改進滾動轉子式壓縮機特性的技術現狀及發展趨勢

李娜 陳振興

摘要：滾動轉子式壓縮機雖然不為人們熟知，但說到家庭的空調相信誰人都已經較為熟稔了，長期以來針對這類壓縮機開展了的大量的研究工作，如節能、環保冷媒的應用、小型化設計、以及應用領域的拓展。本文介紹了改進滾動轉子壓縮機特的技術方案和其發展趨勢。

關鍵詞：滾動轉子式壓縮機；技術方案；發展趨勢

1前言

滾動轉子壓縮機屬于回轉式容積式壓縮機，其基本部件包括氣缸、曲軸、滾套、葉片、軸承等組成。偏心曲軸帶動滾套在氣缸旋轉，滾套外表面與缸體內表面之間可構成一個月牙形空間，往復運動的葉片將該空間范圍分為高壓腔和低壓腔。曲軸旋轉一周，高壓腔體積變小完成壓縮排查，低壓腔體積增大完成吸氣。下一周，低壓腔吸入的冷媒被壓縮機排出，如此周而復始。與相同制冷量的往復式壓縮機比較，轉子壓縮機零件是其2/3，體積為其1/2，電機效率高10%以上【1】。由于該壓縮機結構簡單、體積小、工作穩定，可以滿足大部分工況的需要。滾動轉子壓縮機的主要缺點是葉片與滾套壁面之間的泄漏、摩擦和磨損較大，限制了它的工作壽命及效率的提高；并且這種壓縮機加工精度要求較高。

2改進滾動轉子壓縮機特性的技術方案

在供大于求的市場環境下，改善滾動轉子壓縮機的特性提高壓縮機的競爭力成為各壓縮機廠商的關注焦點。近幾年，改進滾動轉子壓縮機的特性方案主要集中在提高壓縮機的工作效率、和改善壓縮機的噪聲和振動兩個方面。

2.1壓縮機的工作效率

提高壓縮機的工作效率主要從壓縮機結構和電機兩方面入手。

傳統提高壓縮機的結構的效率采用的措施有：通過零件的優化選配，減少零部件的間隙；高精度加工，提高零部件滑動部分的精度；選用上軸承定位降低泵體與殼體連接過程中泵體的變形量；改善滾套與上下軸承間的間隙、葉片與氣缸側面的間隙、葉片與上下軸承見得間隙等。近幾年，采用計算機模擬技術，引入有限元方法，同時考慮制冷劑和潤滑油的泄露、吸氣加熱損失、余隙中的氣體膨脹等因素，建立滾動轉子壓縮機的數學模型來指導設計。根據壓縮機運行過程中參數的變化規律，優化零部件的設計，選取合適的配合間隙，從而提高壓縮機的泵體泵體效率。

另外，優化氣液分離器的內部結構，更好的適應制冷劑的流動要求，也能使壓縮機的工作效率得到改善。

提高電機的效率可采用低鐵損高磁通量的新型硅鋼片作為定子和轉子的鐵芯材料，改變傳統的繞行技術，提高電機的槽滿率，裝配過程中嚴格控制轉子與定子間的氣隙等方案。

2.2縮機噪聲和振動

空調系統的噪聲和振動是衡量空調器的舒適度和產品品質的重要指標，作為空調系統的心臟，改善壓縮機的噪聲和振動尤為重要。滾動轉子壓縮機噪聲聲源主要分為電機噪聲、機械噪聲。

機械噪聲是由排氣閥片的運動作用、氣體壓力脈動以及各種運動部件激勵振動而產生噪聲。改善排氣閥片的運動產生的噪聲措施有兩個。①優化閥片的設計，消減閥片的顫振。②采用合適的閥片升程限制器及高度并適當增加閥片彈簧阻尼， 都可以大大降低閥片噪聲。亥姆霍茲型消聲室是在改善氣體壓力脈動應用十分普遍，消聲室即改善低頻噪聲；又增加壓力緩沖孔改善高頻噪聲。另外，改變壓縮機外殼形狀，盡量增大外殼的剛度， 以便升高其固有頻率， 避開激勵流量比較高的低頻區域， 也利于降低壓縮機的輻射噪聲。

