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中央空调冷水机组与系统辅助设备
概述
冷水机组是一种制造低温水(又称冷水、冷冻水或冷媒水)的制冷装置，任务是为空调设备提供冷源。冷水可以通过冷水泵、管道及阀门送至中央空调系统的喷水室、表面式空冷器或风机盘管系统中，冷水吸收空气的热量后使空气得到降温降湿处理。因此，冷水机组在空调系统中占有很重要的地位。冷水机组广泛用于宾馆、办公楼、大型商场、歌舞厅、影剧院、餐厅、医院及厂矿企业的中央空调系统中。
冷水机组是把制冷机、冷凝器、蒸发器、节流装置、控制系统及开关箱等组装在一个公共机座或框架上的制冷装置。其常见的形式有活塞式、螺杆式、离心式和吸收式冷水机组。安装机组的排热方式可分为水冷式和风冷式冷水机组，后者采用热泵循环后，冬天可提供空调用的热水，成为节能型的冷热水机组，受到用户的欢迎。
一、 空调用冷水机组的种类
(一) 离心式冷水机组
离心式制冷机组是蒸气压缩式制冷机组中的一种。它是由离心式制冷压缩机为主机和包括冷凝器、节流装置、经济器、蒸发器等辅助设备一起组成的机组。这种机组大致可以分成两大类：一类为冷水机组，其蒸发温度在-5℃以上，大多用于大型空调或制取5℃以上冷水或略低于0℃盐水的工业过程用场合；另一类是低温机组，其蒸发温度为-5～-40℃，多用于化工过程。本文重点叙述当今量大面广的空调和工业冷却过程用离心式冷水机组。
离心式制冷机组的主机是离心式制冷压缩机，它不同于当前大量生产的容积式制冷压缩机，而属于速度型制冷压缩机。由于该机械的运动是连续的，其流量比容积式机械要大得多。为了产生有效的动量转换，其旋转速度必须很高。一般都用于大容量的制冷装置中。
离心式制冷压缩机吸气量0.03～15m3/s，转速1800～3000r/min，吸气压力14～700kPa，排气压力小于2MPa，压缩比在2～30之间，几乎可采用所有制冷剂。
1.1 压缩机工作过程
1. 离心式制冷压缩机的总体机构
图8-60是典型的空调用离心式制冷压缩机。它由进口能量调节机构、叶轮转子、扩压器、蜗室、增速器、轴承等部件组成。气缸为垂直剖分型，由蒸发器来的气体从吸气管吸入，流经进口导叶1进入叶轮2，经无叶扩压器扩压后由蜗室6引出排至冷凝器。这是一种半封闭式结构，压缩机、增速器和主电动机均密封在同一个壳体中，省去了轴端密封，因此，气密性好、噪声低、振动小、结构紧凑。
空调用离心式制冷机，每级叶轮的温度头(冷凝温度与蒸发温度之差)大约为40℃。这恰好能满足空调的要求，因此空调用离心式制冷机大都是单级的。但如果要求更低的蒸发温度或制冷工质为低分子量时，则必须应用二级以上的压缩级。
级是组成压缩机的一个基本单元。它由一个叶轮和与之相配合的固定元件构成。从构成来看，可分为中间级和末级二种。中间级由叶轮、扩压器、弯道和回流器等组成。末级
图8-60 单级离心式制冷压缩机
1-进口导叶2-叶轮3-压缩机壳体4-增速齿轮5-电动机6-蜗室7-扩压器
是由蜗室取代中间级的弯道和回流器，有时还取代级中的扩压器。
2. 离心式制冷压缩机的各部件的作用原理
(1) 吸气室 每段第一级入口都有吸气室，将气体从进气管均匀地引入叶轮。
(2) 进口导叶 用来调节制冷量，当导叶旋转时，改变了进入叶轮的气流的流动方向和气流量的大小。
(3) 叶轮 它随主轴高速旋转，由于受旋转离心力和叶片的作用，气体在流经叶轮流道的整个过程中，压力和速度都不断得到了提高。叶轮是使气体提高能量的唯一元件，是压缩机中最主要的部件。
