離心式制冷壓縮機(jī)

【學(xué)員問(wèn)題】離心式制冷壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)？

【解答】離心式制冷壓縮機(jī)和其它制冷設(shè)備共同構(gòu)成一個(gè)能量供給與消耗的統(tǒng)一系統(tǒng)。制冷機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，只有當(dāng)通過(guò)壓縮機(jī)的制冷劑的流量與通過(guò)設(shè)備的流量相等時(shí)，以及壓縮機(jī)所產(chǎn)生的能量頭與制冷設(shè)備的阻力相適應(yīng)時(shí)，制冷系統(tǒng)的工況才能保持穩(wěn)定。但是制冷機(jī)的負(fù)荷總是隨外界條件與用戶對(duì)冷量的使用情況而變化的，因此為了適應(yīng)用戶對(duì)冷負(fù)荷變化的需要和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就需要根據(jù)外界的變化對(duì)制冷機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)，離心式制冷機(jī)組制冷量的調(diào)節(jié)有：1.改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；2.采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的進(jìn)口導(dǎo)葉；3.改變冷凝器的進(jìn)水量；4.進(jìn)氣節(jié)流等幾種方式，其中最常用的是轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和進(jìn)氣節(jié)流兩種調(diào)節(jié)方法。所謂轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，就是轉(zhuǎn)動(dòng)壓縮機(jī)進(jìn)口處的導(dǎo)流葉片以使進(jìn)入到葉輪去的氣體產(chǎn)生旋繞，從而使工作輪加給氣體的動(dòng)能發(fā)生變化來(lái)調(diào)節(jié)制冷量。所謂進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)，就是在壓縮機(jī)前的進(jìn)氣管道上安裝一個(gè)調(diào)節(jié)閥，如要改變壓縮機(jī)的工況時(shí)，就調(diào)節(jié)閥門(mén)的大小，通過(guò)節(jié)流使壓縮機(jī)進(jìn)口的壓力降低，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)制冷量。離心式壓縮機(jī)制冷量的調(diào)節(jié)最經(jīng)濟(jì)有效的方法就是改變進(jìn)口導(dǎo)葉角度，以改變蒸氣進(jìn)入葉輪的速度方向（C1U）和流量V.但流量V必須控制在穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，以免效率下降。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成，供參考，如有問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。

【學(xué)員問(wèn)題】離心式制冷壓縮機(jī)防喘振措施？

【解答】1、喘振產(chǎn)生的機(jī)理

離心壓縮機(jī)的基本工作原理是利用高速回轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)氣體做功，將機(jī)械能加給氣體，負(fù)氣體壓力升高，速度增大，氣體獲得壓力能和速度能。在葉輪后面設(shè)置有通流面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓元件，高壓氣體從葉輪流出后，再流經(jīng)擴(kuò)壓器進(jìn)行降速擴(kuò)壓，負(fù)氣體流速降低，壓力繼續(xù)升高，即把氣體的一部分速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，完成了壓縮過(guò)程。擴(kuò)壓器流道內(nèi)的邊界層分離現(xiàn)象：擴(kuò)壓器流道內(nèi)氣流的活動(dòng)，來(lái)自葉輪對(duì)氣流所做功轉(zhuǎn)變成的動(dòng)能，邊界層內(nèi)氣流活動(dòng)，主要靠主流中傳遞來(lái)的動(dòng)能，邊界層內(nèi)氣流活動(dòng)時(shí)，要克服壁面的摩擦力，由于沿流道方向速度降低，壓力增大，主流的動(dòng)能也不斷減小。當(dāng)主流傳遞給邊界層的動(dòng)能不足以使之克服壓力差繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，終極邊界層的氣流停滯下來(lái)，進(jìn)而發(fā)生旋渦和倒流，負(fù)氣流邊界層分離。氣體在葉輪中的活動(dòng)也是一種擴(kuò)壓活動(dòng)，當(dāng)流量減小或壓差增大時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這種邊界層分離現(xiàn)象。

當(dāng)流道內(nèi)氣體流量減少到某一值后，葉道進(jìn)口氣流的方向就和葉片進(jìn)口角很不一致，沖角α大大增加，在非工作面引起流道中氣流邊界層嚴(yán)重分離，使流道進(jìn)出口出現(xiàn)強(qiáng)烈的氣流脈動(dòng)。當(dāng)流量大大減小時(shí)，由于氣流活動(dòng)的不均勻性及流道型線的不均勻性，假定在B流道發(fā)生氣流分離的現(xiàn)象，這樣B流道的有效通流面積減小，使原來(lái)要流過(guò)B流道的氣流有一部分要流向相鄰的A流道和C流道，這樣就改變了A流道，C流道原來(lái)氣流的方向，它使C流道的沖角有所減小，A流道的沖角更加增大，從而使A流道中的氣流分離，反過(guò)來(lái)使B流道沖角減小而消除了分離現(xiàn)象，于是分離現(xiàn)象由B流道轉(zhuǎn)移到A流道。這樣分離區(qū)就以和葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)脫離。