電機噪聲是由于電機結構中不同極性相互作用而產生的吸引力使電機的定子與轉子空間氣隙發生變化，產生磁場振蕩而引起噪聲。可以通過改進電機轉子，使電機轉動的子振頻率避開電源諧波頻率，可以大幅降低電磁噪聲；適當降低壓縮機曲軸的偏心量，也可以降低電磁噪聲。

對于壓縮機振動控制而言，可選擇的減振方法非常多，如配置平衡塊、減振器等。在直流變頻壓縮機系統中，也可以通過調整變頻器的參數改善壓縮機的振動。

3滾動轉子式壓縮機的發展方向

最近幾年滾動轉子式壓縮機逐發展方向包括綠色環保、小型化、向新應用領域拓展等幾個方向。

3.1綠色環保壓縮機

隨著HCFCs制冷劑淘汰日期的臨近，冷劑的研究已刻不容緩。目前使用的R290（A3）或R32（A2L）的壓縮機都已投入市場。由于R290具有可燃性，在應用于制冷系統時，要著重考慮其安全性。GB4706.32-2012《家用和類似用途電器的安全熱泵、空調器和除濕機的特殊要求》要求通過限制系統的制冷劑充注量提高安全性。R32和R410A兩者的熱物性表現比較類似，然而與后者相比，前者的溫室效應指數減小了2/3，面對同等溫度環境時，兩者的工作負荷大體一致。R32制冷系統具有較好的制冷效果，在標準工況下，相比R22制冷系統，R32系統的制冷量提高約為42%，COP提高6.8%，系統壓比增加7%，系統性能更穩定。所以，R32受到了廣泛關注。

3.2小型化

壓縮機小型化不僅節約資源，而且可以降低制冷劑的充注量，為新型制冷劑的推廣創造了條件。雖然壓縮機小型化會影響散熱問題，經過不斷的試驗研究，一些企業采用“散熱”的理念解決小型化帶來的過熱問題。目前，針對壓縮機過熱的問題，研究的重點主要集中在減少“熱量”產生的方式上。而比較有效的改進方案全部是將增強電機性能作為核心，借此對發熱現象進行控制。一般情況下，可采用的方法如下：磁場設計、改善繞線方式等。

3.3向新應用領域拓展

隨著對結構的進一步改進和加工精度的進一步提高， 使得滾動轉子式壓縮機在低溫領域中同樣具有較高的性能系數， 因而已成功的應用于家用冰箱和冷柜中， 它不僅大幅度縮小了安放壓縮機的空間， 增大了冰箱和冷柜的有效容積， 同時還減輕了冰箱和冷柜的整機重量。

另外，最近兩年也有滾動轉子壓縮機應用到移動體空調的事例，如房車空調、駐車空調、電動大巴車空調等。可見，轉子壓縮機的應用領域也在向家用空調外的其他領域拓展。

4結論

為了適應節能降耗和舒適性的要求， 滾動轉子式壓縮機將不斷改進其性能， 向高效節能、保護環境方向發展，其應用領域也越來越寬。

參考文獻：

[1] 李文華，谷波.滾動轉子式、渦旋式壓縮機在制冷空調領域的應用現狀及展望[J].流體機械，1999（12）：52-54.

[2]劉強.R290滾動轉子式壓縮機的仿真與優化[D].武漢：華中科技大學，2009.

[3]張利，楊敏，張蕾.滾動轉子式R32壓縮機開發[J].制冷與空調，2015，15（2）：75-78.

[4]王超，陶樂仁，吳超，等.R32和R22過熱度對轉子式壓縮機制冷系統影響的對比[J].制冷學報，2016（4）：81-86.

（作者單位：沈陽中航三洋制冷設備有限公司）