淺析空分制冷低溫裝置的原理

王帥+牛海寬

摘 要：本文主要介紹了螺桿式的制冷壓縮機和渦旋式的制冷壓縮機以及離心式的制冷壓縮機的原理。

關鍵詞：壓縮機；工作原理；發展

一、螺桿式制冷的壓縮機

1.1螺桿式制冷壓縮機的原理

雙螺桿的制冷壓縮機做為一個能量可以調試的噴油試壓縮機，其吸氣和壓縮以及排氣這三個連續的過程主要是依靠壓縮機內部一對嚙合陰陽轉子在旋轉的時候，產生的周期性容積變化實現制冷的。通常來說，陽轉子是主動的轉子，陰轉子是從動的轉子。雙螺桿式的制冷壓縮機主要包括：徑向與軸向都是滾動軸承。其開啟式設置有油泵、油分離器以及儲油箱。封閉式主要是差壓供油來進行噴油、潤滑、冷卻以及驅動滑閥的容量調節之活塞的移動。

螺桿式的制冷壓縮機壓縮原理主要為：

吸氣過程主要包括：氣體經過吸氣口進入到陰陽轉子齒間的容積。

壓縮過程主要包括：在轉子旋轉的時候，陰陽轉子通過齒相互連通，之間有些許容積，因為陰陽轉子齒子互相嚙合，中間的容積慢慢縮小，里面的氣體也慢慢壓縮。

排氣過程主要包括：將壓縮過的氣體轉移排氣口，整個工作循環就完成了。

1.2單螺桿的制冷壓縮機

單螺桿的制冷壓縮主要是由一個主動的轉子與兩個星輪相互嚙合進而產生壓縮。其吸氣和壓縮以及排氣這三個連續的過程主要是依靠轉子與星輪在旋轉的時候所產生的周期性容積的變化實現的。其轉子的齒數是六，星輪的齒數是十一，單螺桿的制冷壓縮的主要零部件是：轉子一個、星輪兩個、主軸承、機體以及能量調節的裝置，其容量可以從百分之十到百分之百無級調節，以及三與四段式的調節。

單螺桿的制冷壓縮機壓縮原理主要為：

其吸氣的過程：氣體經過吸氣口進入到轉子的齒槽，隨著轉子旋轉星輪依次的進入到轉子齒槽的嚙合狀態，其氣體進入到壓縮腔內。也就是轉子齒槽的曲面和機殼內腔以及星輪齒面之間形成密閉空間。

壓縮的過程：轉子的不斷旋轉，其壓縮腔里面的容積也在不斷減小，氣體不斷的壓縮一直到壓縮腔的前沿不斷旋轉直到排氣口。

排氣的過程：在壓縮腔的前沿轉不斷旋轉一直到排氣口再開始排氣，整個工作循環就完成了了。星輪是對稱布置的，每旋轉一個周期都會發生兩次的壓縮，其排氣量一般是上一個周循環的兩倍。

1.3螺桿式的制冷壓縮機結構的優點

螺桿式的制冷壓縮機結構的零部件比較少，易損的零部件也比較少，其可靠性也比較高。設備操作維護的方法也比較便捷，沒有不平衡的慣性力，其運轉比較平穩安全，產生的振動也比較小。螺桿式強制輸氣的排氣量幾乎不怎么受到排氣壓力影響，其適應性比較強。螺桿式制冷壓縮機轉子齒之間實際上還是有一定的間隙的，對濕不敏感，可以耐液擊。排氣的溫度比較低，能夠在壓力比較高的情況下工作運行，能夠實現制冷量無級調節，使用滑閥機構，使得制冷量能夠從百分之十五到百分之百無級調節，降低了運行承包。容易實現運行自動化，進而遠程通信也比較容易實現。

