提高冰箱壓縮機(jī)功效的幾點(diǎn)思考

【摘 要】冰箱的壓縮機(jī)是整個(gè)機(jī)體的核心工作部件，占據(jù)機(jī)械工作和電能結(jié)合的統(tǒng)領(lǐng)地位。如果壓縮機(jī)出現(xiàn)任何問(wèn)題都會(huì)對(duì)冰箱的一個(gè)、多個(gè)甚至是整體具有至關(guān)重要的影響，另外，某個(gè)組織構(gòu)件的不合理或出現(xiàn)不與出廠時(shí)壓縮機(jī)的工作性能保持一致，也將會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致整體的運(yùn)行功能機(jī)制下降。在生產(chǎn)制造壓縮機(jī)的過(guò)程中由于其高度精密所以對(duì)其加工過(guò)程要求極為嚴(yán)格。本文將從冰箱壓縮機(jī)的其他幾個(gè)核心功能部分來(lái)闡述提高冰箱壓縮機(jī)功效的途徑。

【關(guān)鍵詞】高效壓縮機(jī)；設(shè)計(jì)；COP值；氣閥；電機(jī)；軸承

冰箱對(duì)于一般家用來(lái)說(shuō)是現(xiàn)代生活的一項(xiàng)必要保證，對(duì)于食物的制冷保鮮來(lái)說(shuō)，冰箱是再合適不過(guò)的電氣，能夠保證冰箱正常運(yùn)轉(zhuǎn)為人所用的就是壓縮機(jī)，其工作時(shí)能夠起到主導(dǎo)作用，但支持壓縮機(jī)工作的主要部件也是維護(hù)冰箱正常工作的基本部件主要有氣閥、電機(jī)、軸承、冷凍機(jī)油、殼體等。這些部件能否正常的功能主要影響到壓縮機(jī)的性能好壞，冰箱的最重要功能就是不同程度的制冷，而制冷主要靠壓縮機(jī)的工作來(lái)完成，所以壓縮機(jī)的作用至關(guān)重要，另外在制作壓縮機(jī)的過(guò)程中，由于壓縮機(jī)不能受到一點(diǎn)水分的侵入，所以精加工工作要做到位，不能存在任何的有效雜質(zhì)進(jìn)入使其工作缺失，首先要堅(jiān)持中性處理，工質(zhì)要求不僅不能含有酸性物質(zhì)或是任何雜質(zhì)或是物質(zhì)在制作過(guò)程中出現(xiàn)的任何含酸性的雜質(zhì)，這樣看來(lái)對(duì)于壓縮機(jī)的制作也需要一番精挑細(xì)選，還要注意選用與之相配套的工藝和實(shí)驗(yàn)證明與之匹配的參數(shù)。

一、冰箱壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為了能夠達(dá)到整體制冷的效果，冰箱壓縮機(jī)多數(shù)還是會(huì)選用往復(fù)活塞式，這種形式的壓縮機(jī)能夠滿足當(dāng)前冰箱的使用特點(diǎn)和基本需求，而對(duì)于位置的選擇又分為上方安置和下方安置兩種供選用，這也是目前使用最多的兩種，上方安置的使用品牌以松下壓縮機(jī)為主，而電機(jī)下方安置的主要以恩布拉科品牌壓縮機(jī)為主，當(dāng)然國(guó)內(nèi)也有廣州上置和江浙的下置壓縮機(jī)與之相對(duì)應(yīng)。這也是根據(jù)冰箱的使用或是制造特點(diǎn)所需來(lái)選擇。上置的壓縮機(jī)其特點(diǎn)主要聚焦在汽缸浸在冷凍機(jī)油里，這樣就能保證在壓縮機(jī)工作的同時(shí)排放出的熱量依然能夠保證被降溫，它的缺點(diǎn)是通過(guò)稀有毛細(xì)管吸入的油不能在活塞與氣缸之間很好的起到的減小摩擦的作用，這是因?yàn)?，從稀有毛?xì)管中吸入的油雖然能夠從進(jìn)入到汽缸里，但是能夠吸入的油量很少，不能滿足潤(rùn)滑的需要，雖然能夠?qū)钊c汽缸的摩擦副起到略小的潤(rùn)滑的作用，但卻能通過(guò)冷氣機(jī)對(duì)排氣閥的閥片的油量來(lái)降低轉(zhuǎn)動(dòng)中減少摩擦起到作用。對(duì)于電機(jī)置于下方的壓縮機(jī)，其電機(jī)同樣被浸在冷凍機(jī)油里，都是為了滿足能夠?qū)﹄姍C(jī)工作產(chǎn)生的溫度不斷的降溫，此時(shí)下方的地理位置能夠?qū)⒏嗟臋C(jī)油通過(guò)向心力被汽缸獲取，從而進(jìn)行潤(rùn)滑的作用，此時(shí)可以滿足活塞與氣缸摩擦副的潤(rùn)滑所需要的油量。雖然保證了活塞與氣缸的摩擦減小，但是與上置壓縮機(jī)冰箱相比而言卻不能滿足對(duì)于氣缸的冷卻。

