第3章 其他類型的制冷壓縮機(jī)

第3章其他類型的制冷壓縮機(jī)

3/8/2023

除了活塞式、螺桿式制冷壓縮機(jī)，還有許多其他類型的制冷壓縮機(jī)。本章主要介紹離心式、滾動活塞式及渦旋式制冷壓縮機(jī)的相關(guān)內(nèi)容。離心式制冷壓縮機(jī)屬于速度型制冷壓縮機(jī)，一般用于大容量的制冷裝置中。滾動活塞式壓縮機(jī)是一種容積型回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，主要用于家用空調(diào)器、電冰箱和商用制冷裝置。渦旋式制冷壓縮機(jī)是一種新型容積式壓縮機(jī)，被廣泛用于空調(diào)和制冷機(jī)組中。

1．學(xué)習(xí)要求本章的重點是相關(guān)制冷壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、特點及工作原理，通過學(xué)習(xí)應(yīng)達(dá)到以下要求。（1）掌握離心式制冷壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；了解離心式制冷壓縮機(jī)的分類、主要零部件及應(yīng)用范圍。（2）了解空調(diào)用離心式制冷機(jī)組的組成及特點。學(xué)習(xí)導(dǎo)引3/8/2023（3）了解離心式制冷機(jī)組的特性曲線及能量調(diào)節(jié)方法。（4）掌握滾動活塞式制冷壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作過程、了解滾動活塞式制冷壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式和特點。（5）掌握渦旋式制冷壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作過程、了解渦旋式制冷壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式和特點。

2．本章難點本章所講的制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件較多，較難掌握。學(xué)習(xí)中應(yīng)將壓縮機(jī)的工作過程，各部件所起的作用及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點聯(lián)系起來掌握。學(xué)習(xí)要求3/8/20233.1離心式制冷壓縮機(jī)

3.1.1離心式制冷壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

離心式制冷壓縮機(jī)屬于速度型壓縮機(jī)，是一種葉輪旋轉(zhuǎn)式的機(jī)械。它是靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對氣體做功，以提高氣體的壓力。氣體的流動是連續(xù)的，其流量比容積型制冷壓縮機(jī)要大得多。為了產(chǎn)生有效的能量轉(zhuǎn)換，其旋轉(zhuǎn)速度必須很高。一般都用于大容量的制冷裝置中。離心式制冷壓縮機(jī)的吸氣量為0.03～15m3/s，轉(zhuǎn)速為1800～90000r/min，吸氣溫度通常在100～+10℃，吸氣壓力為14～700kPa，排氣壓力小于2MPa，壓力比在2～30之間，幾乎所有制冷劑都可采用。目前常用的制冷劑工質(zhì)有R22、R123、R134a等。3/8/20231．離心式制冷壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

離心式制冷壓縮機(jī)有單級、雙級和多級等多種結(jié)構(gòu)形式。

圖3.1單級離心式制冷壓縮機(jī)簡圖1.吸氣室；2.進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)流葉片；3.主軸；4.軸封；5.葉輪；6.擴(kuò)壓器；7.蝸殼；8.擴(kuò)壓器葉片；9.葉輪葉片

單級壓縮機(jī)主要由吸氣室、葉輪、擴(kuò)壓器、蝸殼及密封等組成。

3/8/20233/8/2023對于多級壓縮機(jī)，還設(shè)有彎道和回流器等部件。一個工作葉輪和與其相配合的固定元件（如吸氣室、擴(kuò)壓室、彎道、回流器或蝸殼等）就組成壓縮機(jī)的一個級。多級離心式制冷壓縮機(jī)的主軸上設(shè)置著幾個葉輪串聯(lián)工作，以達(dá)到較高的壓力比。

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圖3.2離心式制冷壓縮機(jī)的中間級和末級1.葉輪；2.擴(kuò)壓器；3.彎道；4.回流器；5.蝸殼

3/8/2023為了節(jié)省壓縮功耗和不使排氣溫度過高，級數(shù)較多的離心式制冷壓縮機(jī)中可分為幾段，每段包括一到幾級。低壓段的排氣需經(jīng)中間冷卻后才輸往高壓段。

2．離心式制冷壓縮機(jī)的工作原理

3/8/2023多級離心式制冷壓縮機(jī)工作過程

3/8/20233.1.2離心式制冷壓縮機(jī)的特點和應(yīng)用范圍

1．離心式制冷壓縮機(jī)的特點

（1）在相同制冷量時,其外形尺寸小、質(zhì)量輕、占地面積小。相同的制冷工況及制冷量，活塞式制冷壓縮機(jī)比離心式制冷壓縮機(jī)（包括齒輪增速器）重5～8倍，占地面積多一倍左右。（2）無往復(fù)運(yùn)動部件，動平衡特性好，振動小，基礎(chǔ)要求簡單。目前對中小型組裝式機(jī)組，壓縮機(jī)可直接裝在單筒式的蒸發(fā)－冷凝器上，無需另外設(shè)計基礎(chǔ)，安裝方便。（3）磨損部件少，連續(xù)運(yùn)行周期長，維修費(fèi)用低，使用壽命長。（4）潤滑油與制冷劑基本上不接觸，從而提高了蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱性能。（5）易于實現(xiàn)多級壓縮和節(jié)流，達(dá)到同一臺制冷機(jī)多種蒸發(fā)溫度的操作運(yùn)行。

