提高空压机性能的根本(离心式压缩机的工作原理)

Posted 2023-05-27

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提高空压机性能的根本(离心式压缩机的工作原理)

离心式压缩机作为众多压缩机类型中的一种，由于其高效性以及流量大而得到广泛的应用。在其分类中，通常将其称作为速度型压缩机，用于区分以螺杆式压缩机为代表的容积型压缩机。其工作原理也较为简单，为了让大家有更加深入的了解，本文将从基本原理进行介绍，这样有助于从根本上理解其工作特性以及在应用中的一些注意事项。

其工作原理很简单，是通过电动机带动叶轮高速旋转，在吸气口形成负压进而将冷媒吸入到叶轮中，在气体经过叶轮内流道后其速度能得到提升，从而实现了电机电能到叶轮动能，然后再到气体动能的能量传递。从叶轮中流出的气体具有了足够的动能，但我们希望得到的不是高速的气流，而是高压的气体，这样才叫压缩机，此时我们还需要一次能量转换，也就是速度能转换为压力能，此时，我们就需要通过扩压器从而把速度降低，把压力提高。扩压器的结构可以很简单，对于无叶扩压器，实际上就是在叶轮出口，增加一段流路而已，随着外径的增加，流通面积逐渐增大，从而在降低流动速度的过程中，压力逐渐得到提升。

在负荷调节方便，定频压缩机的负荷调节通常采用进口导叶进行调节，通过改变流通面积以及气流角度，从而实现压缩比和流量的精准控制。当然，也有其他的一些调节技术,比如某些制冷厂家采用的散流滑块等，也可以在某些极端负荷下介入，从而参与负荷调节。对于定频压缩机，由于其转速不可调，如果在工频50Hz下工作，对于二极电机，在不考虑转差率的情况下，其转速也就3000rpm，而通常这么低的转速是不够的，此时可以通过齿轮传动进行增速，从而实现不同压缩比活着流量的需求。

对于变频压缩机，则比较容易通过变频器实现转速的调节，这样不仅可以减少齿轮增速机构，还可以提高压缩机的调节性能。

另外，关于节能性方面，对于离心式压缩机其压力能主要来源于速度能，也就是在压缩过程中对气体所做的功h同速度能成正比，我们知道单位质量的动能正比于u^2，也就是对单位质量气体做的功正比于速度的平方u^2。此外，质量流量正比于流动速度u，最终所做的总的功耗将正比于速度的立方,u^3。从这里我们可以看出，在部分负荷时，如果降低频率来降低负荷，功耗将会呈3次方的关系降低。这就是为什么离心式压缩机使用变频技术能够实现综合节能的原因所在。

目前离心式压缩机的创新主要集中在轴承上，常规的离心机主要采用动压轴承，采用润滑油进行强制润滑，对于这类轴承，为了形成动压需要维持转轴维持在合理的速度范围，否则建立不起动压或者偏心率太低，导致轴承磨损或者转子旋转不稳定，因此通常都会有最低转速限制和最高转速限制，并且该限制范围相对比较窄一点。对于磁悬浮无油轴承，基本没有转速下限的限制，转速上限则是由零部件的强度以及转子的临界转速限制的，相对而言其运行范围更宽。

参考资料：

https://www.chreed.com/centrifugal-air-compressors-101/

https://webpages.charlotte.edu/gkumar2/HW4.html