CN108953174A - 中间喷液的两级制冷离心压缩机 - Google Patents

中间喷液的两级制冷离心压缩机 Download PDF

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Abstract

中间喷液的两级制冷离心压缩机，在一级叶轮出口到二级叶轮进口之间开设若干用于喷入液体制冷剂的喷液口；经喷液口喷入的液体制冷剂与压缩机进口的气态制冷剂为同一种物质。由于本发明在在一级叶轮出口到二级叶轮进口之间开设若干用于喷入液体制冷剂的喷液口，仅考虑喷液对热力学的影响，与不实行喷液的两级离心制冷压缩机相比可节能1％左右。喷入的液体制冷剂气化吸热会导致主流道中的制冷剂比体积减小，密度增加，因此在保证压比和流量不变的情况下，可以将压缩机设计的更紧凑一些。本发明可以直接用于需要中小制冷量的场合，其具有结构简单，活动零部件少，整机效率高，结构紧凑等诸多优势。

Description

中间喷液的两级制冷离心压缩机
技术领域
本发明涉及压气机和制冷技术领域，具体涉及一种中间喷液的两级离心制冷压缩机，其特别适合于家庭和中小型企业的中央空调等制冷量不是特别大的场合。
背景技术
随着世界经济的迅速发展，能源消耗、环境污染等负效应已引起全球的普遍关注。在空调制冷技术领域中，我们所面临的主要问题便是降低空调系统能耗、提高效率以及保护环境。压缩机是蒸汽压缩制冷循环中最主要的耗功部件，因此降低制冷循环系统能耗主要取决于是否能够显著降低压缩机的能耗。
目前高速离心式压缩机主要应用于大流量制冷系统中，压缩机的效率与流量和运行条件密切相关。由于只有两到三个活动部件，所以运行性能更可靠，在部分载荷工作时还可以调节转速。在这些大型系统中，与螺杆式、涡旋式和回转式压缩机相比，尺寸小、重量轻，效率高。
目前喷液主要应用于容积式压缩机中，如螺杆式压缩机和活塞压缩机，而且喷液在这些压缩机中的应用主要是用于冷却，防止润滑油温度过高，个别压缩机还用于冷却进口温度。
喷液湿压缩技术还应用于燃气轮机，在燃气轮机压气机进口处喷液以降低压气机的进气温度，增大压缩机吸入气体的质量流量，从而燃气轮机能有更多燃料得到充分燃烧，进而可以得到更大的输出功率。
由于压气机进口的气体过饱和温度较低，且压气机进口到叶轮进口的流道较短，所以喷入液体的气化效果较差，在叶片前缘可能对叶轮进行较严重的冲击损伤。另外，由于喷入的液体流经叶轮后会增加叶轮耗功，在一级叶轮进口喷入的液体会在一级叶轮和二级叶轮两处都造成耗功增加，进而使喷液的节能效果降低。在一级叶轮出口进行喷液，由于过饱和温度高、到二级叶轮进口的流道长，所以能在一定程度上规避在一级叶轮进口喷液带来的诸多不利。
然而，之前的应用中都是吸入压缩机的都是空气，而喷入的液体是水，这两种工质的获取都比较方便，所以在使用过程中不用考虑回收的问题。在制冷中使用的制冷剂都是要循环使用的，如果压缩机进口吸入的气态制冷剂和喷口喷入的液态制冷剂不是同一种物质，则在后期还需要额外工序将两者分离开来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中间喷液的两级离心制冷压缩机。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
中间喷液的两级制冷离心压缩机，在一级叶轮出口到二级叶轮进口之间开设若干用于喷入液体制冷剂的喷液口；经喷液口喷入的液体制冷剂与压缩机进口的气态制冷剂为同一种物质。
本发明进一步的改进在于，若干喷液口开设在扩压器的盘侧或盖侧，或喷液口开设在弯道上，或喷液口开设在回流器的壁面或回流器的叶片上。
本发明进一步的改进在于，当喷液口开设在扩压器的盘侧或盖侧时，喷液口周向均匀或不均匀设置，相邻两个喷液口的周向夹角为5～15゜。
本发明进一步的改进在于，通过喷液口喷入的液体制冷剂的方向迎着主流制冷剂气体的方向，并且喷液口与径向之间的夹角为10～60゜。
本发明进一步的改进在于，当喷液口开设在回流器的叶片上时，喷液口尽量开设在1％～20％叶高处。
本发明进一步的改进在于，若是扩压器为叶片扩压器，则喷液口开设在叶片扩压器的叶片的壁面上。
本发明进一步的改进在于，从喷液口喷入的总的液体制冷剂的质量流量为一级叶轮进口质量流量的1％～20％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于本发明在在一级叶轮出口到二级叶轮进口之间开设若干用于喷入液体制冷剂的喷液口，仅考虑喷液对热力学的影响，与不实行喷液的两级离心制冷压缩机相比可节能1％左右。喷入的液体制冷剂气化吸热会导致主流道中的制冷剂比体积减小，密度增加，因此在保证压比和流量不变的情况下，可以将压缩机设计的更紧凑一些。本发明可以直接用于需要中小制冷量的场合，其具有结构简单，活动零部件少，整机效率高，结构紧凑等诸多优势，可以取代目前制冷领域的螺杆式压缩机和活塞式压缩机，相对于传统无喷液离心式制冷压缩机，其节能效果更好，而且经调节能达到的稳定运行范围更宽，压缩机的安全可以得到更好的保证。喷入的液体气化后会改变压缩机内部的流场结构，可以用来减少流动分离，扩宽压缩机的工作范围。本发明中喷入液体蒸发后还可以改善压缩机内部的流动结构。