3/8/2023（6）能夠經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行無級調(diào)節(jié)?？梢岳眠M(jìn)口導(dǎo)流葉片自動進(jìn)行制冷量的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍和節(jié)能效果較好。（7）對于大型制冷機(jī)組，若用經(jīng)濟(jì)性高的工業(yè)汽輪機(jī)直接帶動，實現(xiàn)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，節(jié)能效果更好。尤其對有廢熱蒸汽的工業(yè)企業(yè)，還能實現(xiàn)能量回收。（8）轉(zhuǎn)速較高，因此用電動機(jī)驅(qū)動的一般需要設(shè)置增速器。而且，對軸端密封要求高，這些均增加了制造上的困難和結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性。（9）當(dāng)冷凝壓力較高，或制冷負(fù)荷太低時，壓縮機(jī)組會發(fā)生喘振而不能正常工作。（10）制冷量較小時，效率較低。

3/8/20232．離心式制冷壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍目前所使用的離心式壓縮制冷機(jī)組有冷水機(jī)組和低溫機(jī)組兩大類。（1）冷水機(jī)組，其蒸發(fā)溫度在-5℃以上，廣泛用于大型中央空調(diào)或制取5℃以上冷水或略低于0℃鹽水的工業(yè)過程用場合。（2）低溫機(jī)組，其蒸發(fā)溫度在-40～-5℃，多用于制冷量較大的化工流程。另外在啤酒工業(yè)、人造冰場、冷凍土壤、低溫試驗室和冷溫水同時供應(yīng)的熱泵系統(tǒng)等也可使用離心式壓縮制冷機(jī)組。離心式制冷壓縮機(jī)通常用于制冷量較大的場合，在350～7000kW范圍內(nèi)采用封閉離心式制冷壓縮機(jī)，在7000～35000kW范圍內(nèi)多采用開啟離心式制冷壓縮機(jī)。

3/8/20233.1.3離心式制冷壓縮機(jī)的分類

1．按壓縮機(jī)的使用場合分類按壓縮機(jī)的使用場合分，離心式制冷壓縮機(jī)可分為冷水機(jī)組用壓縮機(jī)和低溫機(jī)組用壓縮機(jī)。

2．按壓縮機(jī)的密封結(jié)構(gòu)形式分類

（1）全封閉式

圖3.3全封閉離心式制冷機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖1、4.電動機(jī)；2.冷凝器；3.蒸發(fā)器

3/8/2023（2）半封閉式

圖3.4半封閉離心式制冷機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖

3/8/2023（3）開啟式圖3.5開啟離心式制冷機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖

3/8/20233．按壓縮機(jī)的級數(shù)分類

（1）單級離心式制冷壓縮機(jī)由于其結(jié)構(gòu)決定，它不可能獲得很大的壓力比，因此單級離心式壓縮機(jī)多用于冷水機(jī)組中。

圖3.6單級離心式制冷壓縮機(jī)1.導(dǎo)葉電動機(jī)；2.進(jìn)口導(dǎo)葉葉輪；3.增速齒輪；4.電動機(jī)；5.油加熱器；6.葉輪

3/8/2023（2）多級離心式制冷壓縮機(jī)

圖3.7多級離心式制冷壓縮機(jī)1.頂軸器；2.套筒；3.推力軸承；4.軸承；5.調(diào)整塊；6.軸封；7.進(jìn)口導(dǎo)葉；8.吸入口；9.隔板；10.軸；11.蝸殼；12.調(diào)整環(huán)；13.聯(lián)軸器；14.第二級葉輪；15.回流器；16.彎道；17.無葉擴(kuò)壓器；18.第一級葉輪

3/8/20233.1.4離心式制冷壓縮機(jī)的主要零部件

1．吸氣室

吸氣室的作用是將從蒸發(fā)器或級間冷卻器來的氣體，均勻地引導(dǎo)至葉輪的進(jìn)口。為減少氣流的擾動和分離損失，吸氣室沿氣體流動方向的截面一般做成漸縮形，使氣流略有加速。吸氣室的結(jié)構(gòu)比較簡單，有軸向進(jìn)氣和徑向進(jìn)氣兩種形式。

圖3.8吸氣室

3/8/20232．進(jìn)口導(dǎo)流葉片在壓縮機(jī)第一級葉輪進(jìn)口前的機(jī)殼上裝有進(jìn)口導(dǎo)流葉片，當(dāng)導(dǎo)流葉片旋轉(zhuǎn)時，改變了進(jìn)入葉輪的氣體流動方向和流量的大小，達(dá)到了調(diào)節(jié)制冷量的目的。轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉時可采用杠桿式或鋼絲繩式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