擴(kuò)壓器同樣存在旋轉(zhuǎn)脫離。在壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，流量不斷減小到Qmin值時(shí)，在壓縮機(jī)流道中出現(xiàn)如上所述嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離，活動(dòng)嚴(yán)重惡化，使壓縮機(jī)出口壓力忽然大大下降，低于冷凝器的壓力，氣流就倒流向壓縮機(jī)，一直到冷凝壓力低于壓縮機(jī)出口壓力為止，這時(shí)倒流停止，壓縮機(jī)的排量增加，壓縮機(jī)恢復(fù)正常工作。而實(shí)際上壓縮機(jī)的總負(fù)荷很小，限制了壓縮機(jī)的排量，壓縮機(jī)的排量又慢慢減小，氣體又產(chǎn)生倒流，如此反復(fù)，在系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為喘振。

壓縮機(jī)達(dá)到最小排量點(diǎn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的氣流旋轉(zhuǎn)脫離是內(nèi)因，而壓縮機(jī)的性能曲線狀況和工況點(diǎn)的位置是條件，內(nèi)因只有在條件的促成下，才能發(fā)生特有的現(xiàn)象———喘振。

離心冷水機(jī)組運(yùn)行在部分負(fù)荷時(shí)，壓縮機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度減小，參與循環(huán)的制冷劑流量減少。壓縮機(jī)排量減小，葉輪達(dá)到壓頭的能力也減小。而冷卻水溫由于冷卻塔未改變而維持不變，則此時(shí)就可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速或喘振。

喘振是速度型離心式壓縮機(jī)的固有特性。因此對(duì)于任何一臺(tái)壓縮機(jī)，當(dāng)排量小到某一極限點(diǎn)時(shí)就會(huì)發(fā)生該現(xiàn)象。冷水機(jī)組是否在喘振點(diǎn)四周運(yùn)行，主要取決于機(jī)組的運(yùn)行工況。在什么狀態(tài)發(fā)生喘振只有通過(guò)對(duì)機(jī)器的試驗(yàn)，即不斷減少其流量，才可以測(cè)出具體的喘振點(diǎn)。

由于壓縮機(jī)葉輪流道內(nèi)氣體流量的減少，按照壓縮機(jī)的特性曲線，其運(yùn)行的工況點(diǎn)引向高壓縮比方向。這時(shí)氣流方向的改變?cè)谌~輪進(jìn)口產(chǎn)生較大的正沖角，使得葉輪葉片上的非工作面產(chǎn)生嚴(yán)重的氣流“脫離現(xiàn)象”，氣動(dòng)損失增大，葉輪出口處產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，引起冷凝器上部或蝸殼內(nèi)原有的正壓氣流沿壓降方向“倒灌”，退回葉輪內(nèi)，使葉輪流道內(nèi)的混合流量增大，葉輪恢復(fù)正常工作。

如此時(shí)壓縮機(jī)工況點(diǎn)仍未脫離喘振點(diǎn)（區(qū)），又將出現(xiàn)上述氣流的“倒灌”。氣流這種周期性的往返脈動(dòng)，正是壓縮機(jī)喘振的根本原因。

2、喘振運(yùn)行狀態(tài)

喘振是離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行工況在小流量、高壓比區(qū)域中所產(chǎn)生的一種不穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。壓縮機(jī)喘振時(shí)，將出現(xiàn)氣流周期性振蕩現(xiàn)象。喘振帶給壓縮機(jī)嚴(yán)重的破壞，會(huì)導(dǎo)致下列嚴(yán)重后果：

1）使壓縮機(jī)的性能明顯惡化，氣體參數(shù)（壓力、排量）產(chǎn)生大幅度脈動(dòng)。2）噪聲加大。3）大大加劇整個(gè)機(jī)組的振動(dòng)。喘振使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子的元件經(jīng)受交變的動(dòng)應(yīng)力：壓力失調(diào)引起強(qiáng)烈的振動(dòng)，使密封和軸承損壞，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子和定子元件相碰等：葉輪動(dòng)應(yīng)力加大。4）電流發(fā)生脈動(dòng)。5）小制冷量機(jī)組的脈動(dòng)頻率比大型機(jī)組高，但振幅小。

