《压缩机结构原理》PPT课件

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1、 第 一 章 ： 概 述什 么 是 压 缩 机 ？ 用 来 压 缩 气 体 借 以 提 高 气 体 压 力 的机 械 称 为 压 缩 机 。 提 升 的 压 力 小 于0.2MPa时 ， 称 为 鼓 风 机 。 提 升 压 力 小于 0.02MPa时 称 为 通 风 机 。 压 缩 机 的 分 类按 工 作 原 理 分 类1 容 积 式 压 缩 机 直 接 对 一 可 变 容 积 中 的 气 体 进行 压 缩 ， 使 该 部 分 气 体 容 积 缩 小 、 压 力 提 高 。 其特 点 是 压 缩 机 具 有 容 积 可 周 期 变 化 的 工 作 腔 。2 离 心 式 压 缩 机 它 首 先

2、 使 气 体 流 动 速 度 提 高 ，即 增 加 气 体 分 子 的 动 能 ； 然 后 使 气 流 速 度 有 序 降低 ， 使 动 能 转 化 为 压 力 能 ， 与 此 同 时 气 体 容 积 也相 应 减 小 。 其 特 点 是 压 缩 机 具 有 驱 使 气 体 获 得 流动 速 度 的 叶 轮 。 按 排 气 压 力 分 类 按 压 缩 级 数 分 类 单 级 压 缩 机 气 体 仅 通 过 一 次 工 作 腔 或 叶 轮 压 缩 两 级 压 缩 机 气 体 顺 次 通 过 两 次 工 作 腔 或 叶 轮 压 缩 多 级 压 缩 机 气 体 顺 次 通 过 多 次 工 作 腔 或

3、 叶 轮 压 缩 ， 相 应 通 过 几 次 便 是 几 级 压 缩 机 容 积 流 量 分 类 名 称 容 积 流 量 (m3 min) 微 型 压 缩 机 1 小 型 压 缩 机 1 10 中 型 压 缩 机 10 100 大 型 压 缩 机 100 压 缩 机 按 结 构 或 工 作 特 征 的 分 类 活 塞 式 转 子 式 滑 片 式单 螺 杆 几 种 特 殊 的 压 缩 机 图 4-8 半 开 式 和 闭 式 叶 轮 (a)开 式 (b)闭 式 1、 轮 盘 2、 叶 片 3、 轮 盖 二 、 主 轴 主 轴 上 安 装 所 有 的 旋 转 零 件 ， 它 的 作 用就 是 支 持

4、 旋 转 零 件 及 传 递 转 矩 。 主 轴 的 轴 线也 就 确 定 了 各 旋 转 零 件 的 几 何 轴 线 。 主 轴 通 常 为 阶 梯 轴 ， 以 便 于 零 件 的 安 装 。各 阶 梯 的 突 肩 起 轴 向 定 位 作 用 。 也 可 采 用 光轴 ， 因 为 它 具 有 形 状 简 单 ， 加 工 方 便 的 特 点 。 三 、 平 衡 鼓 在 多 级 离 心 压 缩 机 中 ,由 于 每 级 叶 轮 吸 入 口 两 侧 的 气体 作 用 力 的 大 小 不 等 ,使 转 子 受 到 一 个 指 向 低 压 端 的 合 力 ，这 个 合 力 称 为 轴 向 力 。 轴

5、向 力 对 于 压 缩 机 的 正 常 运 转 是不 利 的 ， 它 使 转 子 向 一 端 窜 动 。 甚 至 使 转 子 与 机 壳 相 碰 ，造 成 事 故 。 因 此 要 设 法 平 衡 （ 消 除 ） 它 。 平 衡 鼓 就 是 利 用 它 的 两 边 气 体 压 力 差 来 平 衡 轴 向 力的 零 件 。 它 位 于 高 压 端 ， 它 的 一 侧 压 力 可 以 认 为 是 末 级叶 轮 轮 盘 侧 的 间 隙 中 的 气 体 压 力 (高 压 )。 另 一 侧 通 向 大气 或 进 气 管 ， 它 的 压 力 是 大 气 压 或 进 气 压 力 （ 低 压 ） 。 由 于 平