圖3.9杠桿式進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)1.小齒輪；2.齒圈；3.轉(zhuǎn)動葉片；4.伺服電動機(jī)；5.波紋管；6.連桿；7.杠桿；8.手輪

3/8/2023圖3.10鋼絲繩式進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)1.導(dǎo)葉；2.從動齒輪；3.鋼絲繩；4.過渡輪；5.主動齒輪

3/8/20233．葉輪葉輪也稱工作輪，是壓縮機(jī)中對氣體做功的唯一部件。葉輪隨主軸高速旋轉(zhuǎn)后，利用葉片對氣體做功，氣體由于受離心力的作用以及在葉輪內(nèi)的擴(kuò)壓流動，使氣體通過葉輪后的壓力和速度都得到提高。葉輪按結(jié)構(gòu)形式分為閉式、半開式和開式三種，通常采用閉式和半開式兩種。

圖3.11離心式制冷壓縮機(jī)葉輪

閉式葉輪由輪蓋、葉片和輪盤組成，空調(diào)用制冷壓縮機(jī)大多采用閉式。

半開式葉輪不設(shè)輪蓋，一側(cè)敞開，僅有葉片和輪盤，用于單級壓力比較大的場合。3/8/2023閉式葉輪

有輪蓋時，可減少內(nèi)漏氣損失，提高效率，但在葉輪旋轉(zhuǎn)時，輪蓋的應(yīng)力較大，因此葉輪的圓周速度不能太大，限制了單級壓力比的提高。

3/8/2023半開式葉輪半開式葉輪由于沒有輪蓋，適宜于承受離心慣性力，因而對葉輪強(qiáng)度有利，使葉輪圓周速度可以較高。鋼制半開式葉輪圓周速度目前可達(dá)450～540m/s，單級壓力比可達(dá)6.5。

3/8/2023離心式制冷壓縮機(jī)的葉輪的葉片按形狀可分為單圓弧、雙圓弧、直葉片和三元葉片四種?？照{(diào)用壓縮機(jī)的單級葉輪多采用形狀既彎曲又扭曲的三元葉片，加工比較復(fù)雜，精度要求高。當(dāng)使用氟利昂制冷劑時，通常用鑄鋁葉輪，可降低加工要求。

3/8/20234．?dāng)U壓器氣體從葉輪流出時有很高的流動速度，一般可達(dá)200～300m/s，占葉輪對氣體做功的很大比例。為了將這部分動能充分地轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，同時為了使氣體在進(jìn)入下一級時有較低的合理的流動速度，在葉輪后面設(shè)置了擴(kuò)壓器。3/8/2023擴(kuò)壓器通常是由兩個與葉輪軸相垂直的平行壁面組成。如果在兩平行壁面之間不裝葉片，稱為無葉擴(kuò)壓器；如果設(shè)置葉片，則稱為葉片擴(kuò)壓器。擴(kuò)壓器內(nèi)環(huán)形通道截面是逐漸擴(kuò)大的，當(dāng)氣體流過時，速度逐漸降低，壓力逐漸升高。

3/8/20235．彎道和回流器在多級離心式制冷壓縮機(jī)中，彎道和回流器是為了把由擴(kuò)壓器流出的氣體引導(dǎo)至下一級葉輪。彎道的作用是將擴(kuò)壓器出口的氣流引導(dǎo)至回流器進(jìn)口，使氣流從離心方向變?yōu)橄蛐姆较?。回流器則是把氣流均勻地導(dǎo)向下一級葉輪的進(jìn)口，為此，在回流器流道中設(shè)有葉片，使氣體按葉片彎曲方向流動，沿軸向進(jìn)入下一級葉輪。在采用多級節(jié)流中間補(bǔ)氣制冷循環(huán)中，段與段之間有中間加氣，因此在離心式制冷壓縮機(jī)的回流器中，還有級間加氣的結(jié)構(gòu)。圖3.12級間加氣型回流器

3/8/20236．蝸殼蝸殼的作用是把從擴(kuò)壓器或從葉輪中（沒有擴(kuò)壓器時）流出的氣體匯集起來，排至冷凝器或中間冷卻器。圖3.13蝸殼

圖3.14蝸殼的幾種布置形式

3/8/20233.1.5空調(diào)用離心式制冷機(jī)組

1．離心式制冷機(jī)組的組成及制冷系統(tǒng)

離心式制冷機(jī)組主要是由離心式制冷壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置、潤滑系統(tǒng)、進(jìn)口低于大氣壓時用的抽氣回收裝置、進(jìn)口高于大氣壓時用的泵出系統(tǒng)、能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及安全保護(hù)裝置等組成。

