往复式、螺杆式和离心式压缩机的性能特点和优缺点比较
1、螺杆式压缩机
螺杆式压缩机也叫螺杆式压缩机。20世纪50年代,喷油螺杆式压缩机应用于制冷设备。由于其结构简单,易损件少,在大压差或压比条件下排气温度低,对制冷剂中含有的大量润滑油(常称为湿冲程)不敏感,输气量调节性好,迅速占领了大容量往复式压缩机的应用范围,并不断向中等容量范围延伸,广泛应用于冷冻、冷藏、冷冻等领域。
基于它的螺杆式热泵从20世纪70年代初开始应用于供暖和空调,包括空气热源型、水热泵型、热回收型和冰蓄冷型。在工业上,为了节约能源,螺杆热泵也被用于热回收。
2、离心式压缩机
离心压缩机是一种叶片式旋转压缩机(即涡轮压缩机)。在离心式压缩机中,高速旋转的叶轮给予气体离心力,以及对扩散通道中的气体的扩散作用,从而提高气体压力。
在早期,由于这种压缩机只适用于低、中、大流量,所以不被人们所注意。由于化学工业的发展和各种大型化工厂、炼油厂的建立,离心式压缩机已成为化工生产中压缩和输送各种气体的关键机器,占有极其重要的地位。随着气体动力学研究的成果,离心式压缩机的效率不断提高,由于高压密封、小流量窄叶轮加工、多楔轴承等关键技术的成功开发,解决了离心式压缩机向高压、宽流量范围发展的一系列问题,极大地拓展了离心式压缩机的应用范围,使其在很多场合可以替代往复式压缩机,大大扩展了应用范围。
3、往复式活塞压缩机
它是最早的压缩机类型之一。公元前1500年中国发明的木制风箱是往复活塞式压缩机的雏形。18世纪末,英国制造出第一台工业用往复活塞式空气压缩机。迷宫式压缩机在20世纪30年代开始出现,随后出现了各种无油润滑压缩机和隔膜式压缩机。20世纪50年代出现的对动式结构大大缩小了大型往复活塞式压缩机的体积,实现了单机多用。
活塞式压缩机历史悠久,是我国应用最广泛的压缩机。由于其压力范围大,能适应的能量范围广,具有转速高、多缸、能量可调、热效率高等优点,适用于各种工况。其缺点是结构复杂,易损件多,维修周期短,对湿行程敏感,有脉冲振动,运行稳定性差。
螺杆压缩机是一种新型的压缩设备。与往复式压缩机相比:
优势:
该机结构紧凑,体积小,占地面积小,重量轻。
(2)热效率高,加工零件少,压缩机零件总数仅为活塞式的1/10。该机易损件少,运行安全可靠,操作维护简单。
(3)气体无脉动,运行平稳,机组在基础上不高。(4)运转时油注入转子腔,所以排气温度低。
对湿行程不敏感,湿蒸汽或少量液体进入机器,不存在液体冲击的危险。
可以在更高的压比下运行。
可通过滑阀改变有效压缩行程,并可进行10~100%的无级制冷量调节。
缺点:
需要复杂的油处理设备,需要分离效果好的油分离器、油冷却器等设备。噪音比较大,一般在85分贝以上,需要隔音措施。
离心式与活塞式相比,具有转速高、气量大、机械磨损小、易损件少、维护简单、连续工作时间长、振动小、运行稳定、对基础要求低等优点。风量大时,单位动力机组重量轻,体积小,占地面积小,气量在30%~100%范围内无级调节,易于多级压缩和节流,能满足一些化工流程。缺点是:噪音频率高,冷却水消耗量大,操作不当会出现喘振。
三种常见的压缩式冰箱(往复式。螺杆式和离心式的性能特点比较)
在制冷系统中,由于往复式制冷压缩机和螺杆式制冷压缩机的工作原理不同,影响其压力损失和泄漏损失的原因也不同。
