渦旋式制冷壓縮機技術(shù)的現狀與發(fā)展

近十年來(lái)，渦旋式制冷壓縮機開(kāi)始走進(jìn)人們的生活。作為一種新形式的制冷壓縮機，它是目前為先進(jìn)、完善的壓縮機。20 世紀初，Cruex 研究并發(fā)明了渦旋式制冷壓縮機，但由于當時(shí)渦旋型線(xiàn)加工設備不先進(jìn)，并未得到快速發(fā)展。20 世紀末，渦旋式壓縮機得到進(jìn)一步利用和發(fā)展。我國在商用空調和柜式空調領(lǐng)域內廣泛使用渦旋式制冷壓縮機，為人們的生活和工作帶來(lái)了很大方便。

1、渦旋式制冷壓縮機簡(jiǎn)介

1.1渦旋式制冷壓縮機概述

渦旋式制冷壓縮機是一種容積使壓縮制冷壓縮機，壓縮部件由靜動(dòng)渦旋盤(pán)組成，包括具有使通過(guò)壓縮機殼體內部氣體分路流動(dòng)方式以減少夾帶的油的特征。殼體內，很多氣體向上流動(dòng)來(lái)降低向下流動(dòng)朝向油量。為了達到此目的，壓縮機中電動(dòng)機可使用套筒包圍。此套筒中的引導氣流通道處于電動(dòng)機的上定子端與下定子端中。在一些具體的例子中，與在定子與電動(dòng)機殼體間的兩氣體通道重要地對吸入進(jìn)口定位。此進(jìn)口內部的位置使一通道接納進(jìn)入氣體與此流動(dòng)，分為沿著(zhù)相反的方向流動(dòng)，也就是向下流動(dòng)、向上流動(dòng)。同時(shí)，吸入擴散件、擋板等也能有利于分離汽油。

1.2渦旋式制冷壓縮機工作的基本原理

渦旋式制冷壓縮機是由兩個(gè)雙函數方程型線(xiàn)的動(dòng)渦盤(pán)與靜渦盤(pán)組合而成。在壓縮和吸氣中，在機架上固定靜盤(pán)，動(dòng)盤(pán)是由驅動(dòng)偏心軸驅動(dòng)并受防自動(dòng)轉機機構的限制，在靜盤(pán)基圓中心圍繞，作小幅度的平面轉動(dòng)。氣體在空氣濾芯吸入靜盤(pán)外圍，在偏心軸的旋轉下，在動(dòng)盤(pán)和靜盤(pán)的噬合下，氣體組合而成多個(gè)月牙，形成了壓縮腔內壓縮機。

1.3渦旋式制冷壓縮機的主要特點(diǎn)

由于渦旋壓縮機的特殊設計，已經(jīng)被譽(yù)為節能壓縮機。渦旋壓縮機中的渦盤(pán)是主要運行件，一般情況下，只有齪合，并不會(huì )磨損。由于使用期限很長(cháng)，被稱(chēng)之為超靜壓縮機。渦旋式壓縮機具有多種優(yōu)勢，如重量輕、結構*、振動(dòng)頻率小、輸氣平穩等，被普遍利用在運輸業(yè)、工業(yè)和食品業(yè)中。渦旋式壓縮機結構部件有：驅動(dòng)軸，可按照順時(shí)針或者逆時(shí)針?lè )较蛐D；氣缸，形成相應大小的內部面積；滾輪，在氣缸四周面內接觸，并在偏心部四面旋轉，可沿著(zhù)周面開(kāi)始滾動(dòng)運動(dòng)，并與內周面形成用于吸入流體的腔室；機油流路，在軸承和驅動(dòng)軸之間設置，并有機油均勻流動(dòng)；排出端口，有利于流體腔室的連通；端口的吸引，它們在流體腔室連通，并能夠以相應的角度來(lái)隔離。

2、研究渦旋式制冷壓縮機技術(shù)的實(shí)際情況

渦旋式制冷壓縮機技術(shù)一般圍繞調節變容量、拓展運行范圍、研究零部件等方面發(fā)展。這幾個(gè)方面的功能不一，每個(gè)方面都非常關(guān)鍵，為推動(dòng)渦旋式制冷壓縮機技術(shù)發(fā)揮著(zhù)不可代替的作用。

