多缸轉子式壓縮機技術進展分析

陳朝波

摘 要：多缸轉子式壓縮機是目前轉子式壓縮機的一個重要發展方向，該類壓縮機在大容量、變容和多級壓縮等方面具有良好的優勢。介紹了多缸轉子式壓縮機的技術現狀和發展，對多缸轉子式壓縮機在多級變容、雙級補氣增焓等方面的主要技術發展進行了綜述，并指出了壓縮機的未來的發展方向。

關鍵詞：壓縮機;多缸;變容;增焓

中圖分類號：TB ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.08.100

0 引言

隨著中國經濟的高速發展和人們生活水平的逐步提高，空調、冰箱等制冷領域取得了快速發展，由此也帶動了其壓縮機使用的增長，推動著制冷壓縮機技術進步。其中，轉子式壓縮機廣泛應用在家用空調等制冷領域，能滿足從高溫到低溫多個溫區的需求;其技術水平對整個制冷行業的發展具有舉足輕重的影響。而多缸轉子式壓縮機在壓縮機兩級壓縮變容技術、兩級壓縮補氣增焓技術和高效吸排氣技術等方面具有其獨特的優勢，近年來取得了較大的技術進步，對于多缸轉子式壓縮機的專利申請也呈現較大幅度的增長，這些都極大地促進了我國壓縮機的技術發展。

1 多缸轉子式壓縮機技術進展

圖1為多缸壓縮機的原理結構圖，其在一個密閉殼體內，將電機設置在內腔的上方，壓縮機構設置在下方，壓縮機構包括低壓缸和高壓缸，可將低壓缸中一個或兩個設置為變容缸，從而實現變容運行和雙級壓縮;氣體從吸氣口吸入后經過雙級壓縮從泵體排出后流經電機再從排氣管排出壓縮機外部，供制冷系統使用后再進入壓縮進行壓縮實現循環。

對于轉子式壓縮機，在品牌方面，格力、美芝和海立等均為傳統轉子式壓縮機龍頭企業，下面也主要從上述龍頭企業近年來的專利申請方面對多氣缸壓縮機的技術發展進行梳理。由于在多級變容技術、多級補氣增焓技術、高效吸排氣技術和高可靠性等方面，多缸轉子式壓縮機相對于單缸壓縮機具有其獨性能，因而下面也是從上述四面介紹近年來多缸轉子式壓縮機的技術進展。

1.1 多級變容技術

壓縮機常用的容量調節技術主要有以下三種：①采用兩臺或多臺壓縮機并聯技術：采用輸氣量不同的壓縮機，在不同工況下分別開啟排量不同的壓縮機或同時開啟所有壓縮機以滿足使用需求;②轉速可控型壓縮機技術：通過驅動電機來調節壓縮機的運行轉速來達到壓縮機容量調節的目的;③工作腔卸載技術：通過調節壓縮機內各個壓縮腔的排氣量實現壓縮機容量調節。對于多缸轉子式壓縮機，由于多個缸體疊置設置，既可以實現兩個或多級壓縮，又可以實現部分缸體的空轉，因而在壓縮機工作腔卸載技術方面實現壓縮機的雙級壓縮變容運行具有其獨特的優勢，也是近年來多缸轉子式壓縮機專利申請的一個技術熱點。目前的多缸轉子式壓縮機的變容主要是通過滑片往復運動控制來實現的，其原理均為控制滑片在滑片槽內的運動實現相應氣缸的空轉，當滑片被限制在滑片槽內從而滑片與活塞分離，活塞在氣缸內形成空轉狀態;而當解除滑片限制時，滑片通過彈簧或其它作用力抵接在活塞表面，活塞負載運行，從而實現壓縮機的變容運行。具體主要包括以下三種控制方式，如圖2所示：

（1）高低壓流體控制。該方式主要是通過在滑片背部腔室內或側面開設凹槽等結構并通過高壓流體的壓力作用將滑片鎖定在滑片槽內，從而通過三通閥等切換機構可以對高低壓流體進行切換實現氣缸腔的加載或卸載運行。

（2）鎖止機構控制。此方式為在滑片底部位置設置一個由銷和彈簧組成的鎖止機構，并在滑片上設置卡槽與之配合;同時，通過高低壓流體的壓力切換和彈簧彈力的相互作用推動銷運動從而實現對滑片的鎖定或解除鎖定;在此基礎上，還進一步提出了設置獨立控制閥來控制高低壓流體的流動實現對滑片的主動控制。

