对比分析：螺杆式、离心式和往复式压缩机

    目前,螺杆式、离心式和往复式是三种最常见的压缩机类型,它们在工作原理、结构特点、性能参数和应用范围等方面存在显著差异。本文将全面介绍这三类压缩机的基本情况,并进行细致的对比分析,以供从业者参考选型。

 

一、螺杆式压缩机      

         

1、工作原理      

螺杆压缩机主要由一对啮合的男女螺杆转子组成。工作时,电机带动男螺杆高速旋转,通过同步齿轮驱动女螺杆反向转动。气体由吸气口进入螺杆间的腔体,随转子旋转不断向排气口移动,同时腔体容积逐渐缩小,气体受到压缩,最终以高压状态排出。

2、结构特点  

(1) 螺杆转子:采用非对称型线设计,材质多为球墨铸铁,表面经磷化或氮化处理,具有良好的密封性和耐磨性。

(2) 滑阀:通过控制滑阀的轴向位移,可在一定范围内实现无级容量调节,并优化吸排气相位角。

(3) 轴承:多采用圆柱滚子轴承,配合弹性衬垫,有效承载径向和轴向载荷。

(4) 油分离器:利用高效油气分离元件,从排气中分离出99%以上的液态冷冻油。

(5) 同步齿轮:保证男女转子以相同转速反向旋转,并传递扭矩。

3、螺杆压缩机性能特点

  优点：

(1) 结构紧凑,体积小,重量轻。单机容量可达1000kW以上,广泛应用于大型工业和商用领域。

(2) 转速高,通常在3000~30000rpm,制冷量大。配合变频调速,实现宽范围无级能量调节。

(3) 过压能力强,排气压力可达2.5MPa,适用于热泵、地源热泵等高压工况。

(4) 振动小,噪音低,运行平稳可靠。

(5) 吸气过热度要求不高,一般5~15℃即可,系统匹配性好。

   不足：    

(1) 加工工艺要求高,制造成本较高。

(2) 需持续供油润滑,油路系统复杂。

(3) 螺杆转子存在泄漏间隙,容积效率略低于往复式。

(4) 维修不便,更换零部件费用高。

4、螺杆压缩机广泛应用于以下领域：

(1) 中央空调:办公楼、商场、宾馆等大型公共建筑的集中空调系统。

(2) 工业制冷:化工、冶金、印刷等行业的工艺冷却及大型冷库。

(3) 冷冻冷藏:超市、食品厂的展示柜和速冻隧道。

(4) 热泵热水:宾馆、游泳池等场所的生活热水制取。

(5) 轨道交通空调:高铁、地铁车辆空调及站台环境控制。

 

二、离心式压缩机      

         

1、工作原理       

离心压缩机的核心部件是高速旋转的叶轮。气体经进气导叶引入叶轮,在离心力作用下沿流道加速流动,动能显著增加。气体离开叶轮后,经扩压器将动能转化为压力能,从而实现升压。多级串联可获得更高的压比。

