制冷压缩机基本第七章 离心式制冷压缩机

第七章离心式制冷压缩机7.1概述7.2离心式制冷压缩机的基本理论7.3叶轮7.4固定元件7.5相似理论及其在离心式制冷压缩机中的应用7.6离心式制冷压缩机特性曲线与运行调节7.1概述一、离心式制冷压缩机原理及特点离心式制冷压缩机属于速度型压缩机，是一种叶轮旋转式的机械。它是靠高速旋转的叶轮对气体做功，以提高气体的压力。离心式制冷压缩机的----吸气量为0.0315m3/s，转速为180090000r/min，吸气温度通常在10100℃，吸气压力为14700kPa，排气压力小于2MPa，压力比在230之间，几乎所有制冷剂都可采用。依靠高速旋转的叶轮对气体做功，以提高气体的压力，叶轮进口处形成低压，气体由吸气管不断吸入，蜗壳处形成高压，最后引出压缩机外，完成吸气—压缩—排气过程。离心式压缩机的工作原理A）单级压缩机B）多级压缩机多级离心式制冷压缩机利用弯道和回流器将气体引入下一级叶轮进行压缩。离心式压缩机离心式制冷压缩机的特点1）外形尺寸小、重量轻、占地面积小。2）动平衡特性好，振动小。3）磨损部件少，连续运行周期长。4）传热性能高。5）易于实现多级压缩和节流，实现多种蒸发温度。6）能够经济地进行无级调节。7）若用经济性高的工业汽轮机直接驱动，则节能效果更好。8）转速较高，对轴端密封要求高。9）当冷凝压力较高时，会发生喘振现象。10）制冷量较小时，效率较低。二、主要零部件的结构与作用1.吸气室其作用是将从蒸发器或级间冷却器来的气体，均匀地引导至叶轮的进口。为减少气流的扰动和分离损失，吸气室沿气体流动方向的截面一般做成渐缩形。2.进口导流叶片导流叶片可用来调节制冷量，当导流叶片旋转时，改变了进入叶轮的气流流动方向和气体流量的大小。3.叶轮叶轮加工比较复杂，精度要求高。当使用氟利昂制冷剂时，通常用铸铝叶轮。半开式叶轮4.扩压器5.弯道和回流器扩压器是将气体动能转变为压力能的固定部件。气体流过扩压器时，速度逐渐降低，压力逐渐升高。弯道和回流器是为了把由扩压器流出的气体引导至下一级轮。6.蜗壳a)蜗壳前为扩压器b)蜗壳前为叶轮c)不对称内蜗壳7.密封三、压缩机总体结构实例常用型式结构示意图：a）全封闭式b）半封闭式C）空调用开启式d）低温用开启式空调用单级离心式制冷压缩机纵剖面图ALT250-36/-20型氨离心式制冷压缩机连续方程是质量守恒定律在流体力学中的数学 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式，在气体作定常一元流动的情况下，流经机器任意截面的质量流量相等，其连续方程表示为：7.2离心式制冷压缩机的基本理论连续方程为了反映流量与叶轮几何尺寸及气流速度的相互关系，常应用连续方程在叶轮出口的表达式为：欧拉方程欧拉方程式用来计算原动机通过轴和叶轮将机械能转换给流体的能量的。离心叶轮的欧拉方程为：也可表示为：欧拉方程的物理意义为：①欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系，它遵循能量转换与守恒定律；②只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出一千克流体与叶轮之间机械能转换的大小，而不管叶轮内部的流动情况；③适用于任何气体或液体，既适用于叶轮式的压缩机也适用与叶轮式的泵；④推而广之只需将等式右边各项的进出口符号调换一下，亦适用于叶轮式的原动机。能量方程能量方程用来计算气流温度(或焓)的增加和速度的变化。