对于往复式制冷压缩机,影响其压力损失和泄漏损失的主要原因是气阀的质量和气阀关闭时的密封性。这是因为当吸气阀打开时,必须克服弹簧阻力(压缩弹簧),当气体流过阀门时,由于截面小,流速高而产生流动阻力。因此,往复式制冷压缩机气缸中的气体压力总是低于吸入管中的压力。同样,往复式制冷压缩机在排气过程中,气缸内气体的压力总是高于吸气管内气体的压力。气阀的通道截面越小,阻力损失越大。如果阀板重量大,阀门的弹簧力也大,阻力损失也会增大,所以压力系数值会减小。
对于螺杆式制冷压缩机,影响其压力损失和泄漏损失的主要原因是气体流量。
在螺杆制冷压缩机中,螺杆的性能是一个关键。如果螺杆的齿形是对称的圆弧,那么它的制造就简单了。如果螺杆的齿形是非对称线性的,那么它的输气螺杆能力大,效率高。如果减小螺杆的长径比,可以使螺杆具有良好的强度,增加螺杆式制冷压缩机的可靠性,有助于螺杆式制冷压缩机向高压比方向发展。
在螺杆式制冷压缩机中,两对直径和长度尺寸相同的螺杆,转子面积利用系数大的那一对,排气能力大。从表面上看,转子面积利用系数越大,螺杆式制冷压缩机的性能越好。但是,如果转子面积利用系数过大,螺杆的强度和刚度就会降低。
在螺杆式制冷压缩机中,减少螺杆的齿数可以增加螺杆的齿间面积,提高螺杆式制冷压缩机的排气能力。从表面上看,螺杆的齿数越少,螺杆式制冷压缩机的性能越好。但是,如果螺杆的齿数太少,螺杆的抗弯强度和刚度就会降低。
在螺杆式制冷压缩机中,提高螺杆的圆周速度可以减小螺杆式制冷压缩机的外形尺寸和质量,减少气体通过螺杆式制冷压缩机内部间隙的相对泄漏,有利于提高螺杆式制冷压缩机的容积效率和热效率。从表面上看,螺杆的圆周速度越快,螺杆式制冷压缩机的性能越好。但是,如果螺杆的圆周速度太快,就会相应地增加气体在吸排孔和齿的圆周速度上的流动损失。
在三种常见的制冷压缩机(往复式、螺杆式、离心式)中,往复运动产生的惯性是往复式制冷压缩机的主要缺点。由于往复运动产生的惯性,往复式制冷压缩机中的气阀和曲柄连杆机构最容易损坏。
在三种常见的制冷压缩机(往复式压缩机、螺杆式压缩机和离心式压缩机)中,运行时产生的巨大噪音是螺杆式压缩机的主要缺点。因为它经常受到周期性地高速通过吸入口和排出口的制冷剂气体的影响
在三种常见的制冷压缩机(往复式、螺杆式和离心式)中,喘振是离心式制冷压缩机的主要缺点。
离心式制冷压缩机喘振的原因是当冷凝器的冷却水流入量减少到一定程度时,离心式制冷压缩机的流量降低到很小的水平,其通道内有严重的气体流出,出口压力突然下降。虽然离心式制冷压缩机和冷凝器一起工作,但是冷凝器中气体的压力并不同时降低,因此冷凝器中气体的压力大于离心式制冷压缩机的出口压力,导致冷凝器中气体回流到离心式制冷压缩机,直到冷凝器中气体压力下降到等于离心式制冷压缩机的出口压力。
即离心式制冷压缩机再次开始向冷凝器送气,流量增大,离心式制冷压缩机恢复正常工作。然而,当冷凝器中的气体压力恢复到原始气体压力时,离心式制冷压缩机的流量再次降低,离心式制冷压缩机的出口压力开始下降,气体再次回流。如此循环,产生周期性的空气振荡现象。因此,在离心式制冷压缩机中,冷凝器的冷却水量不能过小,否则离心式制冷压缩机运行时会产生强烈的振动,严重时甚至会导致离心式制冷压缩机损坏。
总结:在制冷系统中,三种常见的制冷压缩机(往复式、螺杆式、离心式)各有不同的特点。所以它们在性能上各有优劣。特别感谢化学707