改進(jìn)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)特性的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

李娜 陳振興

摘要：滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)雖然不為人們熟知，但說到家庭的空調(diào)相信誰人都已經(jīng)較為熟稔了，長(zhǎng)期以來針對(duì)這類壓縮機(jī)開展了的大量的研究工作，如節(jié)能、環(huán)保冷媒的應(yīng)用、小型化設(shè)計(jì)、以及應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。本文介紹了改進(jìn)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)特的技術(shù)方案和其發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)；技術(shù)方案；發(fā)展趨勢(shì)

1前言

滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)屬于回轉(zhuǎn)式容積式壓縮機(jī)，其基本部件包括氣缸、曲軸、滾套、葉片、軸承等組成。偏心曲軸帶動(dòng)滾套在氣缸旋轉(zhuǎn)，滾套外表面與缸體內(nèi)表面之間可構(gòu)成一個(gè)月牙形空間，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的葉片將該空間范圍分為高壓腔和低壓腔。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，高壓腔體積變小完成壓縮排查，低壓腔體積增大完成吸氣。下一周，低壓腔吸入的冷媒被壓縮機(jī)排出，如此周而復(fù)始。與相同制冷量的往復(fù)式壓縮機(jī)比較，轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)零件是其2/3，體積為其1/2，電機(jī)效率高10%以上【1】。由于該壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、工作穩(wěn)定，可以滿足大部分工況的需要。滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)是葉片與滾套壁面之間的泄漏、摩擦和磨損較大，限制了它的工作壽命及效率的提高；并且這種壓縮機(jī)加工精度要求較高。

2改進(jìn)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)特性的技術(shù)方案

在供大于求的市場(chǎng)環(huán)境下，改善滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的特性提高壓縮機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)力成為各壓縮機(jī)廠商的關(guān)注焦點(diǎn)。近幾年，改進(jìn)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的特性方案主要集中在提高壓縮機(jī)的工作效率、和改善壓縮機(jī)的噪聲和振動(dòng)兩個(gè)方面。

2.1壓縮機(jī)的工作效率

提高壓縮機(jī)的工作效率主要從壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)和電機(jī)兩方面入手。

傳統(tǒng)提高壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)的效率采用的措施有：通過零件的優(yōu)化選配，減少零部件的間隙；高精度加工，提高零部件滑動(dòng)部分的精度；選用上軸承定位降低泵體與殼體連接過程中泵體的變形量；改善滾套與上下軸承間的間隙、葉片與氣缸側(cè)面的間隙、葉片與上下軸承見得間隙等。近幾年，采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，引入有限元方法，同時(shí)考慮制冷劑和潤(rùn)滑油的泄露、吸氣加熱損失、余隙中的氣體膨脹等因素，建立滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的數(shù)學(xué)模型來指導(dǎo)設(shè)計(jì)。根據(jù)壓縮機(jī)運(yùn)行過程中參數(shù)的變化規(guī)律，優(yōu)化零部件的設(shè)計(jì)，選取合適的配合間隙，從而提高壓縮機(jī)的泵體泵體效率。

另外，優(yōu)化氣液分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更好的適應(yīng)制冷劑的流動(dòng)要求，也能使壓縮機(jī)的工作效率得到改善。

提高電機(jī)的效率可采用低鐵損高磁通量的新型硅鋼片作為定子和轉(zhuǎn)子的鐵芯材料，改變傳統(tǒng)的繞行技術(shù)，提高電機(jī)的槽滿率，裝配過程中嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙等方案。

2.2縮機(jī)噪聲和振動(dòng)

空調(diào)系統(tǒng)的噪聲和振動(dòng)是衡量空調(diào)器的舒適度和產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)，作為空調(diào)系統(tǒng)的心臟，改善壓縮機(jī)的噪聲和振動(dòng)尤為重要。滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)噪聲聲源主要分為電機(jī)噪聲、機(jī)械噪聲。

機(jī)械噪聲是由排氣閥片的運(yùn)動(dòng)作用、氣體壓力脈動(dòng)以及各種運(yùn)動(dòng)部件激勵(lì)振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。改善排氣閥片的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲措施有兩個(gè)。①優(yōu)化閥片的設(shè)計(jì)，消減閥片的顫振。②采用合適的閥片升程限制器及高度并適當(dāng)增加閥片彈簧阻尼， 都可以大大降低閥片噪聲。亥姆霍茲型消聲室是在改善氣體壓力脈動(dòng)應(yīng)用十分普遍，消聲室即改善低頻噪聲；又增加壓力緩沖孔改善高頻噪聲。另外，改變壓縮機(jī)外殼形狀，盡量增大外殼的剛度， 以便升高其固有頻率， 避開激勵(lì)流量比較高的低頻區(qū)域， 也利于降低壓縮機(jī)的輻射噪聲。