一般空調(diào)用離心式制冷機(jī)組制取4～9℃冷媒水時，采用單級、雙級或三級離心式制冷壓縮機(jī)，而蒸發(fā)器和冷凝器往往做成單筒式或雙筒式置于壓縮機(jī)下面，作為壓縮機(jī)的基礎(chǔ)，以組裝形式出廠。節(jié)流裝置常用浮球閥、節(jié)流孔板（或稱節(jié)流孔口）、線性浮閥及提升閥等，在有些機(jī)組中，還有用透平膨脹機(jī)作為節(jié)流裝置的。3/8/2023圖3.15單級半封閉離心式制冷機(jī)組的制冷循環(huán)1.電動機(jī)；2.葉輪；3.進(jìn)口導(dǎo)流葉片；4.離心式制冷壓縮機(jī)；5.冷凝器；6.蒸發(fā)器；7.節(jié)流閥；8.過冷盤管；9.過濾器

3/8/20232．冷卻液的過冷方式

在空調(diào)用離心式制冷機(jī)組中，采用制冷劑作為冷卻液的主要有兩個部位，一個是制冷劑噴射冷卻主電動機(jī)；另一個是抽氣回收裝置中回收冷凝器內(nèi)冷卻盤管的供液。制冷劑冷卻液由浮球閥室內(nèi)節(jié)流閥前的儲液槽中抽出，如圖3.16所示?？傄艽┻^蒸發(fā)器底部，過冷后由蒸發(fā)器筒體的左下方引出，由波紋管閥控制供液量的大小。制冷劑液體經(jīng)過濾器過濾后，被分成兩路，一路去抽氣回收裝置的回收冷凝器，另一路去主電動機(jī)噴液嘴。兩股冷卻液的回路各自回到蒸發(fā)器內(nèi)。

圖3.16冷卻液的過冷示意圖

3/8/2023制冷劑冷卻液過冷的目的是提高主電動機(jī)和回收冷凝器的冷卻效果。由于兩股冷卻液最終要回到蒸發(fā)器中參加制冷機(jī)組的制冷劑循環(huán)流程，這部分吸熱量已被考慮在機(jī)組的總制冷量之中。對冷卻液采取過冷措施的目的在于提高冷卻效果，減少制冷劑冷卻液的供液量。在主電動機(jī)的回液（氣）管中裝有擋油板，其作用在于阻止制冷劑回液（氣）中混入的油成分進(jìn)入蒸發(fā)器，并使主電動機(jī)回液尾部空間保持足夠高的壓力值，以免對機(jī)殼油槽上部空間的油霧起抽吸作用。擋油板上游的管底部開設(shè)有回油孔和接頭，可將積油引回油槽內(nèi)。

3/8/20233．潤滑系統(tǒng)離心式制冷壓縮機(jī)一般是在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的，其葉輪與機(jī)殼無直接接觸摩擦，無需潤滑。但其他運(yùn)動摩擦部位則不然，即使短暫缺油，也將導(dǎo)致燒壞，因此離心式制冷機(jī)組必須帶有潤滑系統(tǒng)。開啟式機(jī)組的潤滑系統(tǒng)為獨立的裝置，半封閉式則放在壓縮機(jī)機(jī)組內(nèi)。3/8/2023圖3.17離心式制冷壓縮機(jī)的強(qiáng)制潤滑油系統(tǒng)1.軸承；2.油位計；3.油箱；4.溫度傳感器；5.油加熱器；6.液壓泵；7.液壓泵電動機(jī)；8.油過濾器；9.注排油閥；10.油壓調(diào)節(jié)閥；11.油冷卻器；12.噴嘴；13.過濾器；14.油壓開關(guān)；15.壓力真空表

3/8/2023由于制冷劑中含油，在運(yùn)轉(zhuǎn)中就應(yīng)不斷把油回收到油箱。一般情況下經(jīng)壓縮后的含油制冷劑，其油滴會落到蝸殼底部，可通過噴油嘴回收入油箱。進(jìn)入油箱的制冷劑閃發(fā)成氣體再次被壓縮機(jī)吸入。油箱中設(shè)有帶恒溫裝置的油加熱器，在壓縮機(jī)啟動前或停機(jī)期間通電工作，以加熱潤滑油。其作用是使?jié)櫥宛ざ冉档停岳诟咚佥S承的潤滑，另外在較高的溫度下易使溶解在潤滑油中的制冷劑蒸發(fā)，以保持潤滑油原有的性能。為了保證壓縮機(jī)潤滑良好，液壓泵在壓縮機(jī)啟動前30s先啟動，在壓縮機(jī)停機(jī)后40s內(nèi)仍連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)油壓差小于69kPa時，低油壓保護(hù)開關(guān)使壓縮機(jī)停機(jī)。

3/8/20234．抽氣回收裝置空調(diào)機(jī)組采用低壓制冷劑（如R123）時，壓縮機(jī)進(jìn)口處于真空狀態(tài)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行、維修和停機(jī)時，不可避免地有空氣、水分或其它不凝性氣體滲透到機(jī)組中。若這些氣體過量而又不及時排出，會引起冷凝器內(nèi)部壓力的急劇升高，使制冷量減少，制冷效果下降，功耗增加甚至?xí)箟嚎s機(jī)停機(jī)。因此需采用抽氣回收裝置，隨時排除機(jī)內(nèi)的不凝性氣體和水分，并把混入氣體中的制冷劑回收。一般有“有泵”和“無泵”兩種類型。3/8/2023圖3.18有泵型自動抽氣回收裝置1～9.閥門；10.干燥過濾器；11.冷凝器壓力表；12.回收冷凝器；13.再冷器；14.壓差控制器；15.回收冷凝器壓力表；16、18.減壓閥；17.單向閥；19.電磁閥；20.抽氣泵；21.節(jié)流器

