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新聞資訊-浙江凱迪制冷設(shè)備有限公司

各類容積式壓縮機(jī)的壓縮原理及對比

2023-05-24

1、渦旋式壓縮機(jī)

原理:動盤與靜盤的渦旋線型相同,但相位差180°進(jìn)行嚙合,形成一系列封閉空間;靜盤不動,動盤繞著定盤中心,以偏心距為半徑作公轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)動盤公轉(zhuǎn)時,依次相嚙合,使月牙形面積不斷壓縮變小,從而使氣體不斷被壓輸,最后從靜盤中心孔處排出。 

結(jié)構(gòu):動盤(渦旋轉(zhuǎn)子)、靜盤(渦旋定子)、支架、十字聯(lián)軸環(huán)、背壓腔、偏心軸


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渦旋式壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn): 

1、驅(qū)動動渦盤運(yùn)動的偏心軸可以高速旋轉(zhuǎn),渦旋式壓縮機(jī)體積小重量輕; 

2、動渦盤與主軸等運(yùn)動部件的受力變化小,整機(jī)振動小; 

3、適應(yīng)于變轉(zhuǎn)速運(yùn)動和變頻調(diào)速技術(shù); 

4、渦旋壓縮機(jī)整機(jī)噪聲很低; 

5、渦旋壓縮機(jī)有可靠和有效的密封性,其制冷系數(shù)不是隨運(yùn)行時間的增加而減小,而是略有提高; 


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6、渦旋壓縮機(jī)有著良好的工作特性。在熱泵式空調(diào)系統(tǒng)中,特別表現(xiàn)在制熱性能高、穩(wěn)定性好、安全性高; 

7、渦旋式壓縮機(jī)無余隙容積,能保持高容積效率運(yùn)行; 

8、力矩變化小,平衡性高,振動小,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),從而操作簡便,易于實(shí)現(xiàn)自動化; 

9、運(yùn)動部件少、沒有往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、零件少、可靠性高,壽命在20年以上。


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渦旋式壓縮機(jī)缺點(diǎn): 

1、運(yùn)動機(jī)件表面多是呈曲面形狀,這些曲面的加工及其檢驗(yàn)均較復(fù)雜,制造需高精度的加工設(shè)備及精確的調(diào)心裝配技術(shù),因此制造成本較高。 

2、其運(yùn)動機(jī)件之間或運(yùn)動機(jī)件與固定機(jī)件之間,常以保持一定的運(yùn)動間隙來達(dá)到密封,氣體通過間隙勢必引起泄漏,這就限制了回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)難以達(dá)到較大的壓縮比,因此,大多數(shù)回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)多在空調(diào)工況下使用。


2、螺桿式壓縮機(jī)

螺桿式壓縮機(jī)又稱螺桿壓縮機(jī)。20世紀(jì)50年代,就有噴油螺桿式壓縮機(jī)應(yīng)用在制冷裝置上,由于其結(jié)構(gòu)簡單,易損件少,能在大的壓力差或壓力比的工況下,排氣溫度低,對制冷劑中含有大量的潤滑油(常稱為濕行程)不敏感,有良好的輸氣量調(diào)節(jié)性,很快占據(jù)了大容量往復(fù)式壓縮機(jī)的使用范圍,而且不斷地向中等容量范圍延伸,廣泛地應(yīng)用在冷凍、冷藏、空調(diào)和化工工藝等制冷裝置上。


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以它為主機(jī)的螺桿式熱泵從20世紀(jì)70年代初便開始用于采暖空調(diào)方面,有空氣熱源型、水熱泵型、熱回收型、冰蓄冷型等。在工業(yè)方面,為了節(jié)能,亦采用螺桿式熱泵作熱回收。

原理:通過陰陽轉(zhuǎn)子的相互浸入,以及空間接觸線不斷的從吸氣端面向排氣端推移,使基元容積發(fā)生周期性變化,從而完成連續(xù)吸氣壓輸和排氣過程。

構(gòu)造由機(jī)殼、螺桿(或稱轉(zhuǎn)子)、軸承、能量調(diào)節(jié)裝置等組成 


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螺桿式壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn):

1、零部件少,易損件少,可靠性高;

2、操作維護(hù)方便;

3、沒有不平衡慣性力。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)安全,振動?。?/p>

4、具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn),排氣量幾乎不受排氣壓力的影響,工況適應(yīng)性強(qiáng);

5、螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面實(shí)際上是有間隙的。因此對濕行程不敏感,能耐液擊;

6、排氣溫度低,可在較高壓比的工況下運(yùn)行;