電機(jī)噪聲是由于電機(jī)結(jié)構(gòu)中不同極性相互作用而產(chǎn)生的吸引力使電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子空間氣隙發(fā)生變化，產(chǎn)生磁場(chǎng)振蕩而引起噪聲?？梢酝ㄟ^改進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的子振頻率避開電源諧波頻率，可以大幅降低電磁噪聲；適當(dāng)降低壓縮機(jī)曲軸的偏心量，也可以降低電磁噪聲。

對(duì)于壓縮機(jī)振動(dòng)控制而言，可選擇的減振方法非常多，如配置平衡塊、減振器等。在直流變頻壓縮機(jī)系統(tǒng)中，也可以通過調(diào)整變頻器的參數(shù)改善壓縮機(jī)的振動(dòng)。

3滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的發(fā)展方向

最近幾年滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)逐發(fā)展方向包括綠色環(huán)保、小型化、向新應(yīng)用領(lǐng)域拓展等幾個(gè)方向。

3.1綠色環(huán)保壓縮機(jī)

隨著HCFCs制冷劑淘汰日期的臨近，冷劑的研究已刻不容緩。目前使用的R290（A3）或R32（A2L）的壓縮機(jī)都已投入市場(chǎng)。由于R290具有可燃性，在應(yīng)用于制冷系統(tǒng)時(shí)，要著重考慮其安全性。GB4706.32-2012《家用和類似用途電器的安全熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求》要求通過限制系統(tǒng)的制冷劑充注量提高安全性。R32和R410A兩者的熱物性表現(xiàn)比較類似，然而與后者相比，前者的溫室效應(yīng)指數(shù)減小了2/3，面對(duì)同等溫度環(huán)境時(shí)，兩者的工作負(fù)荷大體一致。R32制冷系統(tǒng)具有較好的制冷效果，在標(biāo)準(zhǔn)工況下，相比R22制冷系統(tǒng)，R32系統(tǒng)的制冷量提高約為42%，COP提高6.8%，系統(tǒng)壓比增加7%，系統(tǒng)性能更穩(wěn)定。所以，R32受到了廣泛關(guān)注。

3.2小型化

壓縮機(jī)小型化不僅節(jié)約資源，而且可以降低制冷劑的充注量，為新型制冷劑的推廣創(chuàng)造了條件。雖然壓縮機(jī)小型化會(huì)影響散熱問題，經(jīng)過不斷的試驗(yàn)研究，一些企業(yè)采用“散熱”的理念解決小型化帶來的過熱問題。目前，針對(duì)壓縮機(jī)過熱的問題，研究的重點(diǎn)主要集中在減少“熱量”產(chǎn)生的方式上。而比較有效的改進(jìn)方案全部是將增強(qiáng)電機(jī)性能作為核心，借此對(duì)發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)行控制。一般情況下，可采用的方法如下：磁場(chǎng)設(shè)計(jì)、改善繞線方式等。

3.3向新應(yīng)用領(lǐng)域拓展

隨著對(duì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)和加工精度的進(jìn)一步提高， 使得滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在低溫領(lǐng)域中同樣具有較高的性能系數(shù)， 因而已成功的應(yīng)用于家用冰箱和冷柜中， 它不僅大幅度縮小了安放壓縮機(jī)的空間， 增大了冰箱和冷柜的有效容積， 同時(shí)還減輕了冰箱和冷柜的整機(jī)重量。

另外，最近兩年也有滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)應(yīng)用到移動(dòng)體空調(diào)的事例，如房車空調(diào)、駐車空調(diào)、電動(dòng)大巴車空調(diào)等?？梢?，轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也在向家用空調(diào)外的其他領(lǐng)域拓展。

4結(jié)論

為了適應(yīng)節(jié)能降耗和舒適性的要求， 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)將不斷改進(jìn)其性能， 向高效節(jié)能、保護(hù)環(huán)境方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越寬。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：沈陽中航三洋制冷設(shè)備有限公司）