(4) 扩压器 气体从叶轮流出时，有很高的流动速度。为了将这部分动能充分地转变为压力能，同时为了使气体在进入下一级时有较低的合理的流动速度，在叶轮后面设置了扩压器。对于无叶扩压器，一般情况下它是由前、后隔板组成的通道，随着直径的增大，通流面积增加，使气体速度逐渐减慢，压力得到提高。
(5) 弯道和回流器 为了把扩压器流出的气体引导到下一级继续压缩，设有使气体拐弯的弯道和将气体均匀引入下一级叶轮入口的回流器。弯道是由隔板和气缸组成的通道，回流器则由两块隔板和装在隔板之间的叶片组成。
(6) 蜗室 它把从扩压器或从叶轮后的气体汇集起来，并引向机外。在大多数情况下，由于蜗室外径逐渐增大，通流面积也增大，对气体还起一定的降速扩压作用。
(7) 其他部件 除上述组成级的基本部件外，还有减少气体从叶轮出口倒流到叶轮入口的轮盖密封；减少级间漏气的级间密封；减少或杜绝气体向机外泄漏的轴端密封；减少轴向推力的平衡盘；承受转子剩余轴向推力的推力轴承以及支撑转子的径向轴承等。
为了使压缩机持续、安全、高效率地运行，还必须设有一些辅助设备和系统，如增速器、油路系统、冷却系统、自动控制和监测及安全保护系统等。
1.2 单级离心式制冷压缩机
一般空调用离心式制冷机组制取4～9℃冷冻水时，采用单级、二级或三级离心式制冷压缩机。工业用低温装置中作为冷却用则采用多级离心式制冷压缩机，最新开发的也有为-5℃制冷装置中用单级离心式制冷压缩机。
图8-61示出一台2800kW制冷量的单级离心式制冷压缩机的剖面图。该压缩机由叶轮、增速齿轮、电动机和进口导叶构成。采用低压制冷剂R11或R123作为工质。图8-62示出半开式铝合金叶轮的外形。进口导叶的作用是对离心式制冷机组制冷量进行连续控制。导叶的旋转会改变气体进入叶轮的入角，从而减少了叶轮做功。齿轮采用螺旋齿轮(斜齿轮)，在增速箱上部装置有油槽。电动机置于封闭壳体中，电动机定子和转子的线圈都用制冷剂直接喷液冷却。
图8-61 封闭型单级制冷离心压缩机 图8-62 半开式叶轮
1-导叶电动机2-进口导叶3-增速齿轮
4-电动机5-油加热管6-叶轮
图8-63为压缩机的强制润滑油系统简图。增速装置下部插入有油加热器和油温传感器。在停机时为防止油温下降溶解制冷剂，用电加热使油温保持一定温度。润滑油自油泵经油压调节阀、油冷却器和过滤器，送至各轴承和增速齿轮进行强制循环。
图8-63 强制供油装置润滑系统
1-轴承2-油位计3-油箱4-温度传感器5-油加热管6-油泵7-油泵电动机8-油过滤器9-润滑油注排阀
10-油压调节阀11-油冷却器12-喷嘴13-过滤器14-油压开关15-真空压力表
1.3 开启式和半封闭式离心式制冷压缩机
1. 半封闭式离心式制冷压缩机组
半封闭式机组单级机器可把压缩机、增速齿轮和电动机用一个筒形外壳封装在一起，仅是压缩机的进气口和蒸发器相连，出气口和冷凝器相通。在这种机组中，不需要机械密封。但电动机需专门制造，并要考虑其在运转中的冷却，以及耐制冷剂的腐蚀、电器绝缘问题。半封闭式机组中电动机的冷却方式有以下几种：
1) 用喷入节流后的液体制冷剂进行冷却。因喷液后的温度较低，因此，这个方法可以使用于体积较小的电动机，绝缘的寿命也较长，喷射的温度均匀，电动机不易变形，使用场合最多。但由于电动机和制冷剂直接接触，所用绝缘材料必须和制冷剂兼容，这在当前新老制冷剂更换中，也是非常关键的问题。
2) 电动机用水套冷却，其发热量由载冷剂水直接带走。此方法比较方便，但冷却不够强烈，铸件质量及水质要求高，目前已较少采用。
3) 其他冷却方法，如用压缩排气冷却、液体制冷剂在夹层中蒸发吸热、二次节流中用中间抽气冷却等，但都有一定缺点。
图8-64 半封闭单级离心压缩机的典型剖面与润滑油路