二、渦旋式的制冷壓縮機

2.1渦旋式的制冷壓縮機原理

渦旋式的壓縮機主要的工作部件就是固定渦旋體以及與其嚙合相對運動的渦旋體，動渦旋體與靜渦旋體型線都是螺旋形的，動盤相對于靜盤要相差一百八十度的對置安裝，在理論上動盤與靜盤會在軸向幾條直線上面接觸，其渦旋體型端部和渦旋體的底部相互接觸，那么在動盤與靜盤之間形成了許多月牙形的空間，也就是基元容積。動盤一般以靜盤中心當作旋轉的中心，以旋轉半徑當作無自轉回轉平動的時候，外圈月牙的空間就會不斷的向著中心移動，使得基元的容積慢慢的縮小，并且外側沒有封閉基元容積在不斷的擴大，每一個基元容積發生變化的過程是相似的。

2.2渦旋式的制冷壓縮機結構的優點

渦旋式的制冷壓縮機結構的效率比較高，渦旋式的制冷壓縮機吸氣和壓縮以及排氣的過程是連續的單向進行的，相鄰的工作腔里面的壓力比較小，氣體的泄漏比較少，無間隙容積里面的氣體在膨脹的過程中，其容積的效率比較高，其效率往往高達百分之九十五以上，動渦旋體的上面所有的方向都以幾毫米回轉半徑進行同步的轉動，因此其運動的速度比較低，運行中的摩擦損失也比較少。沒有設置吸氣閥，也沒安裝排氣閥，氣流流動的損失比較小。渦旋式的制冷壓縮機效率比以前要高出百分之十。力矩的變化比較小，振動也比較小，運行中的噪聲比較低。由于渦旋式的制冷壓縮機其壓縮的過程比較慢，在一對渦旋體里面幾個月牙的空間能夠同時壓縮的過程，使得曲軸轉矩的變化比較小，渦旋式轉矩只是滾動轉子式與往復式的十分之一，壓縮機的運轉比較平穩。由于渦旋式的制冷壓縮機的吸氣和壓縮以及排氣是連續不斷進行的，因此，進排氣壓力的脈動非常小，進而其振動與噪聲都比較小。渦旋式的制冷壓縮機結構比較簡單，體積比較小，重量比較輕，可靠性也比較高。

三、離心式的制冷壓縮機

3.1離心式的制冷壓縮機原理

離心式的制冷壓縮機主要的部件有：主軸、葉輪、平衡盤。一般情況下壓縮機軸向的吸氣口吸入蒸汽，進而進入到高速旋轉的葉輪里面。離心的作用下蒸氣經過葉輪里面從葉片組成流道，朝著中心的方向流向周邊，在這個時候壓力不斷上升，蒸氣絕對速度不斷增大。蒸氣經過葉輪之后進入到擴壓器里面，使得蒸氣的速度慢慢減弱，壓力不斷升高。蒸汽通過擴壓器慢慢匯集到蝸殼里面，再從排氣口將蒸汽排出。

3.2離心式的制冷壓縮機結構的優點

離心式的制冷壓縮機結構比較簡單，運行工作起來也比較可靠，幾乎沒對設施零件造成損失，連續工作的周期比較長。機組在運轉工作的時候自動化的程度比較高，可以對制冷量進行無極調節，離心式的制冷壓縮機在運轉的時候，其剩余慣性力非常小，運轉也比較平穩，所以，對基礎的要求比較低。比較容易進行多級的壓縮與節流，將制冷劑加入到壓縮機里面間級的時候，就可以得到完全冷卻，并且在每個蒸發器里面可以得到蒸發溫度，主要用來滿足工藝流程的要求，對于大型低溫的機組，可以選用那些經濟性比較高工業汽輪機進行直接拖動，對于有廢氣的熱蒸汽工業企業，其經濟性非常高。其外形的尺寸比較小，質量也比較小，占地面積也比較小，氣價格也很便宜。在制冷量相同的情況下，活塞式的壓縮機質量要高于離心式的壓縮機的五到八倍，活塞式的壓縮機的占地面積要比離心式的壓縮機高出一倍。其容易損失的零件比較少，其工作運行起來比較可靠，維護的費用比較低，制冷量能夠實現無級的調節。

四、結束語

綜上所述，本文主要介紹了幾種空分制冷壓縮機的原理以及優點。

參考文獻

[1]肖明亮，王桂花.試論制冷低溫裝置原理[J].科技創新與應用，2015，22（12）：92-94.