渦旋式制冷壓縮機技術的現狀與發展

近十年來，渦旋式制冷壓縮機開始走進人們的生活。作為一種新形式的制冷壓縮機，它是目前為先進、完善的壓縮機。20 世紀初，Cruex 研究并發明了渦旋式制冷壓縮機，但由于當時渦旋型線加工設備不先進，并未得到快速發展。20 世紀末，渦旋式壓縮機得到進一步利用和發展。我國在商用空調和柜式空調領域內廣泛使用渦旋式制冷壓縮機，為人們的生活和工作帶來了很大方便。

1、渦旋式制冷壓縮機簡介

1.1渦旋式制冷壓縮機概述

渦旋式制冷壓縮機是一種容積使壓縮制冷壓縮機，壓縮部件由靜動渦旋盤組成，包括具有使通過壓縮機殼體內部氣體分路流動方式以減少夾帶的油的特征。殼體內，很多氣體向上流動來降低向下流動朝向油量。為了達到此目的，壓縮機中電動機可使用套筒包圍。此套筒中的引導氣流通道處于電動機的上定子端與下定子端中。在一些具體的例子中，與在定子與電動機殼體間的兩氣體通道重要地對吸入進口定位。此進口內部的位置使一通道接納進入氣體與此流動，分為沿著相反的方向流動，也就是向下流動、向上流動。同時，吸入擴散件、擋板等也能有利于分離汽油。

1.2渦旋式制冷壓縮機工作的基本原理

渦旋式制冷壓縮機是由兩個雙函數方程型線的動渦盤與靜渦盤組合而成。在壓縮和吸氣中，在機架上固定靜盤，動盤是由驅動偏心軸驅動并受防自動轉機機構的限制，在靜盤基圓中心圍繞，作小幅度的平面轉動。氣體在空氣濾芯吸入靜盤外圍，在偏心軸的旋轉下，在動盤和靜盤的噬合下，氣體組合而成多個月牙，形成了壓縮腔內壓縮機。

1.3渦旋式制冷壓縮機的主要特點

由于渦旋壓縮機的特殊設計，已經被譽為節能壓縮機。渦旋壓縮機中的渦盤是主要運行件，一般情況下，只有齪合，并不會磨損。由于使用期限很長，被稱之為超靜壓縮機。渦旋式壓縮機具有多種優勢，如重量輕、結構*、振動頻率小、輸氣平穩等，被普遍利用在運輸業、工業和食品業中。渦旋式壓縮機結構部件有：驅動軸，可按照順時針或者逆時針方向旋轉；氣缸，形成相應大小的內部面積；滾輪，在氣缸四周面內接觸，并在偏心部四面旋轉，可沿著周面開始滾動運動，并與內周面形成用于吸入流體的腔室；機油流路，在軸承和驅動軸之間設置，并有機油均勻流動；排出端口，有利于流體腔室的連通；端口的吸引，它們在流體腔室連通，并能夠以相應的角度來隔離。

2、研究渦旋式制冷壓縮機技術的實際情況

渦旋式制冷壓縮機技術一般圍繞調節變容量、拓展運行范圍、研究零部件等方面發展。這幾個方面的功能不一，每個方面都非常關鍵，為推動渦旋式制冷壓縮機技術發揮著不可代替的作用。

2.1零件研究

在開發渦旋式制冷壓縮機中，一般針對如下幾方面進行。一是優化渦盤與型線，廣泛運用渦旋式制冷壓縮機空氣和結構力學的學科融合方法，對渦旋型線進行優化。在加大力度研究客戶開發渦盤材料中，進一步強化渦盤熱力性能。二是摩擦與潤滑零部件，需更加深入地研究渦盤的潤滑性，建立完善的設計渦旋式制冷壓縮機渦盤摩擦潤滑方案。方案中標注設計中需要注意的問題，具體設計中要對應注意的問題格外細心和謹慎。三是利用柔性機構，盡可能防止泄露，強化渦旋式制冷壓縮機的使用質量；四是電機。這類型的電機包括三種，即永磁同步電機、開關磁阻電機、異步感應電機。其中，永磁同步電機具備質量好、體積小等優勢，受到了人們的廣泛重視，其技術也越來越成熟。永磁同步電機正逐步代替傳統的異步電機變頻調速。

2.2調節變容量

從渦旋式制冷壓縮機實際情況上講，調節容量的壓縮機技術只有兩種，分別是變頻渦旋技術和數碼渦旋技術。

2001 年，谷輪企業正式向市場推出數碼渦旋技術。此技術具有控制簡單、使用效率高、容量范圍大、系統零件少、無電磁干擾等優勢，剛剛推出就受到了各大企業的廣泛歡迎和使用。當前，在渦旋式制冷壓縮機中，變頻技術的應用已非常成熟。當前，全封閉渦旋式制冷壓縮機的變頻調節包括二種方式，即交流變頻方式和直流變速方式。變頻調節是為了防止多次的開機和關機，以降低這部分的經濟損失。但是，變頻調節控制技術除了具有溫度波動小、控制精度高等優勢，其不足在于成本較高。變頻器自身就具有耗能特點，且存在電磁干擾問題。從調節能量上講，無論是變頻技術還是數碼渦旋技術，其優勢各異。但是，從當前*上講，變頻技術比數碼渦旋技術更受人們的歡迎和青睞。

