小型制冷压缩机研究热点.doc

压缩机是制冷系统的核心和心脏它决定了制冷系统的能力和特征本文不仅从高效节能噪声和振动以及制冷剂等方面分析了小型制冷压缩机的技术性能还解析了近年出现的新型特种小型压缩机的主要特点为我们掌握小型制冷压缩机未来发展趋势奠定了技术基础众所周知压缩机是制冷系统的核心和心脏压缩机的能力和特征决定了制冷系统的能力和特征某种意义上制冷系统的设计与匹配就是将压缩机的能力体现出来因此世界各国制冷行业无不在制冷压缩机的研究上投入了大量的精力新的研究方向和研究成果不断出现压缩机的技术和性能水平日新月异本文将就近年来小型制冷压缩机的技术研究与发展作一综述性的探讨压缩机的高效节能研究压缩机是制冷系统的核心耗能部件提高制冷系统效率的最直接有效手段是提高压缩机的效率它将带来系统能耗的显著降低同时这样还能避免仅在系统上采取措施如一味加大换热器面积等所造成的材料消耗的大量增加近年来随着世界上能源紧缺形势的日益严重各个国家越来越重视节能工作对耗能产品的效率提出了越来越高的要求由于各种损失诸如摩擦泄漏有害传热电机损失流动阻力噪声振动等的存在压缩机工作时实际效率远低于理论效率因此从理论上讲任何能够降低任意一种损失的措施都能够提高压缩机的效率这一客观事实导致了对压缩机的节能研究范围广方向宽研究课题与研究成果多种多样目前国际上对压缩机的节能研究工作主要集中在几个方面研究润滑特性压缩机轴承部位的摩擦特性以降低摩擦功耗提高压缩机效率降低泄漏损失以提高压缩机的效率采用变频或变容技术通过制冷系统的出力与用户负荷的最佳匹配来实现节能有关这方面的内容特别是变频技术目前已相对较为成熟且广为人知在此不予赘述气阀的研究是一个古老的课题但也是一个永恒的课题改进气阀的设计以提高压缩机效率的研究永无止境也永有收获这方面的研究非常之多从气阀材料运动规律结构优化到适用理论测试方法等包罗万象总之关于压缩机节能方面的研究已成为近年来制冷行业的一个首要热点问题限于篇幅本文在此不作具体的专题讨论近年来国内的制冷压缩机行业对产品的节能研究也给予了极大的关注进展较大的产品主要是冰箱压缩机行业在中国节能冰箱项目的推动和支持下无论是企业对节能产品的认识还是冰箱压缩机的性能都产生了质的飞跃目前国内企业冰箱压缩机产品的最高能效已达到左右国内的冰箱压缩机企业采取了大量的技术措施诸如高效电机甚至同步电机凹形气阀平面止推轴承低粘度润滑油新型吸气消音器降低摩擦损失等取得了巨大的效果主要的问题在于目前国内企业缺乏自由技术所采取的技术路线还以模仿为主多数的企业对建立自己的技术基础还无意识也无兴趣制约了企业的技术发展能力相对于冰箱压缩机行业国内空调压缩机的节能研究还显得波澜不惊多年来压缩机的效率没有质的变化较大的市场需求使得大多数的空调压缩机企业将精力集中在扩大产能上随着国家对空调器能效水平要求的进一步提高以及我国空调器出口各种隐患的逐步呈现国内空调压缩机企业的这种短视将无法适应节能形势发展的要求也使企业的后续发展乏力压缩机的噪音与振动研究目前噪声已被视为严重污染之一作为家用制冷设备的动力源和心脏制冷压缩机的噪声问题以成为衡量其综合性能的一个重要指标实际上对于一台压缩机来讲大部分噪声都是由于壳体被某些噪声源激发所产生的例如被弹簧制冷剂压力脉动排气管润滑油量等激发但压缩机的噪声源和传递途径复杂多样这就给压缩机的消声降噪带来了很大困难关于压缩机的噪声振动各国学者已经进行了大量且长期的研究这里将这方面的主要研究工作成果概括如下制冷压缩机的主要噪声源由进排气辐射的空气动力噪声机械运动部件产生的机械噪声和驱动电机噪声三部分组成空气动力噪声压缩机的进气噪声是由于气流在进气管内的压力脉动而产生的进气噪声的基频与进气管里的气体脉动频率相同与压缩机的转速有关压缩机的排气噪声是由于气流在排气管内产生压力脉动所致排气噪声比进气噪声弱所以压缩机的空气动力性噪声一般以进气噪声为主机械噪声压缩机的机械性噪声一般包括构件的撞击摩擦活塞的振动气阀的冲击噪声等这些噪声带有随机性呈宽频带特性电磁噪声压缩机的电磁噪声是由电动机产生的电机噪声与空气动力性噪声和机械性噪声相比是较弱的压缩机噪声源中进排气空气动力性噪声最强其次为机械性噪声和电磁噪声通过深入研究可以进一步认为压缩机噪声主要来自壳体振动系由弹簧制冷介质压力脉动和吸排气管以及润滑油激励产生并向周围空气介质传播而形成噪声围绕降低压缩机辐射噪声众多文献略提出了一系列的降噪减振措施和方案增加壳体结构整体刚性以提高共振频率且降低振动幅值避免壳体曲率的突变对于曲面而言固有频率与曲率半径成反比因此壳体形状应采用最小的曲率半径将悬挂弹簧支承移至具有较