3/8/2023圖3.19差壓式無泵型抽氣回收裝置1～8.波紋管閥；9、16.過濾器；10.干燥器；11.回收冷凝器；12.壓力表；13.電磁閥；14.壓差控制器；15.壓力控制器；17.冷凝器；18.蒸發(fā)器；19.浮球閥；20.過冷段

3/8/2023圖3.20油壓式無泵型抽氣回收裝置1.三通電磁閥；2.干燥過濾器；3.下浮球閥；4.上浮球閥；5.排氣電磁閥；6、11.單向閥；7.冷卻盤管；8.潤滑油油位；9.回收冷凝器；10.節(jié)流口

3/8/20233.1.6離心式制冷機(jī)組的特性曲線和能量調(diào)節(jié)

1．離心式制冷機(jī)組的特性曲線

（1）離心式制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行特性曲線

對于一般離心式壓縮機(jī)，為了較清晰地反映其特性，通常在某一轉(zhuǎn)速情況下，將排氣壓力和氣體流量的關(guān)系用曲線表示。對于離心式制冷壓縮機(jī)，冷凝壓力對應(yīng)于一定的冷凝溫度，氣體流量對應(yīng)于一定的制冷量。因此，制冷壓縮機(jī)的特性可用制冷量與冷凝溫度（或冷凝溫度與蒸發(fā)溫度的溫差）的關(guān)系曲線表示。也即，制冷壓縮機(jī)的特性曲線與一般壓縮機(jī)的區(qū)別，在于它和冷凝器、蒸發(fā)器的運(yùn)行情況有關(guān)。

3/8/2023圖3.21某空調(diào)用離心式制冷壓縮機(jī)運(yùn)行特性曲線

當(dāng)冷凝溫度不變時，制冷量0隨蒸發(fā)溫度t0的升高而增大；當(dāng)蒸發(fā)溫度不變時，制冷量0隨冷凝溫度tk的升高而下降。軸功率Pe一般情況下隨制冷量的增大而增大，但隨制冷量增大到某一最大值后發(fā)生陡降。

3/8/2023（2）冷凝器和蒸發(fā)器的特性曲線

冷凝溫度tk與制冷量0之間的關(guān)系式

蒸發(fā)溫度t0與制冷量0的關(guān)系

3/8/2023圖3.22壓縮機(jī)和制冷設(shè)備的聯(lián)合特性曲線

3/8/2023圖3.22壓縮機(jī)和制冷設(shè)備的聯(lián)合特性曲線

（3）壓縮機(jī)與制冷設(shè)備的聯(lián)合工作特性

機(jī)組的平衡工況應(yīng)該是壓縮機(jī)特性曲線與冷凝器特性曲線的交點

點A為壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作點

點K為喘振工況點3/8/20232．離心式制冷機(jī)組的能量調(diào)節(jié)

離心式制冷機(jī)組的能量調(diào)節(jié)，決定于用戶熱負(fù)荷大小的改變。一般情況下，當(dāng)制冷量改變時，要求保持從蒸發(fā)器流出的載冷劑溫度tS2為常數(shù)（這是由用戶給定的），而這時的冷凝溫度是變化的。改變壓縮機(jī)及換熱器參數(shù)可對機(jī)組的能量進(jìn)行調(diào)節(jié)，為防止發(fā)生喘振，還必須有防喘振措施。3/8/2023（1）壓縮機(jī)對機(jī)組能量的調(diào)節(jié)

①進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)在蒸發(fā)器和壓縮機(jī)的連接管路上安裝一節(jié)流閥，通過改變節(jié)流閥的開度，達(dá)到調(diào)節(jié)制冷量的目的。這種調(diào)節(jié)方法簡單，但壓力損失大，不經(jīng)濟(jì)。

②采用可調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)在葉輪進(jìn)口前裝有可轉(zhuǎn)動的進(jìn)口導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)動時，使進(jìn)入葉輪的氣流方向改變，從而改變了壓縮機(jī)的運(yùn)行特性曲線，也就是調(diào)節(jié)了制冷量。這種調(diào)節(jié)方法，被廣泛應(yīng)用在單級或雙級的離心式制冷機(jī)組的能量調(diào)節(jié)上。采用這種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，有時可使單級離心式制冷機(jī)組的能量減少到10％。

