壓縮機補氣增焓技術探究

陳朝波

摘 要：補氣增焓技術是近年來壓縮技術領域中一個熱點技術，其在解決壓縮機在低溫工況下排氣溫度過高和制熱量不足等問題上具有較好的作用，主要介紹了滾動轉子壓縮機和渦旋壓縮機的補氣增焓技術，結合單缸和多缸滾動轉子壓縮機以及渦旋壓縮機的具體結構，重點介紹了上述各類壓縮機補氣增焓結構及其各自優缺點。

關鍵詞：壓縮機;補氣;增焓;閃蒸器

中圖分類號：TB ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.08.104

0 引言

空調、制冷行業的快速發展，極大地推動了壓縮機技術的發展，對于我國北方等低溫地區，隨著室外溫度降低，壓縮機壓縮比增大、蒸發溫度降低等，存在低溫環境下制熱能力下降的難題，其中，中間補氣技術是熱泵低溫環境有效克服低溫環境的有效措施之一;補氣技術也由此越來越引起壓縮機制造企業的重視，對提高企業壓縮機產品的綜合競爭力具有十分重要的意義。

1 壓縮機補氣增焓技術進展

壓縮機補氣主要應用于發展較成熟的滾動轉子式壓縮機、渦旋壓縮機;下面主要針對上述壓縮機的補氣增焓技術進行闡述，以系統了解目前的壓縮機補氣增焓技術的整體技術發展狀況。

1.1 單缸滾動轉子壓縮機補氣增焓技術

單缸滾動轉子壓縮機的補氣是通過在壓縮腔中增加補氣口，通過引入中壓流體形成對壓縮腔進行噴射補氣。圖1為該類壓縮機的補氣增焓結構圖，滾動轉子壓縮機的工作過程中包括了吸氣和壓縮過程，而補氣是針對壓縮過程補氣，將補氣孔設置在與壓縮腔連通的排氣孔附近，而為了防止補氣流體回流，可以設置簧片閥等止回閥結構，當補氣流體壓力大于壓縮腔內的流體壓力時打開補氣孔進行補氣，稱為準二級壓縮形式。準二級壓縮的滾動轉子壓縮可有效解決壓縮機在低溫工況下排氣溫度過高和制熱量不足等問題，已經成為解決低溫工況下空氣源熱泵性能衰減的重要技術途徑。由于補氣口開在排氣口附近的氣缸壁上，將不可避免有一段補氣口和吸氣口串通的時間，在這段時間內，補氣口噴射出來的中壓流體回流至吸氣管，導致壓縮機的容積效率下降;為了克服上述技術問題，根據滾動轉子壓縮機中設置有往復運動的滑片結構，發展出了一種將補氣通道開設在滑片上的補氣結構，如圖1（b）所示，將補氣通道直接設置在滑片上，并將補氣通道的端部距離滑片端部一定距離設置，通過該距離的設定可以實現在吸氣階段不進行補氣而在壓縮階段才開始補氣，防止了噴射氣體的回流，更好地適應滾動轉子壓縮機的工作過程，提高了補氣效果。

1.2 多缸滾動轉子壓縮機補氣增焓技術

目前，由于在變容技術和多級壓縮等方面具有其獨性能，多缸多級壓縮已經成為滾動轉子壓縮機的一個重要發展方向，多缸滾動轉子壓縮機的補氣增焓技術也取得很大的技術發展。

圖2為兩種常規的多缸滾動轉子壓縮機補氣結構，圖2（a）為一種將補氣通道設置在下法蘭的補氣結構，其設置一個混合腔用于將低壓級氣缸排出的流體與補氣流體進行充分的混勻，混勻后的流體再通過缸體上設置的中間流道進入高壓級氣缸內進行壓縮，之后再通過排氣管排出壓縮機;圖2（b）為利用多缸滾動轉子壓縮機的氣缸之間設置有隔板的結構，將補氣通道設置在隔板上，并通過隔板上的補氣通道直接對上下氣缸的壓縮腔進行補氣，由于在隔板上設置了兩個獨立的補氣通道，該結構可以較好防止對多缸壓縮機的補氣中可能存在的串氣問題。