2.1零件研究

在開(kāi)發(fā)渦旋式制冷壓縮機中，一般針對如下幾方面進(jìn)行。一是優(yōu)化渦盤(pán)與型線(xiàn)，廣泛運用渦旋式制冷壓縮機空氣和結構力學(xué)的學(xué)科融合方法，對渦旋型線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化。在加大力度研究客戶(hù)開(kāi)發(fā)渦盤(pán)材料中，進(jìn)一步強化渦盤(pán)熱力性能。二是摩擦與潤滑零部件，需更加深入地研究渦盤(pán)的潤滑性，建立完善的設計渦旋式制冷壓縮機渦盤(pán)摩擦潤滑方案。方案中標注設計中需要注意的問(wèn)題，具體設計中要對應注意的問(wèn)題格外細心和謹慎。三是利用柔性機構，盡可能防止泄露，強化渦旋式制冷壓縮機的使用質(zhì)量；四是電機。這類(lèi)型的電機包括三種，即永磁同步電機、開(kāi)關(guān)磁阻電機、異步感應電機。其中，永磁同步電機具備質(zhì)量好、體積小等優(yōu)勢，受到了人們的廣泛重視，其技術(shù)也越來(lái)越成熟。永磁同步電機正逐步代替傳統的異步電機變頻調速。

2.2調節變容量

從渦旋式制冷壓縮機實(shí)際情況上講，調節容量的壓縮機技術(shù)只有兩種，分別是變頻渦旋技術(shù)和數碼渦旋技術(shù)。

2001 年，谷輪企業(yè)正式向市場(chǎng)推出數碼渦旋技術(shù)。此技術(shù)具有控制簡(jiǎn)單、使用效率高、容量范圍大、系統零件少、無(wú)電磁干擾等優(yōu)勢，剛剛推出就受到了各大企業(yè)的廣泛歡迎和使用。當前，在渦旋式制冷壓縮機中，變頻技術(shù)的應用已非常成熟。當前，全封閉渦旋式制冷壓縮機的變頻調節包括二種方式，即交流變頻方式和直流變速方式。變頻調節是為了防止多次的開(kāi)機和關(guān)機，以降低這部分的經(jīng)濟損失。但是，變頻調節控制技術(shù)除了具有溫度波動(dòng)小、控制精度高等優(yōu)勢，其不足在于成本較高。變頻器自身就具有耗能特點(diǎn)，且存在電磁干擾問(wèn)題。從調節能量上講，無(wú)論是變頻技術(shù)還是數碼渦旋技術(shù)，其優(yōu)勢各異。但是，從當前*上講，變頻技術(shù)比數碼渦旋技術(shù)更受人們的歡迎和青睞。

2.3替代制冷劑的研究

當前，渦旋式制冷壓縮機中的制冷劑取代包括兩項工作，

即開(kāi)發(fā)CO2、開(kāi)發(fā)R32R32 壓縮機。與以前的壓縮機對比來(lái)講，CO2 壓縮機具有結構尺寸小、吸排氣壓差大等特征。CO2 渦旋式制冷壓縮機結構方式以全封閉形式為主，排氣量與日常使用的制冷劑小很多，一般應用在汽車(chē)空調、熱泵熱水器系統中。

2.4 拓展運行范圍

渦旋式制冷壓縮機運行范圍拓展技術(shù)中包括補氣技術(shù)、吸氣噴液。渦旋式制冷壓縮機的壓比受渦旋盤(pán)工作溫度的影響。噴液冷卻是確保渦旋盤(pán)與軸承正常運作的主要手段。

當前，渦旋式制冷壓縮機采納了降低排氣溫度技術(shù)。在向中間級壓縮腔對制冷劑進(jìn)行噴射中，壓縮功會(huì )隨之增加，在增大制冷劑的噴入比下，壓縮機的排氣溫度會(huì )隨之降低，噴入制冷劑會(huì )影響潤滑油溫度，降低其溫度，進(jìn)而降低壓縮機功能的繼續增加。低溫環(huán)境中，為了使熱泵能夠繼續穩定運作，可使用經(jīng)濟器強化熱泵在低溫環(huán)境運作中的性能。通過(guò)研究在溫度較低地區中所使用的熱泵技術(shù)后發(fā)現，使用渦旋式制冷壓縮機經(jīng)濟系統能夠顯著(zhù)強化熱泵制熱量，并且還能解決壓縮機排氣溫度太高這一問(wèn)題。另外，使用吸氣管直接噴入液體也能夠降低吸氣的過(guò)熱度。上述冷卻內部方法各有應用優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，需結合實(shí)際情況，根據噴液系統成本較低和結構簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，針對性選擇相應的冷卻方法，以快速完成冷卻工作。