根据能量转换与守恒定律，外界对级内气体所做的机械功和输入的能量应转化为级内气体热焓和能量的增加，对级内1千克气体而言，其能量方程可表示为：能量方程的物理意义为：①表示由叶轮所做的机械功，转化为级内气体温度(或焓)的升高和动能的增加；②对有粘无粘的气体都适用，因为对有粘气体所引起的能量损失也以热量形式传递给气体，从而式气体温度(焓)升高；③可认为气体在机器内做绝热运动，q＝0；④该方程适用于一级，也适用于多级整机或其中任一通流部件，这由所取的进出口截面决定。应用伯努力方程将流体所获得的能量区分为有用能量和能量损失，并引用压缩机中所最关注的压力参数，以显示出压力的增加。叶轮所做的机械功还可与级内表征流体压力升高的静压能联系起来，表达成通用的伯努力方程，对级内流体而言有伯努利方程伯努利方程的物理意义为：①表示叶轮所做机械功转换为级中流体的有用能量(静压能和动能增加)的同时，还需付出一部分能量克服流动损失或级中的所有损失；②它建立了机械能与气体压力p、流速c和能量损失之间的相互关系；③该方程适用一级，亦适用于多级整机或其中任一通流通部件，这由所取的进出口截面而定；④对于不可压缩流体来说应用伯努利方程计算压力的升高是方便的。而对于可压缩流体，尚需获知压力和密度的函数关系才能求解静压能头积分，这还要联系热力学的基础知识加以解决。压缩过程与压缩功应用特定的热力过程方程可求解上述静压能量头增量的积分，从而计算出压缩功或压力升高的多少。每千克气体所获得的压缩功也称为有效能量头，如对多变压缩功而言，则有：将连续方程、欧拉方程、能量方程、伯努利方程、热力过程方程和压缩功的表达式相关联，就可知流量和流体速度在机器中的变化，而通常无论是级的进出口，还是整个压缩机的进出口，其流速几乎相同，故这部分进出口的动能增量可略而不计。同时还可获知由原动机通过轴和叶轮传递给流体的机械能，而其中一部分有用能量即静压能头的增加，使流体的压力得以提高，而另一部分是损失的能量，它是必须付出的代价。还可获知上述静压能头增量和能量损失两者造成流体温度(或焓)的增加，于是流体在机器内的速度、压力、温度等诸参数的变化规律也就都知道了。总结式中l为沿程长度，dhm为水平直径，cm为气流平均速度,为磨阻系数，通常级中的Re>Recr，故在一定的相对粗糙度下，λ为常数。由该式可知,从而。1.级内的流体损失流体的粘性是产生能量损失的根本原因。通常把级的通道部件看成依次连续的管道。利用流体热力学管道的实验数据，可计算出沿程磨阻损失为：级内的各种流体损失2.漏气损失（1）产生漏气损失原因（2）密封件的结构形式及漏气量的计算（3）轮盖密封的漏气量及漏气损失系数（1）产生漏气损失的原因从右图中可以看出，由于叶轮出口压力大于进口压力，级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定部件之间的间隙中会产生漏气，而所漏气体又随主流流动，造成膨胀与压缩的循环，每次循环都会有能量损失。该能量损失不可逆的转化为热能为主流气体所吸收。（2）密封件的结构形式及漏气量的计算（3）轮盖密封的漏气量及漏气损失系数轮盖密封处的漏气能量损失使叶轮多消耗机械功。通常隔板与轴套之间的密封漏气损失不单独计算，只高考虑在固定部件的流动损失之中。轮盖密封处的漏气量为：若通过叶轮出口流出的流量为则可求得轮盖处的漏气损失系数为：3.轮阻损失叶轮旋转时，轮盘、轮盖的外侧和轮缘要与它周围的气体发生摩擦，从而产生轮阻损失。其轮阻损失为对于离心叶轮而言，上式可简化为进而可得轮阻损失系数为多级压缩（1）采用多级串联和多缸串联的必要性（2）分段与中间冷却以减少耗功（3)级数与叶轮圆周速度和气体分子量的关系（1）采用多级串联和多缸串联的必要性离心压缩机的压力比一般都在3以上，有的高达150，甚至更高。离心压缩机的单级压力比，较活塞式的低，所以一般离心压缩机多为多级串联式的结构。考虑到结构的紧凑性与机器的安全可靠性，一般主轴不能过长。对于要求高增压比或输送轻气体的机器需要两缸或多缸离心压缩机串联起来形成机组。