3/8/2023圖3.23進(jìn)口導(dǎo)流葉片自動能量調(diào)節(jié)示意圖

在單級離心式制冷壓縮機(jī)上采用進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、效果較好的特點。但對多級，如果僅調(diào)節(jié)第一級葉輪進(jìn)口，對整機(jī)運(yùn)行特性曲線的調(diào)節(jié)作用不大。若每級均用進(jìn)口導(dǎo)葉，則導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且還應(yīng)注意級間協(xié)調(diào)問題。

3/8/2023③改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)當(dāng)離心式制冷壓縮機(jī)用汽輪機(jī)或可變轉(zhuǎn)速的電動機(jī)驅(qū)動時，可改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方法最經(jīng)濟(jì)。

圖3.24改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的能量調(diào)節(jié)

每個壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速n

（n1n2n3）有不同的溫度曲線，工作點將隨之改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)組能量的目的。3/8/2023壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的改變可采用變頻調(diào)節(jié)以改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。應(yīng)用于離心式冷水機(jī)組中的變頻驅(qū)動裝置（VSD），是離心式制冷壓縮機(jī)利用改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)能量的一大特點。通過調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速和優(yōu)化壓縮機(jī)導(dǎo)流葉片的位置，使機(jī)組在各種工況下，尤其是部分負(fù)荷情況下，始終保持最佳效率。一般速度型壓縮機(jī)的電動機(jī)消耗功率與轉(zhuǎn)速的立方有關(guān)聯(lián)，即減小轉(zhuǎn)速，將大大減小功率，同時提高壓縮機(jī)的效率，降低制冷機(jī)組的功耗。VSD根據(jù)冷媒水（載冷劑）出水溫度和壓縮機(jī)壓頭來優(yōu)化電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和導(dǎo)流葉片的開度，從而使機(jī)組始終在最佳狀態(tài)區(qū)運(yùn)行。3/8/2023圖3.25VSD工作原理圖

3/8/2023VSD控制的基本參數(shù)是冷媒水出水溫度實際值與設(shè)定值的溫差。當(dāng)機(jī)組在滿負(fù)荷工況下運(yùn)行時，導(dǎo)流葉片全開，電動機(jī)速度邏輯完全由溫差控制。隨著冷負(fù)荷的下降，電動機(jī)轉(zhuǎn)速將減小，并通過壓縮機(jī)的壓頭和系統(tǒng)最小允許轉(zhuǎn)速來控制電動機(jī)速度邏輯，直至轉(zhuǎn)速達(dá)到最小為止。此時，電動機(jī)將保持在最小轉(zhuǎn)速，并由電動機(jī)轉(zhuǎn)速來給導(dǎo)流葉片控制邏輯提供信號，使其減小導(dǎo)流葉片的開度。隨著冷負(fù)荷的繼續(xù)下降，來自壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速信號繼續(xù)關(guān)閉導(dǎo)流葉片，并提高電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。總之，在任何工況下，VSD都能根據(jù)冷媒水出水溫度與設(shè)定值的溫差和壓縮機(jī)的壓頭，來優(yōu)化電動機(jī)轉(zhuǎn)速和導(dǎo)流葉片的開度，從而滿足負(fù)荷要求，并使機(jī)組性能最優(yōu)，效率最高。

3/8/2023（2）改變換熱器參數(shù)對機(jī)組能量的調(diào)節(jié)由冷凝器和蒸發(fā)器的特性曲線可知，改變換熱器參數(shù)，如改變冷卻水流量時，可以得到不同的冷凝器特性曲線，從而可使工作點移動，達(dá)到調(diào)節(jié)能量的目的。但這種調(diào)節(jié)方法不經(jīng)濟(jì)，一般只在采用其他調(diào)節(jié)方法的同時作為一種輔助性的調(diào)節(jié)。（3）防喘振調(diào)節(jié)

一般可采用熱氣旁通來進(jìn)行喘振防護(hù)。通過喘振保護(hù)線來控制熱氣旁通閥的開啟或關(guān)閉，使機(jī)組遠(yuǎn)離喘振點，達(dá)到保護(hù)的目的。圖3.26熱氣旁通喘振保護(hù)

3/8/20233.2滾動活塞式制冷壓縮機(jī)

3/8/20233.2.1滾動活塞式制冷壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作過程

滾動活塞式制冷壓縮機(jī)也稱滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)，是一種容積型回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。它是依靠偏心安設(shè)在氣缸內(nèi)的旋轉(zhuǎn)活塞在圓柱形氣缸內(nèi)作滾動運(yùn)動和一個與滾動活塞相接觸的滑板的往復(fù)運(yùn)動實現(xiàn)氣體壓縮的制冷壓縮機(jī)。1.基本結(jié)構(gòu)

滾動活塞式制冷壓縮機(jī)主要由氣缸、滾動活塞（亦稱滾動轉(zhuǎn)子）、滑板、排氣閥等組成。

圖3.27滾動活塞式制冷壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)示意圖1.排氣管；2.氣缸；3.滾動活塞；4.曲軸；5.潤滑油；6.吸氣管；7.滑板；8.彈簧；9.排氣閥