6、 衡 盘 也 是 用 热 套 法 套 在 主 轴 上 。 上 述 两 侧 压 力 差就 使 转 子 受 到 一 个 与 轴 向 力 反 向 的 力 。 其 大 小 决 定 于 平衡 盘 的 受 力 面 积 。 通 常 ， 平 衡 鼓 只 平 衡 一 部 分 轴 向 力 。剩 余 的 轴 向 力 由 止 推 盘 （ 止 推 轴 承 ） 承 受 。 平 衡 鼓 的 外 缘 安 装 气 封 ， 可 以 减 少 气 体 泄 漏 。 第 2节 静 子 静 子 中 所 有 零 件 均 不 能 转 动 ， 它 是 由 机 壳 、 扩 压 器 、弯 道 、 回 流 器 、 蜗 室 和 密 封 等 组 成 。一

7、 、 机 壳 机 壳 也 称 为 气 缸 、 机 壳 是 静 子 中 最 大 的 零 件 。 它 通常 是 用 铸 铁 或 铸 钢 浇 铸 出 来 的 。 对 于 高 压 离 心 压 缩 机 ，采 用 圆 桶 形 锻 钢 机 壳 ， 以 承 受 高 压 。 吸 气 室 、 蜗 壳 也 是 机 壳 的 一 部 分 ， 它 的 作 用 是 把气 体 均 匀 地 引 入 叶 轮 ， 然 后 顺 畅 地 导 出 机 壳 。 吸 气 室内 通 常 浇 铸 有 分 流 肋 ， 使 气 流 更 加 均 匀 ， 也 起 到 增 加机 壳 刚 性 的 作 用 。 二 、 扩 压 器 气 体 从 叶 轮 流 出

8、时 ， 它 具 有 较 高 的 流 动 速度 ， 为 了 充 分 利 用 这 部 分 速 度 能 ， 常 常 在 叶 轮后 面 设 置 了 流 通 面 积 逐 渐 扩 大 的 扩 压 器 ， 用 以把 速 度 能 转 化 为 压 力 能 ， 以 提 高 气 体 的 压 力 。扩 压 器 一 般 有 无 叶 型 、 叶 片 型 、 直 壁 型 扩 压 器等 多 种 形 式 。 三 、 弯 道 在 多 级 离 心 式 压 缩 机 中 ， 气 体 欲 进 入 下 一级 就 必 须 拐 弯 ， 为 此 要 采 用 弯 道 。 弯 道 是 由 机壳 和 隔 板 构 成 的 弯 环 形 通 道 空 间 。

9、 四 、 回 流 器 回 流 器 的 作 用 是 使 气 流 按 所 需 要 的 方 向 均匀 地 进 入 下 一 级 。 它 由 隔 板 和 导 流 叶 片 组 成 。通 常 ， 隔 板 和 导 流 叶 片 整 体 铸 造 在 一 起 。 隔 板借 销 钉 或 外 缘 凸 肩 与 机 壳 定 位 。 五 、 蜗 室 蜗 室 的 主 要 目 的 是 把 扩 压 器 后 面 或 叶 轮 后面 的 气 体 汇 集 起 来 ， 把 气 体 引 导 到 压 缩 机 外 面去 ， 使 它 流 到 气 体 输 送 管 线 或 流 到 冷 却 器 去 进行 冷 却 。 此 外 ， 在 汇 集 气 体 的 过

10、 程 中 ， 在 大 多数 情 况 下 ， 由 于 蜗 室 外 径 的 逐 渐 增 大 和 通 流 截面 的 渐 渐 扩 大 ， 也 对 气 流 起 到 一 定 的 降 速 扩 压作 用 。 六 、 密 封 密 封 有 隔 板 密 封 、 轮 盖 密 封 和 轴 端 密 封 。 密 封 的作 用 是 防 止 气 体 在 级 间 倒 流 及 向 外 泄 漏 。 为 了 防 止 通流 部 分 中 的 气 体 在 级 向 倒 流 ， 在 轮 盖 处 设 有 轮 盖 密 封 。在 隔 板 和 转 子 之 间 设 有 隔 板 密 封 。 这 两 种 密 封 统 称 为内 密 封 。 为 了 减 少 和

