一种高温制冷离心压缩机开发与研究

　　1 前言

　　高冷冻出水温度离心式冷水机组因其优越的能效指标而逐渐成为空调行业关注的焦点,在大型办公建筑、工业厂房和工艺流程中具有广泛的应用前景,特别适用以下区域: (1)采用温、湿度独立控制的大型空调系统; (2)所有需要使用12~20e冷水的场所; (3)西北部低空气湿度地区,无需除湿的大型供冷系统。

　　高温离心式冷水机组其冷冻水出水温度12~20e,相比标准工况[1](即冷冻水出水温度7e),其系统蒸发温度有了很大的提高,直接引起其吸气比容和级的工作压比(排气压力/吸气压力)大大降低。如何在压缩机工作状态改变情况下保证高温离心式冷水机组的正常工作及其节能性,需要进一步对离心压缩机进行设计改进研究。

　　本文主要介绍设计的一台以R134a为制冷剂,制冷量为4000kW的单级压缩高温制冷离心压缩机设计开发及其研究结果。

　　2 离心压缩机的特性分析

　　离心压缩机的特性不同于容积式压缩机,其压缩机特性曲线如图1所示。压缩机特性曲线显示:压缩机压比随流量增大而逐渐减少,压缩机效率随流量增大也逐渐减少。若简单地将常规离心压缩机直接匹配系统让其工作在高温工况,从特性曲线可以看出其运行工况严重偏离了压缩机的设计工况,必然导致压缩机效率严重衰减,机组性能系数难以大幅度提高。

　　为了进一步获得常规离心机在高温工况下压缩机特性变化数据,对一台制冷量为4000kW的常规离心式冷水机组进行了实测分析。测试工况和测试结果见表1。

　　从实测数据可以看出,按照标准工况设计的常规离心式冷水机组,当工作在高出水温度时,其压缩机绝热效率大幅度下降,降幅达18. 70%,而制冷量仅增加3. 20%,并没有显著的增加。这样尽管压缩机压比下降了25. 30%,但压缩机耗功并没有得到很大的降幅,因而造成整机性能系数仅提高了10. 70%。从制冷循环的理论分析得出,冷冻水出水温度由7e提高至16e,机组性能系数可以达到8. 01W /W,而实测COP仅为6.40W /W。此测试结果反映由于设计工况的限制,常规机型运行在高温工况下性能系数提高十分有限,无法实现该工况下的卓越节能性。

　　因此,要开发高温离心式冷水机组必然要重新设计满足于高温工况的离心压缩机。

　　3 离心压缩机设计与优化

　　设计满足高温工况运行的高温离心压缩机的关键是叶轮的设计,通过初步研究确定了两种设计方案: (1)在常规离心机的基础上降低叶轮转速; (2)全新设计应用于高温工况的叶轮。以下对两种方案进行详细介绍。

　　3. 1 降低叶轮转速方案