周子成

4 第三部分

压缩水蒸汽的透平压缩机叶轮设计

虽然水是最古老的制冷剂之一,它已经在吸收式冷水机组和蒸气喷射的压缩式冷水机组中应用了很多年。然而,它应用在透平压缩机的压缩式制冷装置中具有更高的能效。这种装置的成功应用仅只是最近几年的事。

水是一种自然制冷剂。水作为制冷剂在透平压缩机制冷装置中应用具有以下一些特点:由于循环处在真空下工作,水蒸汽的容积制冷量非常小,因而需要很大的容积流量,需要用相当高的压比去压缩它。因此,与传统的制冷剂如R134a或R12相比,在相同的使用条件下,用水 (R718)作制冷剂造成近200倍的高容积流量和双倍的压缩比。由于水蒸汽的这种热力学性质,对于叶轮设计,这一高压比通常要求圆周速度比常规叶轮高2至4倍,而声速是接近高2.5倍;雷诺数低约300分之一;单位质量的传递功约高15倍。高性能的混流式透平压缩机适合于这样的工作条件。

为了获得高压比,这种压缩机需要用高转速和大直径的叶轮。叶轮直径的上限主要是受使用空间和制造设备的限制。当压缩水蒸汽时,叶片顶尖速度通常是受转子稳定性的限制,而不是受声速的限制。在真空条件下工作时,叶片受到的气体力非常小,因此,叶片所承受的主要是由质量惯性引起的非常大的离心力,故需要采用轻质叶片,大多数是由钛或合成材料制成的特别薄的直叶片。这种叶片不能磨,通常它们由几部分组成,并且它们与常规的高性能叶轮不同。……