淺析旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)補(bǔ)氣增焓技術(shù)

楊必韻 鄒文娟

摘? 要：在低溫環(huán)境下傳統(tǒng)的空氣源熱泵系統(tǒng)的制熱能力大幅衰減，制熱量將小到無(wú)法滿足這些地區(qū)的冬季采暖需求，而且隨著環(huán)境溫度的降低，系統(tǒng) COP急劇下降，壓縮機(jī)的壓比越來(lái)越大，導(dǎo)致排氣溫度不斷升高，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)必然會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞壓縮機(jī)，為了使熱泵在低溫環(huán)境下也能高效、可靠地運(yùn)行，國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)界進(jìn)行了大量的研究，將噴射增焓技術(shù)應(yīng)用于壓縮機(jī)中。該文針對(duì)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)噴氣增焓技術(shù)，從國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)趨勢(shì)分析及專利產(chǎn)出國(guó)分布等方面分析了該領(lǐng)域全球?qū)＠艣r，并重點(diǎn)從主要技術(shù)分支及其申請(qǐng)量分布、各技術(shù)分支技術(shù)演進(jìn)等方面分析了該領(lǐng)域技術(shù)分支及演進(jìn)。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī);補(bǔ)氣;噴射;增焓

中圖分類號(hào)：TH45? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

我國(guó)制冷、制熱設(shè)備的需求量在世界名列前茅，制冷、制熱設(shè)備市場(chǎng)繁榮發(fā)展，制冷、制熱設(shè)備市場(chǎng)的繁榮勢(shì)必帶動(dòng)國(guó)內(nèi)壓縮機(jī)行業(yè)的研究與發(fā)展。雖然與日本相比，我國(guó)在旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的補(bǔ)氣增焓領(lǐng)域的研究起步較晚，但是該方面的技術(shù)已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)企業(yè)的重視，也在大力開(kāi)展研究中。

1 旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)補(bǔ)氣增焓專利申請(qǐng)概況

旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)補(bǔ)氣增焓研究的全球和在華專利申請(qǐng)量趨勢(shì)如圖1所示，大致可以分為2個(gè)階段，第一階段1978年-2006年：涉及旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)補(bǔ)氣增焓研究的專利最早出現(xiàn)在1978年，之后，該技術(shù)發(fā)展相對(duì)平穩(wěn)，分別在1984年-1986年和1998年-2000年達(dá)到兩個(gè)小高峰，這主要由于雙缸壓縮機(jī)的發(fā)展，并且這一階段主要由日本主導(dǎo)，而國(guó)內(nèi)直至2005年以前，該技術(shù)一直處于空白時(shí)期，沒(méi)有任何相關(guān)專利的申請(qǐng)量。第二階段，2006年至今，隨著中國(guó)專利事業(yè)的大力發(fā)展，工業(yè)技術(shù)的大幅度提高，涉及旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)補(bǔ)氣增焓的國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)量開(kāi)始大幅度上升，且基于目前的統(tǒng)計(jì)在2014年國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量達(dá)到最高峰，而2016年的數(shù)據(jù)由于專利的公開(kāi)時(shí)間的滯后而不具有代表性，與此相對(duì)的，國(guó)外申請(qǐng)卻出現(xiàn)頹勢(shì)，中國(guó)成為該項(xiàng)技術(shù)的主導(dǎo)國(guó)，并且，這一階段的全球申請(qǐng)量遠(yuǎn)高于第一階段的申請(qǐng)量。

2 旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)補(bǔ)氣增焓技術(shù)主要分支的技術(shù)發(fā)展

