多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機技術(shù)進展分析

陳朝波

摘 要：多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機是目前轉(zhuǎn)子式壓縮機的一個重要發(fā)展方向，該類壓縮機在大容量、變?nèi)莺投嗉墘嚎s等方面具有良好的優(yōu)勢。介紹了多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展，對多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機在多級變?nèi)?、雙級補氣增焓等方面的主要技術(shù)發(fā)展進行了綜述，并指出了壓縮機的未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：壓縮機;多缸;變?nèi)?增焓

中圖分類號：TB ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.08.100

0 引言

隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和人們生活水平的逐步提高，空調(diào)、冰箱等制冷領(lǐng)域取得了快速發(fā)展，由此也帶動了其壓縮機使用的增長，推動著制冷壓縮機技術(shù)進步。其中，轉(zhuǎn)子式壓縮機廣泛應(yīng)用在家用空調(diào)等制冷領(lǐng)域，能滿足從高溫到低溫多個溫區(qū)的需求;其技術(shù)水平對整個制冷行業(yè)的發(fā)展具有舉足輕重的影響。而多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機在壓縮機兩級壓縮變?nèi)菁夹g(shù)、兩級壓縮補氣增焓技術(shù)和高效吸排氣技術(shù)等方面具有其獨特的優(yōu)勢，近年來取得了較大的技術(shù)進步，對于多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機的專利申請也呈現(xiàn)較大幅度的增長，這些都極大地促進了我國壓縮機的技術(shù)發(fā)展。

1 多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機技術(shù)進展

圖1為多缸壓縮機的原理結(jié)構(gòu)圖，其在一個密閉殼體內(nèi)，將電機設(shè)置在內(nèi)腔的上方，壓縮機構(gòu)設(shè)置在下方，壓縮機構(gòu)包括低壓缸和高壓缸，可將低壓缸中一個或兩個設(shè)置為變?nèi)莞?，從而實現(xiàn)變?nèi)葸\行和雙級壓縮;氣體從吸氣口吸入后經(jīng)過雙級壓縮從泵體排出后流經(jīng)電機再從排氣管排出壓縮機外部，供制冷系統(tǒng)使用后再進入壓縮進行壓縮實現(xiàn)循環(huán)。

對于轉(zhuǎn)子式壓縮機，在品牌方面，格力、美芝和海立等均為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子式壓縮機龍頭企業(yè)，下面也主要從上述龍頭企業(yè)近年來的專利申請方面對多氣缸壓縮機的技術(shù)發(fā)展進行梳理。由于在多級變?nèi)菁夹g(shù)、多級補氣增焓技術(shù)、高效吸排氣技術(shù)和高可靠性等方面，多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機相對于單缸壓縮機具有其獨性能，因而下面也是從上述四面介紹近年來多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機的技術(shù)進展。

1.1 多級變?nèi)菁夹g(shù)

壓縮機常用的容量調(diào)節(jié)技術(shù)主要有以下三種：①采用兩臺或多臺壓縮機并聯(lián)技術(shù)：采用輸氣量不同的壓縮機，在不同工況下分別開啟排量不同的壓縮機或同時開啟所有壓縮機以滿足使用需求;②轉(zhuǎn)速可控型壓縮機技術(shù)：通過驅(qū)動電機來調(diào)節(jié)壓縮機的運行轉(zhuǎn)速來達到壓縮機容量調(diào)節(jié)的目的;③工作腔卸載技術(shù)：通過調(diào)節(jié)壓縮機內(nèi)各個壓縮腔的排氣量實現(xiàn)壓縮機容量調(diào)節(jié)。對于多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機，由于多個缸體疊置設(shè)置，既可以實現(xiàn)兩個或多級壓縮，又可以實現(xiàn)部分缸體的空轉(zhuǎn)，因而在壓縮機工作腔卸載技術(shù)方面實現(xiàn)壓縮機的雙級壓縮變?nèi)葸\行具有其獨特的優(yōu)勢，也是近年來多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機專利申請的一個技術(shù)熱點。目前的多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機的變?nèi)葜饕峭ㄟ^滑片往復(fù)運動控制來實現(xiàn)的，其原理均為控制滑片在滑片槽內(nèi)的運動實現(xiàn)相應(yīng)氣缸的空轉(zhuǎn)，當(dāng)滑片被限制在滑片槽內(nèi)從而滑片與活塞分離，活塞在氣缸內(nèi)形成空轉(zhuǎn)狀態(tài);而當(dāng)解除滑片限制時，滑片通過彈簧或其它作用力抵接在活塞表面，活塞負(fù)載運行，從而實現(xiàn)壓縮機的變?nèi)葸\行。具體主要包括以下三種控制方式，如圖2所示：

（1）高低壓流體控制。該方式主要是通過在滑片背部腔室內(nèi)或側(cè)面開設(shè)凹槽等結(jié)構(gòu)并通過高壓流體的壓力作用將滑片鎖定在滑片槽內(nèi)，從而通過三通閥等切換機構(gòu)可以對高低壓流體進行切換實現(xiàn)氣缸腔的加載或卸載運行。

（2）鎖止機構(gòu)控制。此方式為在滑片底部位置設(shè)置一個由銷和彈簧組成的鎖止機構(gòu)，并在滑片上設(shè)置卡槽與之配合;同時，通過高低壓流體的壓力切換和彈簧彈力的相互作用推動銷運動從而實現(xiàn)對滑片的鎖定或解除鎖定;在此基礎(chǔ)上，還進一步提出了設(shè)置獨立控制閥來控制高低壓流體的流動實現(xiàn)對滑片的主動控制。