(2)分段与中间冷却以减少耗功为了降低气体温度，节省功率，在离心压缩机中往往采用分段中间冷却的结构，而不采用汽缸套冷却。各段由一级或若干级组成，段与段之间在机器之外由管道连接中间冷却器。应当指出，分段与中间冷却不能仅考虑省功，还要考虑下列因素：1）被压缩介质的特性属于易燃、易爆则段出口的温度低一些，对于某些化工气体，因在高温下气体发生不必要的分解或化合变化，或会产生并加速对机器材料的腐蚀，这样的压缩机冷却次数必需多一些。2）用户要求排出的气体温度高，以利于化学反应(由氮、氢化合为氮)或燃烧，则不必采用中间冷却，或尽量减少冷却次数。3）考虑压缩机的具体结构、冷却器的布置、输送冷却水的泵耗功、设备成本与环境条件等综合因素。4）段数确定后，每一段的最佳压力比，可根据总耗功最小的原则来确定。（3)级数与叶轮圆周速度和气体分子量的关系a．减少级数与叶轮圆周速度的关系：为使机器结构紧凑，减少零部件，降低制造成本，在达到所需压力比条件下要求尽可能减少级数。有下式可知，叶轮对气体做功的大小与圆周速度的平方成正比，如能尽量提高u2就可减少级数。但是提高叶轮圆周速度u2，却受到以下几种因素的限制。叶轮材料强度的限制；气流马赫数的限制；叶轮相对宽度的限制。b．级数与气体分子量的关系：气体分子量对马赫数的影响；气体分子量对所需压缩功的影响。压缩不同气体时所需压缩功和级数的比较表 气体 分子量μ/[J/(kg·K)] 绝热指数k 密度ρ/(kg/m3) 多方压缩功Hpol(kJ/kg) 圆周速度u2/(m/s) 级数j 氟里昂-11 136.3 1.10 6.15 16.97 186 1 空气 28.97 1.40 1.293 92.214 280 2 焦炉煤气 11.78 1.36 0.525 215.82 280 5 氦气 4 1.66 0.178 701.42 280 17 氢气 2 1.41 0.090 1319.45 280 32功率与效率1.单级总耗功、功率和效率2.多级离心机的功率和效率单级总耗功、功率和效率1.级总耗功、总功率2.级效率3.多变的能量头系数1.级总耗功、总功率叶轮对1kg气体的总耗功：流量qm的总功率：2.级效率多变效率是级中气体压力升高所需的多变压缩功与实际总耗功之比，表示为：通常c0’≈c0,因而有：3.多变的能量头系数该式表明，多变能量头系数与叶轮的周速系数、多变系数、漏气损失系数和轮阻损失系数的相互关系。若要充分利用叶轮的圆周速度，就要尽可能的提高周速系数和级效率。注意:若要比较效率的高低，应当注意以下几点：与所指的通流部件的进出口有关。与特定的气体压缩热力过程有关。与运行工况有关。只有在以上三点相同的条件下，比较谁的效率高还是低才是有意义的。多级离心压缩机的功率和效率(2)多级离心压缩机的效率多级离心压缩机所需的内功率可表示为诸级总功率之和(1)多级离心压缩机的内功率多级离心压缩机的效率通常指的内效率,而内效率是各级效率的平均值(4)原动机的输出功率(3)机械损失、机械效率和轴功率原动机的额定功率一般为叶轮是离心压缩机中唯一对气体作功的部件，且是高速回转件，所以对叶轮的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、材料和制造要求都很高，对叶轮的要求主要是： 提供尽可能大的能量头； 叶轮以及与之匹配的整个级的效率要比较高； 所设计的叶轮型式能使级及整机的性能稳定工况区较宽； 强度及制造质量符合要求。7.3叶轮对叶轮的要求叶轮的结构形式(1)按叶轮的弯曲形式分(2)按叶轮结构形式分(3)按制造工艺分(1)按叶轮的弯曲形式分叶轮性能 前弯式 径向式 后弯式 能量头 高 中 中 反作用度 小 中 大 稳定工况区 窄 中 宽 流动效率 低 中 高前弯叶片式叶轮(2)叶轮的结构形式分可分为闭式、半开式和开式叶轮三种类型。