空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)高效化的技術(shù)手段

1、引 言

為實(shí)現(xiàn)“十一五”節(jié)能減排的目標(biāo)，空調(diào)行業(yè)已經(jīng)成為國(guó)家降低能耗的重要整改對(duì)象之一。相關(guān)文獻(xiàn)指出:在部分家庭中，空調(diào)用電量達(dá)到家庭總用電量的25%左右，而壓縮機(jī)耗電量占空調(diào)用電總量的80%。所以，如何提高壓縮機(jī)的能效，成為制冷行業(yè)的重要課題。

本文主要針對(duì)空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)的高效化技術(shù)手段進(jìn)行了一些探討，以下就這些探討進(jìn)行詳細(xì)的論述。

2、渦旋壓縮機(jī)工作原理簡(jiǎn)介

渦旋壓縮機(jī)是一種借助容積變化實(shí)現(xiàn)制冷劑壓縮的流體機(jī)械，利用一對(duì)圓漸開(kāi)線可以互相嚙合成多個(gè)封閉腔體的原理，將制冷劑從渦旋盤(pán)最外側(cè)吸氣腔逐步擠壓至中心腔體排出。其壓縮過(guò)程如圖1所示。

渦旋壓縮機(jī)具有效率高、體積小、質(zhì)量輕、噪音低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點(diǎn)。

3、渦旋壓縮機(jī)的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)的空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)分為低壓腔結(jié)構(gòu)和高壓腔結(jié)構(gòu)。圖2為低壓腔結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為高壓腔結(jié)構(gòu)示意圖。

低壓腔結(jié)構(gòu)如圖2所示，高低壓分隔板將整個(gè)殼體分為兩個(gè)獨(dú)立的密閉腔體，電機(jī)安裝在下部空腔。低溫低壓的制冷劑經(jīng)吸氣管充滿下部腔體，再經(jīng)渦旋盤(pán)壓縮后排入上部的密閉緩沖腔，最后由排氣管排出壓縮機(jī)。

高壓腔結(jié)構(gòu)如圖3所示，低溫低壓的制冷劑經(jīng)吸氣管直接進(jìn)入渦旋盤(pán)內(nèi)被壓縮成高溫高壓的氣體，經(jīng)中心壓縮腔排出，最后在殼體內(nèi)冷卻電機(jī)后由排氣管排出。

4、渦旋壓縮機(jī)高效化的方向

渦旋壓縮機(jī)高效化的技術(shù)手段主要有以下幾個(gè)方向:

4.1 調(diào)節(jié)壓縮腔供油量

壓縮腔的潤(rùn)滑大部分采用油氣潤(rùn)滑(吸氣時(shí)制冷劑中帶入的油)，其密封均是以油膜密封的形式進(jìn)行，所以壓縮腔的供油量與泄漏損失成為影響容積效率關(guān)鍵因素。

以圖3所示的渦旋壓縮機(jī)為例，其調(diào)節(jié)壓縮腔供油量方式是通過(guò)如圖4所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。該油路通道由曲軸油孔、支架儲(chǔ)油腔、密封圈和動(dòng)渦旋盤(pán)共同構(gòu)成。儲(chǔ)油腔里的油位于高壓區(qū)，被不斷壓入低壓的吸氣腔內(nèi)。通過(guò)調(diào)節(jié)密封件與動(dòng)盤(pán)的間隙，改變密封件截面形狀，可以調(diào)節(jié)壓縮腔的供油量。節(jié)流率的和容積效率的關(guān)系見(jiàn)圖5。

通過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)，找到合適的壓縮腔供油量和調(diào)節(jié)手段，能夠有效提升容積效率。

4.2 潤(rùn)滑油路與摩擦損失優(yōu)化

潤(rùn)滑油路均是采取將底部油池中的潤(rùn)滑油通過(guò)中空的曲軸供到支架空腔中，然后以不同形式分配到軸承、十字滑環(huán)、渦旋盤(pán)接觸平面及壓縮腔中的。

在壓縮機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油在壓縮機(jī)內(nèi)從底都上升到支架儲(chǔ)油槽的動(dòng)力來(lái)源，主要有三種形式:壓差供油、壓差結(jié)合離心供油、容積泵供油。

供油量的確定與曲軸轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑油的粘度、油孔孔徑和壓差等有直接關(guān)系。其中壓差、曲軸轉(zhuǎn)速對(duì)潤(rùn)滑油流量的影響見(jiàn)圖6。

同樣，儲(chǔ)油槽分配給其他部件時(shí)，也需要選取最優(yōu)值以降低摩擦損失。

而摩擦損失的降低，除與潤(rùn)滑油路有關(guān)外，與零部件的摩擦副結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、表面形狀等也有極其密切的關(guān)系。

4.3 氣體通路的優(yōu)化

選取合適的排氣通道，能夠有效地降低湍動(dòng)能等參數(shù)，降低機(jī)械能損失;而在吸氣通路中，吸入制冷劑因冷卻電機(jī)造成的過(guò)熱量與通流面積大小等有直接關(guān)系。因此，通過(guò)優(yōu)化氣體通路可以減小吸氣過(guò)熱對(duì)容積效率的影響，并減少流體損失等。

4.4 電機(jī)效率的提升

在能效標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)和市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，渦旋壓縮機(jī)電機(jī)經(jīng)歷了多階段的發(fā)展歷程。如圖7所示，從早期的交流感應(yīng)電機(jī)發(fā)展到目前的集中卷線電機(jī)，電機(jī)效率與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總效率均得到了顯著提升。

4.5 各方面的改進(jìn)和創(chuàng)新

材料、工藝的發(fā)展，技術(shù)思維的拓展以及整機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和創(chuàng)新，不斷提升著渦旋壓縮機(jī)的性能。如新型軸承的使用和摩擦副表面處理工藝創(chuàng)新帶來(lái)的摩擦損失降低，多旁通卸載閥帶來(lái)的泵體效率提升，加工工藝創(chuàng)新帶來(lái)的渦旋間隙精確控制等，正逐步應(yīng)用在空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與制造中。

5、結(jié) 論

渦旋壓縮機(jī)與其他壓縮機(jī)一樣，其高效化是圍繞著容積效率、機(jī)械效率和電機(jī)效率三方面進(jìn)行的。

以上所闡述的高效化的手段，均是對(duì)應(yīng)以上三個(gè)方面的效率提升。在運(yùn)用時(shí)，需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)加以選擇和組合運(yùn)用。

本文從原理及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)上對(duì)各種高效化手段進(jìn)行了闡述，但具體實(shí)施有待于進(jìn)一步試驗(yàn)和研究。