1-喷嘴2-内置电动机3-后电动机轴承4-前电动机轴承5-增速齿轮对6-后小齿轮轴承7-蜗壳
8-去油雾器9-扩压器10-油喷嘴11-叶轮12-高速推力轴承13-进气可调导流机构14-吸气腔
15-油加热器16、20、22-过滤器17-止回阀18-导叶回油器19-电磁阀21-蒸发器回油器
23-引射器24-油压调节阀25-油泵和电动机26-油冷却器27-滤油器
半封闭式机组的优点是体积小、噪声低和密封性好，因此是目前空调用离心式制冷机组普遍采用的一种型式。图8-64为典型半封闭单级离心压缩机的剖面图。
2. 开启式离心制冷压缩机组
开启式机组的布置是把压缩机、增速器与原动机分开，在机壳外用联轴节连接。有的机组则是压缩机、增速器在同一机壳内，由增速器轴与电动机轴连接。在这些机组中，为了防止制冷剂的泄漏，在轴的外伸端处，必须装有机械密封。
这种与制冷剂完全分离的结构，电动机由空气冷却，不需要液体制冷剂冷却。和半封闭机组比有下列优点：
1) 适用于制冷剂更换。开启式机组电动机绕组与制冷剂不直接接触，在更换制冷剂时，遇到的技术问题较封闭式机组少，且价格便宜。
2) 运行可靠。开启式机组电动机的设计，将电动机与制冷回路完全分离，使制冷剂与电动机完全不接触，那些酸性及其他易进入制冷回路的污染物不会影响电动机的运行，因而减少了因电动机故障导致机组停机维修的时间，提高了可靠性。
3) 维修方便。开启式机组电动机结构简单，一旦烧毁，可在现场直接重新绕组，只需几小时就能重新开机。
4) 可采用多种动力驱动方式。由于电动机与压缩机完全分离，开式机组可采用中压1kW电力、蒸汽透平、燃气等多种驱动方式，这样就扩大了机组的适用性。
5) 降低能耗。开启式机组由空气冷却电动机，不增加机组本身的制冷负担，节约能耗。
图8-65 开启式单级压缩机
1-联轴器2、7-推力轴承3-高速齿轮4、9-止推轴承5-叶轮6-导叶8-低速齿轮10-轴封
当然，由于采用空气冷却电动机，机组体积、重量和噪声比半封闭式机组大，这是它的缺点。目前大型机组，特别是工业制冷用途的机组或用中压直接供电(6000～10000V)多采用这种型式。
但开启式机组也存在着易泄漏、体积较大等缺点。图8-65为开启式单级压缩机剖面图。
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。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
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。
图8-72 蜗壳在径向面上的形状 图8-73 蜗壳的几种布置型式
a) 蜗壳前为扩压器
b) 蜗壳前为叶轮c) 不对称内蜗壳
在卤代烃冷水机组的蜗壳底部有泄油孔，水平位置设有与油引射器相连的高压气引管。各处用充气密封的高压气均由蜗壳内引出。蜗壳及回流器隔板等均采用加入少量稀土元素的灰铸铁材料。蜗壳与机壳、进气室等连接部分的气密性要求很高，以确保机组的正压检漏和真空度试验。
6. 高精度增速齿轮
在各种型式的空调用制冷压缩机中，除采用主电动机轴两端悬臂式及少数双级或三级悬臂式外，一般都用齿轮增速器。中、小型压缩机，增速器与叶轮同用一个机壳，由一对平行轴齿轮组成，增速比为2～4(最大不超过7)。高速轴是转子的主轴。
