提高冰箱壓縮機功效的幾點思考

【摘 要】冰箱的壓縮機是整個機體的核心工作部件，占據機械工作和電能結合的統領地位。如果壓縮機出現任何問題都會對冰箱的一個、多個甚至是整體具有至關重要的影響，另外，某個組織構件的不合理或出現不與出廠時壓縮機的工作性能保持一致，也將會導致壓縮機出現問題而導致整體的運行功能機制下降。在生產制造壓縮機的過程中由于其高度精密所以對其加工過程要求極為嚴格。本文將從冰箱壓縮機的其他幾個核心功能部分來闡述提高冰箱壓縮機功效的途徑。

【關鍵詞】高效壓縮機；設計；COP值；氣閥；電機；軸承

冰箱對于一般家用來說是現代生活的一項必要保證，對于食物的制冷保鮮來說，冰箱是再合適不過的電氣，能夠保證冰箱正常運轉為人所用的就是壓縮機，其工作時能夠起到主導作用，但支持壓縮機工作的主要部件也是維護冰箱正常工作的基本部件主要有氣閥、電機、軸承、冷凍機油、殼體等。這些部件能否正常的功能主要影響到壓縮機的性能好壞，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的工作來完成，所以壓縮機的作用至關重要，另外在制作壓縮機的過程中，由于壓縮機不能受到一點水分的侵入，所以精加工工作要做到位，不能存在任何的有效雜質進入使其工作缺失，首先要堅持中性處理，工質要求不僅不能含有酸性物質或是任何雜質或是物質在制作過程中出現的任何含酸性的雜質，這樣看來對于壓縮機的制作也需要一番精挑細選，還要注意選用與之相配套的工藝和實驗證明與之匹配的參數。

一、冰箱壓縮機結構特點

為了能夠達到整體制冷的效果，冰箱壓縮機多數還是會選用往復活塞式，這種形式的壓縮機能夠滿足當前冰箱的使用特點和基本需求，而對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為主，而電機下方安置的主要以恩布拉科品牌壓縮機為主，當然國內也有廣州上置和江浙的下置壓縮機與之相對應。這也是根據冰箱的使用或是制造特點所需來選擇。上置的壓縮機其特點主要聚焦在汽缸浸在冷凍機油里，這樣就能保證在壓縮機工作的同時排放出的熱量依然能夠保證被降溫，它的缺點是通過稀有毛細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，這是因為，從稀有毛細管中吸入的油雖然能夠從進入到汽缸里，但是能夠吸入的油量很少，不能滿足潤滑的需要，雖然能夠對活塞與汽缸的摩擦副起到略小的潤滑的作用，但卻能通過冷氣機對排氣閥的閥片的油量來降低轉動中減少摩擦起到作用。對于電機置于下方的壓縮機，其電機同樣被浸在冷凍機油里，都是為了滿足能夠對電機工作產生的溫度不斷的降溫，此時下方的地理位置能夠將更多的機油通過向心力被汽缸獲取，從而進行潤滑的作用，此時可以滿足活塞與氣缸摩擦副的潤滑所需要的油量。雖然保證了活塞與氣缸的摩擦減小，但是與上置壓縮機冰箱相比而言卻不能滿足對于氣缸的冷卻。