2、离心压缩机的主要结构如下：

(1) 叶轮:采用三维空间曲面型线,通常铸造成整体式封闭叶轮,材质多为铝合金。大型机组配置2~4个并联叶轮。

(2) 可调进气导叶:通过液压缸或步进电机调节导叶角度,实现0~100%的连续容量调节。

(3) 轴承:多采用可倾瓦推力轴承+套筒式径向轴承,配合电磁悬浮轴承,实现无油润滑。

(4) 密封系统:采用非接触式迷宫密封、碳刷密封或机械密封,防止气体泄漏。

(5) 防喘振系统:包括可调喘振小孔、抽吸回路等,抑制喘振,扩大稳定运行范围。

3、性能特点       

离心压缩机的主要优点包括：

(1) 风量大,单机容量可达5000kW以上,适合大型工业用户。

(2) 体积流量调节范围宽,通常在10%~105%,满足各工况要求。

(3) 结构紧凑,重量轻,占地面积小。

(4) 机械效率高,运行平稳,噪音低。

(5) 无油润滑,排气洁净,免去油分离环节。

但离心压缩机也有如下局限：

(1) 转速极高,轴承、平衡要求苛刻。

(2) 压比通常不超过5,增压能力不如往复式。

(3) 小负荷时容易发生喘振,需复杂的防喘措施。

(4) 适用于氟利昂系统,不适合氨系统等。

4、离心压缩机主要应用于大型商用和工业领域  

(1) 高层建筑中央空调系统。

(2) 石油、化工等行业的工艺冷却。

(3) 大型冷库、食品加工厂。

(4) 核电、军工等尖端科研领域。

(5) 水冷冰蓄冷空调系统。

 

三、往复式压缩机      

         

1、工作原理        

往复式压缩机主要由活塞在气缸内做往复运动而工作。活塞由曲轴连杆机构驱动,向下运动时,吸气阀打开,气缸内形成低压,吸入低压蒸气;活塞上行时,吸气阀关闭,气体被压缩继续。

 

2、结构特点      

往复式压缩机的主要结构包括：

(1) 气缸:通常采用铸铁材质,内壁经硬质合金喷涂或镶嵌衬套,具有优良的耐磨性和密封性。

(2) 活塞:带有压缩环和油环,材质多为铝合金,表面经阳极氧化或喷涂处理。

(3) 曲轴连杆:采用球墨铸铁或锻钢材质,经淬火和磨削加工,保证强度和刚度。

(4) 吸排气阀:多为簧片阀或蝶阀,通过弹簧实现自动开启和关闭。

(5) 润滑系统:设有机油泵和油道,为运动部件提供充分的润滑和冷却。

3、往复式压缩机性能特点      

(1) 压缩比高,单级压比可达10以上,适用于制冷剂种类广泛,包括氟利昂、氨等。

(2) 体积效率高,一般在85%以上,制冷量大。

(3) 调节方式多样,可通过转速控制、气缸间歇运行等实现容量调节。

(4) 结构简单,制造成本较低,检修方便。

(5) 可靠性高,使用寿命长,小型机组可免维护运行。

但往复式压缩机也存在一些不足：

(1) 运动部件多,机械损耗大,能耗较高。

(2) 内漏较多,容积效率随使用时间逐渐下降。

(3) 振动和噪音大,需采取减振降噪措施。

(4) 吸气过热度要求较高,系统匹配性欠佳。

4、主要应用      

往复式压缩机主要应用于以下场合：

(1) 家用制冷:冰箱、冷柜、小型空调器等。

(2) 商用制冷:冷库、陈列柜、制冰机等。

(3) 运输制冷:冷藏车、集装箱等。

(4) 工艺制冷:塑料机械、激光设备等小型冷却系统。

(5) 非标制冷:航空、医疗、实验室等特殊环境。

 

 

四、三种压缩机的对比      

         

（1）容量范围:  

离心机容量最大,可达5000kW以上;螺杆机次之,在1000kW左右;活塞机容量相对较小,但灵活性最佳。

（2）压缩比:

活塞机压比最高,可达10以上;螺杆机次之,在5左右;离心机压比最低,单级不超过3。

（3）体积效率:

活塞机最高,在85%以上;螺杆机次之,在80%左右;离心机最低,通常在70%以下。

（4）容量调节:

离心机采用可调进气导叶,调节范围最宽;螺杆机靠滑阀调节,范围较窄;活塞机需变转速控制,调节最不便。

（5）制冷剂适应性:

活塞机适用范围最广,包括氟利昂、氨等;螺杆机主要用于氟利昂;离心机只适合氟利昂。

（6）可靠性:

螺杆机最高,振动小,寿命长;离心机次之;活塞机最差,故障率高。

（7）噪音:

离心机最低,转子动平衡性好;螺杆机略高,齿轮啮合有噪音;活塞机最高,气流脉动明显。

（8）能耗:

离心机最低,机械效率高;螺杆机次之;活塞机最高,往复损耗大。

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