渦旋式壓縮機渦旋型線的研究綜述與前景

李宏利（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，鄭州 450000）

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渦旋式壓縮機渦旋型線的研究綜述與前景

李宏利
（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，鄭州 450000）

摘 要：渦旋式壓縮機是近些年來備受關注的一種容積式壓縮機，發展速度非常快，廣泛受到國內外科技界重視。渦旋式壓縮機效率高，可靠性好，且噪聲低，體積小，應用方便。但目前就中國而言，渦旋式壓縮機設計仍比較落后，不僅設計周期長，且設計參數不合理，準確性較差，很多時候依然處傳統經驗型設計階段。渦旋式壓縮機結構設計中，渦旋線型非常重要。如渦旋線型設計參數存在問題，缺乏有效修正與優化，必然導致結構參數間的關系、力矩、對力發生變化，影響渦旋式壓縮機性能和運行安全。本文將針對渦旋式壓縮機渦旋型線展開研究和分析，以促進渦旋式壓縮機設計水平的提高。

關鍵詞：前景；研究綜述；渦旋式壓縮機；渦旋線型

0　引言

近些年來，渦旋式壓縮機應用非常廣泛，憑借節能、低振、低噪等優勢，廣泛應用于制冷行業，并取得優異成績。壓縮機是空調制冷系統的核心部件，其性能直接決定空調系統性能和效果。而渦旋型線則直接影響著渦旋壓縮機的幾何、力學、熱力、功耗、效率等重要參數。同時還影響著系統性能、壽命、噪聲等重要技術指標。因此，對渦旋壓縮機的研究往往圍繞渦旋型線，渦旋型線也一直都是國內外專家研究重點。不同渦旋型線優化策略不同，設計思路不同。渦旋型線研究對促進渦旋壓縮機技術水平提高有重要意義。

1　渦旋壓縮機的特點

渦旋壓縮機于二十世紀八十年代發明，是一種新型容積型壓縮機。渦旋壓縮機運行原理由法國科學家Leon Cerux提出。但該理論技術提出時，渦旋體加工困難，軸向力不穩定性，防自轉技術不成熟，軸向密封不完善［1］。因此，沒有得到大面積推廣應用。隨后美國開始對渦旋壓縮機核心理論進行研究，開發了第一代HE壓縮機。八十年代末期，日本基于HE壓縮機，進行新容積式壓縮機開發，研發了第一代渦旋壓縮機77B06，該壓縮機性能卓越，廣泛受到功率在1-15kW范圍制冷系統應用。渦旋壓縮機主要結構包括：曲軸、十字滑環、機架、動渦盤、靜渦盤、排氣口、吸氣口，其運作原理是利用動渦盤與靜渦盤的嚙合，形成多個壓縮腔，通過動渦盤的回轉平動，使各壓縮腔的容積不斷變化來壓縮氣體［2］。渦旋壓縮機效率高，吸氣、壓縮、排氣連續性強，氣體泄漏少，容積利用率超過百分之九十五。另一方面，渦旋壓縮機力矩變化小，噪聲低，運行相對平穩，使用壽命長。并且結構簡單，容易實現，質量輕，體積比往復式小百分之四十，質量輕百分之十五，其轉速可達到13000r/min。并且渦旋壓縮機不需要閥，無需防止脈動與消音器的零部件，所以零部件數量也要相對較少，比往復式零部件數量少百分之四十，加工成本被大大降低，性能比便給提高。但渦旋壓縮機對線型設計，加工設備精度，裝配技術有著較高。

2　渦旋式壓縮機渦旋型線的研究綜述與前景

通過前文對渦旋式壓縮機特點的分析可以知道，渦旋式壓縮機結構設計非常重要，影響著性能發揮，尤其是渦旋型線的設計與修正，具體可分為：單一型線、修正型線、組合型線等等。歐陽新萍在論文《渦旋式壓縮機渦旋型線研究》中指出，渦旋型線直接影響著渦旋壓縮機幾何、力學、熱力 學、功耗、效率等重要參數［3］。而陳國強則在論文《渦旋型線研究進展的探討》提出，當前我國在渦旋式壓縮機渦旋型線研究方面存在較大局限性，往往基于單學科型線進行設計優化，缺少對通用型線設計的研究，很多基于多科學協調理論進行型線優化。從目前來看，我國渦旋式壓縮機設計與制造方面仍比較落后，與發達國家有著較大差距。當前渦旋式壓縮機制造門檻高，對渦旋型線設計和工藝要求高，而這些核心技術基本掌握在國際品牌企業手中。從世界渦旋式壓縮機技術發展來看，早期艾默生在亞洲市場占據主導地位，技術相對成熟，渦旋型線方面的諸多問題得到了解決。而近些年，丹佛斯開始改進技術，建設了技術團隊，進行技術開發，對渦旋型線進行優化，推出大量新產品，開始搶占市場。丹佛斯在渦旋型線優化方面運用了特殊的流線設計思路，大大提高了技術精度，不僅有效提高了壓縮機運行效率，同時提高了運行穩定性。而目前國產渦旋式壓縮機渦旋型線普遍存在問題，所以壓縮機性能差，缺乏核心技術，一時間還無法贏得市場。當前在渦旋型線優化方面，很多企業都在走擴大制冷范圍、延伸渦旋壓的思路，功率得到明顯提高。且融入了變頻技術和數字技術，渦旋型線設計更緊湊。例如：R32壓縮機、PSH19-39壓縮機、PSH壓縮機、VZH壓縮機等，功率范圍已從1-15kW提升到8-39kw，不僅控制更精準，且對溫濕度更加敏感，更由于融入了變頻技術，所以節能效果得到了大幅度提升。例如，二零一三年推出的MLM/MLZ及LLZ系列，已被廣泛應用于商業制冷領域。未來五年內渦旋式壓縮機渦旋型線優化設計技術將越來越成熟，性能將得到大幅度提升。

3　結束語

渦旋型線在渦旋式壓縮機結構設計中占據著重要位置，影響著整個系統運行及性能發揮。因此，在渦旋式壓縮機結構設計中，必須對渦旋型線提高重視，進行合理優化。從目前技術發展來看，很多企業都在對渦旋型線進行優化，未來渦旋式壓縮機技術將得到明顯提高，將廣泛應用到商業制冷領域。

參考文獻：

［1］楊興華.壓縮空氣儲能用渦旋式壓縮/膨脹復合機的性能研究［D］.華東理工大學，2014（04）：56-57.

［2］劉興旺.基圓漸開線型渦旋壓縮機渦盤幾何參數優化設計研究［D］.蘭州理工大學，2015（06）：20-22+26.

［3］佘莉芳.液體制冷劑注入的渦旋壓縮機特性的研究與結構參數優化［D］.蘭州理工大學，2014（16）：93.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.013