【HETA】工程师这样诠释离心式制冷压缩机，不得不服！
一、工作原理
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。它是通过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。
二、结构
1、结构说明：
离心压缩机：属于透平机械（气体在其内被放射状的旋转叶片以动力方式加以压缩的设备）。它分为定子部分和转子部分。
转子部分：指主轴、叶轮、平衡盘、连轴器等部件，通过叶轮上的叶片将功传递给气体，从而获得较高的动能。
定子部分：指扩压器、回流器、蜗壳等部件，主要是改变气流运动方向及实现能量的转换，将动能变成气体的压力能。
2、几个概念及其区别
（1）什么是离心机的级和段？如何划分？
“级”是组成离心机的基础，每一个叶轮与相配合的固定元件组成一个“级”。
“段”是以中间冷却为界来划分，多级压缩冷却后再进入机组成为下一“段”，一段可由多级组成，以中冷器为界。
（2）离心机单级、中间级与末级的区别？
单级：由叶轮、扩压器、蜗壳等组成。
中间级（多级）：由叶轮、扩压器、弯道、回流器、级间密封等组成。
末级（多级）：由末级叶轮、扩压器和蜗壳组成。
对于多级离心式制冷压缩机，则利用弯道和回流器再将气体引入下一级叶轮进行压缩。
三、离心式制冷压缩机分类
1、按用途分：可分为冷水机组和低温机组两大类。
（1）离心式冷水机组：
一般用于空调，其蒸发温度在0℃以上，冷凝温度为40℃，广泛用于高层建筑、舰艇船舶、航空飞机等舒适性空调用制冷系统，以及生产工艺流程（如纺织、精密机械加工等）的工艺空调系统中。
（2）离心式低温机组：
一般用于冷量较大的化工工艺流程中，蒸发温度为-5～-160℃，使用工质为化工流程中的副产品，如合成橡胶、润滑油脱蜡过程使用氨制冷剂，氯化乙烯树脂装置中使用丙烯制冷剂，高压聚乙烯装置中使用乙烯、丙烯制冷剂等，一般是多级开启式形式。
2、按密封结构形式分：分为全封闭式、半封闭式、开启式三种形式。
（1）全封闭式
特点：所有制冷设备封闭在同一机壳内，制冷剂泄漏极小，电动机两出轴端各悬一级或两级叶轮直接托动，取消了增速器，装置简单，噪声低，振动小，电动机在制冷剂中可得到充分冷却，不会使电动机过载，采用氟利昂工质，一般用于飞机机舱或船舶用空调。
（2）半封闭式
特点：将压缩机、增速器和电动机用一个筒形外壳封装在一起，并通过法兰与冷凝器和蒸发器相连，故氟利昂工质存在泄漏，采用单级或多级悬臂叶轮，若用二级叶轮，则由电动机直接托动，可不设增速器，电动机要求耐制冷工质，润滑系统为整体组合件，埋藏在冷凝器一侧的油室中。
（3）空调用开启式
特点：将压缩机、增速器和原动机分开，在出轴端装有机械轴封以防止制冷剂泄漏，电动机放在机组外面利用空气冷却，润滑系统放在机组内部或另外设立，用于化工行业或空调，制冷剂采用氟利昂或化工产品。
（4）低温用开启式
特点：采用单位容积制冷量大的制冷剂以减小尺寸，通常利用化工工艺流程中的产品作制冷剂，采用多级压缩制冷循环以提高其经济性，制冷剂有泄漏并有毒易爆，润滑系统一般另附油站，以确保运动部件的润滑和调节控制，开启式机组常用于化工工艺流程中。
3、按压缩机的级数分：分为单级和多级压缩机
单级离心式制冷压缩机
多级离心式制冷压缩机
四、离心压缩机主要零部件结构及其作用
1、吸气室
（1）作用：使气体在进入叶轮之前形成一个负压，以便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，减少进口损失。
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（为压力降低、速度增加的收敛过程）。
吸气室的进口速度Cin的选择：
高压小流量压缩机：Cin=5∽15m/s
低、中压压缩机： Cin=15∽45m/s
2、进口导流叶片
（1）作用：用来调节制冷量，当导流叶片旋转时，进入叶轮的气体流动方向和气体流量的大小均发生改变。
3、叶轮
（1）作用：
即工作轮，通过叶轮将能量传递给气体，从而使气体的速度及压力都得到提高。