离心压缩机大多数采用闭式叶轮。(3)按制造工艺分叶轮有铆接、焊接、精密铸造、钎焊和电蚀加工等制造 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。 由于离心叶轮高速旋转所产生的离心力及与轴过盈配合所产生的压紧力等，会使叶轮内部产生很大的应力，为保证安全运转，需要进行叶轮强度计算。 闭式叶轮由轮盘、轮盖和叶片构成，从强度观点看，轮盖可视为轮盘的一个特例。而沿周向分散的叶片，可假定为沿周向均匀分布的由特定材料制成的盘形夹层。故叶轮强度计算主要是轮盘应力计算。目前轮盘应力计算有二次法、递推一代人法和有限元法。 应当指出，由于叶轮的重要作用和特殊地位，通常均选用优质的材料，考究的制造工艺和偏于安全的圆周速度uz，故叶轮的安全可靠性，一般是可以有所保证的。叶轮强度转子临界速度n<2nc1为了确保机器运行的安全性，要求工作转速远离第1、2阶临界转速，其校核条件是对于刚性转子对于柔性转子为了防止可能出现的轴承油膜振荡，工作转速应低于二倍的第一阶临界转速，即n≤0.75nc11.3nc1≤n≤0.7nc2轴向推力的平衡转子承受的轴向力(1)闭式叶轮轴向推力的计算(2)半开式叶轮轴向推力的计算轴向推力的平衡措施(1)叶轮对排(2)叶轮背面加筋(3)采用平衡盘(亦称平衡活塞)（1）闭式叶轮轴向推力的计算后一页图为闭式叶轮侧面的受力情况。向右的轴向力由F0和F1组成，其中向左的轴向力为F2，故叶轮总的向左的轴向推力为(2)半开式叶轮轴向推力的计算整个叶轮轴向推力为假定在D1到D2之间Pr1的分布为叶轮的各种排列方式如下图所示，图(a)是叶轮顺排，转子上各叶轮轴向力相加；图(b)和带有中间冷却器酌图(c)是叶轮对排，可使转子上的轴向力相互抵消，总轴向力大大降低。(1)叶轮对排abc轴向推力的平衡措施在轮盘背面加几条径向筋片，如图所示，相当于增加一个半开式叶轮。使间隙中的流体旋转角速度增加一倍，从而使离心力增加．压力减小图中eij线为无筋时的压力分布，而eih为有筋时的压力分布。可见靠内径处的压力显著下降，故使叶轮轴向力减少，这种措施对流体密度大的高压压缩机减小叶轮轴向力有效。（2）叶轮背面加筋如左图所示，在末级叶轮之后的轴上安装一个平衡盘。并使平衡盘的另一侧与吸气管相通，靠近平衡盘端面安装梳齿密封，可使转子上的轴向力大部分被平衡掉。平衡盘是最常用的平衡轴向推力的措施。（3）采用平衡盘（亦称平衡活塞）离心式压缩机常用术语：级：段：缸：列：由一个叶轮与其相配合的固定元件所构成以中间冷却器作为分段的标志，如前所述，气流在第三级后被引出冷却，故它为二段压缩。一个机壳称为一缸，多机壳称为多缸（在叶轮数较多时采用）指压缩机缸的排列方式，一列可由一至几个缸组成叶轮、扩压器、弯道、回流器、蜗壳、吸气室7.4固定元件主要部件的功用：7.5相似理论及其在离心式制冷压缩机中的应用相似理论在许多流体机械中均有重要的应用价值。应用相似理论进行性能换算可解决以下问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ：按照性能良好的模型级或机器，可快速地设计出性能良好的新机器；将模化试验(如缩小机器尺寸、改变工质和进口条件等)的结果，换算成在设计条件或使用条件下的机器性能；相似的机器可用通用的性能曲线表示它们的性能；可使产品系列化、通用化、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化，不仅有利于产品的设计制造，也有利于产品的选型使用。离心压缩机相似应具备的条件在流体力学和流体机器中，所谓流动相似，就是指流体流经几何相似的通道或机器时，其任意对应点上同名物理量(如压力、速度等)比值相等。