3.1技術現狀
制冷壓縮機在面臨環保、節能、以及企業間競爭等一系列的挑戰中出現了新的突破。在整個壓縮機工業的方方面面都廣泛使用的電子計算機成為不可或缺的手段,這包括計算機數據采集和整理,計算機輔助設計、設計和工藝的優化等。其帶來的總體效果體現在壓縮機的小型化和高效率,此外,噪聲和振動得到降低,可靠性得到提高和壽命得到延長。而在取得這些成就的過程中所消耗的開發、設計和生產制造時間都比過去短且費用亦低。表示了目前各類壓縮機的大致應用范圍及其制冷量大小,圖中虛線包圍的部分表示該結構型式壓縮機制冷量拓寬的方向。渦旋式由兩部分組成,前一部分表示車用空調。
往復式制冷壓縮機是一種傳統的制冷壓縮機,最大的特點是可以實現制冷量和壓力比的任意設計。雖然它的應用還比較廣泛,但市場份額正逐漸減小。
3.1.1往復式壓縮機
到目前為止,冰箱(包括小型冷凍與冷藏裝置)的主機仍以往復式壓縮機為主。通過氣閥結構、摩擦副等的優化設計,往復式冰箱壓縮機的制冷系數(單位功率制冷量)已由九十年代初期的1.0(w/w)提高到如今的1.8左右;除了節能技術的進步外,與環境保護密切相關的制冷劑替代技術也取得了可喜的進步,我國的冰箱系統已大量采用R600等碳氫化合物,小型制冷裝置上也采用了R134a等新的工質。進一步提高往復式冰箱壓縮機的效率、降低系統噪聲仍然是它的發展方向。
3.1.1.1線性壓縮機
線性壓縮機依然使往復式,由于電機的直線運動可以直接帶動活塞的往復運動,從而避免了曲柄連桿機構的復雜性和由此帶來的機械功率的消耗。裝配線性壓縮機作為冰箱系統已經面世,線性冰箱壓縮機的的制冷系數已超過2.0(w/w),市場前景看好。主要問題是壓縮機油路系統的設計和電機線性位移極限點的有效控制及相應的防撞缸技術。
3.1.1.2斜盤式壓縮機
斜盤式壓縮機也是往復式壓縮機的一種變型結構,目前主要用于車用空調系統。經過幾十年的發展,斜盤式壓縮機已經成為一種非常成熟的機型,在車用空調壓縮機市場占有70以上的份額。盡管如此,因為它仍屬于往復式結構的系列,所以在汽車空調系統中的能效比(制冷系數)也只有1.5左右,且體積大、重量大。由于斜盤式汽車空調壓縮機的工藝成熟,加上技術的進一步改進,在可預見的將來,仍將保有一定的市場份額,但在一定的排量范圍內被逐漸替代卻是必然之路。
3.1.2轉子式壓縮機
轉子式壓縮機于上世紀七十年代起受到國內的關注,它的代表結構包括滾動活塞式、滑片式等。目前滾動活塞式廣泛應用于家用空調器上,在電冰箱上也有一些應用。這種壓縮機不需要吸氣閥,使它適用于變速運行,從而可以通過變頻控制提高系統性能。為了確保大功率(電機輸出功率達3P)滾動活塞式壓縮機的性能,國內與上世紀末開始研發雙轉子滾動活塞式壓縮機,現已投放市場。雙轉子滾動活塞式壓縮機結構上有兩個優點:①轉動系統的受力情況得到較大改善,機器的振動與噪聲有所降低;②增加了單機的容積排量,提高了電機的輸出功率。
在3P以下的空調器中,暫時沒有可以替代滾動活塞式壓縮機的較好機型。所以提高壓縮過程的效率、減低噪聲、電動機變速控制以及采用R410A等新制冷工質后的相關技術問題等,是滾動活塞式壓縮機的研究方向。
滑片式壓縮機屬于轉子式壓縮機的一種,主要用來提供壓縮空氣,排氣量一般在0.3—3m3/min,市場占有率較低。
旋葉式壓縮機是滑片式壓縮機的一種改型結構,由于它的起動性能比較好、壓縮過程力矩變化亦不大,目前主要用于微型轎車和一些排量比較小的工具車的空調系統。高速下的動力特性是這種壓縮機的主要技術研究方向。
3.1.3螺桿式壓縮機
螺桿式壓縮機具有尺寸小、重量輕、易維護等特點,是制冷壓縮機中發展較快的一種機型。一方面,螺桿型線、結構設計有了長足的進步,另一方面,螺桿轉子專用銑床特別是磨床的引進,提高了這對關鍵零件的加工精度與加工效率,使得螺桿壓縮機的性能得到了有效提高,產業化生產的必備硬件也有了保障。目前,螺桿壓縮機以壓縮空氣為主,在中型熱泵式空調系統中也有成功的應用。由于螺桿式壓縮機工作可靠性的不斷提高,使之在中等制冷量范圍內已逐漸替代往復式壓縮機并占據了離心式壓縮機的大部分市場。
3.1.4渦旋式壓縮機
渦旋式壓縮機在過去十年中得到了快速發展,從基本理論、結構研究、工業樣機開發到最終實現規模化工業生產,構成了壓縮機技術發展的新亮點。數控加工工藝的發展使渦旋壓縮機得以實現大批量生產,無可比擬的性能優勢是其大量進人市場的前提。短短數年,已在柜式空調領域占有絕對優勢。在柜式空調系統,渦旋壓縮機的制冷系數已達3.4(w/w);在車用空調領域,渦旋壓縮機的制冷系數已達2.0(w/w),顯示出很強的競爭潛力。渦旋壓縮機