离心压缩机的工作原理详解

图7-81 叶轮内的速度三角形

a）速度线图 b）速度三角形

1.叶轮的作用

离心压缩机的压缩过程可按图7-81予以说明。自蒸发器蒸发的制冷剂气体，被单级叶轮吸入，通过叶轮、扩压器、蜗壳等零件，压力升高后送入冷凝器。制冷剂气体进入叶轮后，如图7-81a那样由径向流入叶轮的叶片。可通过从叶轮进口圆周速度u₁，和进入气体的绝对速度的矢量差，求得叶轮入口的相对速度w₁。在叶轮出口，亦可通过圆周速度u₂和气体出口绝对速度c₂之矢量差求得叶轮出口的相对速度w₂。图7-81b示出进出口速度三角形。气流是沿着叶片进行的，β₁角是叶片进口角，β₂角是叶片出口角度。制冷剂气体以绝对速度c₂和角α₂进入扩压器，叶轮出口的高速动能通过扩压器和蜗壳，转变为压力能。

根据动量守恒定律，可以推导出叶轮给予流过叶片流道间单位制冷剂的理论能量，即叶轮进出口单位制冷剂的理论比焓差（无摩擦和绝热条件下）Δh_th（单位为J/kg）

Δh_th=u₂c_u2-u₁c_u1 （7-34）

式中 u₂——叶轮外圆圆周速度（m/s）；

u₁——叶轮进口处圆周速度（m/s）；

c_u2——制冷剂离开叶轮周边时速度c₂在切向的投影（m/s）；

c_u1——制冷剂进入叶片进口时速度c₁在切向的投影（m/s）；

以上速度分布示于图7-81中。如果制冷剂进入叶轮叶片进口时没有切向分速，即没有预旋，则式（7-34）右边第二项u₁c_u1变为零，此时

式中 ψ——压头系数，一般范围为0.45～0.5。

从式（7-35）中可以看出，单级叶轮所能获得的能量和叶轮外圆圆周速度有关。(www.xing528.com)

2.级数

离心压缩机的级数由各种条件决定，在离心式冷冻机的场合，由于卤代烃类制冷剂的声速较低（见表7-12），因此，叶轮的最大圆周速度较低，约为150～200m/s。当单级压缩所产生的能量头不能满足所需的能量头时，就应采用多级压缩机组。当然，也有为了降低压缩机的主轴转速，提高压缩机效率等目的而采用多级压缩的设计方案。

表7-12 饱和蒸气的声速

3.制冷循环

离心压缩机的制冷循环和容积式压缩机一样，可以单级压缩机循环或多级压缩机循环，级间可以不加中间冷却或增加中间冷却。由于制冷剂的相对分子质量不同，卤代烃类制冷剂一般1～3级，氨制冷剂由于相对分子质量小甚至达7级压缩。

最新开发的一种带膨胀器的蒸汽压缩循环，该膨胀器是一种功率回收的二相流动透平。由于在膨胀过程降低了二相状态制冷剂的比焓，从而提高了循环的制冷效应。图7-82～图7-84分别表示三种循环的压-焓过程图。

图7-82 简单蒸气压缩循环的压-焓过程图

a）流程图 b）循环图

图7-83 具有闪发冷却压缩循环的压-焓过程图

a）流程图 b）循环图