不同于一般的機(jī)械振動(dòng)，在壓縮機(jī)出口產(chǎn)生氣流的反復(fù)倒灌、吐出、往返撞擊，使得主電機(jī)交替出現(xiàn)滿載和空載，電流表指針或壓縮機(jī)出口壓力表指針產(chǎn)生大幅度無(wú)規(guī)律的強(qiáng)烈抖擺和跳動(dòng)。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在機(jī)內(nèi)沿軸向往返竄動(dòng)，并伴有金屬摩擦和撞擊聲響。

3、防喘振措施

3.1　熱氣旁通喘振防護(hù)原理

一旦進(jìn)進(jìn)喘振工況，應(yīng)立即采取調(diào)節(jié)措施，降低出口壓力或增加進(jìn)口流量。從以上喘振產(chǎn)生的機(jī)理來(lái)看，在離心式冷水機(jī)組中，壓比和負(fù)荷是影響喘振的兩大因素。當(dāng)負(fù)荷越來(lái)越小，小到某一極限點(diǎn)時(shí)，便會(huì)發(fā)生喘振，或者當(dāng)壓比大到某一極限點(diǎn)時(shí)，便會(huì)發(fā)生喘振。用熱氣旁通來(lái)進(jìn)行喘振防護(hù)，是通過(guò)喘振保護(hù)線來(lái)控制熱氣旁通的開(kāi)啟或封閉，使機(jī)組闊別喘振點(diǎn)，達(dá)到保護(hù)的目的。從冷凝器連接到蒸發(fā)器一根連接管，當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)到達(dá)喘振保護(hù)點(diǎn)而未達(dá)到喘振點(diǎn)時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)打開(kāi)熱氣旁通電磁閥，從冷凝器的熱氣排到蒸發(fā)器，降低了壓比，同時(shí)進(jìn)步了排氣量，從而避免了喘振的發(fā)生。

3.2　改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速改變，壓縮機(jī)的性能曲線將隨著移動(dòng)，可以增加穩(wěn)定工況區(qū)域，它適用于蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)拖動(dòng)的機(jī)組，是一種比較經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方法，只是調(diào)節(jié)后的工作點(diǎn)不一定是最高效率點(diǎn)。但對(duì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)組，為了便于變速，就要用直流機(jī)組或采用變頻方法，這會(huì)使設(shè)備大大復(fù)雜化，同時(shí)造價(jià)也高。

3.3　多級(jí)壓縮

多級(jí)壓縮以降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。一般多級(jí)機(jī)器中任何一級(jí)發(fā)生喘振，都會(huì)影響到整臺(tái)機(jī)器的正常工作。采用多級(jí)壓縮，在同樣的壓比工況下，可大大降低壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，增大穩(wěn)定工況區(qū)域。

3.4　采用轉(zhuǎn)動(dòng)的擴(kuò)壓器調(diào)節(jié)

當(dāng)流量減小時(shí)，一般在擴(kuò)壓器中首先產(chǎn)生嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離而導(dǎo)致喘振。在流量變化時(shí)，假如能相應(yīng)改變擴(kuò)壓器流道的進(jìn)口幾何角，以適應(yīng)改變了的工況，使沖角α不致很大，則可使性能曲線向小流量區(qū)大幅度移動(dòng)，擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍，使喘振流量大為降低，達(dá)到防喘振的目的。該防喘振控制方式，已在開(kāi)利的產(chǎn)品中得到具體的應(yīng)用，但低負(fù)荷時(shí)仍須采用熱氣旁通。

3.5　可移動(dòng)式擴(kuò)壓腔

上面提到，在離心式冷水機(jī)組中喘振發(fā)生的原由于壓比和負(fù)荷。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行的壓比一定時(shí)（提升力），機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷將影響機(jī)組是否發(fā)生喘振。對(duì)于離心機(jī)組來(lái)說(shuō)，當(dāng)運(yùn)行負(fù)荷降低時(shí)，壓縮機(jī)的導(dǎo)葉逐漸封閉，吸氣量降低，假如擴(kuò)壓腔的通道面積不變，則氣體的流速降低：當(dāng)氣體的流速無(wú)法克服擴(kuò)壓腔的阻力損失時(shí)，氣流會(huì)出現(xiàn)停滯，由于氣體動(dòng)能的下降，轉(zhuǎn)化的壓力能也降低：當(dāng)氣流體壓力小于排氣管網(wǎng)的壓力時(shí)，氣流發(fā)生倒流，喘振發(fā)生。

4、結(jié)語(yǔ)

熱氣旁通、改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、多級(jí)壓縮、轉(zhuǎn)動(dòng)的擴(kuò)壓器調(diào)節(jié)以及散流滑塊設(shè)計(jì)均能有效避免“喘振”，對(duì)于離心式冷水機(jī)組具有較好的節(jié)能效果。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成，供參考，如有問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。