三级离心式冷水机组

美国Trane公司开发的冷水机组

1981年，美国Trane公司开发出世界上第一台直接驱动的三级离心式冷水机组，该机组将三级压缩、直接驱动和二级经济器等先进的技术集于一体，仍是世界上效率最高、震动最小、噪音最低、制冷剂泄漏最少的机组。

制冷循环

压缩过程

第一级压缩：气态制冷剂从蒸发器中被吸入到压缩机的第一级中，第一级叶轮将其加速。制冷剂气体的温度与压力相应提高。压缩过程为状态点2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经济器低压侧的制冷剂相混合，然后进入到第二级叶轮中。第二级叶轮将制冷剂气体进行加速，进一步提高制冷剂的压力与温度到状态点4

第三级压缩：从第二级来的制冷剂气体和来自第二级经济器的制冷剂相混合，进入到第三级叶轮中加速，压缩到状态点5。这样制冷剂气体在压缩机中完成了压缩过程。

冷凝过程

状态点5的高温高压的制冷剂气体进入到冷凝器，将热量传给冷凝器中的冷却水，使制冷剂气体冷凝到状态点6。

节流过程

第一个孔板节流：状态点6制冷剂节流后进入经济器高压级一侧，由于部分制冷剂闪蒸，使制冷剂到达状态点7。

第二个孔板节流：状态点7制冷剂节流后进入经济器低压级一侧，由于部分制冷剂再次闪蒸，使制冷剂到达状态点8。

第三个孔板节流：节流后进入蒸发器，到达状态点1。

蒸发过程

从第三级节流装置出来液态制冷剂由状态点1进入到蒸发器后吸热，蒸发为气体后到达状态点2，被吸入到压缩机中。

离心式压缩机喘振

原因

由于离心式压缩机是速度型压缩机，在部分负荷较小时，会发生“喘振”现象。

如图1所示，离心压缩机出口的速度V可分解为切向速度Vt与径向速度Vr。切向速度Vt取决于叶轮的直径与叶轮的转速，径向速度Vr与制冷剂流量成正比。若速度V与切向速度Vt的夹角减少到一定值时，压缩机的气体无法被排出，在叶轮内造成涡流，此时冷凝器中的高压气体会倒流进叶轮，使压缩机内的气体在瞬间增加，气体被排出，然后气体又会倒流进叶轮，如此往复循环。此时压缩机进入了“喘振”状态，将严重损害压缩机。

解决方法

1、改进叶轮和扩压管设计，潜力有限，效果不大；

2、采用电机变频技术，系统复杂，造价昂贵；

3、采用热气旁通方法，部分负荷运行时能耗大，经济性不佳；

4、采用多级压缩的离心技术，其中特灵的多级离心压缩技术最为成功，被广泛应用。

5、要有效避免喘振，必须控制好速度V与切向速度Vt的夹角不能小于一定值。

6、特灵的多级压缩技术特别采用低转速设计，与单级压缩相比，在有效降低Vt的同时保持径向速度Vr，因此提高V与Vt的夹角而容易克服喘振。

7、通常情况下，多级离心压缩机能够在低至10%~20%负荷运行时不会喘振，而单级压缩机如不采用热气旁通等措施，最小负荷只能运行到30%~40%。

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