空調用渦旋壓縮機高效化的技術手段

1、引 言

為實現“十一五”節能減排的目標，空調行業已經成為國家降低能耗的重要整改對象之一。相關文獻指出:在部分家庭中，空調用電量達到家庭總用電量的25%左右，而壓縮機耗電量占空調用電總量的80%。所以，如何提高壓縮機的能效，成為制冷行業的重要課題。

本文主要針對空調用渦旋壓縮機的高效化技術手段進行了一些探討，以下就這些探討進行詳細的論述。

2、渦旋壓縮機工作原理簡介

渦旋壓縮機是一種借助容積變化實現制冷劑壓縮的流體機械，利用一對圓漸開線可以互相嚙合成多個封閉腔體的原理，將制冷劑從渦旋盤最外側吸氣腔逐步擠壓至中心腔體排出。其壓縮過程如圖1所示。

渦旋壓縮機具有效率高、體積小、質量輕、噪音低、結構簡單且運轉平穩等特點。

3、渦旋壓縮機的常見結構

常見的空調用渦旋壓縮機結構分為低壓腔結構和高壓腔結構。圖2為低壓腔結構示意圖，圖3為高壓腔結構示意圖。

低壓腔結構如圖2所示，高低壓分隔板將整個殼體分為兩個獨立的密閉腔體，電機安裝在下部空腔。低溫低壓的制冷劑經吸氣管充滿下部腔體，再經渦旋盤壓縮后排入上部的密閉緩沖腔，最后由排氣管排出壓縮機。

高壓腔結構如圖3所示，低溫低壓的制冷劑經吸氣管直接進入渦旋盤內被壓縮成高溫高壓的氣體，經中心壓縮腔排出，最后在殼體內冷卻電機后由排氣管排出。

4、渦旋壓縮機高效化的方向

渦旋壓縮機高效化的技術手段主要有以下幾個方向:

4.1 調節壓縮腔供油量

壓縮腔的潤滑大部分采用油氣潤滑(吸氣時制冷劑中帶入的油)，其密封均是以油膜密封的形式進行，所以壓縮腔的供油量與泄漏損失成為影響容積效率關鍵因素。

以圖3所示的渦旋壓縮機為例，其調節壓縮腔供油量方式是通過如圖4所示的結構進行的。該油路通道由曲軸油孔、支架儲油腔、密封圈和動渦旋盤共同構成。儲油腔里的油位于高壓區，被不斷壓入低壓的吸氣腔內。通過調節密封件與動盤的間隙，改變密封件截面形狀，可以調節壓縮腔的供油量。節流率的和容積效率的關系見圖5。

通過計算和試驗，找到合適的壓縮腔供油量和調節手段，能夠有效提升容積效率。

4.2 潤滑油路與摩擦損失優化

潤滑油路均是采取將底部油池中的潤滑油通過中空的曲軸供到支架空腔中，然后以不同形式分配到軸承、十字滑環、渦旋盤接觸平面及壓縮腔中的。

在壓縮機內潤滑油在壓縮機內從底都上升到支架儲油槽的動力來源，主要有三種形式:壓差供油、壓差結合離心供油、容積泵供油。

供油量的確定與曲軸轉速、潤滑油的粘度、油孔孔徑和壓差等有直接關系。其中壓差、曲軸轉速對潤滑油流量的影響見圖6。

同樣，儲油槽分配給其他部件時，也需要選取最優值以降低摩擦損失。

而摩擦損失的降低，除與潤滑油路有關外，與零部件的摩擦副結構、材質、表面形狀等也有極其密切的關系。

4.3 氣體通路的優化

選取合適的排氣通道，能夠有效地降低湍動能等參數，降低機械能損失;而在吸氣通路中，吸入制冷劑因冷卻電機造成的過熱量與通流面積大小等有直接關系。因此，通過優化氣體通路可以減小吸氣過熱對容積效率的影響，并減少流體損失等。

4.4 電機效率的提升

在能效標準的指導和市場需求的推動下，渦旋壓縮機電機經歷了多階段的發展歷程。如圖7所示，從早期的交流感應電機發展到目前的集中卷線電機，電機效率與驅動系統總效率均得到了顯著提升。

4.5 各方面的改進和創新

材料、工藝的發展，技術思維的拓展以及整機結構的改進和創新，不斷提升著渦旋壓縮機的性能。如新型軸承的使用和摩擦副表面處理工藝創新帶來的摩擦損失降低，多旁通卸載閥帶來的泵體效率提升，加工工藝創新帶來的渦旋間隙精確控制等，正逐步應用在空調用渦旋壓縮機的設計與制造中。

5、結 論

渦旋壓縮機與其他壓縮機一樣，其高效化是圍繞著容積效率、機械效率和電機效率三方面進行的。

以上所闡述的高效化的手段，均是對應以上三個方面的效率提升。在運用時，需要根據不同的結構特點加以選擇和組合運用。

本文從原理及技術發展趨勢上對各種高效化手段進行了闡述，但具體實施有待于進一步試驗和研究。