二、壓縮機(jī)主要設(shè)計(jì)分析

（1）對(duì)于不同容積冰箱的設(shè)計(jì)。隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，單一的容積量已經(jīng)不能很好的滿足對(duì)于冰箱使用的要求，于是開(kāi)始制造生產(chǎn)不同大小的冰箱以滿足人們根據(jù)自身需要的選擇。在對(duì)不同容積的冰箱安裝壓縮機(jī)的時(shí)候，要根據(jù)所要制冷的力度來(lái)選擇，在批量生產(chǎn)中已經(jīng)對(duì)于上置和下置的壓縮機(jī)形成了定式，只能通過(guò)改變其中某個(gè)部分來(lái)滿足對(duì)于的不同型號(hào)冰箱制冷量的需要。所以通過(guò)改變氣缸的容積來(lái)進(jìn)行調(diào)整制冷量。一般可調(diào)的范圍從50w～400w之間波動(dòng)。而不同的氣缸主要區(qū)別在于其缸徑的大小和曲軸的偏心量的不同，這樣做的目的還能有助于經(jīng)濟(jì)效益的更大化，降低投入的資本，所以也逐漸被更多的生產(chǎn)廠家接受，目前未使用該種技術(shù)的廠家微乎其微。不同的參數(shù)形成的組合能夠構(gòu)成所需要的氣缸容積。（2）氣閥設(shè)計(jì)。首先排氣閥有5個(gè)主要的部分構(gòu)成，一對(duì)排氣閥片、排氣閥墊片、定位銷(xiāo)片、排氣閥簧片、限位板。這種多部件組成的是相對(duì)比較復(fù)雜且體積較大的排氣閥，同樣也有瘦身版的如吸氣閥的體積相似，都是只通過(guò)一排排氣閥片來(lái)完成工作。而為了能夠提高壓縮機(jī)的電機(jī)效率，則要采用凹形閥板的設(shè)計(jì)，這種凹形閥板是主要通過(guò)凹下的一部分來(lái)降低原本的閥板的厚度，從而來(lái)降低余隙容積。雖然在組成上，凹形閥板與常規(guī)的排氣閥有部分減少，但是其工作和設(shè)計(jì)的基本構(gòu)思和原理是一致的。將設(shè)計(jì)進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，普通的排氣閥的余隙容積僅為整體的三分之一左右，所以其余的三分之二依舊受到壓縮機(jī)的機(jī)構(gòu)帶來(lái)的不利影響，但是可以通過(guò)無(wú)限量的不斷的減少排氣孔形成的余隙容積，但首先要保證最小化。所以采用凹型閥板即可將容隙降低到一半，從而來(lái)保證壓縮機(jī)能夠有效的提高功率。而對(duì)于凹形閥板設(shè)計(jì)主要涉及到COP的提高，其制作工序主要出現(xiàn)的問(wèn)題還是停留在對(duì)于閥板的凹陷度，由于經(jīng)過(guò)雙面磨的閥板很容易在加深凹陷度的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)變形的情況，于是我們選用新型的低碳鋼閥板來(lái)替代原有的材料的缺點(diǎn)，通過(guò)在設(shè)計(jì)中對(duì)活塞上面的排氣孔進(jìn)行合理的設(shè)置來(lái)使余隙容積不斷減少，來(lái)滿足容積的需要。（3）電機(jī)設(shè)計(jì)。在之前多數(shù)的冰箱采用的多維相異步電動(dòng)機(jī)，由于國(guó)內(nèi)之前對(duì)于冰箱的銷(xiāo)售量很大，所以對(duì)于生產(chǎn)和制造這種電動(dòng)機(jī)已經(jīng)沒(méi)有什么技術(shù)層面的問(wèn)題，但是在對(duì)于生活要求質(zhì)量不斷提高的今天，我們才發(fā)現(xiàn)這種電機(jī)需要被一種更高速的電機(jī)來(lái)取代，因?yàn)楝F(xiàn)代環(huán)境要求我們?cè)诩夹g(shù)程度發(fā)達(dá)起來(lái)的同時(shí)應(yīng)該節(jié)能降耗。