空调用涡旋压缩机高效化的技术手段

　　1、引　言
　　
　　为实现“十一五”节能减排的目标,空调行业已经成为国家降低能耗的重要整改对象之一。相关文献指出:在部分家庭中,空调用电量达到家庭总用电量的25%左右,而压缩机耗电量占空调用电总量的80%。所以,如何提高压缩机的能效,成为制冷行业的重要课题。
　　本文主要针对空调用涡旋压缩机的高效化技术手段进行了一些探讨,以下就这些探讨进行详细的论述。
　　
　　2、涡旋压缩机工作原理简介
　　
　　涡旋压缩机是一种借助容积变化实现制冷剂压缩的流体机械,利用一对圆渐开线可以互相啮合成多个封闭腔体的原理,将制冷剂从涡旋盘最外侧吸气腔逐步挤压至中心腔体排出。其压缩过程如图1所示。
　　涡旋压缩机具有效率高、体积小、质量轻、噪音低、结构简单且运转平稳等特点。
　　
　　3、涡旋压缩机的常见结构
　　
　　常见的空调用涡旋压缩机结构分为低压腔结构和高压腔结构。图2为低压腔结构示意图,图3为高压腔结构示意图。
　　低压腔结构如图2所示,高低压分隔板将整个壳体分为两个独立的密闭腔体,电机安装在下部空腔。低温低压的制冷剂经吸气管充满下部腔体,再经涡旋盘压缩后排入上部的密闭缓冲腔,最后由排气管排出压缩机。
　　高压腔结构如图3所示,低温低压的制冷剂经吸气管直接进入涡旋盘内被压缩成高温高压的气体,经中心压缩腔排出,最后在壳体内冷却电机后由排气管排出。
　　
　　4、涡旋压缩机高效化的方向
　　
　　涡旋压缩机高效化的技术手段主要有以下几个方向:
　　4.1　调节压缩腔供油量
　　压缩腔的润滑大部分采用油气润滑(吸气时制冷剂中带入的油),其密封均是以油膜密封的形式进行,所以压缩腔的供油量与泄漏损失成为影响容积效率关键因素。
　　以图3所示的涡旋压缩机为例,其调节压缩腔供油量方式是通过如图4所示的结构进行的。该油路通道由曲轴油孔、支架储油腔、密封圈和动涡旋盘共同构成。储油腔里的油位于高压区,被不断压入低压的吸气腔内。通过调节密封件与动盘的间隙,改变密封件截面形状,可以调节压缩腔的供油量。节流率的和容积效率的关系见图5。
　　通过计算和试验,找到合适的压缩腔供油量和调节手段,能够有效提升容积效率。
　　4.2　润滑油路与摩擦损失优化
　　润滑油路均是采取将底部油池中的润滑油通过中空的曲轴供到支架空腔中,然后以不同形式分配到轴承、十字滑环、涡旋盘接触平面及压缩腔中的。
　　在压缩机内润滑油在压缩机内从底都上升到支架储油槽的动力来源,主要有三种形式:压差供油、压差结合离心供油、容积泵供油。
　　供油量的确定与曲轴转速、润滑油的粘度、油孔孔径和压差等有直接关系。其中压差、曲轴转速对润滑油流量的影响见图6。
　　同样,储油槽分配给其他部件时,也需要选取最优值以降低摩擦损失。
　　而摩擦损失的降低,除与润滑油路有关外,与零部件的摩擦副结构、材质、表面形状等也有极其密切的关系。
　　4.3　气体通路的优化
　　选取合适的排气通道,能够有效地降低湍动能等参数,降低机械能损失;而在吸气通路中,吸入制冷剂因冷却电机造成的过热量与通流面积大小等有直接关系。因此,通过优化气体通路可以减小吸气过热对容积效率的影响,并减少流体损失等。
　　4.4　电机效率的提升
　　在能效标准的指导和市场需求的推动下,涡旋压缩机电机经历了多阶段的发展历程。如图7所示,从早期的交流感应电机发展到目前的集中卷线电机,电机效率与驱动系统总效率均得到了显著提升。
　　4.5　各方面的改进和创新
　　材料、工艺的发展,技术思维的拓展以及整机结构的改进和创新,不断提升着涡旋压缩机的性能。如新型轴承的使用和摩擦副表面处理工艺创新带来的摩擦损失降低,多旁通卸载阀带来的泵体效率提升,加工工艺创新带来的涡旋间隙精确控制等,正逐步应用在空调用涡旋压缩机的设计与制造中。
　　
　　5、结　论
　　
　　涡旋压缩机与其他压缩机一样,其高效化是围绕着容积效率、机械效率和电机效率三方面进行的。
　　以上所阐述的高效化的手段,均是对应以上三个方面的效率提升。在运用时,需要根据不同的结构特点加以选择和组合运用。
　　本文从原理及技术发展趋势上对各种高效化手段进行了阐述,但具体实施有待于进一步试验和研究。