齿形一般采用渐开线。在国产大、中型制冷量的机组中，也常用双圆弧齿型。双圆弧齿轮的啮合齿面的综合曲率半径很大，具有较高的啮合接触强度，按齿面接触强度计算的承载能力，要比渐开线齿轮高1.5～2.5倍。同时，双圆弧齿轮在传动中，其啮合点以相当高的速度沿啮合线移动，有利于轮齿的动力润滑，故磨损小、效率高(η=0.99～0.995)、寿命长。但双圆弧齿轮传动的中心距和切齿深度一旦有偏差，将影响齿高的正常接触，降低承载能力。因此，对双圆弧齿轮对的中心距及切齿深度的精度要求很高，这给加工制造带来困难。但双圆弧齿轮不论凹凸圆弧齿廓，均没有根切现象，齿数可少至5～8个，齿轮有良好的跑合性能。
图8-74是典型单级齿轮增速器，是一对平行轴齿轮构成。由油泵3送出的润滑油，对各轴承进行强制润滑及对齿轮喷雾润滑。 图8-74单级齿轮增速器
大、小齿轮的材质均采用优质合金钢。齿面 1-高速轴2-轴封3-齿轮油泵
进行热处理。增速箱体的材质采用加有少量稀土 4-低速轴及大齿轮5-轴承6-箱体
元素的高强度灰铸铁。
有些离心式制冷压缩机，由于增速比高而采用行星齿轮传动增速。它具有速比大、质量轻、体积小、可实行压缩机和驱动机同一中心线安装并同一方向转动、运行可靠等特点，但加工费用非常昂贵。
7. 导叶调节结构
为适应制冷和空调系统外界热负荷的变化，在压缩机第一级叶轮进口前，设置有轴向(悬臂式转子)或径向(两端支撑式转子)进口能量调节机构，也称进口可转导叶装置，如图8-75所示。其工作原理是，当进口可转导叶的叶片安装角度变化时，就改变了气流进入叶轮的方向，使气流进入叶轮时产生圆周方向的旋转，此旋绕可正(c1u与u1同向)。也可负(c1u与u1反向)。旋绕使压缩机特性曲线改变，从而改变运行工况点，达到转速不变下调节制冷量的目的。
图8-75 进口可调导叶机械(横轴传动)
1-小齿轮2-齿圈3-转动叶片4-伺服电动机5-波纹6-连杆7-杠杆8-手轮
整个机构安装在第一级叶轮的前面。进口导叶实际是一个由若干可转动叶片3组成的菊形阀。每个叶片根部均有一个小齿轮1。这些小齿轮有两种方式驱动：一种是如图8-75所示，由大齿圈2带动，大齿圈是通过杠杆7和连杆6由伺服电动机4传动，也可以用手轮8进行手动操作；另一种如图8-76所示，由一个主动轮5，通过钢丝绳3带动六个从动轮2转动，从而带动七个导叶1开启。为了使钢丝绳在固定轨迹上运动，防止它从主动轮和从动轮上滑出，又安装有七个过渡轮4。主动轮根据制冷机组的调节信号，由导叶调节执行机构带动链式机构转动主动轮。密封采用波纹管。
进口导叶的材质为铸造黄铜或铸铝合金。叶片具有机翼形与对称机翼形的叶形剖面，由人工修磨选配，进口导叶转轴上配有铜衬套，转轴与衬套间以及各连接部位应注入少许润滑剂，保证机构转动灵活。
图8-76 进口可调导叶机械(钢丝绳传动)
1-导叶2-从动轮3-钢丝绳4-过渡轮5-主动轮
1.5 离心式制冷机组的典型机组
和活塞式制冷压缩机、螺杆式制冷压缩机一样，大部分离心式制冷压缩机通常也都在工厂中将冷凝器、蒸发器、制冷剂液体控制元件和管道，组装成离心式制冷机组提供用户使用。目前绝大多数是供空调用的离心式冷水机组。本节将介绍几种典型机组。
1. CVHE/G三级压缩离心式冷水机组
CVHE/G三级压缩离心式冷水机组是由特灵空调(江苏)有限公司生产的，采用HCFC123作为制冷工质。其结构如图8-77所示，压缩机的润滑和电动机冷却系统如图8-78所示。它主要由以下部件构成：
1) 三级离心式制冷压缩机，每级均带有进气导叶片。
2) 直接传动的电动机，电动机用液体制冷剂HCFC123冷却。
3) 二级中间经济器。
4) 壳管满液式蒸发器。
5) 壳管式冷凝器。
6) 机组控制柜，带有微处理器和真实语言显示。
7) 机组起动柜，安装在机组上或分开安装。
8) 其他附属设备：润滑系统、抽气系统、隔振垫板及水流量开关等。
图8-77 CVHE/G三级压缩离心式冷水机组结构
9) 制冷剂HCFC123和润滑油。