首先從設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)主要通過(guò)以下方法來(lái)使其更高效：選用高磁感低損耗的硅鋼片；加大沖片截面積；提高槽滿率；減小定子端部尺寸等。從工藝上，提高電機(jī)效率主要有以下措施：對(duì)定轉(zhuǎn)子沖片進(jìn)行退火處理；轉(zhuǎn)子采用自扣工藝，精密壓鑄后不對(duì)外圓進(jìn)行機(jī)加工；定子沖片采用鉚接工藝，不進(jìn)行焊接；采用手工下線，可進(jìn)一步提高定子線圈的槽滿率等。將以上所有理論應(yīng)用到實(shí)際中去后發(fā)現(xiàn)，電機(jī)最高點(diǎn)效率發(fā)生了變化。同時(shí)在運(yùn)行時(shí)也有所提高。從最初的70％躍升到近90％。經(jīng)過(guò)這樣的處理使電機(jī)能夠減少對(duì)于外部能源的需要也就是輸入功率，另外可以因在工作中釋放的熱量減少，則減少冷卻過(guò)程的功率。所以其提升的意義重大。（4）軸承設(shè)計(jì)。定子下置系列一般采用與汽缸座連體的軸承設(shè)計(jì)，定子上置系列采用獨(dú)立軸承設(shè)計(jì)，用螺釘緊固裝配到汽缸座上，均采用單主軸承設(shè)計(jì)。采用獨(dú)立軸承設(shè)計(jì)的機(jī)型比較容易實(shí)現(xiàn)，外形安裝性能稍為好些。這兩種設(shè)計(jì)最大的共同優(yōu)點(diǎn)就是都能夠減低噪音污染對(duì)于人的生活影響，另外還能夠降低輻射對(duì)人的侵害。在日益對(duì)于噪音要求逐漸提高的今天，這種設(shè)計(jì)工藝必然得到更為廣泛的推崇。（5）冷凍機(jī)油。制冷壓縮機(jī)用的冷凍機(jī)油的作用是：潤(rùn)滑，以使運(yùn)動(dòng)部件的摩擦和磨損最??；密封，防止制冷氣體由高壓側(cè)漏入低壓側(cè)；冷卻，降低壓縮機(jī)內(nèi)部的工作溫度。壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需要選擇與制冷劑和壓縮機(jī)型號(hào)最適應(yīng)的冷凍機(jī)油，注意以下幾方面的問(wèn)題：一是低溫互溶性好，保證系統(tǒng)在低溫下的回油；二是高溫互溶性好，保證系統(tǒng)在高溫下的回油；三是耐熱性及對(duì)制冷劑具有高溫穩(wěn)定性，即使在高溫時(shí)與制冷劑發(fā)生接觸，也不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；四是絮凝點(diǎn)低，在節(jié)流過(guò)程中，制冷劑溫度逐漸降低的情況下，也不會(huì)產(chǎn)生油臘，而堵塞毛細(xì)管；五是對(duì)干燥過(guò)濾器中的分子篩或硅膠具有化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)能與壓縮機(jī)里漆包線等絕緣材料及制冷系統(tǒng)中的其他材料兼容；六是冷凍機(jī)油的粘度合適，以形成液體潤(rùn)滑以及承受一定載荷的油膜，保證壓縮機(jī)可靠性。無(wú)論哪種物質(zhì)都要在正常狀態(tài)下才能進(jìn)行有效的工作，包括潤(rùn)滑油和制冷劑，同時(shí)也需要注意兩者在何種情況下是非常態(tài)。在溫度高的情況下，潤(rùn)滑劑的粘度會(huì)降低，另一方面潤(rùn)滑油會(huì)溶解部分制冷劑也會(huì)使冷凍機(jī)油的粘度降低，潤(rùn)滑條件惡化。

