1.4 离心式制冷压缩机主要部件及结构 1. 叶轮
叶轮也称工作轮，它是压缩机中最重要的一个部件。叶轮按结构型式分为闭式、半开式。闭式叶轮由轮盖、轮盘和叶片组成。半开式叶轮如图8-62所示，不设轮盖，一侧敞开。由于叶轮侧面有间隙，叶片两边存在压力差，使气体通过叶片顶部，从一个流道潜流至另一个流道，引起附加损失，所以半开式叶轮比闭式叶轮效率低，但制造简单、检测方便。
根据加工方法不同，叶轮可以分为铆接型、焊接型和整体铸造叶轮。铆接叶片有摺边，增加运动阻力，强度低，但比整体铣制材料利用率高。焊接叶轮的叶片需单独压制，然后分别与轮盖、轮盘焊接，由于取消了易产生应力集中和晶间腐蚀的铆钉，强度比铆接叶轮高，省工。整体铸铝合金叶轮在离心制冷压缩机中用得较多，尤其在闭式三元叶轮制造中，有省工、省料和适宜复杂形状成型的特点。
轮盘、轮盖主要受自身旋转离心力作用，另外叶片旋转产生的离心力，也附加作用在轮盘和轮盖上。叶轮的切向应力大致与材料的密度和叶轮的圆周速度的平方乘积成正比，并与其形状和尺寸有关，一般内孔处应力最大。
叶轮的材料可根据叶轮的圆周速度u2和强度计算结果选用，常用的材料有铸铝合金ZAl-Si9Mg，合金钢如35CrMoV、34CrNi3Mo等。对工作温度特别低的压缩机，如乙烯、丙烯压缩机，其转子和定子均要用含镍合金钢。
2. 扩压器
扩压器紧接在叶轮出口，是由前、后隔板形成的环形通道，结构型式有无叶扩压器和叶片扩压器。
1) 无叶扩压器
如图8-66所示，无叶扩压器一般都做成直壁形，即由二个平行壁构成的等宽度环形通道，然而有时也作成收缩形，b4＜b3。在无叶扩压器中，气流速度和直径成反比。因此，气体经过扩压器速度降低，动能减少，静压得到提高。
图8-66 无叶扩压器内气体的流动
这里特别要指出的是在无叶扩压器中，气流角(气流速度与圆周切线方向夹角)的大小与气体流动经过的路程、气体的扩压程度等有紧密的关系。不宜太小，一般在20°～27°，不小于18°。在工况变化时，流量减少，速度下降，气流角也变小。为了保持在无叶扩压器中气体有最佳的流动条件，有的机器开始用转动进口可转导叶与无叶扩压器变宽度调节
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装置。它是根据负荷的变化，自动调节进口导叶角度或扩压器的宽度b，以保证变工况下，气体在扩压器中的气流角接近设计值，从而提高压缩机的效率和扩大工况范围，其工作原理见图8-67。
图8-67 可变无叶扩压器宽度的调节
1-进口可转导叶2-凸轮3-蜗室4-无叶扩压器5-调节无叶扩压器宽度的隔板6-叶轮
2) 叶片扩压器
这是在无叶扩压器的环形空间内装上一列叶片。叶片前总要留有一小段无叶空间，以免从叶轮排出的气流直接冲击叶片，同时有利于提高进入叶片扩压器的气流的均匀性。
要提高气流在扩压器中的扩压度c3/c4，可增大α4，在平行壁间设置叶片，迫使气流改变流动路线，达到增大α4的目的，可以在同样的D4/D3下，得到更大的扩压度，或者说在同样扩压度下，降低扩压器的外径D4。叶片一般采用机翼型及较低的密度，以免叶片群喉部的阻塞。
相比之下，无叶扩压器的结构简单、造价低。叶片扩压器扩压度大，径向尺寸小。叶片扩压器中气流方向角是不断增加的，气体流动路径比在无叶扩压器中短，摩擦损失小，故设计工况效率高3%～5%。在变工况下，入口气流速度大小和方向变化，对叶片扩压器产生冲击，从而使入口损失增加，流量减小，易引起喘振，流量增加又易产生堵塞，所以稳定工作区比较小。相反，无叶扩压器变工况性能好。在制冷离心式制冷压缩机中，为增加变工况适应性，一般选用无叶扩压器。
