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活塞机、螺杆机、涡旋机、离心机原理及优缺点

依靠活塞的往复运动来压缩汽缸内的气体。通常是通过曲柄连杆机构,把原动机的旋转运动转变为活塞的往复运动。曲轴每旋转一周所完成的工作,可分为吸气过程和压缩、排气过程。

2.构造
包括机体、曲轴、连杆组件、活塞组件、气阀缸套组件等。
 
3.优点
(1)在一般的压力范围内,对材料的要求低,多采用普通的钢铁材料,加工较容易,造价也较低廉;

(2)热效率较高,一般大、中型机组绝热效率可达0.7~0.85左右;

(3)气体的重度和特性对压缩机的工作性能影响不大,同一台压缩机可以用于不同的气体;

(4)活塞压缩机技术上较为成熟,生产使用上积累了丰富的经验;

(5)气量调节时,适应性强,即排气范围较广,且不受压力高低影响,能适应较广阔的压力范围和制冷量要求;
 
4.缺点
(1)结构复杂笨重,易损件多,维修工作量大;

(2)机器运转中有振动;

(3)排气不连续,气流有脉动,容易引起管道振动,严重时往往因气流脉动、共振而造成管网或机件的损坏;

(4)功率损失大,在部分载荷操作时效率降低;

(5)大型工厂采用多台压缩机组时,操作人员多或工作强度较大。

二、螺杆式压缩机
1.原理
通过阴阳转子的相互浸入,以及空间接触线不断的从吸气端面向排气端推移,使基元容积发生周期性变化,从而完成连续吸气、压缩和排气过程。

2.构造
由机壳、螺杆(或称转子)、轴承、能量调节装置等组成。
 
3.优点
(1)零部件少,易损件少,可靠性高;

(2)操作维护方便;

(3)没有不平衡惯性力。运转平稳安全,振动小;

(4)具有强制输气的特点,排气量几乎不受排气压力的影响,工况适应性强;

(5)螺杆压缩机的转子齿面实际上是有间隙的。因此对湿行程不敏感,能耐液击;

(6)排气温度低,可在较高压比的工况下运行;

(7)可实现制冷情无级调节,采用滑阀机构,使制冷量可从 15%~100%进行无级调节,节省运行费用;

(8)容易实现自动化,可实现远程通信。
 
4.缺点
(1)转子齿面是一空间曲面,需利用特制的刀具,在价格昂贵的设备上加工,机体零部件加工精度也有较高的要求,必须采用高精度设备;

(2)压缩机噪声高;

(3)螺杆压缩机只能适用于中、低压范围,不能用于高压场合;

(4)喷油量大,油处理系统复杂,故机组附属设备多;

(5)螺杆压缩机依靠间隙密封气体,在小容积范围内不具有优越的性能。

三、涡旋式压缩机
1.原理
动盘与静盘的涡旋线型相同,但相位差180o进行啮合,形成一系列封闭空间;静盘不动,动盘绕着定盘中心,以偏心距为半径作公转运动。当动盘公转时,依次相啮合,使月牙形面积不断压缩变小,从而使气体不断被压输,最后从静盘中心孔处排出。

2.结构
动盘(涡旋转子)、静盘(涡旋定子)、支架、十字联轴环、背压腔、偏心轴。
 
3.涡旋式压缩机优点
(1)驱动动涡盘运动的偏心轴可以高速旋转,涡旋式压缩机体积小重量轻;

(2)动涡盘与主轴等运动部件的受力变化小,整机振动小; 

(3)适应于变转速运动和变频调速技术;

(4)涡旋压缩机整机噪声很低; 

(5)涡旋压缩机有可靠和有效的密封性,其制冷系数不是随运行时间的增加而减小,而是略有提高; 

(6)涡旋压缩机有着良好的工作特性。在热泵式空调系统中,特别表现在制热性能高、稳定性好、安全性高; 

(7)涡旋式压缩机无余隙容积,能保持高容积效率运行; 

(8)力矩变化小,平衡性高,振动小,运转平稳,从而操作简便,易于实现自动化;

(9)运动部件少、没有往复运动机构,结构简单、体积小、重量轻、零件少、可靠性高,寿命在二十年以上。
 
4.缺点
(1)运动机件表面多是呈曲面形状,这些曲面的加工及其检验均较复杂,制造需高精度的加工设备及精确的调心装配技术,因此制造成本较高。
 
(2)其运动机件之间或运动机件与固定机件之间,常以保持一定的运动间隙来达到密封,气体通过间隙势必引起泄漏,这就限制了回转式压缩机难以达到较大的压缩比,因此,大多数回转式压缩机多在空调工况下使用。

四、离心压缩机
1.原理
压缩机叶轮转动时,制冷剂蒸汽由吸气室通过进口可导流叶片进入叶轮流道,在叶片的推动下气体随着叶轮一起旋转。由于离心力的作用,气体沿着叶轮流道径向流动并离开叶轮。

2.构造
单级压缩机主要由吸气室、叶轮(工作轮),括压器,蜗室(蜗壳)及密封等组成。对于多级压缩还设有弯道和回流器等部件。
 
3.优点
(1)离心式压缩机的气量大,结构简单紧凑,重量轻,机组尺寸小,占地面积小,相对于活塞式压缩机,在制冷量相同时,重量较活塞式轻5~8倍。

(2)由于它没有汽阀活塞环等易损部件,又没有曲柄连杆机构,运转平衡,操作可靠,运转率高,摩擦件少,因之备件需用量少,维护费用及人员少。

(3)工作轮和机壳之间没有摩擦,无需润滑。在化工流程中,离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程。

(4)离心式压缩机为一种回转运动的机器,它适宜于工业汽轮机或燃汽轮机直接拖动。对一般大型化工厂,常用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力,为热能综合利用提供了可能。
 
4.缺点
(1)离心式压缩机目前还不适用于气量太小及压比过高的场合,并且由于适宜采用分子量比较大的制冷剂,故只适用于大制冷量,一般都在25~30万大卡/小时以上。

(2)离心式压缩机的稳定工况区较窄,其气量调节虽较方便,但经济性较差。

(3)一般要用增速齿轮传动,转速较高,对轴端密封要求高,这些均增加了制造上的困难和结构上的复杂性。

(4)低负荷时容易出现“喘振”现象。

来源:制冷百科郭鹏学暖通

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