對(duì)目前公開(kāi)的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)補(bǔ)氣增焓技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)進(jìn)行分析和梳理，得出該領(lǐng)域的主要技術(shù)分支如下：補(bǔ)氣口的開(kāi)閉方式、壓縮過(guò)程中的補(bǔ)氣時(shí)機(jī)、補(bǔ)氣通路的減振降噪和其他，其中補(bǔ)氣口的開(kāi)閉占全球?qū)＠暾?qǐng)的35%，其次是補(bǔ)氣時(shí)機(jī)和補(bǔ)氣通路的減振降噪，兩者的比例均占全球?qū)＠暾?qǐng)的22%，剩余為補(bǔ)氣增焓結(jié)構(gòu)其他方面的改進(jìn)，占全球?qū)＠暾?qǐng)的21%。其中，“其他”這一級(jí)分支中的專利申請(qǐng)涉及的改進(jìn)點(diǎn)相對(duì)分散，象裝配自由度、補(bǔ)氣增焓管的安裝固定等。

2.1 旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)補(bǔ)氣口開(kāi)閉方式的技術(shù)發(fā)展

補(bǔ)氣口的開(kāi)閉方式：補(bǔ)氣口的開(kāi)閉方式可以分為無(wú)閥和有閥兩種方式，其中無(wú)閥方式主要包括2種方式，一是通過(guò)滾動(dòng)活塞的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以間歇性地開(kāi)閉設(shè)于法蘭上的補(bǔ)氣口，二是通過(guò)滑片的往復(fù)運(yùn)動(dòng)開(kāi)閉補(bǔ)氣口，其中前者的專利申請(qǐng)量大于通過(guò)后者的專利申請(qǐng)量。而有閥方式的專利申請(qǐng)量又大于無(wú)閥方式的專利申請(qǐng)量，其中有閥方式又可以分為止回閥、電磁閥等各種方式。1978年-1995年，該段時(shí)間，在日本東芝電氣和大金帶領(lǐng)下，利用旋轉(zhuǎn)活塞或者止回閥的方式開(kāi)閉補(bǔ)氣增焓口的兩種方式并駕齊驅(qū)，都得到了大力發(fā)展。1995年-2007年，補(bǔ)氣口的開(kāi)閉方式研究并未得到較大的突破，主要是對(duì)先前技術(shù)的深化。2008至今，隨著國(guó)內(nèi)公司如格力、凌達(dá)的參與，補(bǔ)氣口的開(kāi)閉閥設(shè)置方式的研究開(kāi)展得廣泛而活躍。2009年，格力、凌達(dá)提出在噴氣孔設(shè)置活塞噴氣裝置，實(shí)現(xiàn)在增焓或不增焓之間的切換。2016年凌達(dá)、格力還提出了在滑片上設(shè)置補(bǔ)氣增焓通道，并在滑片上設(shè)置開(kāi)閉的閥片。

2.2 旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)壓縮過(guò)程中的補(bǔ)氣時(shí)機(jī)的技術(shù)發(fā)展

壓縮過(guò)程中的補(bǔ)氣時(shí)機(jī)：對(duì)于單缸壓縮機(jī)，補(bǔ)氣時(shí)機(jī)的研究主要在于補(bǔ)氣口的位置，補(bǔ)氣口的位置直接決定了中間補(bǔ)氣后的壓縮過(guò)程的開(kāi)始時(shí)間，一定程度上決定了補(bǔ)氣壓力的范圍;對(duì)于雙缸壓縮機(jī)，補(bǔ)氣時(shí)機(jī)可以分為3種，其中專利申請(qǐng)量占最多的是：中壓氣體和后一級(jí)吸氣混合后共同進(jìn)入第二級(jí)壓縮腔，其次是，向2個(gè)壓縮腔都噴射同一中壓氣體，最后，也有一小部分專利申請(qǐng)中，中壓氣體不與后一級(jí)壓縮腔的吸氣混合，直接噴入后一級(jí)壓縮腔，前一級(jí)壓縮腔不噴氣。在70年代和80年代，各大公司主要針對(duì)單缸壓縮機(jī)的補(bǔ)氣時(shí)機(jī)進(jìn)行研究，而80年代以后，隨著雙缸壓縮機(jī)的發(fā)展，對(duì)雙缸壓縮機(jī)的補(bǔ)氣時(shí)機(jī)研究占了絕大一部分， 1982年日本大金將補(bǔ)氣口位置開(kāi)設(shè)于開(kāi)始?jí)嚎s時(shí)轉(zhuǎn)子所在的圓B和壓縮腔內(nèi)的氣體達(dá)到噴射壓力時(shí)轉(zhuǎn)子所在的圓的交點(diǎn)處。1985年，日本三洋首次提出了雙缸壓縮機(jī)補(bǔ)氣增焓結(jié)構(gòu)。90年代和20世紀(jì)初，發(fā)展相對(duì)較慢，主要針對(duì)雙缸壓縮機(jī)補(bǔ)氣增焓時(shí)機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化。2010年格力提出了一種雙噴射口的增焓旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，在法蘭上設(shè)置柱孔，根據(jù)制冷、標(biāo)準(zhǔn)制熱、惡劣低溫條件下的制熱3種工況確定不同的補(bǔ)氣量和補(bǔ)氣方式，解決低溫狀況制熱不佳的問(wèn)題;2013年，格力又提出優(yōu)化增焓口與滑片的相對(duì)位置以提高壓縮機(jī)的效率。