（2）常用结构形式：
闭式—由轮盘、叶片和轮盖三者焊接或整体铸造而成，常用于空调用冷场合。
半开式—由轮盘和叶片一起加工或铸造而成，用于单级压比较大场合。
轮盖的作用：采用轮盖可以减少内漏气损失，提高效率，但叶轮旋转时，轮盖的应力较大，从而限制圆周速度的提高。
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，可降低加工要求。
（3）叶片形状
影响叶轮性能的主要因素是叶片的弯曲形状，按叶片出口端弯曲方向的不同，可分为后向形叶片、前向形叶片及径向形叶片三种类型：
后向形：弯曲方向与工作轮旋转方向一致(β2<90°)
前向形：弯曲方向与工作轮旋转方向相反(β2>90°)
径向形：叶片出口方向与工作轮半径方向一致(β2=90°) 。
由于后向式叶片的级效率较高，因此被广泛采用。
4、扩压器
（1）作用：
当气体流过扩压器内环形通道时，速度逐渐降低，压力逐渐升高。
（2）结构：
通常是由两个和叶轮轴相垂直的平行壁面组成，扩压器内环形通道截面逐渐扩大，当气体流过时，速度逐渐降低，压力逐渐升高。
（3）分类：
按在两平行壁面之间是否装有叶片，分无叶扩压器和有叶扩压器两种。
无叶扩压器结构简单，制造方便、由于流道内没有叶片阻挡，无冲击损失，故被广泛采用。
5、弯道和回流器
作用：在多级离心压缩机中，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叶轮的轴向流动方向。气体在弯道和回流器的流动，仅仅改变气体的流动方向，而不改变气体的压力和速度。
6、蜗壳
作用：
把从扩压器或叶轮中（没有扩压器时）流出的气体汇集起来，集中排至冷凝器或级间冷却器。
结构：
蜗壳形状似蜗牛壳，外径和流通截面逐渐扩大，也起到使气流减速和扩压的作用。
7、密封
作用：
为了防止轮盖及隔板处的级间内泄漏和轴外伸出端及平衡盘处的外泄漏，需在运动部件与固定部件之间进行密封。
结构形式：
迷宫式密封(梳齿形密封)—用于机内级间密封。
机械摩擦环式密封(也称气封)—用于开启式机组轴伸出端的密封。
油封—用于机组内油密封或开启式机组轴伸出端的密封。
迷宫式密封工作原理：当气流通过梳齿状密封片间隙时，气流近似地经历了一个等熵膨胀过程，其压力下降，流速增加；当气流进入两个密封片之间的空腔时，由于截面积的突然扩大，形成剧烈的旋涡，速度几乎完全损失，而压力没有变化；随后气流每流经一个密封片的间隙和空腔时，压力逐渐降低。若适当配置若干个密封片数，就可使最后一个空腔内的压力与前一级的压力(或大气压力)相等，从而可减少内、外泄漏损失，起到密封的作用。
8、平衡盘
作用：由于叶轮两侧的压力不相等，在转子上受到一个指向叶轮进口方向的轴向推力。为了减少止推轴承的载荷，往往在末级之后设置一个平衡盘。
原理：平衡盘左侧为高压，右侧与进气压力相通，因而形成一个相反的轴向推力，从而减轻了止推轴承的负荷。
五、离心式压缩机的特点
1、优点：
（1）单机制冷量大（一般认为冷量大于1163kW时最宜选用离心机），单机容量可达8440kW。
（2）相同冷量时，外形尺寸小、重量轻，占地面积小。
（3）磨损部件少，运转惯性力小，动平衡特性好，震动小，可靠性高，寿命长，基础简单，维修费用低。
（4）能量调节性能好，能实现10%～100%能量无级调节，在40%负荷以上运行效率较高，可实现多级压缩和节流及带经济器运行，实现多种蒸发温度。
（5）润滑油几乎不随制冷剂带入系统，故蒸发器和冷凝器的传热性能好。
2、缺点：
（1）单机容量不能太小，制冷量小时，其效率低于活塞机。
（2）由于其转速高，需要增加增速齿轮箱，同时高转速下对材料强度、加工精度和制造质量也有较高要求。
（3）运行工况偏离设计工况时，效率下降较快，同时制冷量随蒸发温度和转速降低快速而急剧下降。
（4）当冷凝压力太高或制冷负荷太低时，机器会发生喘振而不能正常工作。
综上所述，离心式制冷压缩机是比较适宜于蒸发温度不太低和制冷量需求很大的场合。如多用于工况比较稳定的大型中央空调或化工生产中，且大部分制冷系统采用多级离心机。