11、杜 绝 机 器 内 部 的 气 体 向 外 泄 漏 ， 或 外界 空 气 向 机 器 内 部 窜 入 ， 在 机 器 端 安 置 端 密 封 。 这 种密 封 称 为 外 密 封 。 最 常 用 的 是 迷 宫 密 封 ， 密 封 片 为 软 金 属 制 成 ， 将它 嵌 入 密 封 体 内 。 由 于 密 封 片 较 软 ， 当 转 子 发 生 振 动与 密 封 片 相 碰 时 ， 密 封 片 易 磨 损 ， 而 不 致 使 转 子 损 坏 。密 封 的 作 用 原 理 ， 是 利 用 气 流 经 过 密 封 时 的 阻 力 来 减少 泄 漏 量 。 第 三 节 段 和 级 正 如 前 述

12、， 为 了 节 省 压 缩 机 的 耗 功 ， 压 缩 机常 常 有 中 间 冷 却 器 ， 中 间 冷 却 器 把 全 部 级 分 隔 成几 个 段 。 在 每 段 里 ， 有 一 个 或 几 个 级 ， 每 个 级 是由 一 个 叶 轮 及 与 其 相 配 合 的 固 定 零 件 所 构 成 。对 于 离 心 式 压 缩 机 级 来 说 ， 从 其 基 本 结 构 上 来 看 ，它 可 以 分 为 中 间 级 和 末 级 两 种 。 一 、 中 间 级 中 间 级 由 叶 轮 、 扩 压 器 、 弯 道 和 回 流 器 等 组成 。 气 体 经 过 中 间 级 后 将 直 接 流 到 下

13、一 级 去 继 续进 行 增 压 。 在 离 心 压 缩 机 的 每 一 段 里 ， 除 了 段 中 的 最 后一 级 外 ， 都 属 于 这 种 中 间 级 。 二 、 末 级 末 级 由 叶 轮 、 扩 压 器 、 蜗 室 等 组 成 。 气 体 经 过 这 一 级 增 压 后 将 排 出 机 外 。 流 到 冷却 器 进 行 冷 却 ， 或 送 往 排 气 管 道 输 出 。 对 于 这 两 种 级 的 结 构 型 式 来 说 ， 叶 轮 是 这 两种 级 所 共 同 具 有 的 ， 只 是 在 固 定 元 件 上 有 所 不 同 。对 于 末 级 来 说 ， 它 是 以 蜗 室 取 代

14、 中 间 级 的 弯 道 和回 流 器 ， 有 时 还 取 代 了 级 中 的 扩 压 器 。 压 缩 机 轴 向 力 的 形 成 的 原 因转 子 在 运 行 过 程 中 ， 叶 轮两 侧 具 有 一 定 压 力 的 气 体介 质 ， 如 图 所 示 。 从 图 中可 以 看 出 ， Ds到 D2面 积 上 ，轮 盖 与 轮 盘 承 受 的 压 力 大小 相 等 ， 方 向 相 反 ， 但 di到Ds的 环 形 面 积 上 ， 轮 盘 后压 力 P2 P0， 这 样 就 形 成了 一 个 由 轮 盘 向 轮 盖 的 力 ，这 就 是 压 缩 机 的 轴 向 力 。对 于 多 级 压 缩 机

15、， 转 子 总的 轴 向 力 为 各 叶 轮 轴 向 力 的 总 和 。 轴 向 力 的 平 衡 方 法 和 原 理单 级 叶 轮 产 生 的 轴 向 力 由 高 压 侧 指 向 低 压 侧 ， 若 多 级 叶轮 按 顺 序 派 了 ， 如 图 2-13， 显 然 这 种 排 列 方 式 转 子 的 轴向 力 很 大 ， 如 果 采 用 2-14方 式 排 列 ， 则 入 口 相 反 的 叶 轮产 生 一 个 相 反 的 轴 向 力 ， 可 以 互 相 平 衡叶 轮 对 置 排 列 设 置 平 衡 盘平 衡 盘 一 般 多 装 在 高 压 侧 ， 外 缘 与 缸 体间 设 有 迷 宫 密 封