隨著多缸滾動轉子壓縮機的發展，其補氣結構也取得了明顯的技術進步。其中，如圖2所示，包括了直接對壓縮腔進行補氣結構和設置混合腔進行補氣的結構，而對壓縮腔直接進行補氣包括有對所有氣缸進行補氣和對部分氣缸進行補氣，可以滿足多缸單級壓縮和多缸多級壓縮等不同類型的多缸滾動轉子壓縮機的補氣需求;而對于多缸多級壓縮機，該類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，將閃蒸器內的飽和氣態制冷劑補入壓縮機兩級壓縮間的中間腔內，與低壓級氣缸的排氣混合后進入高壓級氣缸的吸氣腔內再進行二級壓縮，其目的是改善壓縮過程，進而提高壓縮機COP。對于多級壓縮，根據高低壓壓縮中的氣缸溫度差異的結構，提出了一種將補氣通道開始在高壓缸上，通過補氣流體實現對高壓缸的冷卻并降低補氣流體的含液量的雙重目的的結構;同時，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;而在補氣流體的引入上，既有利用閃蒸器引入補氣流體，也有直接引入冷凝器出來的流體補氣。另外，近年來，針對補氣結構也相應地提出了相應的降噪措施，比如，在兩級壓縮機的中間補氣通路上設置消音腔等結構，可以有效防止補氣可能帶來的壓縮機整體性能的降低。

1.3 渦旋壓縮機補氣增焓技術

渦旋壓縮機是除了滾動轉子壓縮機之外，補氣技術發展較多的一種壓縮機類型。渦旋壓縮機補氣技術是在靜渦旋盤中開設補氣通道，通過該補氣通道向渦旋壓縮機的中間腔補充制冷劑提高壓縮機排氣量，降低排氣溫度從而提高壓縮機能力。對于渦旋壓縮機，采用補氣技術后，其制冷量和制熱量可以得到提升，而功耗會有所上升。

圖3為渦旋壓縮機的補氣結構圖，通過補氣管道連接到靜渦旋盤上的補氣通道，將中間壓的補氣流體向中間壓縮腔噴射補氣。對于渦旋壓縮機的補氣結構，補氣位置和補氣口的形狀以及補氣流體的控制等都是補氣效果的重要影響因素，最佳補氣點位置選擇要兼顧效率高低和制冷量大小原則并要考慮泄漏等諸多因素;而補氣口形狀對補氣速度和阻力具有重要的影響，主要有兩類：條縫形和圓孔形，條縫形補氣口的補氣阻力小，補氣速度快，但加工難度大，而圓孔形與條縫形相反;由于補氣阻力對渦旋壓縮機的性能影響不大，因此通常采用圓孔形補氣口。近年來，為了更好地控制渦旋壓縮機的運行，在補氣通路上設置了易于實現自動控制的電磁閥等結構，通過電磁閥結構與自動控制系統連接，并進而增設溫度傳感器和壓力傳感器等實現對補氣的自動控制，在此基礎上，還提出了一種在補氣通道上設置有形狀記憶合金等材料形成的控制閥結構，以更好地適應渦旋壓縮機的工況，提高壓縮機可靠性。

2 結束語

中間補氣技術可有效提升渦旋壓縮機熱泵系統的制熱量及能效比，在一定范圍內滿足低溫環境制熱需求;而將中間補氣技術與低成本的滾動轉子式壓縮相結合也可實現中間補氣的二級/準二級壓縮過程，可以克服傳統空氣能熱泵所存在的問題。我國空調等制冷行業的發展對壓縮機的補氣技術提出了更高的要求，如何根據不同類型壓縮機各自的結構特點，深入挖掘補氣中存在的技術問題，完善壓縮機補氣結構是未來壓縮機補氣技術發展的重要方面。

參考文獻

[1]朱冬生，孫晉飛，尹應德，等.補氣轉子式壓縮機變工況制熱性能的分析[J].太陽能學報，2019，40（8）：2306-2313.

[2]戴源德，劉明權，古宗敏.基于渦旋壓縮機補氣的空氣源模塊機組制熱性能實驗[J]，暖通空調HV&AC，2014，44（8）：118-122.

[3]馬麟，姚文虎，錢坤.噴液冷卻和噴氣增焓低溫熱泵渦旋壓縮機的對比分析[J].制冷技術，2018，38（1）：55-59.

[4]張劍飛，秦妍，秦海杰.渦旋式壓縮機中間補氣技術[J].制冷與空調，2012，12（2）：22-24.

[5]王貽任.壓縮機容量調節新技術——數碼渦旋技術[J].家電科技，2005，（9）：30-32.

[6]黃超，張華，鄔志敏.中間補氣的渦旋制冷壓縮機的工作特性[J]，流體機械，2012，30（4）：11-13.

[7]謝利昌，陳可，王寶龍，等.滑板補氣滾動轉子式壓縮機性能試驗研究[J].制冷與空調，2018，18（10）：16-19.

[8]孫晉飛，朱冬生，李修真，等.基于滾動轉子式補氣壓縮機的準二級壓縮熱泵系統熱力學分析[J].高校化學工程學報，2018，32（3）：499-506.