制冷压缩机的设计与分类

　　编者按：制冷压缩机是制冷系统的核心和心脏。压缩机的能力和特征决定了制冷系统的能力和特征。某种意义上，制冷系统的设计与匹配就是将压缩机的能力体现出来。因此，一个国家的制冷业发达与否跟制冷压缩机有着莫大的关系。世界各国的制冷行业无不在制冷压缩机领域投入了大量的研究，制冷压缩机的技术和性能也取得了长足的进步。那么，研制一台制冷压缩机主要有哪些方面的设计呢？主要又有哪些分类呢？
　　
　　一、制冷压缩机的设计
　　
　　研制一台制冷压缩机包括多方面的内容：结构设计、气动热力计算、强度与振动计算、自动控制与调节设计、加工制造工艺设计、各种材料的选择、以及驱动型式选择等。其中的难重点主要有以下几个方面：
　　
　　（1）转子的临界转速的计算
　　
　　临界转速是设计转子转速时要考虑的一个重要因素，转子转速要避开临界转速，临界转速的计算一般采用普洛尔法，市场上有专门计算临界转速的软件，也可以自己开发计算软件。
　　
　　（2）滑动轴承的设计
　　
　　制冷压缩机一般采用增速齿轮，转子转速一般都在5000RPM以上，都采用滑动轴承，滑动轴承的设计也是研制离心机的一个重点。
　　
　　（3）叶轮的设计
　　
　　转子作为制冷压缩机的运动部件，其核心部分为叶轮.现在国内外各大离心机厂家均采用三元流方法进行叶轮设计。三元流方法要求设计人员具备数值模拟、计算流体动力学、流体机械内部流场理论等非常专业的知识.国内公司技术人员大部分不具备这些专业知识，要设计的三元叶轮，只有和高校科研机构合作。高校中离心式压缩机方面的专家主要有上海交大的谷传纲教授、西安交大的王尚锦教授.谷教授*从事压缩机方面的研究，先后主持完成6项国家自然科学基金项目，在压缩机三元流设计，压缩机组试验、监测及控制，系统防喘振等方面均有深入的研究，他所主持完成的《多级制冷压缩机气动设计技术与应用》项目获2004年国家科技进步二等奖。王教授*的西安交大赛尔机泵科研组，以*特色的“可控涡叶轮设计理论”，在石化等领域的机组改造中有出色的应用.
　　
　　（4）叶轮的加工制作
　　
　　以三元流理论设计的叶轮叶片形状一般为空间曲面，叶片及叶轮的加工成型是制造的重点，也是难点。对于三元叶轮，常用的加工方法主要有两种：①三体焊形式：也就是说轮盘、叶片、轮盖分别加工.这种加工方法对设备要求比较简单，轮盘、轮盖只需要车出外形就够了。叶片加工要麻烦一些，首先要利用三坐标机床铣出叶片模具，然后将下好料的叶片进行热处理，压型得到所需的叶片形状.后将叶片焊接到轮盘上，再将轮盖焊好。这样的话需要的设备大概是三坐标铣床、热处理炉、油压机以及其他所需的一些常规设备，所需投资比较低，更适合开始做。②整体铣制：也就是轮盘和叶片是在一起利用多坐标设备进行整体铣制而得到一个半开式叶轮.为避免干涉，目前上对这种叶轮的加工大都是利用五坐标加工中心进行。一台五坐标设备大概从几百万到上千万不止，成本非常高.以加工600mm叶轮为例，国内五轴床大概要350万人民币，进口五轴床大概要480万人民币，通过四坐标机床旋转工作台的倾斜实现三元叶轮的四坐标整体铣制，如果叶片稠度比较大，干涉问题在四坐标上就不可避免。四坐标的设备相对比较便宜，大概100多万人民币。
　　
　　（5）防喘振系统的设计
　　
　　由制冷压缩机的工作机理可知，喘振是离心机所固有的性质，不可消除，但可通过有效途径加以避免，离心式制冷压缩机发生喘振的原因：流量过低及冷凝压力过高.喘振对机组的危害相当大，须认真设计防喘振系统。
　　
　　二、制冷压缩机的分类
　　
　　螺杆式制冷压缩机
　　
　　螺杆式压缩机是一种回转式容积式压缩机。它利用螺杆的齿槽容积和位置的变化来完成蒸气的吸入、压缩和排气过程。无油螺杆压缩机在本世纪三十年代问世，主要用于压缩空气。后来汽缸内喷油的螺杆式压缩机出现，性能得到提高，喷油式螺杆压缩机已是制冷压缩机中主要机种之一。螺杆式压缩机分为双螺杆和单螺杆两大类，双螺杆压缩机习惯上称为螺杆式压缩机。
　　
　　容积型制冷压缩机
　　
　　容积型压缩机是靠工作腔容积的改变来实现吸汽、压缩、排汽等过程。属于这类压缩机的有往复式压缩机和回转式压缩机。速度型压缩机是靠高速旋转的T作I1"轮对蒸气做功，压力升高，并完成输送蒸气的任务。属于这类压缩机的有离心式和轴流式压缩机，常用的是离心式压缩机。它应用比较广泛，制造技术成熟，结构简单，而且对加工材料和加工lT艺要求较低，造价比较低，适应性强，能适应广阔的压力范围和制冷量要求，可维修性强。缺点：无法实现较高转速，机器大而重，不容易实现轻量化，排气不连续，气流容易出现波动，而且工作时有较大的振动。由于曲轴连杆式压缩机的上述特点，已经很少有小排量压缩机采用这种结构形式，曲轴连杆式压缩机大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中。
　　
　　定排量制冷压缩机
　　
　　v的排气量是随着发动机的转速的提高而成比例提高的，它不能根据制冷的需求而自动改变功率输，而且对发动机油耗的影响比较大。它的控制一般通过采集蒸发器出风口的温度信号来实现，当温度达到设定的温度，压缩机停止工作；当温度升高后，压缩机开始T二作。定排量压缩机也受空调系统压力的控制，当管路内压力过高时，压缩机停止工作。
　　
　　变排量制冷压缩机
　　
　　变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出。空调控制系统不采集蒸发器m风口的温度信号，而是根据空调管路内压力变化信号来控制压缩机的压缩比从而自动调节m风口温度。在制冷的全过程中，压缩机始终是工作的，制冷强度的调节完全依赖装在压缩机内部的压力调节阀来控制。当空调管路内高压端压力过高时，压力调节阀缩短压缩机内活塞行程以减小压缩比，这样就会降低制冷强度。当高压端压力下降到一定程度，低压端压力上升到一定程度时，压力调节阀则增大活塞行程以提高制冷强度。