进一步的，本发明的中间喷液的两级离心制冷压缩机方案，其主要作用便是降低压缩机后面级的进口温度。由于喷入液体气化后会随压缩机进口气体一起被压缩，会引起压缩机耗功增加，进而导致降低进口温度节约的能量减少。但，由于喷入液体雾化后会随着来流运动，增加了与来流的换热面积与换热时间，故可与来流进行更好的换热，因而能起到更好的降低下级进口温度的效果。另外，喷入的液态制冷剂吸热气化后还会对压缩机内部流场造成影响，进而增加压缩机运行稳定性等。所以本发明中从喷液口喷入的总的液体制冷剂的质量流量为一级叶轮进口质量流量的1％～20％。
进一步的，喷液口设置在一级叶轮出口到二级叶轮进口之间，为了增加喷入的液体制冷剂与来流气体制冷剂接触的时间，所以喷液口尽量靠近一级叶轮出口。
进一步的，当喷液口开设在回流器的叶片上时，喷液口尽量开设在1％～20％叶高处，以降低液滴不完全气化对叶片的冲击伤害。
附图说明
图1为本发明压缩机的结构示意图。
图中，1为一级叶轮，2为一级扩压器，3为弯道，4为回流器，5为二级叶轮，6为二级扩压器，7为蜗壳，8为平衡盘，9为转轴，10为喷液口；A-A截面为压缩机进口，a-a截面为一级叶轮进口，b-b截面为二级叶轮出口，c-c截面为一级扩压器进口，d-d截面为一级扩压器出口，e-e截面为弯道出口，f-f截面为二级叶轮进口，g-g截面为二级叶轮出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
参见图1，本发明的中间喷液的两级制冷离心式压缩机，主要由转子、静子和喷液系统三部分构成，其中转子和静子的形式跟传统的两级离心式压缩机相近，不同在于，在一级叶轮1出口到二级叶轮5进口之间开设若干用于喷液的喷液口10；喷液系统从冷凝后的储液器中获得液体制冷剂后采用压力调节器后通过喷液口10喷入流道。二级叶轮5带有二级扩压器6，二级扩压器6连接有蜗壳7，一级叶轮1、二级叶轮5以及平衡盘8均转轴9上。
具体的，压缩机进口的气态制冷剂流出一级叶轮1出口后，经过扩压器2、弯道3和回流器4流入二级叶轮5。若干喷液口10开设在扩压器2的盘侧或盖侧，若是扩压器2为叶片扩压器，则可以开设在叶片扩压器的叶片的壁面上，或喷液口10开设在弯道3上，或喷液口10开设在回流器4的壁面或回流器4的叶片上。
当喷液口10开设在扩压器2的盘侧或盖侧时，喷液口周向均匀或不均匀设置，相邻两个喷液口的周向夹角为5～15゜，喷入液体制冷剂的方向迎着主流制冷剂气体的方向，并且喷液口10与径向之间的夹角为10～60゜。
当喷液口10开设在回流器4的叶片上时，喷液口尽量开设在1％～20％叶高处，以降低液滴不完全气化对叶片的冲击伤害。
本发明中的液体制冷剂的流向为：压缩机从A-A截面(压缩机进口)吸入的气体制冷剂，经由a-a截面(一级叶轮进口)流入一级叶轮1压缩做功，然后经b-b截面(二级叶轮出口)流出一级叶轮，经c-c截面(一级扩压器进口)流入一级扩压器2，在一级扩压器2中与喷液口10喷入的液体混合，喷液口10喷入的液体制冷剂与来流气体制冷剂混合后，气化吸热，使来流气体制冷剂的温度降低，比体积减小；掺混后的气液混合流体经由d-d截面(一级扩压器出口)流入弯道3中继续掺混，然后经e-e截面(弯道出口)流入回流器4，最后经f-f截面(二级叶轮进口)进入二级叶轮5继续加功，通过g-g截面(二级叶轮出口)流出二级叶轮5之后经由二级扩压器6，流入蜗壳7，之后通过蜗壳7导出到需要的地方。
从喷液口10喷入的总的液体制冷剂的质量流量为一级叶轮1进口质量流量的1％～20％。喷入的液态制冷剂与压缩机进口的气态制冷剂为同一种物质，所以压缩后无需再进行组分分离。
在一级叶轮1出口到二级叶轮5进口之间喷入液态制冷剂后，主流道中的制冷剂被冷却后比体积减小，密度增加，因此在保证压比和流量不变的情况下，可以将压缩机设计的更紧凑一些。
本发明可以直接用于需要中小制冷量的场合，其具有结构简单，活动零部件少，整机效率高，结构紧凑等诸多优势，可以取代目前制冷领域的螺杆式压缩机和活塞式压缩机，相对于传统无喷液离心式制冷压缩机，其节能效果更好，而且经调节能达到的稳定运行范围更宽，压缩机的安全可以得到更好的保证。
喷液口设置在一级叶轮1出口到二级叶轮5进口之间，为了增加喷入的液体制冷剂与来流气体制冷剂接触的时间，所以喷液口尽量靠近一级叶轮1出口，为了增大喷入的液体制冷剂与来流气体制冷剂的接触面积，喷入的液体制冷剂应尽量雾化。
在一级叶轮1出口到二级叶轮5进口之间进行喷液，仅考虑喷液对热力学的影响，与不实行喷液的两级离心制冷压缩机相比可节能1％左右。
喷入的液体气化后会改变压缩机内部的流场结构，可以用来减少流动分离，扩宽压缩机的工作范围。
与同规格无喷液两级离心式制冷压缩机相比，循环质量流量增大，但喷液口10之后的流道的体积流量减小，因此在设计时应减小扩压器2的尺寸。
液体制冷剂可能在进入二级叶轮5之前没有完全气化，未气化的液滴撞击叶片可能会对叶片造成巨大损伤，因此二级叶轮5前缘压力面应进行喷丸等可以增加表面硬度的处理。
本发明具有以下优点：1、相对同规格无喷液的两级离心式制冷压缩机，本发明可以减少耗功1％左右；
2、从静子上向压缩机进行喷液，可以让喷入液体与来流有更多的接触时间，这样可以让液体充分液化，可以适当减小压缩机扩压器段的尺寸。
3、一级叶轮出口温度更高，过饱和温度也更高，因此喷入液体的蒸发速度更快
4、喷口喷入的液体与压缩机进口吸入的气体为同一种制冷剂，使用该方法省去了后期将不同种类制冷剂分离的麻烦。

