-85所示为一台2800kW制冷量的封闭型单级离心压缩机的断面图。该压缩机由叶轮、增速齿轮、电动机和进口导叶构成。该机齿轮采用弧齿锥齿轮，在增速箱上部装有为防止停电用油槽。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。采用低压制冷剂R123作为工质。进口导叶的作用是对离心式制冷机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。图7-86为一般离心式压缩机的特性曲线，当冷水出口温度为7°C，冷水量、冷却水量保持不变时，示出进口导叶开度、电动机输入功率与制冷量的关系。

图7-84 具有功率回收膨胀器压缩循环的压-焓过程图

a）流程图 b）循环图

图7-85 封闭型单级离心压缩机断面图

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7-86 离心式压缩机的特性曲线

条件：冷水出口温度7°C，冷水量冷却水量保持不变。

图7-87为压缩机的强制润滑油系统。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，用电加热管加热使油温保持一定温度。润滑油自油泵6经油压调节阀10、油冷却器11和过滤器13，送至各轴承和增速齿轮进行强制循环。

图7-87 强制供油装置润滑系统图

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

2.多级离心压缩机

图7-88为多级离心式压缩机断面图。由于采用多级离心压缩，可以降低叶轮的运行速度，省去齿轮变速机构，从而达到提高可靠性，消除低负荷喘振问题之目的。

图7-88 多级离心式压缩机断面图

图7-89 半封闭单级离心压缩机的断面图

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—蜗壳 7—扩压器 8—叶轮 9—高速推力轴承 10—进气可调导流机构 11—油加热器 12、16、17—过滤器 13—止回阀 14—导叶回油器 15—电磁阀 18—引射器 19—油压调节阀 20—油泵和电动机 21—油冷却器 22—滤油器(www.xing528.com)

3.开启式和封闭式离心压缩机

按结构分，离心压缩机可分为开启式、半封闭式和全封闭式。图7-89为半封闭单级离心压缩机的断面图，它使用的工质是新型环保制冷剂R134a。该压缩机具有下列特点：①采用巴氏合金钢背轴承、Kingsbury自平衡推力轴承及AGMA11级优质单级斜齿，保证了机组平稳、运行可靠；②高效单级压缩机与多级压缩机相比，减少运动部件，提高了可靠性；③由三元流动原理设计的新型高效叶轮，由后弯叶片和分离叶片组成，保证了压缩机在满负荷和部分负荷时的效率；④采用静止的锥管状扩压器，无运动及磨损部件，提高机组的可靠性；⑤采用了新型航空发动机技术，增加了机组峰值效率。采用此压缩机生产的冷水机组，COP值达到5.0以上。

近几年来，开利公司开发了一种带透平膨胀机的离心式压缩机，旨在回收制冷系统中的膨胀功，图7-90为这种压缩机的断面图。据报道，用这种压缩机组装而成的冷水机组，COP值近7.0，实为节能产品。

图7-90 带透平膨胀机半封闭离心式压缩机的断面图

（上海合众—开利空调设备有限公司提供）

1—外壳 2—叶轮 3—喷嘴 4—喷嘴组件 5—电动机延伸轴 6—电动机定子 7—电动机转子 8—轴承 9—低速大齿轮 10—高速轴止推轴承 11—轴承 12—可调入口导叶 13—蜗壳 14—叶轮 15—扩压器 16—高速齿杆 17—油加热器 18—高速轴轴承 19—油泵电动机 20—油过滤器 21—油过滤器罩

4.全无油离心式制冷压缩机

在传统的离心式压缩机中润滑油是必不可少的，但又带来了对机组安全工作的不可靠性。丹佛斯公司开发的TT300型全无油离心式制冷压缩机适用于中等容量的水冷、风冷以及蒸发冷却等制冷空调机组上，其外形图如图7-91所示。该压缩机除采用两级半开式叶轮、进口调节导叶和经机器接口等传统技术外，还运用了航天工业中的电磁悬浮轴承、变频调速驱动和数字式电控技术等。具有高性能、高可靠性和体积小、重量轻等特点。采用R134a制冷剂，名义制冷量为210kW到350kW。

图7-91 TT300全无油离心式制冷压缩机外形图

为实现全无油润滑，该压缩机采用两个径向和一个轴向推力电磁悬浮轴承，它的安装位置见图7-92。TT300的转子轴（包括电动机转子）和叶轮（见图7-93）在旋转时悬浮在磁垫上（见图7-94），实现了无油且在无摩擦状态下工作。电磁轴承由永久磁铁和电磁铁组成。为保证转子轴正常旋转，在前后径向轴承外各安装三个位置传感器（X、Y、Z），实时反馈转子轴运行状况并对轴承进行调控。当停机和故障停机时，由装在轴承处的径向石墨轴承支撑。

图7-92 轴承的安装位置

1—叶轮 2—传感器环 3—前径向轴承 4—电缆通道 5—轴向轴承 6—后径向轴承 7—Z位置传感器 8—X位置传感器 9—Y位置传感器

图7-93 转子轴、叶轮和磁力轴承

图7-94 轴向和径向轴承

a）轴向轴承断面 b）径向轴承断面

1—永久磁铁 2—电磁铁 3—转子轴

转子由永久磁铁组成的同步电动机，采用脉冲宽度调制型PWM可变电压驱动，根据电动机或轴承控制器测得的变频其输出功率、转矩和电压相位等信号调整控制电动机转速，以适应系统变化的需求，控制范围为20%～100%。TT300全无油离心压缩机在部分负荷时采用变频调速和吸气导叶双重调节，具有明显的节能潜力和效果。该类压缩机还具有体积紧凑，重量轻和运行噪声低等特点。