离心式冷水机组的结构及原理

离心式冷水机组系统介绍

目前用于中央空调的离心式冷水机组主要由离心制冷压缩机、主电动机、蒸发器（满液式卧式壳管式）、冷凝器（水冷式满液式卧式壳管式）、节流装置、压缩机入口能量调节机构、抽气回收装置、润滑油系统、安全保护装置、主电动机喷液

蒸发冷却系统、油回收装置及微电脑控制系统等组成，并共用底座。其外形和系

1．离心式冷水机组特点

离心式冷水机组属大冷量的冷水机组，它有以下主要优点：

（1）压缩机输气量大，单机制冷量大，结构紧凑，重量轻，单位制冷量重量小，相同制冷量下比活塞式机组轻80％以上，占地面积小；

（2）性能系数高；

（3）叶轮作旋转运动，运转平稳，振动小，噪声较低；

（4）调节方便，在较大的冷量范围内能较经济地实现无级调节；

（5）无气阀、填料、活塞环等易损件，工作比较可靠。

离心式冷水机组的缺点主要是：

（1）由于转速高，对材料强度、加工精度和制造质量要求严格；

（2）单级压缩机在低负荷时易发生喘振；

（3）当运行工况偏离设计工况时，效率下降较快；

（4）制冷量随蒸发温度降低而减少的幅度比活塞式快，制冷量随转数降低而急剧下降。

2．离心式冷水机组的组成

构成离心式冷水机组的部件中，区别于活塞式、螺杆式冷水机组的主要部件是离心压缩机，此外，其他主要辅助设备比如换热设备、润滑油系统、抽气回收装置

等均有自己特点，在这进行简单介绍。

1）压缩机

空调用离心式冷水机组，通常都采用单级压缩，除非单机制冷量特别大(例如4500kW以上)，或者刻意追求压缩机的效率，才采用2级或3级压缩。单级离心制冷压缩机由进口调节装置、叶轮、扩压器、蜗室组成；多级离心制冷压缩机除

了末级外，在每级的扩压器后面还有弯道和回流界，以引导气流进入下一

级。由于离心式冷水机组在实际使用中的一些特殊要求，使得离心式制冷压

缩机在结构上有其一些特点：

①离心式冷水机组采用的制冷剂的分子量都很大，音速低，在压缩机流道中

的马赫数M比较高(特别是在叶轮进口的相对速度马赫数和叶轮出口的绝对速度

马赫数一般都达到亚音速甚至跨音速)，这就要求在叶轮构型时特别注意气流组织，避免或减少气流在叶轮流遭中产生激波损失，同时适应制冷剂气体的容积流量在叶轮内变化很大的特点。

②冷水机组在实际使用中，由于气候和热负荷的变化，需要的制冷量变化很

大，并且要求在冷负荷变化时，机组的效率也尽可能高。作为制造厂来说，对于

不同规格的系列产品，希望零部件的通用化程度越高越好。对于离心制冷压缩机，其叶轮的出口角小，则压缩机的性能曲线比较平坦，绝热效率较高，还能减少因采用同一蜗室而造成的匹配失当和效率降低，有利于变工况运行。

③离心式压缩机是通过旋转的叶轮叶片肘制冷剂蒸气做功而提高其压力的。

但是，如前所述，制冷剂蒸气的分子量一般都很大，其音速很低，如果为了提高

蒸气能量头的需要，叶轮中布置的叶片数过多，则叶片的厚度将使叶轮进口的通流面积减小，使叶轮进口的气流速度很高，进口气流马赫数达到或超过音速，引起效率的急剧下降。为此，对于叶片出口角大于40度，叶片进口直径较小时，往往采用长、短叶片，解决必要的能量头和效串之间的矛盾，效果十分明显。

④为了提高叶轮轮毂的强度，特别是为了消除健槽根部因开、停产生的应力

集中疲劳破坏，近年来研制出叶轮与主轴采用三螺钉联接、端面摩擦联接等传递扭矩的方式，使叶轮运行可靠。

⑤多级压缩机一般采取多次节流，中间加气的形式。这种结构的优点是可以

提高循环效率而节能，对于低温(蒸发温度在0℃以下)离心式制冷机组还可以实现一机多种蒸发温度，这在某些工艺流程中特别适宜。

2）主电动机

离心式冷水机组多为半封闭式结构。所谓半封闭式机组，是指压缩机、增速器与主电动机联为一体，同处于制冷剂环境中，不需要轴封。机组的主电动机是特殊设计的用制冷剂冷却的封闭鼠笼式感应电动机，冷却用的制冷剂液体从冷凝器引来，分别引入主电动机的定子腔和转子中，冷却了定子绕组和转子，气化后返回到蒸发器。这样的冷却条件比普通的风冷电动机充分、有效，因此电动机的寿命长、故障率低。同时，由于设有冷却风扇，电动机的噪声低，减少了向机房的排

热量，改善了机房的工作环境。

3）蒸发器和冷凝器

离心式冷水机组的蒸发器、冷凝器均为卧式管壳式结构，制冷剂都在壳侧流动。

蒸发器、冷凝器换热效果的好坏对机组的能耗、重量和尺寸影响极大。就光管而言，管外制冷剂侧的表面传热系数远低于管内水侧的表面传热系数。提高制冷剂侧传热管外表面传热效果的主要方法有两种：一是通过在管外表面喷涂金属颗粒或通过机械加工在管外表面形成翅片以增大管外表面的传热面积；二是通过改进管外去面翅片的形状以改善表面传热，提高表面传热系数。比如，使冷凝管外表面加工成锯齿肋，使管外表面形成的冷凝液膜易于形成珠状很快滴下，不致覆盖在冷凝管外表面形成新的热阻，从而提高了冷凝换热系数。又如，将蒸发管外表面按制冷剂核态沸腾特性设计，使冷媒蒸发气泡连续生成，避免沸腾气泡被再冷凝，同时气泡在上升过程中又加大了对制冷剂液的扰动，从而提高表面传热系数。目前，很多制造厂商的传热管外表面传热系数已经达到或超过管内的表面传热系数，有的为了进一步提高管内侧的表面传热系数，甚至在管内壁上也加工出了翅片。由于传热管技术的进步。现在蒸发温度与冷水出水温度之差，已可达到2℃左右，蒸发温度的提高使压缩机的压缩比降低，减少了耗功，也减小了换热器的尺寸和重量。

在蒸发器的上部有挡液网，以防止蒸发飞溅的制冷剂液滴直接被压缩机吸入。

4）节流装置

将冷凝器底部积存的高压、常温制冷剂液体节流降压为低压、低温的制冷剂液体进入蒸发器内蒸发制冷，以前都是用浮球阀来完成，现在普遍改用一个或多个固定孔口的节流孔板来控制流入蒸发器的制冷剂流量。由于无运动部件，使系统运行更加可靠。

5）润滑油系统

润滑油系统由油泵、油冷却器、油过滤器及调节阀门等组成，向压缩机、齿轮轴、主电动机轴的轴承和齿轮的啮合面供油润滑、冷却。由于离心式冷水机组的结构