Claims (7)

1.中间喷液的两级制冷离心压缩机，其特征在于，在一级叶轮(1)出口到二级叶轮(5)进口之间开设若干用于喷入液体制冷剂的喷液口(10)；经喷液口(10)喷入的液体制冷剂与压缩机进口的气态制冷剂为同一种物质。
2.根据权利要求1所述的中间喷液的两级制冷离心压缩机，其特征在于，若干喷液口(10)开设在扩压器(2)的盘侧或盖侧，或喷液口(10)开设在弯道(3)上，或喷液口(10)开设在回流器(4)的壁面或回流器(4)的叶片上。
3.根据权利要求2所述的中间喷液的两级制冷离心压缩机，其特征在于，当喷液口(10)开设在扩压器(2)的盘侧或盖侧时，喷液口周向均匀或不均匀设置，相邻两个喷液口的周向夹角为5～15゜。
4.根据权利要求3所述的中间喷液的两级制冷离心压缩机，其特征在于，通过喷液口(10)喷入的液体制冷剂的方向迎着主流制冷剂气体的方向，并且喷液口(10)与径向之间的夹角为10～60゜。
5.根据权利要求2所述的中间喷液的两级制冷离心压缩机，其特征在于，当喷液口(10)开设在回流器(4)的叶片上时，喷液口尽量开设在1％～20％叶高处。
6.根据权利要求2所述的中间喷液的两级制冷离心压缩机，其特征在于，若是扩压器(2)为叶片扩压器，则喷液口(10)开设在叶片扩压器的叶片的壁面上。
7.根据权利要求2所述的中间喷液的两级制冷离心压缩机，其特征在于，从喷液口(10)喷入的总的液体制冷剂的质量流量为一级叶轮(1)进口质量流量的1％～20％。
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