16、， 从 而 使 高 压 侧 的 压 力P2大 于 压 缩 机 入 口 连 接 的 低 压 侧 的 压 力P1， 该 压 差 产 生 的 轴 向 力 ， 其 方 向 与 叶轮 产 生 的 轴 向 力 相 反 ， 根 据 计 算 可 最 终确 定 平 衡 盘 的 尺 寸 。轴 向 力 的 平 衡 主 要 是 减 少 轴 向 推 力 ， 减 轻 止 推 轴 承 的 负 荷 。一 般 情 况 下 ， 轴 向 力 的 70 应 通 过 平 衡 措 施 平 衡 消 除 ， 剩 余30 由 止 推 轴 承 承 担 ， 生 产 实 践 表 明 ， 保 留 一 定 的 轴 向 力 ，是 提 高 转 子 平 稳

17、运 行 的 有 效 措 施 ， 因 此 在 设 计 时 ， 应 充 分 考虑 这 一 点 压 缩 机 的 轴 端 密 封压 缩 机 轴 端 密 封 通 常 采 用 浮 环 密 封 、 机 械 密 封 、 干 气 密 封 等浮 环 油 膜 密 封如 图 所 示 ， 浮 环 在 注 入 压 力 油 后 ， 向 高 压环 里 侧 和 低 压 环 外 侧 泄 露 ， 由 于 转 子 处 于高 速 旋 转 之 中 ， 流 入 浮 环 间 隙 内 的 封 油 在旋 转 轴 的 作 用 下 ， 形 成 了 具 有 一 定 承 载 能力 的 油 膜 ， 该 油 膜 一 方 面 将 浮 环 抬 起 ， 使浮 环

18、 和 轴 间 实 现 了 液 体 润 滑 ， 从 而 减 轻 摩擦 ， 降 低 磨 损 ， 另 一 方 面 ， 由 于 油 膜 充 满整 个 浮 环 ， 所 以 可 以 阻 止 气 体 介 质 的 外 漏 ，起 到 密 封 的 作 用 。 浮 环 密 封 因 无 固 体 摩 擦 ， 适 用 于 高 速 场 合 ， 使 用 可 靠 ， 寿 命 长 ， 但 泄 露 量 较 大 ，此 外 需 配 置 复 杂 的 液 封 控 制 系 统 和 油 站 ， 要 求 主 机 制 造 精 度 高 浮 环 密 封 系 统 干 气 密 封 ： 干 气 密 封 是 二 十 世 纪 六 十 年 代 末 期从 体 动

19、压 轴 承 的 基 础 上 发 展 起 来 的 一 种 新 型 非接 触 式 密 封 。 该 密 封 利 用 流 体 动 力 学 原 理 ， 通过 在 密 封 端 面 上 开 设 动 压 槽 而 实 现 密 封 端 面 的非 接 触 运 行 。 由 于 密 封 非 接 触 运 行 ， 因 此 密 封摩 擦 副 材 料 基 本 不 受 PV值 的 限 制 ， 适 合 作 为 高速 、 高 压 设 备 的 轴 封 ， 在 压 缩 机 应 用 领 域 ， 干气 密 封 正 逐 渐 替 代 浮 环 密 封 、 迷 宫 密 封 和 油 润滑 机 械 密 封 。 烯 烃 工 厂 的 离 心 式 压 缩 机

20、 全 部采 用 英 国 的 约 翰 克 兰 公 司 的 这 一 密 封 形 式 。 n 干 气 密 封 具 有 如 下 优 点 ：1） 密 封 无 磨 损 ， 使 用 寿 命 长 、 运 行 稳 定 可 靠 ；2） 密 封 功 率 消 耗 小 ， 仅 为 接 触 式 机 械 密 封 的 5%左 右 ；3） 与 其 他 非 接 触 式 密 封 相 比 ， 干 气 密 封 气 体 泄漏 量 小 ， 是 一 种 环 保 型 密 封 ；4） 密 封 辅 助 系 统 简 单 、 可 靠 ， 不 需 要 密 封 油 系统 ， 因 此 消 除 工 艺 流 程 中 的 气 体 被 油 污 染 ， 使用 中 也

21、 不 需 要 维 护 。 n 干 气 密 封 的 缺 点 ：1. 密 封 自 身 结 构 复 杂 ， 零 部 件 多 ， 对 加 工 工艺 、 产 品 设 计 和 装 配 能 力 要 求 较 高 。2. 适 应 工 况 变 化 的 能 力 不 强 。3. 工 艺 介 质 必 须 允 许 与 密 封 干 气 相 混 。4. 需 要 一 定 压 力 的 气 源 ， 气 源 压 力 至 少 高 于介 质 压 力 0.2MPa。5. 有 微 量 气 体 进 入 工 艺 流 程 。 密 封 用 干 气 以 稍 高 于 介 质 压 力 注 入 一 级 密封 室 ， 与 工 艺 介 质 混 合 进 入 一