2.3 旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)補(bǔ)氣通路減振降噪結(jié)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展

補(bǔ)氣通路的減振降噪結(jié)構(gòu)：主要是設(shè)置中間壓力腔，使補(bǔ)氣通路截面積發(fā)生突變，以減小脈動(dòng)，降低噪聲;而對(duì)于雙缸壓縮機(jī)，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)2個(gè)補(bǔ)氣口的增焓壓力來(lái)減少壓縮機(jī)噪聲和振動(dòng)。補(bǔ)氣通路減振降噪技術(shù)相對(duì)起步較晚，1992年，日本松下提出在噴射管上增設(shè)波紋管，利用波紋管吸收振動(dòng)。1996年，日本大金提出中壓制冷劑通過(guò)在活塞上的環(huán)形腔再噴入壓縮腔，減小壓力損失，2008年，日本富士通提出了一種針對(duì)二級(jí)壓縮機(jī)的減小噴氣增焓結(jié)構(gòu)脈動(dòng)的方案，使中間聯(lián)絡(luò)管內(nèi)的中間壓力氣體冷媒流和從中間吸入管的出氣口所噴出的噴射冷媒流相平行。2008年以后，國(guó)內(nèi)公司對(duì)補(bǔ)氣增焓結(jié)構(gòu)的減振降噪技術(shù)也展開(kāi)了深入研究， 2010年，格力提出使高壓缸與低壓缸錯(cuò)開(kāi)一定角度，改變泵體內(nèi)部流體流動(dòng)路徑，使增焓口進(jìn)入的氣體和低壓缸進(jìn)入的氣體充分混合，從而降低吸排氣阻力。2012年，格力提出使增焓管包括：具有變徑結(jié)構(gòu)的外套管和設(shè)置于外套管的擴(kuò)張管部?jī)?nèi)部的直管，外套管的擴(kuò)張管部與直管形成緩沖空腔，降低增焓冷媒脈動(dòng);2014年，格力還提出在法蘭和中間隔板上分別設(shè)置中間腔，兩中間腔形成雙腔式膨脹消聲結(jié)構(gòu)。2016年，格力又提出通過(guò)優(yōu)化增焓管和氣缸的參數(shù)降低補(bǔ)氣管路單向閥的壓力波動(dòng)，消除單向閥閥芯振顫噪聲。

3 結(jié)語(yǔ)

該文從專利申請(qǐng)出發(fā)，分析了旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)在補(bǔ)氣增焓方面的發(fā)展情況，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)狀況的比較以及補(bǔ)氣增焓各個(gè)分支的專利申請(qǐng)狀況的比較，發(fā)現(xiàn)差距，以為后旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)在補(bǔ)氣增焓的研究提供幫助。此外，國(guó)內(nèi)企業(yè)在該方面進(jìn)行研究時(shí)，在技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，也要不斷提高專利保護(hù)意識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]賈慶磊，馮利偉，晏剛.帶中間補(bǔ)氣的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮系 統(tǒng)制熱性能的實(shí)驗(yàn)研究[J].制冷學(xué)報(bào)，2015（2）：65-70.