CVHE/G三级压缩离心式冷水机组的特点如下：
1) 运行稳定，可靠性高。由于该机组采用三级压缩离心压缩机，叶轮转速较低，这样压缩机运行稳定、噪声低、寿命也较长。
2) 三级压缩、效率高。由于该机组采用三级压缩离心压缩机，可以在较为广阔的范围内有效地运行，可以避免热气旁通阀进行冷量调节时所造成的能量损失，并较为有效地避
图8-78 CVHE/G压缩机的润滑和电动机冷却系统
→ 电动机冷却系统 ----→ 压缩机润滑系统 →-→ 喷射系统
免喘振的发生。
3) 采用三级进气导流叶片。机组的每级进气都装有可变导流叶片，叶片由装在外面的步进电动机操纵控制，它既可调节气体流量来满足部分负荷的要求，也可预先转动制冷剂气流方向，使其以最佳角度进入叶轮。因此，压缩机部分负荷性能得到进一步改善。
4) 两级经济器。图8-79为CVHE/G两级经济器原理图，三级压缩之间的两个经济器可以提高效率，制冷剂在蒸发器和冷凝器之间的二个中间压力下闪蒸，可以提高冷水机组的效率。
5) 可靠的电动机冷却系统。该机组的电动机转子和定子都沉浸在液态制冷剂中，在各种负荷条件下提供有效和完全的冷却。制冷剂从冷凝器经一固定孔板装置进入电动机内部，然后，流回两级节流器，这是一个可靠的运行系统(见图8-80)。
6) 多级孔板流量控制装置。该机组采用多级孔板流量控制装置，它可以在各种负荷情况下有效地控制制冷剂流量。由于取消了运动部件，运行可靠。
7) UCP2微电脑控制，操作可靠高效方便。该机组采用了微电脑控制，冷水机组运行时，可中文显示的微电脑控制器UCP2随时监测机组的运行情况和可能发生的故障，并显示出有关诊断信息，同时采取必要的措施，以保证机组正常高效地运行。
8) 三级压缩冷水机组制冷循环压一焓(P-H)图
压力/焓(P-H)图是描述制冷剂流经CVHE/CVHG冷水机组主要部件时，压力与焓的关系图。该图说明三级压缩机和两级增效器具有非常高的工作循环效率。

图8-79 CVHE/G两级经济器原理
蒸发器—液/气态制冷剂在状态点1处进入蒸发器。液态制冷剂吸收系统冷负荷的热量而汽化到状态点2。汽化的制冷剂从蒸发器被吸入第一级压缩机。
第一级压缩—气态制冷剂从蒸发器吸到第一级压缩机，第一级的叶轮将气体加速，提高其温度和压力到状态点3。
第二级压缩—从第一级压缩机出来的气态制冷剂和来自两级增效器低压级一侧的较冷的制冷剂气体混合，使其焓值降低后进入第二级压缩机，第二级的叶轮将气体加速，进一步提高其温度和压力到状态点4。
第三级压缩—从第二级压缩机出来的气态制冷剂和来自两级增效器高压级一侧的较冷图8-80 电动机冷却系统
的制冷剂气体混合，使其焓值降低后进入第三级压缩机，第三级的叶轮将气体加速，进一步提高其温度和压力到状态点5，然后排入冷凝器。
冷凝器—制冷剂气体进入冷凝器，在冷凝器中将系统的冷负荷和压缩热传给冷凝器的循环水。热量排走后，使制冷剂气体冷凝到状态点6，成冷凝液体。
第一级增效器和孔板节流系统—在状态点6离开冷凝器的制冷剂流经第一个孔板，并进入增效器的高压级一侧。该孔板装置和增效器的作用是使少量的制冷剂在中间压力P1预先闪蒸，P1是蒸发器和冷凝器的中间压力。预先闪蒸的制冷剂使其它制冷剂冷却到状态点7。
第二级增效器和孔板节流系统—从增效器高压侧出来的制冷剂经第二个孔板，并进入增效器的低压侧，一些制冷剂在中间压力P2下预先闪蒸，一些预先闪蒸的液态制冷剂使其他的液态制冷剂冷却到状态点8。制冷剂的预先闪蒸将蒸发器内制冷剂的制冷效率由RE’提高到RE，与没有两级增效器的机组相比，能耗节能7%。
第三孔板节流系统—液态制冷剂经状态点8进入第三孔板节流系统，制冷剂温度和压力减到蒸发器状态点1的工况。