22、级 密 封 的 动静 环 ， 由 于 动 环 上 动 压 槽 增 压 作 用 将 动 静环 推 开 一 稳 定 的 间 隙 ， 同 时 在 密 封 室 形 成一 稳 定 的 、 随 动 的 、 略 高 于 介 质 压 力 的 密封 压 力 。 从 一 级 密 封 泄 漏 出 的 气 体 一 部 分经 一 级 放 空 排 放 出 去 ， 另 一 部 分 经 级 间 密封 进 入 第 二 级 密 封 。 这 样 ， 经 过 两 级 密 封后 ， 泄 漏 出 来 的 气 体 量 已 非 常 少 ， 压 力 也很 低 ， 这 部 分 气 体 被 隔 离 气 阻 止 向 外 扩 散， 而 是 与 隔 离

23、 气 一 道 从 二 级 放 空 安 全 地 排放 出 去 。干 气 密 封 工 作 原 理右 图 所 示 为 干 气 密 封 的 动 环 ，在 动 环 端 面 开 有 螺 旋 槽 ， 在 动环 内 侧 ， 有 密 封 坝 ， 在 停 车 时 ，防 止 气 体 泄 漏 。 工艺介质图 示 为 11-C-3501的 串 联干 气 密 封 。11-静 环12-动 环19-衬 套25-梳 齿 密 封A-密 封 干 气B-一 级 排 放 口C-试 验 口D-二 级 排 放 口E-外 侧 隔 离 气 级间密封 第 三 章 压 缩 机 级 内 的 各 种 能 量 损 失级 中 能 量 损 失 包 括 三

24、种 ： 流 动 损 失 、 漏 气 损 失 、 轮 阻 损 失级 内 的 流 动 损 失 （ 1） 摩 阻 损 失 产 生 原 因 ： 流 体 的 粘 性 是 根 本 原 因 。 从 叶 轮 进 口 到 出 口 有 流体 与 壁 面 接 触 ， 就 有 边 界 层 存 在 ， 就 将 产 生 摩 阻 损 失 。 （ 2） 分 离 损 失产 生 原 因 ： 通 道 截 面 突然 变 化 ， 速 度 降 低 ， 近壁 边 界 层 增 厚 ， 引 起 分离 损 失 。大 小 ： 大 于 沿 程 摩 阻 损失 。 （ 3） 冲 击 损 失 产 生 原 因 ： 流 量 偏 离 设 计 工 况 点 ， 使

25、 得 叶 轮 和 叶 片 扩 压 器 的进 气 冲 角 i0， 在 叶 片 进 口 附 近 产 生 较 大 的 扩 张 角 ， 导 致 气 流对 叶 片 的 冲 击 ， 造 成 分 离 损 失 。减 少 措 施 ： 控 制 在 设 计 工 况 点 附 近 运 行 ； 在 叶 轮 前 安 装 可 转动 导 向 叶 片 。 11 Ai其 中 进 气 冲 角 （ 4） 二 次 流 损 失产 生 原 因 ： 叶 道 同 一截 面 上 气 流 速 度 与 压力 分 布 不 均 匀 ， 存 在压 差 ， 产 生 流 动 ， 干扰 主 气 流 的 流 动 ， 产生 能 量 损 失 。在 叶 轮 和 弯 道

26、处 急 剧转 弯 部 位 出 现 。减 少 措 施 ： 增 加 叶 片 数 ， 避 免 急 剧 转 弯 。 （ 5） 尾 迹 损 失 产 生 原 因 ： 叶 片 尾 部 有 一 定 厚 度 ， 气 体 从 叶 道 中 流 出 时 ，通 流 面 积 突 然 扩 大 ， 气 流 速 度 下 降 ， 边 界 层 发 生 突 然 分 离 ，在 叶 片 尾 部 外 缘 形 成 气 流 旋 涡 区 ， 尾 迹 区 。 尾 迹 区 气 流 速度 与 主 气 流 速 度 、 压 力 相 差 较 大 ， 相 互 混 合 ， 产 生 的 能 量损 失 。减 少 措 施 ： 采 用 翼 型叶 片 代 替 等 厚 叶