7、可實(shí)現(xiàn)制冷情無級調(diào)節(jié),采用滑閥機(jī)構(gòu),使制冷量可從 15%~100%進(jìn)行無級調(diào)節(jié),節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用;

8、容易實(shí)現(xiàn)自動化,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。


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螺桿式壓縮機(jī)缺點(diǎn):

1、轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面,需利用特制的刀具,在價格昂貴的設(shè)備上加工,機(jī)體零部件加工精度也有較高的要求,必須采用高精度設(shè)備;

2、壓縮機(jī)噪聲高;

3、螺桿壓縮機(jī)只能適用于中、低壓范圍,不能用于高壓場合;

4、噴油量大,油處理系統(tǒng)復(fù)雜,故機(jī)組附屬設(shè)備多;

5、螺桿壓縮機(jī)依靠間隙密封氣體,在小容積范圍內(nèi)不具有優(yōu)越的性能。


3、活塞式壓縮機(jī)

活塞式壓縮機(jī)使用歷史悠久,是目前國內(nèi)用得最多的制壓縮機(jī)。由于其壓力范圍廣,能夠適應(yīng)較寬的能量范圍,有高速、多缸、能量可調(diào)、熱效率高、適用于多種工況等優(yōu)點(diǎn);其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,易損件多,檢修周期短,對濕行程敏感,有脈沖振動,運(yùn)行平穩(wěn)性差。

原理:依靠活塞的往復(fù)運(yùn)動來壓縮汽缸內(nèi)的氣體。通常是通過曲柄連桿機(jī)構(gòu),把原動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動。曲軸每旋轉(zhuǎn)一周所完成的工作,可分為吸氣過程和壓縮排氣過程。

構(gòu)造:包括機(jī)體、曲軸、連桿組件、活塞組件、氣閥缸套組件等。


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螺桿壓縮機(jī)是一種新的壓縮裝置,它與往復(fù)式相比:


優(yōu)點(diǎn):

①機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,占地面積少,重量輕。

②熱效率高,加工件少,壓縮機(jī)的零件總數(shù)只有活塞式的1/10。機(jī)器易損件少,運(yùn)行安全可靠,操作維護(hù)簡單。

③氣體沒有脈動,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),機(jī)組對基礎(chǔ)不高不需要專門基礎(chǔ)④運(yùn)行中向轉(zhuǎn)子腔噴油,因此排氣溫度低。

⑤對濕行程不敏感,濕蒸汽或少量液體進(jìn)入機(jī)內(nèi),沒有液擊危險(xiǎn)。

⑥可在較高壓比下運(yùn)行。

⑦可借助滑閥改變壓縮有效行程,可進(jìn)行10~100%的無級冷量調(diào)節(jié)。


缺點(diǎn):

需要復(fù)雜的油處理設(shè)備,要求分離效果很好的油分離器及油冷卻器等設(shè)備,噪聲較大,一般都在85分貝以上,需要隔聲措施。


活塞式壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn):

1、在一般的壓力范圍內(nèi),對材料的要求低,多采用普通的鋼鐵材料,加工較容易,造價也較低廉;

2、熱效率較高,一般大、中型機(jī)組絕熱效率可達(dá)0.7~0.85左右;

3、氣體的重度和特性對壓縮機(jī)的工作性能影響不大,同一臺壓縮機(jī)可以用于不同的氣體;

4、活塞壓縮機(jī)技術(shù)上較為成熟,生產(chǎn)使用上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn);

5、氣量調(diào)節(jié)時,適應(yīng)性強(qiáng),即排氣范圍較廣,且不受壓力高低影響,能適應(yīng)較廣闊的壓力范圍和制冷量要求;


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活塞式壓縮機(jī)缺點(diǎn):

1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重,易損件多,維修工作量大;

2、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中有振動;

3、排氣不連續(xù),氣流有脈動,容易引起管道振動,嚴(yán)重時往往因氣流脈動、共振而造成管網(wǎng)或機(jī)件的損壞;

4、功率損失大,在部分載荷操作時效率降低;

5、大型工廠采用多臺壓縮機(jī)組時,操作人員多或工作強(qiáng)度較大。


4、離心式壓縮機(jī)

離心式壓縮機(jī)是一種葉片旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)(即透平式壓縮機(jī))。在離心式壓縮機(jī)中,高速旋轉(zhuǎn)的葉輪給予氣體的離心力作用,以及在擴(kuò)壓通道中給予氣體的擴(kuò)壓作用,使氣體壓力得到提高。