3. 密封
对于半封闭型和全封闭型机组，无需采用防止制冷剂外泄漏的轴封部件。但在压缩机内部，为防止级间气体内漏，或油与气的相互渗漏，必须采用各种型式的气封和油封结构。
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对于开启式压缩机，尤其压缩有毒、易燃易爆气体，或贵重的气体时，轴封是关键部件。
轴封将电动机外壳与压缩机外壳隔离，防止润滑油由压缩机进入电动机，这对于开式和闭式电动机均很重要。有些厂家在闭式电动机的轴承上，配置压差密封圈，以分离电动机罩壳内的制冷剂与润滑油。
若轴封失效，润滑油会进入蒸发器，从而影响机组的效率和制冷能力。由于油的渗漏不易察觉，渗漏情况将越来越严重，迫使整台机组因缺油而停机。更有甚者，若不停机加油使机组维持运行，则最终蒸发器将充满渗漏的润滑油，致使机组的效率和制冷能力每况愈下。通过大量的实验测试和研究，工程人员发现导致轴封失效的主要原因如下：
a. 密封件表面温度过高，出现碳泡现象。
b. 密封件表面温度过高，使润滑油分解并在密封件表面结焦。 c. 铜管的铜离子分解导致铜粒嵌入密封件表面。
d. O形环因膨胀及收缩而吸收制冷剂及油。在不停的膨胀收缩和温度压力变化下，“O”形环的功能会退化，以致失效。
1) 机械密封
机械密封的结构型式较多，主要由一个静环和一个动环组成的单端面型，以及两个静环和一个动环，或两个静环和两个动环组成的双端面型。图8-68为双端面型机械密封。密封表面为静环5和动环6的接触面，弹簧作用在静环座4上，把静环与动环压紧。O形圈3和7防止气体从间隙中泄漏。在压缩机工作时，密封腔通入压力高于气体压力约(0.5～1)×105Pa的油，一方面把压紧在动环两侧的静环推开一个间隙，形成油膜，以免动、静环之间直接摩擦。另一方面把摩擦热量带走，使其温度保持在一定的范围之内，保证动、静环正常工作。停车时，一组弹簧通过静环座把静环与动环压紧，从而无论开车或停机时，均可达到密封的目的。
机械密封的优点是密封性能好，接近于绝对密封，且结构紧凑。但不足之处是易于磨损，寿命短，摩擦副的线速度不能太高，比压也有一定的限制。
动环材料一般采用钢环堆焊碳化钨或镍铬钢
堆焊硬质合金，也有用陶瓷，硅铁等。静环材料 图8-68 机械密封 为浸树脂石墨，浸金属石墨，或用锡磷青铜。密 1-轴封壳题2-弹簧3、7-O形圈 封面则用丁腈橡胶或聚四氟乙烯等。弹簧用磷钢、 4-静环座5-静环6-轴封动环 弹簧钢或不锈钢制成。
2) 油封型式
图8-69a为简单的单片油封。单片油封装于轴承两侧，单片常用铝、钢材，直径间隙为0.2～0.4mm，大于轴承的径向间隙。图8-69b为充气密封。在空调用离心式制冷压缩机上，主要采用充气密封。它是在整体铸铝合金车削成的迷宫齿排中部，开有环形空腔，从压缩
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机的蜗壳内，引一股略高于油压的高压气体进入环形空腔中，高压气流从空腔内密封齿两端泄出，一端封油，另一端进入压缩机内。齿片的直径间隙一般取0.2～0.6mm。
图8-69 油封型式
a) 单片油封 b) 充气油封