3/8/20232.工作過程

圖3.28滾動活塞式制冷壓縮機(jī)工作過程示意圖

3/8/20233/8/2023由上述的工作過程可以看出：（1）一定量氣體的吸入、壓縮和排出過程是在活塞旋轉(zhuǎn)兩周中完成的，但在滑板兩側(cè)的空腔中卻同時進(jìn)行著吸氣與壓縮、排氣過程。即，活塞旋轉(zhuǎn)一周，將完成上一工作循環(huán)的壓縮過程和排氣過程及下一工作循環(huán)的吸氣過程。（2）由于不設(shè)吸氣閥，吸氣開始的時機(jī)和氣缸上吸氣孔口位置有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不隨工況的變化而變動。（3）由于設(shè)置了排氣閥，壓縮終了的時機(jī)將隨排氣管中壓力的變化而變動。3/8/2023

3.2.2滾動活塞式制冷壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式和特點

1.主要結(jié)構(gòu)形式

滾動活塞式制冷壓縮機(jī)可分為中等容量的開啟式壓縮機(jī)和小容量的全封閉式壓縮機(jī)。目前廣泛使用的滾動活塞式制冷壓縮機(jī)主要是小型全封閉式，一般標(biāo)準(zhǔn)制冷量多為3kW以下，通常有立式和臥式兩種，前者在空調(diào)器中常見，后者多用于冰箱。

3/8/2023（1）立式全封閉滾動活塞式制冷壓縮機(jī)

圖3.29立式全封閉滾動活塞式制冷壓縮機(jī)1.進(jìn)氣管；2.氣液分離器；3.吸入管；4、14.平衡塊；5.滾動活塞；6.副軸承；7.氣缸；8.排氣消聲器；9.主軸承；10.電動機(jī)定子；11.偏心軸；12.電動機(jī)轉(zhuǎn)子；13.機(jī)殼；15.排氣管；16.彈簧；17.滑板；18.排氣口；19.壓縮室；20.吸入室

3/8/2023圖3.30立式雙缸全封閉滾動活塞式制冷壓縮機(jī)1.吸入管；2.上、下活塞；3.副軸承；4.隔板；5.機(jī)座；6.上、下氣缸；7.排氣消聲器；8.主軸承；9.電動機(jī)定子；10.偏心軸；11.電動機(jī)轉(zhuǎn)子；12.機(jī)殼；13.排氣管；14.平衡塊

3/8/2023（2）臥式全封閉滾動活塞式制冷壓縮機(jī)

圖3.31臥式全封閉滾動活塞式制冷壓縮機(jī)1.軸油管；2.副軸承；3.氣缸；4.機(jī)座；5.主軸承；6.電動機(jī)轉(zhuǎn)子；7.電動機(jī)定子；8.排氣管；9.偏心軸；10.消聲器；11.滑板；12.滾動活塞；13.油冷卻器；14.進(jìn)氣管

3/8/20232.特點

從結(jié)構(gòu)及工作過程來看，小型滾動活塞式制冷壓縮機(jī)具有如下優(yōu)點：①結(jié)構(gòu)簡單，零部件幾何形狀簡單，便于加工及流水線生產(chǎn)；②體積小、質(zhì)量輕、零部件少，與相同制冷量的往復(fù)活塞式制冷壓縮機(jī)相比，體積減少40％～50％，質(zhì)量減少40％～50％，零件數(shù)減少40％左右；③易損件少、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠；④效率高，因為沒有吸氣閥故流動阻力小，且吸氣過熱小，所以在制冷量為3kW以下的場合使用尤為突出。滾動活塞式制冷壓縮機(jī)也有其缺點，這就是氣缸容積利用率低，因為只利用了氣缸的月牙形空間；轉(zhuǎn)子和氣缸的間隙應(yīng)嚴(yán)格保證，否則會顯著降低壓縮機(jī)的可靠性和效率，因此，加工精度要求高；相對運(yùn)動部位必須有油潤滑；用于熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)時則制熱量小。

3/8/20233.3渦旋式制冷壓縮機(jī)

3/8/2023渦旋式制冷壓縮機(jī)是指由一個固定的漸開線渦旋盤和一個呈偏心回轉(zhuǎn)平動的漸開線運(yùn)動渦旋盤組成可壓縮容積的制冷壓縮機(jī)。渦旋式制冷壓縮機(jī)是20世紀(jì)80年代才發(fā)展起來的一種新型容積式壓縮機(jī)，它以其效率高、體積小、質(zhì)量輕、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡單且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點，被廣泛用于空調(diào)和制冷機(jī)組中。目前，渦旋式制冷壓縮機(jī)的單機(jī)制冷量一般在2.5～45kW之間，功率范圍為0.75～15kW，對高溫型壓縮機(jī)，常用的制冷劑為R22、R134a和R407C；對中低溫型壓縮機(jī)，制冷劑除選用R22和R134a外，還使用R404a和R507。3/8/20233.3.1渦旋式制冷壓縮機(jī)的基本構(gòu)構(gòu)和工作過程

1.基本結(jié)構(gòu)