由此就可获得机器的流动性能(如压力比、流量、效率等)相似。流动相似的相似条件有模型与实物或两机器之间几何相似、运动相似、动力相似和热力相似。对于离心压缩机而言，其流动相似应具备的条件可归结为几何相似、叶轮进口速度三角形相似、特征马赫数相等。而符合流动相似的机器其相似工况的效率相等。当两台机器符合相似条件时，只要知道一台机器的性能参数，则可通过相似换算得到另一台机器的性能参数。符合相似条件的性能换算右图为压缩机的通用性能曲线。它对于符合相似条件的机器，以及按相似条件组成系列化的所有机器均带来使用上的许多方便，故得到广泛的应用。通用性能曲线7.6离心式制冷压缩机特性曲线与运行调节一、离心式制冷机组的特性曲线对于一般离心式压缩机，为了较清晰地反映其特性，通常在某一转速时，将排气压力和气体流量的关系用曲线表示。离心式制冷压缩机的冷凝压力对应于一定的冷凝温度，气体流量对应于一定的制冷量。因此，制冷压缩机的特性可用制冷量与冷凝温度（或冷凝温度与蒸发温度的温差）的关系曲线表示。即制冷压缩机的特性曲线与一般压缩机的区别在于：它和冷凝器、蒸发器的运行情况有关。1.压缩机的特性曲线当冷凝温度不变时，制冷量Q0随蒸发温度t0的升高而增大。当蒸发温度不变时，制冷量Q0随冷凝温度tk的升高而下降。2.冷凝器和蒸发器的特性曲线冷凝温度tk与制冷量Q0之间的关系：蒸发温度t0与制冷量Q0的关系：3.压缩机与制冷设备的联合工作特性机组的平衡工况应该是压缩机特性曲线与冷凝器特性曲线的交点。点A为压缩机的稳定工作点点K为喘振工况点其他各点、线意义？二、离心式制冷机组的能量调节离心式制冷机组的能量调节决定于用户热负荷大小的改变。一般情况下，当制冷量改变时，要求保持从蒸发器流出的载冷剂温度tS2为常数（这是由用户给定的），而这时的冷凝温度是变化的。改变压缩机及换热器参数可对机组的能量进行调节，为防止发生喘振，还必须有防喘振措施。（1）进气节流调节就是在蒸发器和压缩机的连接管路上安装一节流阀，通过改变节流阀的开度，使气流通过节流阀时产生压力损失，从而改变压缩机的特性曲线，达到调节制冷量的目的。这种调节方法虽然简单，但压力损失大，不经济。1．压缩机对机组能量的调节（2）采用可调节进口导流叶片调节在叶轮进口前装有可转动的进口导流叶片，导流叶片转动时，进入叶轮的气流产生预定方向的旋绕，即进口气流产生所谓的预旋。利用进气预旋，在转速不变的情况下改变压缩机的特性曲线，从而实现机组能量的调节。采用可调节进口导流叶片进行调节（3）改变压缩机转速的调节用汽轮机或可变转速的电动机拖动时，可改变压缩机的转速来进行调节，这种调节方法最经济。每个压缩机转速n（n1n2n3）有不同的温度曲线，工作点将随之改变，从而达到调节机组能量的目的。采用变频技术改变压缩机转速VSD调节VSD根据冷水出水温度和压缩机压头来优化电动机的转速和导流叶片的开度，从而使机组始终在最佳状态区运行。VSD控制的基本参数是冷水出水温度实际值与设定值的温差。2.改变换热器参数对机组能量的调节当改变冷凝器冷却水流量时，可以得到不同的冷凝器特性曲线，从而可使工作点移动，达到调节能量的目的。3.防喘振调节通过喘振保护线来控制热气旁通阀的开启或关闭，使机组远离喘振点，达到保护的目的。1.离心式压缩机是速度型压缩机，通过扩压口把气体的功能转化为压能。2.抽气回收装置既可以排除机内的不凝性气体和水分，又可以对混入气体中的制冷剂进行回收。3.为使通过压缩机的流量与通过制冷剂设备的流量相等，使制冷机组在平衡状态下工作，压缩机冷凝器特点曲线的焦点，此焦点即为平衡工况。4.“喘振”对压缩机组的正常工作影响很大，因此在运行中要采用一定的措施防止“喘振”现象的发生。5.离心式压缩机常使用进口导流叶片调节机组的能量，它通过改变进口叶轮气流的方向来达到调节的目的。