半封闭制冷离心式压缩机的设计和计算
摘要：降低压缩机的消耗是制冷系统达到高效率的关键，故开发高性能的制冷离心式压缩机是市场的需求。因此文章着重半封闭制冷离心式压缩机的设计，针对压缩机的驱动侧轴系的转子动力学设计计算，压缩机的止推轴承设计，对压缩机气动侧叶轮强度以及电机定子防反转进行了分析，对该离心压缩机气动侧进行了CFD分析，对系统进行了性能测试。结果显示，该设计提高了压缩机的运行安全性以及制冷系统的运行可靠性，增长了制冷系统的效率。
关键词：制冷离心式压缩机 轴承 叶轮
目录
第一章 引言 1
1.1课题来源与研究价值 1
1.2国内外研究现状 1
第二章 半封闭制冷离心式压缩机构成及设计方案 3
2.1半封闭制冷离心式压缩机构成简介 3
2.2总设计方案 3
第三章 驱动侧设计 5
3.1基于转子动力学对轴承设计刚度、阻尼矩阵设计计算 5
3.2止推轴承设计计算 10
第四章 气动侧的设计 22
4.1电机定子防反转摩擦阻力计算 22
4.2离心压缩机性能计算及流场分析 28
第五章 离心压缩机系统性能测试 34
5.1测试分析 34
5.2测试结果 35
结论 37
致谢 38
参考文献 39
第一章 引言
1.1课题来源与研究价值
常见的离心压缩机在各种工作环境下的结构大致可以从总体上划分成三个类型,分别为单轴离心压缩机、齿轮组离心压缩机以及各种原动机与离心压缩机之间的组合机构。不同的各种类型压缩机结构之间的关系很有可能因为实际使用需求的不同还可能会直接体现在设计上带有一些其他的区别或者是在结构上可能会有一些小的变化,这样我们才真正能够更好地适应对压缩机结构的要求[1]。
离心压缩机广泛应用于石油化工、能源、航空、交通等领域。随着经济发展，能耗、环境变差及其他不好影响已经引起世界的关注。在制冷领域,我们需要解决和处理的主要问题之一就是减少系统耗能提升产能的前提下，还需要保持好与自然界之间的关系。离心压缩机和燃气轮机于20世纪刚开始一齐发展出来,因此离心压缩机也已经广泛地应用到了工业中。一开始就是在钢铁厂里采用高炉式鼓风机。以现在为标准来衡量,这些鼓风机正处于一个较小的设备位置。虽然在其功能上相同,但以前在离心压缩机中由于碍于技术性部件而相对较少简单,例如:密封、叶轮和扩压器等与现在的离心压缩机中复杂核心构件的部分相比,产能的损失不是主要衡量标准.
制冷离心式压缩机是离心式压缩机的一个组成部分,属于透平机械,原理是依靠工作轮的高速运转,旋转时通过叶片与空气间力的相互作用,使得气流在空中流动产生压力以获得动能,而后将其从静止的零件中又把这种动能直接转变成压力能。又因其适应于制冷领域故称之为制冷离心压缩机。目前制冷离心式压缩机仍然存在着资源消耗较高的情况,需要研制出一种性能更好的制冷离心式压缩机。
1.2国内外研究现状
随着世界经济的迅猛发展,能源消费和环境污染的严重影响引起了全球范围内人们极大地关注。在家用空调和制冷领域,我们目前所面临的主要问题之一就是尽量减少中央空调系统的成本和能量消耗,提高中央空调系统的工作效率,保护环境。压缩机是进行蒸汽式压缩制冷过程中循环的主要能量组成部件,因此压缩制冷过程中能耗降低的大幅度主要依赖于压缩机能够进行大幅度下降[2]。
目前高速离心压缩机广泛应用于所有流量大的制冷系统。压缩机的效率、流量和运行状态密切相关。由于只有两到三个被称为移动元件，它们的操作特性更加安全可靠，并且在给定负载下的正常运行过程中可以自动调整转速。与传统的螺杆的压缩机相比体积小、重量轻、效率高。如何做到环保、高效一直是离心压缩机研究工作的核心。在国内外还有不少研究相关的离心式空气压缩机的节能性改造方法的学术文献。就目前而言,离心式压缩机的节能性改造,主要包括以下几种措施:全部或者大多数都是采用高效节能的三元叶轮方式来替换原先的一元叶轮或者二元叶轮;采用微孔间隙柔性密封;采用光滑的气流孔路;采用干气密封;采用电动机磁力传递轴承;通过可旋转的进口引导叶片或风扇叶片扩压器来控制叶片;减轻了压缩机的各个部件进口和出产过程中的温度[3]
参考文献
[1]王朝阳.离心压缩机结构形式发展现状与展望[J].当代化工研究,2018(11):154-155.
[2]缪道平, 吴业正.制冷压缩机[M].机械工业出版社, 2003.
[3]于志强,袁卫星.高转速离心式制冷压缩机研究现状及前景[J].制冷与空调,2005(03):1-3.
[4]祁大同等.离心式压缩机原理[M].北京：机械工业出版社，2017.97-115，4.
[5]钟一鄂等.转子动力学[M].北京:清华大学出版社,1987.11.
[6]API标准617,7,2002,石油、化学和气体工业用轴流、离心压缩机及膨胀机-压缩机,美国石油学会[S].2002.
[7]JB/T 3165-1999 标准，离心和轴流式鼓风机和压缩机热力性能试验[C]，1999.
