三级离心机与单级离心机的技术经济性能对比

能对比

摘要：目前离心式冷水机组已经广泛应用于各个领域，在工业生产中离心式冷水机组更是被看作心脏设备。离心式冷水机组作为制冷设备，制冷效率却存在着较大差异，而在制冷效率的众多影响因素中，压缩机的型式又是最关键、最直接的，本文以开式单机离心机、闭式单机离心机和三级离心机为例，阐述这三种离心机的技术经济性能。

关键词：性能 效率 技术经济

引言：离心压缩机最早出现于上个世纪初期，历经百年的发展，不但在应用水平上取得了较大的突破，同时也逐渐分化出几种不同的类别。离心式冷水机组的广泛应用，同样推动者各不同型式压缩机的技术革新和发展，现我们就开式单机离心机、闭式单机离心机和三级离心机从以下三个方面进行分析：

一、压缩机的结构对比 1、开式单级离心式压缩机

从上图可以看到，压缩机内有3根轴，电机轴、中间齿轮轴和与叶轮装在一起的高速齿轮轴，动力传动是分三步到位的。动力传递所涉及到的中间环节为：2只电机轴承、1只联轴器、3只中间齿轮轴轴承、2只增速斜齿轮，总共11个环节。

2、闭式单级离心式压缩机

从上图可以看到，压缩机内有2根传动轴，电机与增速齿轮轴和与叶轮装在一起的高速齿轮轴，动力传动是分二步到位的。动力传递所涉及到的中间环节为：2只电机轴承、1只增速齿轮轴轴承、3只高速轴轴承、4个增速斜齿轮，总共10个环节。

3、三级离心式压缩机

从

上图可以看到，压缩机内只有1根轴，电机与叶轮是装在同一根轴上的，动力传递是一步到位的。动力所涉及到的中间环节仅为2个轴承。

二、性能对比 1、传动方式：

开式单级离心机为齿轮传动，启动力矩大，且装有联轴器，效率较直接传动低；

闭式单级离心机为齿轮传动，启动力矩大，效率较直接传动低； 三级离心机为直接驱动，启动惯性力矩小，效率较齿轮传动高； 2、电机结构及电机冷却方式：

开式单级离心机的电机为开启式，修理较为方便；电机冷却为机房内风冷，冷却效果不佳，易引起电机温升而效果降低，能耗增加，对机房的要求也高；

闭式单级离心机的电机为半封闭式，可修复式；电机为冷媒冷却，冷却效果好，较风冷节能；

三级离心机的电机为半封闭式，可修复式；电机为冷媒冷却，冷却效果好，较风冷节能；

3、叶轮转速：

开式单级离心机为7000~15000rpm，闭式单级离心机为10000~36000rpm，三级离心机的叶轮转速为2950rpm，相较于前两者三级离心机具有转速低、寿命长，振动及噪声较小；

4、轴封：

开启式单级离心机为开启式电机，有轴封装置，极易漏油，且为易损件，其被破坏是以突然方式进行的；需每2~3年更换一次，每更换一对轴封需4万元；

三级离心机和闭式单级离心机均为封闭式电机，没有轴封，无漏油可能； 5、 效率：

动力通过每一个环节都会损失一部分，经过11个环节后，能量损失2~4%，损失的能量被用于加剧每个环节的磨损、发热和噪声，形成有害的无用功；

三级离心机的能量在通过2个受载轻微轴承后，能量损失小于0.3%，在三级压缩之间，配置有两级中间节能器，可以将机组能耗降低7%，中间节能器内没有运动部件；

6、可靠性：

动力传递要依赖的11个工作条件相对恶劣的环节，就有11个可能导致动力传输中断的故障隐患点，显而易见，三级离心机的结构可靠性是单级离心机可靠性的5.5倍以上。实际应用的统计结果表明：单级离心机的故障率是三级离心机的2~3倍。因此，三级离心机在运行过程中的维护成本较小，而对于单级离心机来说，由于其特有的齿轮传动结构，所以每5~7年，要对齿轮进行大修或更换，

