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离心式制冷压缩机国产化的一点想法
+ a/ f; ?0 E0 z* Z. w m一、离心式制冷压缩机的特点. % w; p2 d+ O* f& c/ g5 t) x
离心式制冷压缩机作为一种速度型压缩机,具有以下优点:
0 s; V) x' l. b: i. z# ], b" w1.在相同冷量的情况下,特别在大容量时,与螺杆压缩机组相比,省去了庞大的油分装置,机组的重量及尺寸较小,占地面积小;
$ D1 t9 _2 b" ^, I3 J2.离心式压缩机结构简单紧凑,运动件少,工作可靠,经久耐用,运行费用低; ) z% m* ^6 t8 _+ g& E: _
3.容易实现多级压缩和多种蒸发温度,容易实现中间冷却,使得耗功较低;
6 d+ y7 R/ r7 z( x4 i0 \5 l; x# L4.离心机组中混入的润滑油极少,对换热器的传热效果影响较小,机组具有较高的效率. 2 b- }2 L5 e% M# N$ `0 ~7 u
具有以下缺点: + S9 b6 s# U, q( X/ I- f# B* F
1.转子转速较高, 为了保证叶轮一定的宽度, 必须用于大中流量场合, 不适合于小流量场合; 4 T7 c+ r0 X) c5 l+ A2 \
2.单级压比低,为了得到较高压比须采用多级叶轮,一般还要用增速齿轮; ! \9 L' Q h8 ]5 t+ A
3.喘振是离心式压缩机固有的缺点,机组须添加防喘振系统; * _8 w5 Y, I$ h: d3 D1 v- S* D
4.同一台机组工况不能有大的变动,适用的范围较窄. . M( z* `* Z$ p
二、离心式制冷压缩机的应用状况及趋势. . E) L- p# p' m+ h
目前国内离心式冷水机组的大部分市场主要由欧日美一些制冷企业所占据.比较有名的企业如特灵、开利、约克、麦克维尔、AXIMA（原苏尔寿）、荏原、三菱等依靠先进的技术及良好工艺主导离心冷水机组市场.国内企业主要为重庆通用,早期引进NREC的技术来开发离心式制冷机.随着社会的发展,用户需要的冷量越来越高,另外由于节能的要求使得离心机组具有越来越广的市场.一些国内空调厂家如海尔、澳克玛、格力及美的（与重庆通用合并）纷纷推出自己的离心式冷水机组.大冷与AXIMA合作开发出离心冷水机组及区域供暖的离心热泵机组.这些离心机组大部分采用环保工质R134a. 1 ^0 ^! |4 w; D, _: n! V
随着能源的形式日趋紧张,节能降耗是产品发展的一大趋势.另外由于中国城镇化水平的不断提高,建筑能耗不断增加.具有最高性能系数的离心冷水机组无疑将成为市场的热点,近年来离心冷水机组的销量不断提高.
) f# E3 Y# C# ?- S, i0 P m国内大部分开发离心冷水机组的企业只是购买进口压缩机,基本上没什么利润.国外离心机厂家不会轻易出让自己的核心技术,要想研制离心式制冷压缩机,只有走自主开发的道路.随着设计及制造技术的不断成熟,使得国产离心式制冷压缩机的研制成为可能. ( x! X( E3 }; f% g) F
三、开发研制离心式压缩机的难点、重点及对策.
. y- \& {. a# n7 X研制一台离心压缩机包括多方面的内容:气动热力计算、强度与振动计算、结构设计、各种材料的选择、加工制造工艺设计、自动控制与调节设计、以及驱动型式选择等.其中的难重点主要有以下几个方面:
' N* K) q- Y. ?1.叶轮的设计 . X* a2 y) T. S% [4 t1 ?' l
转子作为离心压缩机的运动部件,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,要设计高效的三元叶轮,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.谷教授长期从事离心机方面的研究,先后主持完成6项国家自然科学基金项目,在离心机三元流设计,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《多级离心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.王教授领导的西安交大赛尔机泵科研组,以独具特色的“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.
6 g0 U* @* J6 @% G8 I- W! H2.叶轮的加工制作 " t, @5 o# O* Z0 K
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： , i: o# x1 v. g* s$ {/ A
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.最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.
+ N) C/ `5 K7 ]2 d$ P/ d2)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，目前国际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.
. B, i ]9 P+ H! p [; m1 W) O 3.转子的临界转速的计算
% K- o5 d) u/ w0 _7 `: _2 n5 M) x d. ^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. 6 Y! M2 E0 U2 m+ I
4.防喘振系统的设计
% o: A, p/ G7 {6 U! k7 b2 E由离心式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. Q2 Y+ |' m4 a( f# S' y. v
5.滑动轴承的设计
" J B! T, e# i1 ~( N4 R离心式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.
1 Y2 H* ?7 L8 N/ ]; n, {四、开发研制离心式压缩机的大致步骤: ( ]: J$ @' N9 V& S. Y: S* A5 x7 @5 \$ G
1.搜集、学习离心式压缩机及离心式冷水机组的相关标准. ( ?6 ~2 B5 |4 T, u4 x7 G0 I
2.组织有关人员学习离心式压缩机的基本知识,达到用一元流理论设计压缩机的水平. ' k2 Q! {5 l2 V! O: r. y
3.组织有关人员到相关科研院所及专业生产厂家学习参观. ( @9 l* Z3 H: P& J
4.与科研院所合作进行三元叶轮的设计.
7 R: K0 j" u. k5.研制开发整机.
+ r3 |3 V6 p/ K. M" Z6.样机试验改进.
, s; w/ c" ~- P; i- l五、一点想法
8 b( P+ V0 l5 ]- d$ ?1 ~上世纪50年代，我国科学家吴仲华教授提出叶轮机械三元流理论，奠定了三元流设计的理论基础.国外一些大公司如NREC等据此理论开发出离心式叶轮机械的设计及加工软件.我国的科学家及科技工作者也进行了大量的卓有成效的研究,对离心式压缩机的设计及加工进行了深入的研究,并形成了一系列的研究成果,与国外相比,毫不逊色.建议国内的制冷企业高举民族工业的旗帜,研制出真正意义上的国产化离心式制冷压缩机精品.
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