早期,由于這種壓縮機(jī)只適于低,中壓力、大流量的場合,而不為人們所注意。由于化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,各種大型化工廠,煉油廠的建立,離心式壓縮機(jī)就成為壓縮和輸送化工生產(chǎn)中各種氣體的關(guān)鍵機(jī)器,而占有極其重要的地位。隨著氣體動力學(xué)研究的成就使離心壓縮機(jī)的效率不斷提高,又由于高壓密封,小流量窄葉輪的加工,多油楔軸承等技術(shù)關(guān)鍵的研制成功,解決了離心壓縮機(jī)向高壓力,寬流量范圍發(fā)展的一系列問題,使離心式壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展,以致在很多場合可取代往復(fù)壓縮機(jī),而大大地?cái)U(kuò)大了應(yīng)用范圍。


原理:壓縮機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動時,制冷劑蒸汽由吸氣室通過進(jìn)口可導(dǎo)流葉片進(jìn)入葉輪流道,在葉片的推動下氣體隨著葉輪一起旋轉(zhuǎn)。由于離心力的作用,氣體沿著葉輪流道徑向流動并離開葉輪。

構(gòu)造單級壓縮機(jī)主要由吸氣室、葉輪(工作輪),括壓器,蝸室(蝸殼)及密封等組成。對于多級壓縮還設(shè)有彎道和回流器等部件


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離心式壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn):

1、離心式壓縮機(jī)的氣量大,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,重量輕,機(jī)組尺寸小,占地面積小,相對于活塞式壓縮機(jī),在制冷量相同時,重量較活塞式輕5~8倍。

2、由于它沒有汽閥活塞環(huán)等易損部件,又沒有曲柄連桿機(jī)構(gòu),運(yùn)轉(zhuǎn)平衡,操作可靠,運(yùn)轉(zhuǎn)率高,摩擦件少,因之備件需用量少,維護(hù)費(fèi)用及人員少。

3、工作輪和機(jī)殼之間沒有摩擦,無需潤滑。在化工流程中,離心式壓縮機(jī)對化工介質(zhì)可以做到絕對無油的壓縮過程。

4、離心式壓縮機(jī)為一種回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)器,它適宜于工業(yè)汽輪機(jī)或燃汽輪機(jī)直接拖動。對一般大型化工廠,常用副產(chǎn)蒸汽驅(qū)動工業(yè)汽輪機(jī)作動力,為熱能綜合利用提供了可能。


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離心式壓縮機(jī)缺點(diǎn):

1、離心式壓縮機(jī)目前還不適用于氣量太小及壓比過高的場合,并且由于適宜采用分子量比較大的制冷劑,故只適用于大制冷量,一般都在25~30萬大卡/時以上。

2、離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況區(qū)較窄,其氣量調(diào)節(jié)雖較方便,但經(jīng)濟(jì)性較差。 

3、一般要用增速齒輪傳動,轉(zhuǎn)速較高,對軸端密封要求高,這些均增加了制造上的困難和結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性。

4、低負(fù)荷時容易出現(xiàn)“喘振”現(xiàn)象。


活塞、螺桿、離心式壓縮機(jī)性能特點(diǎn)對比

在制冷系統(tǒng)中,因?yàn)橥鶑?fù)式制冷壓縮機(jī)與螺桿式制冷壓縮機(jī)在工作原理上的不同,所以影響他們的壓力損失與泄漏損失的原因也是不同的。


對于往復(fù)式制冷壓縮機(jī)來說,影響它的壓力損失與泄漏損失的主要原因是氣閥的質(zhì)量與氣閥關(guān)閉時的密封性。這是因?yàn)槲鼩忾y開啟時要克服彈簧阻力(壓縮 彈簧)以及氣體流過氣閥時,由于通過截面較小,流動速度較高,故產(chǎn)生一定的流動阻力,因此,往復(fù)式制冷壓縮機(jī)在吸氣過程中氣缸內(nèi)氣體的壓力恒低于吸氣管中的氣體壓力;


同理,往復(fù)式制冷壓縮機(jī)在排氣過程中氣缸內(nèi)氣體的壓力恒高于吸氣管中的氣體壓力。如果氣閥的通道截面越小,則阻力損失就越大。如果閥片的重量大,氣閥的彈簧力也大,則阻力損失也增大,這樣壓力系數(shù)值就降低。


