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| 【壓縮機(jī)】關(guān)于離心式制冷壓縮機(jī)國產(chǎn)化的一點(diǎn)想法 |
| （時(shí)間:2011-12-29 9:42:21） |
目前國內(nèi)離心式冷水機(jī)組的大部分市場(chǎng)主要由歐日美一些制冷企業(yè)所占據(jù)。隨著社會(huì)的發(fā)展，用戶需要的冷量越來越高，另外由于節(jié)能的要求使得離心機(jī)組具有越來越廣的市場(chǎng)。一些國內(nèi)空調(diào)廠家如海爾、澳克瑪、格力及美的(與重慶通用合并)紛紛推出自己的離心式冷水機(jī)組。本位簡單介紹了開發(fā)研制離心式壓縮機(jī)的難點(diǎn)、重點(diǎn)及對(duì)策；開發(fā)研制離心式壓縮機(jī)的大致步驟等。
一、離心式制冷壓縮機(jī)的特點(diǎn)。
離心式制冷壓縮機(jī)作為一種速度型壓縮機(jī)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.在相同冷量的情況下，特別在大容量時(shí)，與螺桿壓縮機(jī)組相比，省去了龐大的油分裝置，機(jī)組的重量及尺寸較小，占地面積��；
2.離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運(yùn)動(dòng)件少，工作可靠，經(jīng)久耐用，運(yùn)行費(fèi)用低；
3.容易實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮和多種蒸發(fā)溫度，容易實(shí)現(xiàn)中間冷卻，使得耗功較低；
4.離心機(jī)組中混入的潤滑油極少，對(duì)換熱器的傳熱效果影響較小，機(jī)組具有較高的效率。
具有以下缺點(diǎn)：
1.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高，為了保證葉輪一定的寬度，必須用于大中流量場(chǎng)合，不適合于小流量場(chǎng)合；
2.單級(jí)壓比低，為了得到較高壓比須采用多級(jí)葉輪，一般還要用增速齒輪；
3.喘振是離心式壓縮機(jī)固有的缺點(diǎn)，機(jī)組須添加防喘振系統(tǒng)；
4.同一臺(tái)機(jī)組工況不能有大的變動(dòng)，適用的范圍較窄。
二、離心式制冷壓縮機(jī)的應(yīng)用狀況及趨勢(shì)。
目前國內(nèi)離心式冷水機(jī)組的大部分市場(chǎng)主要由歐日美一些制冷企業(yè)所占據(jù)。比較有名的企業(yè)如特靈、開利、約克、麥克維爾、AXIMA(原蘇爾壽)、荏原、三菱等依靠先進(jìn)的技術(shù)及良好工藝主導(dǎo)離心冷水機(jī)組市場(chǎng)。國內(nèi)企業(yè)主要為重慶通用，早期引進(jìn)NREC的技術(shù)來開發(fā)離心式制冷機(jī)。隨著社會(huì)的發(fā)展，用戶需要的冷量越來越高，另外由于節(jié)能的要求使得離心機(jī)組具有越來越廣的市場(chǎng)。一些國內(nèi)空調(diào)廠家如海爾、澳克瑪、格力及美的(與重慶通用合并)紛紛推出自己的離心式冷水機(jī)組。大冷與AXIMA合作開發(fā)出離心冷水機(jī)組及區(qū)域供暖的離心熱泵機(jī)組。這些離心機(jī)組大部分采用環(huán)保工質(zhì)R134a.
隨著能源的形式日趨緊張，節(jié)能降耗是產(chǎn)品發(fā)展的一大趨勢(shì)。另外由于中國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，建筑能耗不斷增加。具有最高性能系數(shù)的離心冷水機(jī)組無疑將成為市場(chǎng)的熱點(diǎn)，近年來離心冷水機(jī)組的銷量不斷提高。
國內(nèi)大部分開發(fā)離心冷水機(jī)組的企業(yè)只是購買進(jìn)口壓縮機(jī)，基本上沒什么利潤。國外離心機(jī)廠家不會(huì)輕易出讓自己的核心技術(shù)，要想研制離心式制冷壓縮機(jī)，只有走自主開發(fā)的道路。隨著設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的不斷成熟，使得國產(chǎn)離心式制冷壓縮機(jī)的研制成為可能。
三、開發(fā)研制離心式壓縮機(jī)的難點(diǎn)、重點(diǎn)及對(duì)策。
研制一臺(tái)離心壓縮機(jī)包括多方面的內(nèi)容：氣動(dòng)熱力計(jì)算、強(qiáng)度與振動(dòng)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、各種材料的選擇、加工制造工藝設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)、以及驅(qū)動(dòng)型式選擇等。其中的難重點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：
1.葉輪的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)子作為離心壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件，其核心部分為葉輪。現(xiàn)在國內(nèi)外各大離心機(jī)廠家均采用三元流方法進(jìn)行葉輪設(shè)計(jì)。三元流方法要求設(shè)計(jì)人員具備數(shù)值模擬、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)、流體機(jī)械內(nèi)部流場(chǎng)理論等非常專業(yè)的知識(shí)。國內(nèi)公司技術(shù)人員大部分不具備這些專業(yè)知識(shí)，要設(shè)計(jì)高效的三元葉輪，只有和高�？蒲袡C(jī)構(gòu)合作。高校中離心式壓縮機(jī)方面的專家主要有上海交大的谷傳綱教授、西安交大的王尚錦教授。谷教授長期從事離心機(jī)方面的研究，先后主持完成6項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，在離心機(jī)三元流設(shè)計(jì)，壓縮機(jī)組試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)及控制，系統(tǒng)防喘振等方面均有深入的研究，他所主持完成的《多級(jí)離心壓縮機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用》項(xiàng)目獲2004年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。王教授領(lǐng)導(dǎo)的西安交大賽爾機(jī)泵科研組，以獨(dú)具特色的“可控渦葉輪設(shè)計(jì)理論”，在石化等領(lǐng)域的機(jī)組改造中有出色的應(yīng)用。