2.3替代制冷劑的研究

當前，渦旋式制冷壓縮機中的制冷劑取代包括兩項工作，

即開發CO2、開發R32R32 壓縮機。與以前的壓縮機對比來講，CO2 壓縮機具有結構尺寸小、吸排氣壓差大等特征。CO2 渦旋式制冷壓縮機結構方式以全封閉形式為主，排氣量與日常使用的制冷劑小很多，一般應用在汽車空調、熱泵熱水器系統中。

2.4 拓展運行范圍

渦旋式制冷壓縮機運行范圍拓展技術中包括補氣技術、吸氣噴液。渦旋式制冷壓縮機的壓比受渦旋盤工作溫度的影響。噴液冷卻是確保渦旋盤與軸承正常運作的主要手段。

當前，渦旋式制冷壓縮機采納了降低排氣溫度技術。在向中間級壓縮腔對制冷劑進行噴射中，壓縮功會隨之增加，在增大制冷劑的噴入比下，壓縮機的排氣溫度會隨之降低，噴入制冷劑會影響潤滑油溫度，降低其溫度，進而降低壓縮機功能的繼續增加。低溫環境中，為了使熱泵能夠繼續穩定運作，可使用經濟器強化熱泵在低溫環境運作中的性能。通過研究在溫度較低地區中所使用的熱泵技術后發現，使用渦旋式制冷壓縮機經濟系統能夠顯著強化熱泵制熱量，并且還能解決壓縮機排氣溫度太高這一問題。另外，使用吸氣管直接噴入液體也能夠降低吸氣的過熱度。上述冷卻內部方法各有應用優點和缺點，需結合實際情況，根據噴液系統成本較低和結構簡單等特點，針對性選擇相應的冷卻方法，以快速完成冷卻工作。

3、渦旋式制冷壓縮機產品和技術發展方向

3.1產品發展方向

與轉子式壓縮機對比，渦旋式制冷壓縮機獲取的利潤較為可觀，在空調領域內有著廣闊的應用前景。在渦旋式制冷壓縮機一些技術越發成熟的情況下，它在熱泵行業和冷凍冷藏行業也獲得了應用。將來渦旋式制冷壓縮機將會在熱泵與冷凍冷藏領域中得到更加普遍的應用，也將在這些領域應用中挖掘出更多的應用價值。

在逐步解決轉子式壓縮機大功率機型這一技術難題下，大功率直流變頻轉子式壓縮機得到了重視和研究，已經在我國市場中得到應用。成本上，大功率轉子式變頻壓縮機具有很大的應用優勢。但綜合對比來講，無論是大功率轉子式變頻壓縮機還是渦旋式制冷壓縮機，其都有各自的優勢和不足，應結合實際應用情況，選擇佳形式的壓縮機。渦旋式制冷壓縮機具有多臺并聯機的效能，在市場中有資格與單機頭螺桿式制冷壓縮機展開競爭。在冷凍冷藏市場中，渦旋式制冷壓縮機得到了普遍應用，在小型冷庫市場中增加顯著。

在日本，已經開始批量生產CO2 渦旋式制冷壓縮機，廣泛應用于CO2 熱泵熱水器，有效解決了R32 渦旋式制冷壓縮機技術?？梢?，R32 渦旋式制冷壓縮機和CO2 渦旋式制冷壓縮機定會得到令人滿意的應用效果。在新能源汽車的快速發展下，電動汽車空調壓縮機市場以掩耳不及迅雷之勢得以快速發展，而以渦旋結構為主的電動汽車空調壓縮機勢必會得到進一步發展。

3.2 技術發展方向

分析渦旋式制冷壓縮機的實際應用狀況，歸納日后幾年內渦旋式制冷壓縮機的發展方向。

（1）提能，利用對采用渦旋式制冷壓縮機流體和結構力學等各個學科組合而成的方法整合渦旋型線，尋求簡化加工的方法。通過研究發現，隨著對密封要求的提高，其機械摩擦損失越低。簡言之，潤滑性能要求的高低與機械摩擦損失的大小成反比。對壓縮機平衡機構的完善和改進，尤其是平衡軸向氣體力，可進而強化渦旋式制冷壓縮機工作的有效性和可靠性。此外，需加大力度研究變頻電機，提高其負荷能效。

（2）對結構要求高，新型的制冷工質對設計渦旋式制冷壓縮機結構有著更高要求，尤其是研究R32 與CO2 渦旋式制冷壓縮機，必然會成為將來研究的重點。

（3）拓展運行領域，深程度研究補氣增燴技術，強化拓展渦旋式制冷壓縮機運行領域出現的一些技術問題探討，尤其要探討在熱泵中的實際應用。

（4）輕量化技術，在人們逐漸注重舒適性下，渦旋式制冷壓縮機中的降低噪聲技術已被重視。輕量化技術的研究從電機和材料層面著手，以推動渦旋式壓縮機輕量化技術的廣泛利用。

可見，渦旋式制冷壓縮機結構精密，具有振動小、噪聲小、運行穩定等優勢。在制冷空調行業中，渦旋式制冷壓縮機有著非?？捎^的應用前景。但結合實際情況來講，我國對渦旋式制冷壓縮機技術的研究起步較晚，尚有很多不完善之處。針對這種情況，我國應積極借鑒其他國家研究渦旋式制冷壓縮機的經驗，結合我國的實際情況，有效解決我國渦旋式制冷壓縮機技術應用中存在的問題，進而推動我國社會經濟的發展。