對于螺桿式制冷壓縮機(jī)來說,影響它的壓力損失與泄漏損失的主要原因是氣體的流速。


在螺桿式制冷壓縮機(jī)中,螺桿的性能好壞是個關(guān)鍵。如果螺桿的齒型為對稱的圓弧型,那么它的制造簡單。如果螺桿的齒型為非對稱線型,那么它的輸氣螺 量大,效率高。如果減小螺桿的長徑比,就可以使螺桿具有良好的強(qiáng)度,增加螺桿式制冷壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性,并且有利于使螺桿式制冷壓縮機(jī)向高壓力比的方向發(fā) 展。


在螺桿式制冷壓縮機(jī)中,直徑和長度尺寸相同的的兩對螺桿,轉(zhuǎn)子面積利用系數(shù)值大的一對,其排氣量大。從表面上看,轉(zhuǎn)子面積利用系數(shù)越大,對于螺桿式制冷壓縮機(jī)的性能越好。但是,如果轉(zhuǎn)子面積利用系數(shù)過大,則會降低螺桿的強(qiáng)度與剛度。


在螺桿式制冷壓縮機(jī)中,減少螺桿的齒數(shù),可以增大螺桿的齒間面積,提高螺桿式制冷壓縮機(jī)的排氣量。從表面上看,螺桿的齒數(shù)越少,對于螺桿式制冷壓縮機(jī)的性能越好。但是,如果螺桿的齒數(shù)過少,則會降低螺桿的抗彎強(qiáng)度和剛度。


在螺桿式制冷壓縮機(jī)中,提高螺桿的圓周速度,就可以使螺桿式制冷壓縮機(jī)中的外型尺寸和質(zhì)量等到減小,氣體通過螺桿式制冷壓縮機(jī)中的間隙的相對泄漏 量就會減少,有利于提高螺桿式制冷壓縮機(jī)的容積效率和熱效率。從表面上看,螺桿的圓周速度越快,對于螺桿式制冷壓縮機(jī)的性能越好。但是,如果螺桿的圓周速 度過快,就會相應(yīng)地增加氣體在吸排氣孔口及齒間圓周速度內(nèi)的流動損失。


在三種常見的制冷壓縮機(jī)(往復(fù)式、螺桿式、離心式)中,往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生的慣性立是往復(fù)式制冷壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)。因?yàn)榻?jīng)常受到往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生的慣性,所以往復(fù)式制冷壓縮機(jī)中的氣閥和曲柄連桿機(jī)構(gòu)最容易受到破化。


在三種常見的制冷壓縮機(jī)(往復(fù)式、螺桿式、離心式)中,運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的巨大噪聲是螺桿式制冷壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)。因?yàn)榻?jīng)常受到制冷劑氣體周期性地高速通過吸、排氣孔口,以及通過縫隙的泄漏等原因帶來的影響,所以在螺桿式制冷壓縮機(jī)中必須選擇合理的螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)速度。


在三種常見的制冷壓縮機(jī)(往復(fù)式、螺桿式、離心式)中,喘振是離心式制冷壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)。


造成離心式制冷壓縮機(jī)的喘振原因是因?yàn)?,?dāng)冷凝器的冷卻水進(jìn)水量減小到一定程度時,離心式制冷壓縮機(jī)的流量減小到很小,它的通道中出現(xiàn)嚴(yán)重的氣體 脫流,它的出口壓力突然下降。雖然離心式制冷壓縮機(jī)和冷凝器是聯(lián)合地工作,但是冷凝器中的氣體的壓力并不是同時地減低,于是冷凝器中的氣體的壓力反大于離 心式制冷壓縮機(jī)的出口壓力,造成冷凝器中的氣體倒流至離心式制冷壓縮機(jī)中,直至冷凝器中的氣體壓力下降到等于離心式制冷壓縮機(jī)的出口壓力為止。


這是,離心 式制冷壓縮機(jī)又開始向冷凝器送氣,流量增加,離心式制冷壓縮機(jī)恢復(fù)正常工作。但是,當(dāng)冷凝器中的氣體壓力也恢復(fù)到原來的氣體壓力時,離心式制冷壓縮機(jī)的流 量又減小,離心式制冷壓縮機(jī)的出口壓力有開始下降,氣體又產(chǎn)生倒流。如此周而復(fù)始,產(chǎn)生周期性的氣流的振蕩現(xiàn)象。所以在離心式制冷壓縮機(jī)中,冷凝器的冷卻 水量是不宜過小的,否則會使在離心式制冷壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時,發(fā)生強(qiáng)烈的振動,嚴(yán)重時甚至?xí)斐蓪﹄x心式制冷壓縮機(jī)的破化。


各類型壓縮機(jī)均有他們比較適用的適用工況以及應(yīng)用場景,合適的,才是最好的