離心式制冷壓縮機國產化研究論文

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簡介：離心式制冷壓縮機的特點、應用狀況及趨勢；開發研制離心式壓縮機的難點、重點及對策；開發研制離心式壓縮機的大致步驟。

關鍵字：離心式制冷壓縮機國產化

一、離心式制冷壓縮機的特點。

離心式制冷壓縮機作為一種速度型壓縮機，具有以下優點：

1.在相同冷量的情況下，特別在大容量時，與螺桿壓縮機組相比，省去了龐大的油分裝置，機組的重量及尺寸較小，占地面積小；

2.離心式壓縮機結構簡單緊湊，運動件少，工作可靠，經久耐用，運行費用低；

3.容易實現多級壓縮和多種蒸發溫度，容易實現中間冷卻，使得耗功較低；

4.離心機組中混入的潤滑油極少，對換熱器的傳熱效果影響較小，機組具有較高的效率。

具有以下缺點：

1.轉子轉速較高，為了保證葉輪一定的寬度，必須用于大中流量場合，不適合于小流量場合；

2.單級壓比低，為了得到較高壓比須采用多級葉輪，一般還要用增速齒輪；

3.喘振是離心式壓縮機固有的缺點，機組須添加防喘振系統；

4.同一臺機組工況不能有大的變動，適用的范圍較窄。

二、離心式制冷壓縮機的應用狀況及趨勢。

目前國內離心式冷水機組的大部分市場主要由歐日美一些制冷企業所占據。比較有名的企業如特靈、開利、約克、麥克維爾、AXIMA（原蘇爾壽）、荏原、三菱等依靠先進的技術及良好工藝主導離心冷水機組市場。國內企業主要為重慶通用，早期引進NREC的技術來開發離心式制冷機。隨著社會的發展，用戶需要的冷量越來越高，另外由于節能的要求使得離心機組具有越來越廣的市場。一些國內空調廠家如海爾、澳克瑪、格力及美的（與重慶通用合并）紛紛推出自己的離心式冷水機組。大冷與AXIMA合作開發出離心冷水機組及區域供暖的離心熱泵機組。這些離心機組大部分采用環保工質R134a.

隨著能源的形式日趨緊張，節能降耗是產品發展的一大趨勢。另外由于中國城鎮化水平的不斷提高，建筑能耗不斷增加。具有最高性能系數的離心冷水機組無疑將成為市場的熱點，近年來離心冷水機組的銷量不斷提高。

國內大部分開發離心冷水機組的企業只是購買進口壓縮機，基本上沒什么利潤。國外離心機廠家不會輕易出讓自己的核心技術，要想研制離心式制冷壓縮機，只有走自主開發的道路。隨著設計及制造技術的不斷成熟，使得國產離心式制冷壓縮機的研制成為可能。

三、開發研制離心式壓縮機的難點、重點及對策。

研制一臺離心壓縮機包括多方面的內容：氣動熱力計算、強度與振動計算、結構設計、各種材料的選擇、加工制造工藝設計、自動控制與調節設計、以及驅動型式選擇等。其中的難重點主要有以下幾個方面：

1.葉輪的設計

轉子作為離心壓縮機的運動部件，其核心部分為葉輪。現在國內外各大離心機廠家均采用三元流方法進行葉輪設計。三元流方法要求設計人員具備數值模擬、計算流體動力學、流體機械內部流場理論等非常專業的知識。國內公司技術人員大部分不具備這些專業知識，要設計高效的三元葉輪，只有和高校科研機構合作。高校中離心式壓縮機方面的專家主要有上海交大的谷傳綱教授、西安交大的王尚錦教授。谷教授長期從事離心機方面的研究，先后主持完成6項國家自然科學基金項目，在離心機三元流設計，壓縮機組試驗、監測及控制，系統防喘振等方面均有深入的研究，他所主持完成的《多級離心壓縮機氣動設計技術與應用》項目獲2004年國家科技進步二等獎。王教授領導的西安交大賽爾機泵科研組，以獨具特色的“可控渦葉輪設計理論”，在石化等領域的機組改造中有出色的應用。

2.葉輪的加工制作

以三元流理論設計的葉輪葉片形狀一般為空間曲面，葉片及葉輪的加工成型是制造的重點，也是難點。對于三元葉輪，常用的加工方法主要有兩種：

1）三體焊形式：也就是說輪盤、葉片、輪蓋分別加工。這種加工方法對設備要求比較簡單，輪盤、輪蓋只需要車出外形就夠了。葉片加工要麻煩一些，首先要利用三坐標機床銑出葉片模具，然后將下好料的葉片進行熱處理，壓型得到所需的葉片形狀。最后將葉片焊接到輪盤上，再將輪蓋焊好。這樣的話需要的設備大概是三坐標銑床、熱處理爐、油壓機以及其他所需的一些常規設備，所需投資比較低，更適合開始做。

2）整體銑制：也就是輪盤和葉片是在一起利用多坐標設備進行整體銑制而得到一個半開式葉輪。為避免干涉，目前國際上對這種葉輪的加工大都是利用五坐標加工中心進行。一臺五坐標設備大概從幾百萬到上千萬不止，成本非常高。以加工600mm葉輪為例，國內五軸床大概要350萬人民幣，進口五軸床大概要480萬人民幣。通過四坐標機床旋轉工作臺的傾斜實現三元葉輪的四坐標整體銑制，如果葉片稠度比較大，干涉問題在四坐標上就不可避免。四坐標的設備相對比較便宜，大概100多萬人民幣。

3.轉子的臨界轉速的計算

臨界轉速是設計轉子轉速時要考慮的一個重要因素，轉子轉速要避開臨界轉速。臨界轉速的計算一般采用普洛爾法，市場上有專門計算臨界轉速的軟件，也可以自己開發計算軟件。

4.防喘振系統的設計

由離心式壓縮機的工作機理可知，喘振是離心機所固有的性質，不可消除，但可通過有效途徑加以避免。離心式制冷壓縮機發生喘振的原因：流量過低及冷凝壓力過高。喘振對機組的危害相當大，須認真設計防喘振系統。

5.滑動軸承的設計

離心式制冷壓縮機一般采用增速齒輪，轉子轉速一般都在5000RPM以上，都采用滑動軸承，滑動軸承的設計也是研制離心機的一個重點。

四、開發研制離心式壓縮機的大致步驟：

1.搜集、學習離心式壓縮機及離心式冷水機組的相關標準。

2.組織有關人員學習離心式壓縮機的基本知識，達到用一元流理論設計壓縮機的水平。

3.組織有關人員到相關科研院所及專業生產廠家學習參觀。

4.與科研院所合作進行三元葉輪的設計。

5.研制開發整機。

6.樣機試驗改進。

五、一點想法

上世紀50年代，我國科學家吳仲華教授提出葉輪機械三元流理論，奠定了三元流設計的理論基礎。國外一些大公司如NREC等據此理論開發出離心式葉輪機械的設計及加工軟件。

我國的科學家及科技工作者也進行了大量的卓有成效的研究，對離心式壓縮機的設計及加工進行了深入的研究，并形成了一系列的研究成果，與國外相比，毫不遜色。建議國內的制冷企業高舉民族工業的旗幟，研制出真正意義上的國產化離心式制冷壓縮機精品。