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金奖· 2024 · 第九届

高效动压气悬浮离心机

完成单位
珠海格力电器股份有限公司
主要完成人
李莎,张治平,刘佳池,陈光宇,董建波,董亚西,杨劲松,钟瑞兴,杨玉明,陈玉辉
项目编号
2024060016
高效动压气悬浮离心机
项目简介 / OVERVIEW

小型离心压缩机体积小、能效高,被美国能源部列为最具节能潜力的技术之一,格力推出的气悬浮制冷离心机开创了通过气体动压悬浮控制的先河,开启了中央空调的“气悬浮时代”。

近年来,小型离心压缩机因能效高、体积小、噪音低、易实现无油化,在中小型中央空调、数据中心等领域应用越来越广泛,是离心压缩机重要发展方向。

气悬浮离心机开创了通过气体动压悬浮控制的先河,是继高效离心机组、永磁同步变频离心机组、光伏直驱变频离心机组之后,格力电器获得的又一项“国际领先”科技成果,在中央空调的研发上不断取得突破。格力电器在中央空调市场占有率正在不断提高,同时也赢得了国际上的广泛认可。

目前,格力气悬浮离心机作为格力的明星产品,服务于海南国税局、开平依利电子厂、新元电子厂等场所。拥有发明专利130项,通过国际领先鉴定,入选国家工业节能技术推荐目录(2021),荣获中国机械工业科学技术一等奖、“科创中国”先导技术榜单。

设计阐述 / DESIGN FEATURES

首创气动悬浮制冷离心机,引领制冷离心压缩机进入“气悬浮”时代。

气悬浮制冷离心机,高效气动,集成箔片动压气体轴承技术、高速永磁电机技术、双极气体压缩增焓技术,实现压缩机高效、无油、低噪、安全运行。

(一)高速气体动压悬浮轴承

1
零摩擦运行:高速动压气悬浮轴承采用气态制冷剂代替润滑油,转子在高速运行过程中处于悬浮状态,100% 无油,且转子与轴承间无摩擦。
2
高精度悬浮:全工况下转子悬浮精度达到12μm,转子振动小,机组稳定性强、可靠性高。
3
零功耗:利用转子高速旋转的楔形效应产生的浮力,支撑转子悬浮,无需额外动力。
4
使用寿命长:轴承表面涂有耐磨、润滑涂层,同时采用快速启停算法,大幅降低轴承启停阶段磨损,压缩机实测启停次数超过12万次,相当于使用寿命32年(按3650次/年)。
5
高可靠性:超过1000次喘振测试,恶劣工况可靠性高;通过1.14g随机振动测试,抗振能力强。

气体动压悬浮轴承,稳定性高、承载高、可调控。采用了气体悬浮轴承替代传统的机械轴承,实现了制冷系统无油高效气动运行,避免复杂的润滑油系统,进一步提升性能。可靠的工业级微机控制系统,群控技术及楼宇通讯接口,保证了机组优良的操作性能。

(二)双级压缩补气增焓

1
循环效率高:双级压缩补气增焓技术,相比单级制冷循环系统循环效率提升5~6%。
2
运行范围宽:双级压缩的叶轮出口气流角较小,喘振裕度大,运行范围宽。

压缩机按双级压缩设计,可比单级压缩制冷循环效率提高5~6%。达到相同压比,比单级压缩转速低30%,提高压缩机运转可靠性,机组振动小,噪音低。双级压缩叶轮出口气流角比单级压缩增大,可获得更大的喘振裕度,拓宽运行范围。

(三)背靠背双调节环叶轮,高效气动

1
低比转速、强后弯角叶轮,大幅提升气动效率。
2
背靠背叶轮+双调节环负载匹配,安全裕度大于2.4
3
匹配轴径向混合密封双击压缩,泄露减少72%

背靠背双调节环叶轮,通过全曲面流线控制,叶片结构与流场高度吻合,有效减小叶轮内部分离和漩涡产生,拓展气动效率高效范围,实现综合效率最优。

(四)永磁同步变频电机

1
大功率、高转速:专用于制冷离心压缩机的高速永磁同步电机,转速达25000r/min以上。
2
全工况超高效率:在机组运行的范围内,电机效率均达到96%以上,最高效率可达97.5%。

行业内首创大功率高速永磁同步变频电机,电机转子采用高密度永磁体,消除了励磁铜耗与铁耗,降低电机谐波损耗,电机效率均达到96%以上,最高效率达98.3%;发明一种内置式“一”字形磁路结构,转子冲片设置多重加强结构,可靠地固定转子永磁体,解决了磁路设计与强度设计的矛盾,提高电机高速运转的可靠性。

采用螺旋环绕制冷剂喷射冷却技术,充分冷却电机定子绕组与转子磁钢,温度场分布均匀,电机绕组温度控制在30~40℃,远低于180 ℃退磁温度,杜绝高温退磁风险;内置电机绕组温度检测PT100精确控温,与PTC热敏开关双重保护,确保电机可靠运行;电机绝缘等级H级,绝缘层加厚设计,整体浸漆。

(五)集成式变频器

1
结构紧凑:集成式变频器,结构紧凑,节省空间。
2
冷却可靠:后节流冷却与精准控温技术,杜绝过热或过冷产生凝露。

总结

气悬浮制冷离心机集成动压气悬浮轴承、永磁变频电机、高效气动背靠背双调节叶轮双级补气、四象限变频等多项技术,提升了机组的节能性、高效性。其优势:承载能力强,无起停次数限制;主动控制、实时监测;体积小、承载能力强;无需供电或者外部供气,系统简单、可靠、免维护。该机组可广泛用于酒店、机场、写字楼等场所的空调系统,特别适用于大型冷水机组的改造项目。

随着现代化工业的飞速发展,我国航空航天、新能源、工业设备等领域不断聚集行业高精尖技术,越来越多的核心技术难题由中国自主攻克,“爆破式”打破了关键技术被垄断的局面,中国工业化进程加快。

在中央空调领域,早前被日韩、欧美系品牌占领的国内市场已重新由中国品牌主导。

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