主要由靜渦旋盤、動渦旋盤、機(jī)座、防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)十字滑環(huán)及曲軸等組成。

圖3.32渦旋式制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1.吸氣口；2.排氣口；3.靜渦旋盤；4.動渦旋盤；5.機(jī)座；6.背壓腔；7.十字滑環(huán)；8.曲軸

動、靜渦旋盤的型線均是螺旋形，動渦旋盤相對靜渦旋盤偏心并相錯180對置安裝。動、靜渦旋盤在幾條直線（在橫截面上則是幾個點）上接觸并形成一系列月牙形空間，即基元容積。3/8/2023圖3.32渦旋式制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1.吸氣口；2.排氣口；3.靜渦旋盤；4.動渦旋盤；5.機(jī)座；6.背壓腔；7.十字滑環(huán)；8.曲軸

動渦旋盤由一個偏心距很小的曲軸8帶動，以靜渦旋盤的中心為旋轉(zhuǎn)中心并以一定的旋轉(zhuǎn)半徑作無自轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)平動，兩者的接觸線在運(yùn)轉(zhuǎn)中沿渦旋曲面不斷向中心移動，它們之間的相對位置借安裝在動、靜渦旋盤之間的十字滑環(huán)7來保證。該環(huán)的上部和下部十字交叉的突肋分別與動渦旋盤下端面鍵槽及機(jī)座上的鍵槽配合并在其間滑動。

3/8/2023圖3.32渦旋式制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1.吸氣口；2.排氣口；3.靜渦旋盤；4.動渦旋盤；5.機(jī)座；6.背壓腔；7.十字滑環(huán)；8.曲軸

吸氣口1設(shè)在靜渦旋盤的外側(cè)面，并在頂部端面中心部位開有排氣口2，壓縮機(jī)工作時，制冷劑氣體從吸氣口進(jìn)入動、靜渦旋盤間最外圈的月牙形空間，隨著動渦旋盤的運(yùn)動，氣體被逐漸推向中心空間，其容積不斷縮小而壓力不斷升高，直至與中心排氣口相通，高壓氣體被排出壓縮機(jī)。3/8/20233/8/2023渦旋盤實物3/8/20232.工作過程

利用動渦旋盤和靜渦旋盤的嚙合，形成多個壓縮腔，隨著動渦旋盤的回轉(zhuǎn)平動，使各壓縮腔的容積不斷變化來壓縮氣體。

3/8/2023工作過程模擬3/8/2023

圖3.33渦旋式制冷壓縮機(jī)工作過程示意圖1.動渦旋盤；2.靜渦旋盤；3.壓縮腔；4.排氣口

在渦旋式制冷壓縮機(jī)中，吸氣、壓縮、排氣等過程是同時和相繼在不同的月牙形空間中進(jìn)行的，外側(cè)空間與吸氣口相通，始終進(jìn)行吸氣過程。所以，渦旋式制冷壓縮機(jī)基本上是連續(xù)地吸氣和排氣，并且從吸氣開始至排氣結(jié)束需經(jīng)動渦旋盤的多次回轉(zhuǎn)平動才能完成。

3/8/2023渦旋式制冷壓縮機(jī)工作過程3/8/20233.3.2渦旋式制冷壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式和特點

1.主要結(jié)構(gòu)形式

（1）全封閉渦旋式制冷壓縮機(jī)全封閉渦旋式制冷壓縮機(jī)有定速、變頻和數(shù)碼渦旋三種形式。定速壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)只能是開、停調(diào)節(jié)；變頻壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)是通過變頻器高調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來達(dá)到能量調(diào)節(jié)的目的；而數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)是利用軸向“柔性”技術(shù)，控制壓縮機(jī)的“負(fù)載狀態(tài)”和“卸載狀態(tài)”的時間進(jìn)行能量調(diào)節(jié)的。

3/8/2023①定速全封閉渦旋式制冷壓縮機(jī)

圖3.34立式高壓機(jī)殼腔全封閉渦旋式制冷壓縮機(jī)1.吸氣管；2.排氣口；3.機(jī)殼；4.排氣腔；5.靜渦旋盤；6.排氣通道；7.動渦旋盤；8.背壓腔；9.電動機(jī)腔；10.支架；11.電動機(jī)；12.儲油槽；13.曲軸；14、16.軸承；15.動密封；17.背壓孔；18.十字滑環(huán)；19.排氣管；20.吸氣腔

3/8/2023圖3.35立式低壓機(jī)殼腔全封閉渦旋式制冷壓縮機(jī)1.底座；2.液壓泵；3.上油管；4.螺釘；5.下支承；6、7.濾網(wǎng)；8.吸氣管；9.濾網(wǎng)壓板；10.電動機(jī)轉(zhuǎn)子；11.電動機(jī)定子；12.機(jī)殼；13.機(jī)座；14.主軸承；15.偏心量調(diào)節(jié)裝置；16.推力軸承；17.動渦旋盤；18.排氣管；19、22.密封條；20.單向閥；21.