3、渦旋式制冷壓縮機產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展方向

3.1產(chǎn)品發(fā)展方向

與轉子式壓縮機對比，渦旋式制冷壓縮機獲取的利潤較為可觀(guān)，在空調領(lǐng)域內有著(zhù)廣闊的應用前景。在渦旋式制冷壓縮機一些技術(shù)越發(fā)成熟的情況下，它在熱泵行業(yè)和冷凍冷藏行業(yè)也獲得了應用。將來(lái)渦旋式制冷壓縮機將會(huì )在熱泵與冷凍冷藏領(lǐng)域中得到更加普遍的應用，也將在這些領(lǐng)域應用中挖掘出更多的應用價(jià)值。

在逐步解決轉子式壓縮機大功率機型這一技術(shù)難題下，大功率直流變頻轉子式壓縮機得到了重視和研究，已經(jīng)在我國市場(chǎng)中得到應用。成本上，大功率轉子式變頻壓縮機具有很大的應用優(yōu)勢。但綜合對比來(lái)講，無(wú)論是大功率轉子式變頻壓縮機還是渦旋式制冷壓縮機，其都有各自的優(yōu)勢和不足，應結合實(shí)際應用情況，選擇佳形式的壓縮機。渦旋式制冷壓縮機具有多臺并聯(lián)機的效能，在市場(chǎng)中有資格與單機頭螺桿式制冷壓縮機展開(kāi)競爭。在冷凍冷藏市場(chǎng)中，渦旋式制冷壓縮機得到了普遍應用，在小型冷庫市場(chǎng)中增加顯著(zhù)。

在日本，已經(jīng)開(kāi)始批量生產(chǎn)CO2 渦旋式制冷壓縮機，廣泛應用于CO2 熱泵熱水器，有效解決了R32 渦旋式制冷壓縮機技術(shù)?？梢?jiàn)，R32 渦旋式制冷壓縮機和CO2 渦旋式制冷壓縮機定會(huì )得到令人滿(mǎn)意的應用效果。在新能源汽車(chē)的快速發(fā)展下，電動(dòng)汽車(chē)空調壓縮機市場(chǎng)以掩耳不及迅雷之勢得以快速發(fā)展，而以渦旋結構為主的電動(dòng)汽車(chē)空調壓縮機勢必會(huì )得到進(jìn)一步發(fā)展。

3.2 技術(shù)發(fā)展方向

分析渦旋式制冷壓縮機的實(shí)際應用狀況，歸納日后幾年內渦旋式制冷壓縮機的發(fā)展方向。

（1）提能，利用對采用渦旋式制冷壓縮機流體和結構力學(xué)等各個(gè)學(xué)科組合而成的方法整合渦旋型線(xiàn)，尋求簡(jiǎn)化加工的方法。通過(guò)研究發(fā)現，隨著(zhù)對密封要求的提高，其機械摩擦損失越低。簡(jiǎn)言之，潤滑性能要求的高低與機械摩擦損失的大小成反比。對壓縮機平衡機構的完善和改進(jìn)，尤其是平衡軸向氣體力，可進(jìn)而強化渦旋式制冷壓縮機工作的有效性和可靠性。此外，需加大力度研究變頻電機，提高其負荷能效。

（2）對結構要求高，新型的制冷工質(zhì)對設計渦旋式制冷壓縮機結構有著(zhù)更高要求，尤其是研究R32 與CO2 渦旋式制冷壓縮機，必然會(huì )成為將來(lái)研究的重點(diǎn)。

（3）拓展運行領(lǐng)域，深程度研究補氣增燴技術(shù)，強化拓展渦旋式制冷壓縮機運行領(lǐng)域出現的一些技術(shù)問(wèn)題探討，尤其要探討在熱泵中的實(shí)際應用。

（4）輕量化技術(shù)，在人們逐漸注重舒適性下，渦旋式制冷壓縮機中的降低噪聲技術(shù)已被重視。輕量化技術(shù)的研究從電機和材料層面著(zhù)手，以推動(dòng)渦旋式壓縮機輕量化技術(shù)的廣泛利用。

可見(jiàn)，渦旋式制冷壓縮機結構精密，具有振動(dòng)小、噪聲小、運行穩定等優(yōu)勢。在制冷空調行業(yè)中，渦旋式制冷壓縮機有著(zhù)非?？捎^(guān)的應用前景。但結合實(shí)際情況來(lái)講，我國對渦旋式制冷壓縮機技術(shù)的研究起步較晚，尚有很多不完善之處。針對這種情況，我國應積極借鑒其他國家研究渦旋式制冷壓縮機的經(jīng)驗，結合我國的實(shí)際情況，有效解決我國渦旋式制冷壓縮機技術(shù)應用中存在的問(wèn)題，進(jìn)而推動(dòng)我國社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展。