在机组整个使用寿命中至少3次。而对于开式机组来说，除了齿轮方面的问题，还有由于使用了联轴器，所以每运转5000小时，需要校正一次传动轴的同心度（热对中）。

7、 安全性：

单级离心机由于使用的是正压冷媒，其蒸发器和冷凝器属于高压容器类设备；而三级离心机使用的是负压冷媒，蒸发器和冷凝器不属于压力容器；

在机组窥视镜、连接管道或阀门破损或出现意外开启事故时，正压冷媒的机组，冷媒将以比使用负压冷媒在低压下运行的三级离心机大10倍的推动压力漏出。由于冷媒的比重大于空气，这就大大增加窒息死亡或人体因大脑缺氧而受伤的机率。

8、 噪声：

闭式单级离心机的噪声在88 dBA左右，开式单级离心机的噪声在93 dBA左右，而三级离心机的噪声在80dBA左右，

9、调节方式： （1）能量调节范围：

单级离心机采用单级压缩，只有1个进气导叶，调节范围为35~100%，当部分负荷达到30~40%左右即会发生喘振，对机组造成很大的伤害，因此单级离心机必须增设热气旁通（但会增加能耗）或加装变频器；

三级离心机采用三级压缩，每级均有进气导叶调节，调节范围达10~100%，大大降低机组喘振的机率，因此无需增设热气旁通装置或加装变频器；

（2）节流机构：

开式单级离心机采用可变孔板节流方式，虽提高了调节性能，但可靠度却降低了许多，且增加了易损件和维修工作量；

闭式单级离心机采用线形浮球阀方式，属运动部件，可靠度降低很多，增加了故障发生的机率，维修工作量也增加；

三级离心机采用固定孔板节流方式，在满足节流调节的条件下，由于无运动部件，大大提高了结构的可靠性；

三、技术经济比较 1、机组年运行费用：

注：机组以每天运行13小时，每月30天，计6.5个月，平均80%的负荷量。 以800RT机组为例，三级离心机的效率为0.605Kw/RT，单级离心机的效率为0.68Kw/RT；

三级离心机：2535 h/年（13×30×6.5）×800RT×0.605Kw/RT×1.0元/Kwh×80%=981552.00

单级离心机：2535 h/年（13×30×6.5）×800RT×0.68Kw/RT×1.0元/Kwh×80%=1, 103,232.00

可以看出，年运行费用三级离心机比单级离心机节省121680.00元。 2、日常维修费用：

以三级离心机的维修量为基准，以下是单级离心机额外增加的维修费用； 闭式单级离心机：每5~7年，要对齿轮进行大修或更换，在机组寿命期间至少3次；每次费用为50000元左右。50000×3/20年=7500元/年；

开式单级离心机：每5~7年，要对齿轮进行大修或更换，在机组寿命期间至少3次；每次费用为50000元左右。50000×3/20年=7500元/年；每运转5000h，要校正一次传动轴同心度（热对中）；每运转2年，要更换轴封一对共4万元，每年计2万元；定期清洁电动机排风通路。

1.

冷媒泄漏的补充的费用：

开式单级离心机的年泄漏率为5%，800RT的机组冷媒充注量为920kg; 920×5%×70元/Kg=3220元/年

闭式单级离心机的年泄漏率为3%，800RT的机组冷媒充注量为726kg; 726×3%×70元/Kg=1525元/年

三级离心机的年泄漏率小于0.5%，800RT的机组冷媒充注量为494kg; 494×0.5%×70元/Kg=173元/年 四、结束语

综上所述，三级离心机较单级离心机无论是整机效率、可靠性、调节性能、噪声、冷媒泄漏率，还是运行成本和日常维修服务都体现出一定的优势，虽然其设备的初投资较高，但运行费用低；而单级离心机在初投资时，则体现出它的较大的优势，但运行费用较高。所以，从全寿命周期成本来看三级离心冷水机组要优于单机离心冷水机组。

参考文献：

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