（3）電磁控制。電磁控制方式主要是通過電磁力實現(xiàn)對滑片鎖定或解除鎖定的控制，在滑片上設(shè)置磁性體或者將滑片設(shè)置為具有磁性，通過外部的永磁體或其它的電磁結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對滑片鎖定或解除鎖定。

對于多缸壓縮機，根據(jù)需要選擇其中的一個氣缸作為變?nèi)莞?，通過以上各種控制機構(gòu)可以有效實現(xiàn)變?nèi)莞椎臐M負(fù)荷工作或空轉(zhuǎn)，從而可以有效調(diào)節(jié)壓縮機的容量;并可以進一步實現(xiàn)多級壓縮。同時，在多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機中，還可以將多個缸體設(shè)置為并列運行，均設(shè)置有變?nèi)菘刂茩C構(gòu)，從而可以更加靈活地控制壓縮機的排量，實現(xiàn)更大范圍的變?nèi)菘刂啤?/p>

1.2 雙級補氣增焓技術(shù)

多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機的雙級補氣增焓技術(shù)是將低壓級和高壓級設(shè)置在同一壓縮機的不同缸體內(nèi)，高、低壓級間通過中壓流體通道或中壓流體腔室連接，構(gòu)成兩級壓縮;圖3為雙級補氣壓縮機制冷循環(huán)原理圖，通過閃蒸器的經(jīng)過一級節(jié)流后的飽和氣態(tài)制冷劑補入壓縮機兩級壓縮的中間腔內(nèi)，與低壓級氣缸的排氣混合后進入高壓級氣缸的吸氣腔再進行二級壓縮，從而改善壓縮過程提高壓縮機COP。

在實現(xiàn)多級壓縮方面，多缸壓縮機由于具有兩個或三個甚至更多個缸體，其在多級壓縮機方面存在更大的優(yōu)勢。近年來針對多級壓縮機的專利申請，雙級壓縮補氣增焓技術(shù)也是一大熱點，對于多缸壓縮機，其補氣結(jié)構(gòu)主要是通過設(shè)置混合腔實現(xiàn)對中間壓流體的補氣增焓，混合腔可以設(shè)置在上氣缸上部、下氣缸下部或者中間隔板上，或者直接利用電機腔作為混合腔進行補氣增焓，或者直接對壓縮腔進行補氣增焓;而在補氣流體的引入上，既有利用制冷回路中的閃蒸器引入補氣流體，也可直接引入冷凝器出來的流體;上述各種補氣增焓方式極大地提高了多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機的COP。

1.3 高效吸排氣技術(shù)

在吸排氣結(jié)構(gòu)方面，與單缸壓縮機相比，多缸壓縮機也存在其獨特的進排氣結(jié)構(gòu)。在吸氣方面，與單缸壓縮機相比，由于缸體之間存在隔板結(jié)構(gòu)，因而也發(fā)展出了多種不同的吸氣結(jié)構(gòu)，包括直接從缸體上下端部的軸承吸氣，直接從缸體吸氣，也包括從隔板吸氣，或者上述吸氣方式的各種組合;而對于多個氣缸的結(jié)構(gòu)，進一步發(fā)展出了采用獨立吸氣結(jié)構(gòu)對每個氣缸進行吸氣或者通過同一進氣通道進入泵體后再在泵體內(nèi)開設(shè)分支通道對各個氣缸進行吸氣的結(jié)構(gòu);同時，在多缸壓縮機中，吸氣和排氣結(jié)構(gòu)也都充分利用了隔板這一特點結(jié)構(gòu)，可以在隔板上設(shè)置緩沖腔用于吸氣或排氣的消音結(jié)構(gòu)，從而提高整個壓縮機的降噪效果。而在排氣結(jié)構(gòu)方面，也存在以下幾種不同的排氣方式：直接將壓縮后的高壓氣體通過上部消音腔排出、向?qū)⒏邏簹怏w經(jīng)下部消音腔消音后再通過上部消音腔消音再排出壓縮機殼體等均能夠有效降低排氣噪音;這些對于降低吸排氣阻力改善壓縮機吸排氣效率效果顯著。

1.4 高可靠性

多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機在降低泄漏、提高泵體強度和提高裝配的可操作性等可靠性方面明顯改善。例如，采用缸體與隔板一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高泵體的強度，如圖4所示;同時，為了降低多缸體結(jié)構(gòu)對曲軸裝配的影響，提出了一種分離式曲軸結(jié)構(gòu)，將曲軸上的一個偏心結(jié)構(gòu)設(shè)置為分離式，從而方便曲軸通過隔板后再進行裝配，降低了裝配難度。這些都極大地提高了壓縮機的可靠性。

2 結(jié)束語

小型化、變?nèi)萘?、電機優(yōu)化和新冷媒是未來轉(zhuǎn)子式壓縮機發(fā)展趨勢，其中，變?nèi)萘考夹g(shù)成為未來發(fā)展主要方向;目前我國已發(fā)展成為制冷壓縮機產(chǎn)品的生產(chǎn)大國，但還不是制冷壓縮機產(chǎn)品強國。由于多缸轉(zhuǎn)子式壓縮機在上述的多級變?nèi)菁夹g(shù)、多級補氣增焓技術(shù)等方面具有較好的優(yōu)勢，該類型壓縮機必然能夠獲得進一步的發(fā)展，取得更大的技術(shù)進步。

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