三、提高壓縮機(jī)效率的設(shè)計(jì)

在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中，還有一些好的辦法可以提高壓縮機(jī)的功效，但并不是針對(duì)壓縮機(jī)的主體功效而言的。（1）與主軸配合的軸承選用低摩擦系數(shù)材料。早期冰箱壓縮機(jī)的軸承和軸都是采用鑄鐵材料，對(duì)軸進(jìn)行磷化處理；目前已經(jīng)有一些壓縮機(jī)采用了鋁合金的軸承，選擇較低摩擦系數(shù)的材料與表面處理工藝；同時(shí)高效壓縮機(jī)通常選用粘度較低的冷凍機(jī)油，對(duì)壓縮機(jī)的幾個(gè)摩擦副的耐磨性也有更高的要求。在改善軸承特性方面，使用鋁作軸承材料或使用鑄鐵軸承與磷化處理過(guò)的軸配合都是很有效的。由于懸臂式軸承中鑄鐵和鋁的固體接觸中的摩擦系數(shù)比經(jīng)過(guò)磷化處理的鑄鐵之間的摩擦系數(shù)還要低，而且軸不需要再進(jìn)行磷化處理，鋁合金軸承耐磨性相對(duì)也比較好。（2）減小主軸與偏心軸的軸徑。部分高效型的冰箱壓縮機(jī)采用小直徑主軸與偏心軸，從理論上說(shuō)，使用細(xì)曲軸可以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，降低摩擦系數(shù)，因而可以減少輸入功率，提高性能系數(shù)，根據(jù)摩擦功的理論計(jì)算公式：W=（2#P#L#d3#L#n）/Cd。在L、L、Cd、n基本相同時(shí)，粗曲軸摩擦功理論上是細(xì)曲軸的117倍。（3）采用優(yōu)化的直接吸氣消聲器設(shè)計(jì)。從吸氣方式分，有直接吸氣和間接吸氣兩種吸氣方式，20世紀(jì)80年代、90 年代初的壓縮機(jī)通常采用間接吸氣的方式，具有成本低、結(jié)構(gòu)緊湊與制造工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)吸入的低溫制冷劑加熱的情況較為嚴(yán)重，使得壓縮機(jī)不能獲得較高的溫度系數(shù)，間接吸氣結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)吸氣時(shí)制冷劑通道是：吸氣管y壓縮機(jī)殼體y吸氣消聲器y吸氣閥y氣缸壓縮。目前高效壓縮機(jī)基本上采用直接或半直接吸氣，吸入氣體被引導(dǎo)幾乎直接進(jìn)入汽缸頭，氣體同時(shí)與殼體相通，利用這種安排，大多數(shù)的吸氣進(jìn)入汽缸沒(méi)有被過(guò)多的加熱。殼體提供了一個(gè)使氣體進(jìn)入汽缸的平行通道。具有相對(duì)較小的壓力降，而采用絕熱系數(shù)較高的塑料做成的消聲器，更進(jìn)一步避免壓縮機(jī)對(duì)吸入的溫度較低的制冷劑進(jìn)行加熱，以獲得更高的溫度系數(shù)。由此，可以使得COP提高約5％。直接或半直接吸氣結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)吸氣時(shí)制冷劑通道是：吸氣管y吸氣消聲器y吸氣閥y氣缸壓縮。

四、總結(jié)

本文從多種角度上對(duì)提高冰箱壓縮機(jī)功效進(jìn)行相關(guān)的探討，首先是主要針對(duì)壓縮機(jī)的相關(guān)性能問(wèn)題來(lái)進(jìn)行如何提高的一些基本設(shè)計(jì)方案和制造工藝的改革，特別是針對(duì)其結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的調(diào)整，結(jié)合現(xiàn)實(shí)對(duì)于冰箱的各種功效的需要來(lái)完成不同型號(hào)的設(shè)計(jì)需求，根據(jù)現(xiàn)實(shí)的壓縮機(jī)的情況出發(fā)來(lái)解決設(shè)計(jì)材料等問(wèn)題，同時(shí)也選取了一些能夠通過(guò)壓縮機(jī)以外的方法來(lái)共同進(jìn)行提高功效的方式的解讀詮釋。希望能夠有所借鑒，爭(zhēng)取能夠擠占世界的先進(jìn)水平的行列，制造更高效的冰箱，為民所用。

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