27、 片 ；将 等 厚 叶 片 出 口 非 工作 面 削 薄 。 漏 气 损 失（ 1） 产 生 漏 气 损 失 的 原 因存 在 间 隙 ； 存 在 压 力 差 。出 口 压 力 大 于 进 口 压 力 ， 级 出 口 压 力大 于 叶 轮 出 口 压 力 ， 在 叶 轮 两 侧 与 固定 件 之 间 的 间 隙 、 轴 端 的 间 隙 ， 产 生漏 气 ， 存 在 能 量 损 失 。密 封 型 式 ： 机 械 密 封 ， 干 气 密 封 ， 浮 环 油 膜 密 封 ， 梳齿 密 封 （ 2） 密 封 件 的 结 构 形 式结 构 形 式 ： 在 固 定 部 件 与 轮 盖 、 隔 板 与 轴

28、套 、 轴 的端 部 设 置 密 封 件 ， 采 用 梳 齿 式 （ 迷 宫 式 ） 密 封 。工 作 原 理 ： 利 用 节 流 原 理 。减 小 通 流 截 面 积 ， 经 多 次 节流 减 压 ， 使 在 压 差 作 用 下 的漏 气 量 尽 量 减 小 。 即 通 过 产生 的 压 力 降 来 平 衡 密 封 装 置前 后 的 压 力 差 。密 封 特 点 ： 非 接 触 式 密 封 ，有 一 定 的 泄 漏 量 。 设 计 中 应 注 意 ：减 小 齿 逢 间 隙 ；增 加 密 封 齿 数 ；加 大 齿 片 间 的 空腔 和 流 道 的 曲 折程 度 。 轮 阻 损 失产 生 原 因

29、叶 轮 旋 转 ， 轮 盖 、 轮 盘 的 外 缘 和 轮 缘 与 周 围 的 气 体 发 生 摩 擦 ， 产生 的 损 失 圆 瓦 轴 承 具 有 自 动 调 心 平 衡 外 载 和 抑 制油 膜 自 激 涡 动 ,抗 振 性 能 好 ， 不 易 产生 油 膜 振 荡 。 轴 承 测 温 采 用 予 埋 式 则温 元 件 ， 测 点 在 巴 氏 合 金 附 近 ， 可 随时 直 接 监 视 轴 瓦 温 度 。 第 四 章 离 心 压 缩 机 轴 承 介 绍可倾瓦轴承 承 受 转 子 的 残 余 轴 向 力 ,防 止 转 子 的 轴向 窜 动 ,保 证 转 子 在 机 壳 中 的 轴 向 位

30、置 米 楔 尔 止 推 轴 承 主 付 推 力 面 均 由 6 8止推 瓦 块 组 成 ,一 般 与 径 向 轴 承组 合 使 用 ， 备 件 为 止 推 瓦 块 。米 楔 尔 止 推 轴 承 结 构 特 点1 主 、 付 推 力 面 为 斜 -平 面结 构2 主 推 力 面 由 6 8止 推 块 组成3 各 油 楔 或 瓦 块 单 独 供 油4 调 整 环 调 整 轴 向 间 隙5 轴 承 各 部 均 为 中 分 结 构6 主 推 力 面 预 留 有 现 场 温 度计 插 孔 测 回 油 温 度7 主 推 力 面 装 备 有 两 个 热 电偶 接 头 8 润 滑 油 由 轴 承 上 部 回 油 孔及 油 封 与 转 子 推 力 盘 之 间泄 出 到 轴 承 箱9 单 向 旋 转 ,止 推 盘 与 轴 承 体之 间 用 销 钉 防 转 推 力 均 衡 系 统“ 金 斯 伯 雷 ”自 动 调 位 ， 保 证 受 力 均 匀瓦 块 由 碳 钢 浇 铸 巴 氏 合 金 加 工 而 成可 承 受 较 大 的 轴 向 力 ， 双 向 承 载瓦 块 自 动 调 位 ，保 证 受 力 均 匀对 载 荷 变 化 适 应 性 强 运 行 中 轴 承 温 度 的 监 测 推 力 轴 承 ， 每 侧 2支 共 4支 铂 热 电 阻