2.葉輪的加工制作
以三元流理論設(shè)計(jì)的葉輪葉片形狀一般為空間曲面，葉片及葉輪的加工成型是制造的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。對(duì)于三元葉輪，常用的加工方法主要有兩種：
1)三體焊形式：也就是說輪盤、葉片、輪蓋分別加工。這種加工方法對(duì)設(shè)備要求比較簡單，輪盤、輪蓋只需要車出外形就夠了。葉片加工要麻煩一些，首先要利用三坐標(biāo)機(jī)床銑出葉片模具，然后將下好料的葉片進(jìn)行熱處理，壓型得到所需的葉片形狀。最后將葉片焊接到輪盤上，再將輪蓋焊好。這樣的話需要的設(shè)備大概是三坐標(biāo)銑床、熱處理爐、油壓機(jī)以及其他所需的一些常規(guī)設(shè)備，所需投資比較低，更適合開始做。
2)整體銑制：也就是輪盤和葉片是在一起利用多坐標(biāo)設(shè)備進(jìn)行整體銑制而得到一個(gè)半開式葉輪。為避免干涉，目前國際上對(duì)這種葉輪的加工大都是利用五坐標(biāo)加工中心進(jìn)行。一臺(tái)五坐標(biāo)設(shè)備大概從幾百萬到上千萬不止，成本非常高。以加工600mm葉輪為例，國內(nèi)五軸床大概要350萬人民幣，進(jìn)口五軸床大概要480萬人民幣。通過四坐標(biāo)機(jī)床旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傾斜實(shí)現(xiàn)三元葉輪的四坐標(biāo)整體銑制，如果葉片稠度比較大，干涉問題在四坐標(biāo)上就不可避免。四坐標(biāo)的設(shè)備相對(duì)比較便宜，大概100多萬人民幣。
3.轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算
臨界轉(zhuǎn)速是設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)要考慮的一個(gè)重要因素，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速要避開臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算一般采用普洛爾法，市場(chǎng)上有專門計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速的軟件，也可以自己開發(fā)計(jì)算軟件。
4.防喘振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
由離心式壓縮機(jī)的工作機(jī)理可知，喘振是離心機(jī)所固有的性質(zhì)，不可消除，但可通過有效途徑加以避免。離心式制冷壓縮機(jī)發(fā)生喘振的原因：流量過低及冷凝壓力過高。喘振對(duì)機(jī)組的危害相當(dāng)大，須認(rèn)真設(shè)計(jì)防喘振系統(tǒng)。
5.滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)
離心式制冷壓縮機(jī)一般采用增速齒輪，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般都在5000RPM以上，都采用滑動(dòng)軸承，滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)也是研制離心機(jī)的一個(gè)重點(diǎn)。
四、開發(fā)研制離心式壓縮機(jī)的大致步驟：
1.搜集、學(xué)習(xí)離心式壓縮機(jī)及離心式冷水機(jī)組的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
2.組織有關(guān)人員學(xué)習(xí)離心式壓縮機(jī)的基本知識(shí)，達(dá)到用一元流理論設(shè)計(jì)壓縮機(jī)的水平。
3.組織有關(guān)人員到相關(guān)科研院所及專業(yè)生產(chǎn)廠家學(xué)習(xí)參觀。
4.與科研院所合作進(jìn)行三元葉輪的設(shè)計(jì)。
5.研制開發(fā)整機(jī)。
6.樣機(jī)試驗(yàn)改進(jìn)。
五、一點(diǎn)想法
上世紀(jì)50年代，我國科學(xué)家吳仲華教授提出葉輪機(jī)械三元流理論，奠定了三元流設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。國外一些大公司如NREC等據(jù)此理論開發(fā)出離心式葉輪機(jī)械的設(shè)計(jì)及加工軟件。
我國的科學(xué)家及科技工作者也進(jìn)行了大量的卓有成效的研究，對(duì)離心式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)及加工進(jìn)行了深入的研究，并形成了一系列的研究成果，與國外相比，毫不遜色。建議國內(nèi)的制冷企業(yè)高舉民族工業(yè)的旗幟，研制出真正意義上的國產(chǎn)化離心式制冷壓縮機(jī)精品。
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