2. YK型开启式离心冷水机组
约克MillenniumYK型冷水机组，一般用于大型空调系统。它主要包括压缩机、带整体式增速齿轮的开启式电动机、冷凝器、蒸发器和流量控制室等，图8-81为YK型开启式离心冷水机组外形图。
冷水机组的运行由先进的微电脑控制盘来控制，操作人员可以对它编程，以适应不同工程的要求。夜间、周末、假日的自动定时起动和停机，同样也可以编程设定。冷水机组的运行状态、温度、压力等信息，可以从显示屏上读出。带微电脑控制盘的冷水机组，可以配上继电起动器、固态起动器、或变速驱动装置，以便进一步节能和提高效率。
MillenniumYK型冷水机组制冷剂流程图如图8-82所示。该机组运行时，蒸发器的一侧流载冷剂(冷水或盐水)，两者发生热交换，制冷剂吸热蒸发、制冷剂放热后温度降低。随后，载冷剂被泵送到风机盘管或其他空调末端装置中去，在翅化的盘管中流动，带走空气的热量，载冷剂吸热后温度升高，然后返回冷水机组，形成了闭式载冷剂循环。
图8-81 YK型开启式离心冷水机组
1-双泄压阀2-吸气管3-微电脑控制盘4-排气管5-压缩机6-电动机支座连接器及机罩
7-电动机8-蒸发器9-制冷剂充注阀10-干燥器11-视液镜
来自蒸发器的制冷剂蒸气流入压缩机，经旋转叶轮加压升温后排入冷凝器。届时，由冷却水吸收制冷剂蒸气的热量，使之冷却、冷凝。冷却水由冷却塔循环冷却。冷凝后的制冷剂液体从冷凝器流入流量控制室，由里面的节流装置来控制蒸发器的制冷剂供液量，这样就完成了整个制冷剂循环。
MillenniumYK型离心式冷水机组完全由工厂组装，它主要包括蒸发器、冷凝器、压缩机、电动机、润滑系统、微电脑控制中心等。
1) 压缩机
压缩机是单级离心式，由开启式电动机驱动。转子组件包括经热处理过的合金钢驱动轴和叶轮从动轴，以及轻质、高强度、全封闭式铸铝叶轮。叶轮设计考虑了推力平衡，并经过动平衡和超速测试，以得到平稳、无振动运行。
插入式轴颈和止推轴承使用铝合金做成，并经过精确钻孔和轴向开槽。特殊设计的单螺旋齿轮带冕状齿，这样在任何时候，都有一个以上的齿啮合，使压缩机的负荷能均匀分布、运行宁静。齿轮整个装在压缩机的旋转支座上，用油膜润滑。每个齿轮单独装在各自的轴颈和止推轴承上。
开式压缩机轴封包括一个由弹簧承载、加工精密的石墨环，经高温处理的弹性橡胶O形静环密封圈和消除了应力的搭接垫圈，该轴封在任何时候都有润滑油覆盖，当压缩机运行时，靠压力润滑。
2) 制冷量控制
在空调应用中，导流叶片(PRV)可以在设计值的100%～15%之间调节冷水机组的制冷量。操作时，由一个外部电动执行器自动调节叶片的开度，以维持恒定的冷水温度。
图8-82 MillenniumYK型冷水机组制冷剂流程
3) 压缩机润滑系统
压缩机润滑系统如图5-38所示。它包括油泵、油过滤器、油冷却器、所有相关的油管路和油道。
4) 变速油泵
一般来说，只要冷水机组在运行，油泵就应该工作。起动前，可以靠手动的方式来建立稳定的油压。不管系统因何原因而停机，油泵都会继续运行150s。在这段时间里，系统是不能再起动的。油泵速度可变，变速油泵能保持油压恒定，以确保压缩机安全运行。
5) 油加热器
当机组长时间闲置时，压缩机油槽中的润滑油会最大限度地溶解制冷剂，该溶解量取决于油温和油槽中的压力。当油温降低时，制冷剂的溶解量会增加。如果油中的制冷剂含量过多，当系统起动时，就会大量起泡。起泡是因压力降低、制冷剂在油中沸腾气化而引起的。如果泡沫达到了油泵的入口侧，轴承的油压会因一时的缺油而出现脉动，引起油压安全装置动作，从而使系统停机。为了使润滑油中的制冷剂的含量尽可能低，在压缩机油槽中装了一支电热式油加热器。该加热器是全天恒温控制的，当压缩机停机时，它能维持槽中油温在62.8～68.3℃范围内。