约克公司最近推出一种新轴封技术，下面简单介绍其特点。
(1) 新型材料陶瓷碳化硅。陶瓷碳化硅传热性能好，可以快速而有效地将密封件表面的热量传走。这种无孔的陶瓷材料，降低了在开机时密封件表面的高温，避免了碳泡和表面结焦的现象。用陶瓷碳化硅取代原来用于动环的铸铁，并降低润滑油的粘度，使运行时密封装置的温度也降低了，极大地减少了因氧化的油沉淀物引起的结焦，延长了轴承寿命。陶瓷碳化硅不导电，由其制成的密封件不会因带电而吸附铜离子，也就不会引起表面结铜渣。陶瓷碳化硅摩擦性能好，并能与润滑油很好地兼容。陶瓷碳化硅质地紧密不含气孔，不会吸收制冷剂和润滑油，也避免了密封件出现气泡现象。
(2) 新润滑方式。将经过冷却的油直接喷在密封件表面，降低了表面温度，并延长了使用寿命。
(3) 改进的O形环及新型的C形环。长期使用的O形环作了改进：用高科技的金属波纹管设计取代流体密封的O形环。这样，静环与轴承紧密连接，由金属波纹管提供轴向的运动。密封片与固定件的装配型式见图8-70，其优点是解决了液体密封环组装困难和环易膨胀鼓起的问题。对于静环，金属波纹管提供了真正意义上的密封，O形环不再需要沿着轴承作轴向运动。
值得一提的是，一种全新的采用聚四氟乙烯(PTFE)材料制成的C形环，令轴承的先进技术向前迈进了一大步。聚四氟乙烯一直被应用于航天工业，它不吸收制冷剂和润滑油，工作温度高达302℃，且机械性能好。对于新型的环保制冷剂(R134a等)和各类新型的润滑油，聚四氟乙烯有很强的兼容性。这类新型的C形环被应用于轴封的关键部件。
4. 弯道和回流器
弯道和回流器仅出现在二级以上的压缩机中。弯道中一般不装叶片，是一个弯曲的环形空间。气体经弯道引入回流器。回流器入口处气流角理论上讲应该和从扩压器出口气流角一样，然而实际上流动存在摩擦损失，加上转弯后气流的不均匀性，使实际气流入口角比扩压器气流出口角要大些。由于气流进入回流器仍具有绕叶轮轴线的旋转运动，为了保
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图8-70 密封片与固定件的装配型式
1-密封唇2-挡圈3-O形环4-轴封盖5-B形垫圈6-C形环密封垫圈7-防转销 8-静环9-聚四氟乙烯C形环10-动环11-密封隔环12-O形环13-定位销
证下一级入口轴向进气，回流器必须装置有叶片。也有为了使下一级叶轮入口气流有一定的预旋，将回流器叶片分割成二段，其中有出口部分的导向叶片做成角度可调的报道，但很少见。
在采用多级节流中间补气制冷循环中，段与段之间有中间加气，因此在离心式制冷压缩机的回流器中，还有级间加气的结构。图8-71示出了三种加气型式。图b和图c型对下一级叶轮入口气流均匀性不利，但可以减少轴向距离。
图8-71 级间加气型回流器
5. 蜗壳
离心式制冷压缩机常用图8-72所示的向外扩张的蜗壳，汇集从扩压器或叶轮周向排出的气体，引入到冷凝器中去。它的特点是流通面积沿着气流旋绕方向逐渐增加，以适应流量沿圆周不均匀的情况。其内部型线常采用等环量规律或平均流速线性分布的原理设计，以尽量降低蜗壳内的气动损失和起动噪声。图8-73a所示为对称蜗壳，它前面接扩压器；图8-73b的蜗壳直接设在叶轮之后，对叶轮的工作影响较大，增加了叶轮出口气流的不均匀性。蜗壳的横截面常见的有圆形、梯形等。
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