高刚性的位置壳体应采用尽可能少的平面弯曲应力与膜应力的耦合只出现在曲面上会使壳体本身具有较大的刚性因此压缩机壳体应尽可能少地采用平面结构避免排气管路和冷凝器的激励优化排气气流脉动采用在排气管路中引入附加容积的方法来消除压力脉动谱中的高阶谐波量采用非对称的壳体形状具有对称结构意味着具有三维主轴沿主轴应力最大且阻力最小因此具有不对称压缩机壳体结构意味着能够大大减小沿某一主轴方向作用力同时出现的几率设置进排气消声器封闭式压缩机中的消声器一般为抗性消声器它利用管道截面变化共振腔引起声阻抗改变来反射或消耗声能或利用声程差使声波相位相差度来抵消消声器内的噪声在压缩机壳体外侧封闭联通一个共鸣器即由共鸣器的腔室通过孔颈与压缩机壳体内部空腔相连成以降低压缩机腔内受激声学模态的幅值实验结果表明将共鸣器共振频率调制到实际压缩机空腔的最大受激振动模式上会大幅降低共振峰值和导致响应频谱的显著改变但是这样会影响压缩机外观和在冰箱中的布置其研究结果尚未应用于产品中剩余润滑油量和电机端线圈绕组也会导致同种型号成批压缩机声级之间存在差异偏离声级平均值通过改变壳体外部支承来增加扭转刚度且减小振动面噪声研究的复杂性要求研究者具有较强的理论素质要求企业具有较好的技术基础并且需要较大的投资和较长的时间这方面是国内压缩机企业的薄弱环节之一目前基本上处于定性的实验研究阶段伴随着很大的随意性和偶然性新制冷剂的应用基于环保要求的新制冷剂的应用也是制冷压缩机行业的一个热点问题随着用于冰箱产品的制冷剂替代工作的结束新制冷剂压缩机的研究近年来主要集中在空调行业除了目前已比较成熟的方面的研究外近年来最大的热点问题是二氧化碳压缩机的研究本文仅对这方面的问题作一介绍目前关于的研究和应用主要集中于三个方面一方面是最急需替代制冷剂的应用场合如汽车空调由于制冷剂排放量大对环境的危害也大必须尽早采用对环境无危害的制冷剂另一方面是考虑到循环的特点最利于采用这种循环的应用场合如热泵热水器则是考虑到在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移有利于将热水加热到一个更高的温度的特点而倍受关注再一方面是考虑到的热物理性质和迁移性质特点采用作为制冷剂如考虑到良好的低温流动性能和换热特性采用它作为复叠制冷循环低温级制冷剂压缩机作为跨临界二氧化碳空调系统效率及可靠性影响最大的部件应当充分结合二氧化碳超临界循环具体特点重新进行设计和氨一样其绝热指数值较高达这可能会使压缩机排气温度偏高但由于需要的压缩机的压比小因此不需要对压缩机本身进行冷却正因为绝热指数高压比小可减小压缩机余隙容积的再膨胀损失使压缩机容积效率较高经过实验和理论研究和发现往复式压缩机有良好的油膜滑动密封成为系统的首选对其二氧化碳压缩机排气阀进行了改进排气改良后的二氧化碳压缩机效率提高了由于二氧化碳系统压力远远大于传统的压临界循环系统压缩机的轴封设计要求比原有压缩机高得多压缩机的轴封泄漏在一段时间内仍将是目前阻碍其实用化的主要原因等已进入二氧化碳压缩机小批量生产阶段在年月联合日本挪威瑞典英国和美国启动的三年计划项目年起德国大众等欧洲著名公司发起了名为的联合项目联合欧洲著名高校汽车空调制造商等研制汽车空调系统汽车公司现已生产装备汽车空调系统的轿车德国生产的以为工质的空调公交客车从年运行至今奥地利的英国均已研制出二氧化碳车用压缩机日本的的二氧化碳压缩机已进入批量生产阶段随着各大生产厂商的投入压缩机的型式也与普通车用压缩机的发展趋势相一致主要以定排量摇摆斜盘式涡旋式和变排量为主新型工作原理的制冷压缩机近年来在全新工作原理和结构的制冷压缩机方面未见有更多的进展主要有线形压缩机椭圆压缩机摆动式转子压缩机螺旋叶片式压缩机等作者在以往的文章中已有叙述这里不予重复其中线形压缩机仍是国内冰箱压缩机行业关注的热点在年国际压缩机工程会议中有篇关于线形压缩机的文章研究者仍以和两家公司为主最近两年国内有数家冰箱压缩机企业在尝试线形压缩机的开发但就企业所具有的技术基础资金实力和国内科研机构的局限性而言相信在短时间内不可能进入产业化阶段特种制冷压缩机尽管国内的家用制冷压缩机企业长期以来习惯于大规模的生产模式习惯于以数量求效益但在激烈的价格竞争形势下随着产品利润率的日益降低当生产数百万台压缩机仅能取得数百万元利润的情况下一些特种制冷压缩机就不失为一种出路特种制冷压缩机包罗万象在此不可能一一例举但它们的共同特点是生产规模小单台利润高产品转型快多数情况下需要针对用户的要求专门设计这类产品越来越多地引起了国内压缩机企业的重视如国内数家企业正在开发或已经具备生产能力的车载冰箱压缩机