6) 电动机驱动装置
电动机驱动轴通过柔性圆盘联轴器与压缩机轴直接相联，联轴器是全金属结构，无磨损件，寿命长，并且无润滑要求、维修量少。对于采用远置机电式起动器的机组，为现场接线准备了一接线钢盒。电动机导线经机壳接入接线盒。对于三线式起动，采用跨接线。不提供电动机耳端子，每台机组均配备过载/过电流互感器。
7) 换热器
蒸发器和冷凝器都是换热器，简体由碳钢板卷焊而成，管束为内部强化型。
蒸发器是满液式壳管换热器。分液槽使制冷剂在整个筒体长度均匀分布。在管束的上方，用高效档液板来防止将液态制冷剂带入压缩机。一个38mm液位视镜通常装在筒体的侧边，有助于制冷剂的正确充注。蒸发器筒体上装有一制冷剂泄压阀。
冷凝器是壳管式换热器，用排气折流板来防止高速流体直接撞击管束，同时亦起均流作用。在冷凝器壳体的底部有一过冷器。
可拆卸的紧凑式水室用钢板制成，设计的工作压力是1043kPa表压，在1551kPa表压时测试。焊在水室中的整体式钢隔水板，保证所需的流程。带沟槽的水管短接头与水室焊接，另一头适用于沟槽联接、焊接或法兰联接，端口加上帽盖以方便运输。每个水室均配有19mm带帽盖的排水管和放气管接口。
8) 制冷剂流量控制
通过一个可变或固定节流孔来控制流过蒸发器的制冷剂流量。液位传感器测出冷凝器中制冷剂的液位，并向微机板输出一代表液位的电压模拟量。在程序的控制下，该微机板调节可变节流孔，使冷凝器中的液位达到设定的要求。
9) 彩色图像显示控制中心
它通过控制导流叶片来调节冷水的出口温度，并限制电动机的电流。此外，它能够与固态继电器、变速驱动装置和机电起动器兼容。控制中心还具有远程控制和远程通信功能，能实现远程起动、远程停机、远程运行参数设定、紧急停机、正常停机等功能。
10) 固态起动器
固态起动器(选配件)是个降压起动器，它控制并保持电动机在起动时电流上升比较平稳。起动器装在冷水机组上，起动器与电动机之间的电源线路和控制线路均由工厂负责连接。
11) 变速驱动装置
变速驱动装置(选配件)的作用，是通过控制电源的频率和电压来调节电动机的转速和导叶的开启度，以得到最佳的部分载荷性能。
12) 高速止推轴承位置差控制装置
为监测压缩机高速轴的轴向窜动，保护叶轮的安全，在压缩机上装有用于测量止推轴承环与位置传感器距离的探测头。类似雷达装置的位置传感器将监测的间距量转变成直流信号，外传给控制中心。图8-83为位置转感器工作原理图。
1.6 辅助装置
1. 抽气回收装置
一般空调制冷机中采用R11和R123为制冷剂时，压缩机进口是处于真空状态。当机组运行、检修和停车时，不可避免地有空气、水分或其他不凝性气体等渗透到机组中。若这些气体过量而又不及时排出，会引起冷凝器内顶部压力急剧升高，使制冷量降低，制冷效果下降，耗功增加，甚至会引起主机停车。因此采用抽气回收装置，随时排除机组内不凝性气体和水分，并把混入气体中的制冷剂回收。一般有“有泵”、“无泵”和其他型式的抽气回收装置。
图8-83 位置传感器工作原理
1) “有泵”型式的抽气回收装置
这种抽气回收装置如图8-84所示，它由小型活塞式压缩机、油分离器、回收冷凝器、再冷器、差压开关、过滤干燥器、节流器、电磁阀等组成。不仅可自动排除不凝性气体、水分、回收制冷剂，而且可用作机组的抽真空或加压。
图8-84“有泵”型式的自动抽气回收装置
1～9-阀门10-干燥器11-冷凝器压力表12-回收冷凝器
13-再冷器14-差压开关15-回收冷凝器压力表16、18-减压阀
17-止回阀19-电磁阀20-压缩机21-节流器