基于磁懸浮技術(shù)家用空調(diào)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)可行性分析

熊枝林 李尚平

摘要：當(dāng)前家用空調(diào)由于機(jī)械軸承摩擦消耗能量大、噪聲大，同時(shí)冷凍油在制冷劑傳遞的作用下也會(huì)造成制冷效率低，在這種背景下，本文基于磁懸浮技術(shù)，探討一種家用空調(diào)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)的節(jié)能提效，并進(jìn)行可行性分析。

關(guān)鍵詞：磁懸浮技術(shù)；家用空調(diào)；旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)；節(jié)能提效

隨著時(shí)代的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的提升，家用空調(diào)的使用密度逐漸增大，在優(yōu)化了生活和工作環(huán)境的同時(shí)，也造成了大量的能源消耗。因此空調(diào)的節(jié)能提效迫在眉睫，而想要在技術(shù)上達(dá)到節(jié)能提效比較難，這也使得空調(diào)的節(jié)能消費(fèi)成為了用戶的巨大需求[1]?？照{(diào)運(yùn)行壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，機(jī)械軸承摩擦，降低了壓縮機(jī)性能和空調(diào)能效。此時(shí)壓縮機(jī)內(nèi)會(huì)使用冷凍油，而冷凍油在制冷劑的傳遞作用下會(huì)形成熱阻，大大降低了空調(diào)的制冷效率。本文設(shè)計(jì)一種基于磁懸浮技術(shù)的家用空調(diào)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，以期解決以上問題。

一、設(shè)計(jì)思路及工作原理

（一）設(shè)計(jì)思路

在磁懸浮技術(shù)下，旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)通過可控電流在電磁鐵上形成非接觸的可控電磁力，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子的位置控制，保證軸承不存在物理性的接觸；同時(shí)通過對(duì)傳感器的適應(yīng)位移，來對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流大小的實(shí)時(shí)調(diào)整，從而有效調(diào)整磁場(chǎng)力的大小，將轉(zhuǎn)子順利偏移到中心位置。一個(gè)簡(jiǎn)單的磁懸浮系統(tǒng)有控制器、位移傳感器、轉(zhuǎn)子、執(zhí)行器（見圖1）。而執(zhí)行器中有包含了兩個(gè)部分，即功率放大器以及電磁鐵。

在參考位置上，若有一個(gè)向下的擾動(dòng)影響轉(zhuǎn)子，將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏離參考位置，此時(shí)轉(zhuǎn)子偏離參考位置的位移，可通過傳感器檢測(cè)出來，而檢測(cè)出的位移通過控制器的微處理器轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?hào)；之后控制信號(hào)將由功率放大器將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂齐娏?，控制電流在?zhí)行磁鐵中形成磁力，對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，讓其回到之前的平衡位置。即轉(zhuǎn)子即使受到向下、向上的擾動(dòng)，在這種系統(tǒng)的影響下，也能夠回到平衡的狀態(tài)。

旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)是傳統(tǒng)滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)中的一種，結(jié)構(gòu)上其氣缸是固定的，葉片與氣缸以及端蓋間有一定的配合間隙，增大了內(nèi)部泄漏量；同時(shí)轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)為偏心運(yùn)轉(zhuǎn)，提升了摩擦損失[2]?；诖艖腋〖夹g(shù)的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)方式上轉(zhuǎn)子在運(yùn)行狀態(tài)中始終處于懸浮，不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)摩擦；結(jié)構(gòu)上其葉片與氣缸和端蓋之間連接較為緊固，很大程度上減小了相互間的配合間隙，降低了泄漏量，提升了壓縮機(jī)性能，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)的節(jié)能提效。

（二）工作原理

旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)中，轉(zhuǎn)子和磁懸浮軸承的構(gòu)成見圖2。其1表示輔助軸承，壓縮機(jī)未運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子放置其上方；壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子則會(huì)在空中懸浮，脫離輔助軸承。在壓縮機(jī)系統(tǒng)中，輔助軸承的功能不僅僅是保護(hù)轉(zhuǎn)子，同時(shí)也保護(hù)壓縮機(jī)內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)。其2表示徑向傳感器，是對(duì)轉(zhuǎn)子的徑向偏移進(jìn)行檢測(cè)。其3表示前徑向軸承，與其7后徑向軸承起到制約徑向兩個(gè)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。其4表示推理軸承，可有效對(duì)轉(zhuǎn)子的軸向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生制約；其5表示高頻電極，為整個(gè)運(yùn)行提供機(jī)能。其6是轉(zhuǎn)子，提供旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。其8是軸向傳感器，對(duì)轉(zhuǎn)子的軸向偏移進(jìn)行檢測(cè)。3和7均具備線圈，在通電之后，在電生磁的原理下，繞組線圈能夠形成環(huán)形磁場(chǎng)，磁場(chǎng)力會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生影響，使其在空間內(nèi)懸浮；與此同時(shí)軸承之間并無摩擦力，能夠起到節(jié)能的作用。

二、以節(jié)能提效為基礎(chǔ)進(jìn)行可行性分析

某小區(qū)A棟樓建筑面積432m2，建筑高度103m，2016年以前，小區(qū)空調(diào)主機(jī)采用自然式溴化鋰機(jī)組，2016年初小區(qū)節(jié)能改造后，空調(diào)主機(jī)使用磁懸浮旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)機(jī)組作為冷源，冷量達(dá)525kW；同時(shí)保留自然式溴化鋰機(jī)組作為熱源和冷源補(bǔ)充，制熱達(dá)1865kW，制冷達(dá)2110kW。

改造后，小區(qū)A棟樓在2016年初到2017年初全年節(jié)能62萬kWh，節(jié)能比率為47.9%，全年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用超過50萬。同時(shí)，A棟樓總耗能7月份最高，11月份最低。在2015年底改造時(shí)，家庭內(nèi)多臺(tái)空調(diào)均表示使用年限較長(zhǎng)，空調(diào)老化嚴(yán)重，制冷COP值從1.12降低到0.82，無法滿足夏季的正常供冷；而在改造后，壓縮機(jī)冷量總值達(dá)到483kW，同時(shí)制冷COP值一直超過1.12以上。

三、結(jié)論

本文提出了一種采用磁懸浮技術(shù)的家用空調(diào)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)，讓轉(zhuǎn)子懸浮在空中并保持工作，有效減小壓縮機(jī)的軸承摩擦；同時(shí)以節(jié)能提效為基礎(chǔ)分析了某小區(qū)A棟樓2016年初到2017年初全年的節(jié)能數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示改造前后節(jié)能達(dá)到62萬kWh。綜上所述，磁懸浮技術(shù)在家用空調(diào)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)上的使用，有助于解決當(dāng)前存在的機(jī)械軸承摩擦耗能大問題，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)節(jié)能提效的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱鋮鋮，葉婷婷，鄭衛(wèi)剛.新型磁懸浮技術(shù)的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)[J].變頻器世界， 2016（5）：9496.

[2]孫興偉，竇汝桐，孫鳳，等.磁懸浮驅(qū)動(dòng)式無油渦旋壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)力分析[J].機(jī)床與液壓， 2017（19）.