（3）電磁控制。電磁控制方式主要是通過電磁力實現對滑片鎖定或解除鎖定的控制，在滑片上設置磁性體或者將滑片設置為具有磁性，通過外部的永磁體或其它的電磁結構實現對滑片鎖定或解除鎖定。

對于多缸壓縮機，根據需要選擇其中的一個氣缸作為變容缸，通過以上各種控制機構可以有效實現變容缸的滿負荷工作或空轉，從而可以有效調節壓縮機的容量;并可以進一步實現多級壓縮。同時，在多缸轉子式壓縮機中，還可以將多個缸體設置為并列運行，均設置有變容控制機構，從而可以更加靈活地控制壓縮機的排量，實現更大范圍的變容控制。

1.2 雙級補氣增焓技術

多缸轉子式壓縮機的雙級補氣增焓技術是將低壓級和高壓級設置在同一壓縮機的不同缸體內，高、低壓級間通過中壓流體通道或中壓流體腔室連接，構成兩級壓縮;圖3為雙級補氣壓縮機制冷循環原理圖，通過閃蒸器的經過一級節流后的飽和氣態制冷劑補入壓縮機兩級壓縮的中間腔內，與低壓級氣缸的排氣混合后進入高壓級氣缸的吸氣腔再進行二級壓縮，從而改善壓縮過程提高壓縮機COP。

在實現多級壓縮方面，多缸壓縮機由于具有兩個或三個甚至更多個缸體，其在多級壓縮機方面存在更大的優勢。近年來針對多級壓縮機的專利申請，雙級壓縮補氣增焓技術也是一大熱點，對于多缸壓縮機，其補氣結構主要是通過設置混合腔實現對中間壓流體的補氣增焓，混合腔可以設置在上氣缸上部、下氣缸下部或者中間隔板上，或者直接利用電機腔作為混合腔進行補氣增焓，或者直接對壓縮腔進行補氣增焓;而在補氣流體的引入上，既有利用制冷回路中的閃蒸器引入補氣流體，也可直接引入冷凝器出來的流體;上述各種補氣增焓方式極大地提高了多缸轉子式壓縮機的COP。

1.3 高效吸排氣技術

在吸排氣結構方面，與單缸壓縮機相比，多缸壓縮機也存在其獨特的進排氣結構。在吸氣方面，與單缸壓縮機相比，由于缸體之間存在隔板結構，因而也發展出了多種不同的吸氣結構，包括直接從缸體上下端部的軸承吸氣，直接從缸體吸氣，也包括從隔板吸氣，或者上述吸氣方式的各種組合;而對于多個氣缸的結構，進一步發展出了采用獨立吸氣結構對每個氣缸進行吸氣或者通過同一進氣通道進入泵體后再在泵體內開設分支通道對各個氣缸進行吸氣的結構;同時，在多缸壓縮機中，吸氣和排氣結構也都充分利用了隔板這一特點結構，可以在隔板上設置緩沖腔用于吸氣或排氣的消音結構，從而提高整個壓縮機的降噪效果。而在排氣結構方面，也存在以下幾種不同的排氣方式：直接將壓縮后的高壓氣體通過上部消音腔排出、向將高壓氣體經下部消音腔消音后再通過上部消音腔消音再排出壓縮機殼體等均能夠有效降低排氣噪音;這些對于降低吸排氣阻力改善壓縮機吸排氣效率效果顯著。

1.4 高可靠性

多缸轉子式壓縮機在降低泄漏、提高泵體強度和提高裝配的可操作性等可靠性方面明顯改善。例如，采用缸體與隔板一體化的結構設計提高泵體的強度，如圖4所示;同時，為了降低多缸體結構對曲軸裝配的影響，提出了一種分離式曲軸結構，將曲軸上的一個偏心結構設置為分離式，從而方便曲軸通過隔板后再進行裝配，降低了裝配難度。這些都極大地提高了壓縮機的可靠性。

2 結束語

小型化、變容量、電機優化和新冷媒是未來轉子式壓縮機發展趨勢，其中，變容量技術成為未來發展主要方向;目前我國已發展成為制冷壓縮機產品的生產大國，但還不是制冷壓縮機產品強國。由于多缸轉子式壓縮機在上述的多級變容技術、多級補氣增焓技術等方面具有較好的優勢，該類型壓縮機必然能夠獲得進一步的發展，取得更大的技術進步。

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