二、壓縮機主要設計分析

（1）對于不同容積冰箱的設計。隨著經濟水平的不斷發展，單一的容積量已經不能很好的滿足對于冰箱使用的要求，于是開始制造生產不同大小的冰箱以滿足人們根據自身需要的選擇。在對不同容積的冰箱安裝壓縮機的時候，要根據所要制冷的力度來選擇，在批量生產中已經對于上置和下置的壓縮機形成了定式，只能通過改變其中某個部分來滿足對于的不同型號冰箱制冷量的需要。所以通過改變氣缸的容積來進行調整制冷量。一般可調的范圍從50w～400w之間波動。而不同的氣缸主要區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濟效益的更大化，降低投入的資本，所以也逐漸被更多的生產廠家接受，目前未使用該種技術的廠家微乎其微。不同的參數形成的組合能夠構成所需要的氣缸容積。（2）氣閥設計。首先排氣閥有5個主要的部分構成，一對排氣閥片、排氣閥墊片、定位銷片、排氣閥簧片、限位板。這種多部件組成的是相對比較復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，都是只通過一排排氣閥片來完成工作。而為了能夠提高壓縮機的電機效率，則要采用凹形閥板的設計，這種凹形閥板是主要通過凹下的一部分來降低原本的閥板的厚度，從而來降低余隙容積。雖然在組成上，凹形閥板與常規的排氣閥有部分減少，但是其工作和設計的基本構思和原理是一致的。將設計進行嚴密的計算后發現，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的機構帶來的不利影響，但是可以通過無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，從而來保證壓縮機能夠有效的提高功率。而對于凹形閥板設計主要涉及到COP的提高，其制作工序主要出現的問題還是停留在對于閥板的凹陷度，由于經過雙面磨的閥板很容易在加深凹陷度的時候會出現變形的情況，于是我們選用新型的低碳鋼閥板來替代原有的材料的缺點，通過在設計中對活塞上面的排氣孔進行合理的設置來使余隙容積不斷減少，來滿足容積的需要。（3）電機設計。在之前多數的冰箱采用的多維相異步電動機，由于國內之前對于冰箱的銷售量很大，所以對于生產和制造這種電動機已經沒有什么技術層面的問題，但是在對于生活要求質量不斷提高的今天，我們才發現這種電機需要被一種更高速的電機來取代，因為現代環境要求我們在技術程度發達起來的同時應該節能降耗。首先從設計上來說主要通過以下方法來使其更高效：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，提高電機效率主要有以下措施：對定轉子沖片進行退火處理；轉子采用自扣工藝，精密壓鑄后不對外圓進行機加工；定子沖片采用鉚接工藝，不進行焊接；采用手工下線，可進一步提高定子線圈的槽滿率等。將以上所有理論應用到實際中去后發現，電機最高點效率發生了變化。同時在運行時也有所提高。從最初的70％躍升到近90％。經過這樣的處理使電機能夠減少對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，則減少冷卻過程的功率。所以其提升的意義重大。（4）軸承設計。定子下置系列一般采用與汽缸座連體的軸承設計，定子上置系列采用獨立軸承設計，用螺釘緊固裝配到汽缸座上，均采用單主軸承設計。采用獨立軸承設計的機型比較容易實現，外形安裝性能稍為好些。這兩種設計最大的共同優點就是都能夠減低噪音污染對于人的生活影響，另外還能夠降低輻射對人的侵害。在日益對于噪音要求逐漸提高的今天，這種設計工藝必然得到更為廣泛的推崇。（5）冷凍機油。制冷壓縮機用的冷凍機油的作用是：潤滑，以使運動部件的摩擦和磨損最小；密封，防止制冷氣體由高壓側漏入低壓側；冷卻，降低壓縮機內部的工作溫度。壓縮機設計時需要選擇與制冷劑和壓縮機型號最適應的冷凍機油，注意以下幾方面的問題：一是低溫互溶性好，保證系統在低溫下的回油；二是高溫互溶性好，保證系統在高溫下的回油；三是耐熱性及對制冷劑具有高溫穩定性，即使在高溫時與制冷劑發生接觸，也不會發生化學反應；四是絮凝點低，在節流過程中，制冷劑溫度逐漸降低的情況下，也不會產生油臘，而堵塞毛細管；五是對干燥過濾器中的分子篩或硅膠具有化學穩定性，同時能與壓縮機里漆包線等絕緣材料及制冷系統中的其他材料兼容；六是冷凍機油的粘度合適，以形成液體潤滑以及承受一定載荷的油膜，保證壓縮機可靠性。無論哪種物質都要在正常狀態下才能進行有效的工作，包括潤滑油和制冷劑，同時也需要注意兩者在何種情況下是非常態。在溫度高的情況下，潤滑劑的粘度會降低，另一方面潤滑油會溶解部分制冷劑也會使冷凍機油的粘度降低，潤滑條件惡化。

三、提高壓縮機效率的設計

在現實運用中，還有一些好的辦法可以提高壓縮機的功效，但并不是針對壓縮機的主體功效而言的。（1）與主軸配合的軸承選用低摩擦系數材料。早期冰箱壓縮機的軸承和軸都是采用鑄鐵材料，對軸進行磷化處理；目前已經有一些壓縮機采用了鋁合金的軸承，選擇較低摩擦系數的材料與表面處理工藝；同時高效壓縮機通常選用粘度較低的冷凍機油，對壓縮機的幾個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比經過磷化處理的鑄鐵之間的摩擦系數還要低，而且軸不需要再進行磷化處理，鋁合金軸承耐磨性相對也比較好。（2）減小主軸與偏心軸的軸徑。部分高效型的冰箱壓縮機采用小直徑主軸與偏心軸，從理論上說，使用細曲軸可以減小轉動慣量，降低摩擦系數，因而可以減少輸入功率，提高性能系數，根據摩擦功的理論計算公式：W=（2#P#L#d3#L#n）/Cd。在L、L、Cd、n基本相同時，粗曲軸摩擦功理論上是細曲軸的117倍。（3）采用優化的直接吸氣消聲器設計。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80年代、90 年代初的壓縮機通常采用間接吸氣的方式，具有成本低、結構緊湊與制造工藝簡單等優點，但對吸入的低溫制冷劑加熱的情況較為嚴重，使得壓縮機不能獲得較高的溫度系數，間接吸氣結構的壓縮機吸氣時制冷劑通道是：吸氣管y壓縮機殼體y吸氣消聲器y吸氣閥y氣缸壓縮。目前高效壓縮機基本上采用直接或半直接吸氣，吸入氣體被引導幾乎直接進入汽缸頭，氣體同時與殼體相通，利用這種安排，大多數的吸氣進入汽缸沒有被過多的加熱。殼體提供了一個使氣體進入汽缸的平行通道。具有相對較小的壓力降，而采用絕熱系數較高的塑料做成的消聲器，更進一步避免壓縮機對吸入的溫度較低的制冷劑進行加熱，以獲得更高的溫度系數。由此，可以使得COP提高約5％。直接或半直接吸氣結構的壓縮機吸氣時制冷劑通道是：吸氣管y吸氣消聲器y吸氣閥y氣缸壓縮。

四、總結

本文從多種角度上對提高冰箱壓縮機功效進行相關的探討，首先是主要針對壓縮機的相關性能問題來進行如何提高的一些基本設計方案和制造工藝的改革，特別是針對其結構上進行的調整，結合現實對于冰箱的各種功效的需要來完成不同型號的設計需求，根據現實的壓縮機的情況出發來解決設計材料等問題，同時也選取了一些能夠通過壓縮機以外的方法來共同進行提高功效的方式的解讀詮釋。希望能夠有所借鑒，爭取能夠擠占世界的先進水平的行列，制造更高效的冰箱，為民所用。

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