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东北大学硕士学位论文 14 0 0 w r 4 1o a 滚动转子式压缩机的研发 摘要 滚动转子式压缩机因其具有结构简单、体积小、能效比高、性价比低的特点， 被广泛用于小容量空调器系统中，如窗式、小型分体式空调器、部分柜机和小型 除湿机( 容量等级为0 4 2 3 k w ) 中，其中部分机型还被广泛应用于低温制冷领域。 我国滚动转子式压缩机真到上世纪9 0 年代初从日本引进相关的制造技术和专 利后才得到迅速的发展，至今成为世界最大的生产基地，产品出口到世界各地， 为我国创造了大量的外汇。但该产品相应的高端技术，目前还掌握在e l 本开发商 手中，其高端产品也一直引领世界在该产品的发展方向。 现今随着世界各国对节约能源、环境保护方面要求的不断的提高，市场对空 调的核心部件压缩机的环保、效率等方面的要求也不断提出严格的要求。我国以 往引进和设计的产品，都是针对制冷剂r 2 2 进行设计的产品。因r 2 2 对大气臭氧 层具有破坏性，现今世界各国对该类产品纷纷加以年限限制。随时间的临近，我 国所有压缩机生产商都面临着必须设计出适应市场需求的新制冷剂用压缩机，目 前该技术的实现还主要依赖于从日本引进。 本文针对以上情况，根据我国制冷市场的发展方向和世界市场的需求，以制 冷剂为r 4 1 0 a 、输入功率为1 4 0 0 w 滚动转子式压缩机设计为主线，论述了如何在 对原有滚动转子式压缩机结构不迸行较大改变的基础上，如何对使用制冷剂为 r 4 1 0 a 的滚动转子式压缩机开展设计，并对设计要点进行了分析。同时本文在理 论阶段设计过程中通过m a f l a b 软件，结合滚动转子式压缩机的特点，对泵体动力 部分进行了编程分析，解决了繁琐的计算问题，使得设计过程得到进一步的简化。 并跟据r 4 1 0 a 制冷剂工作中相对r 2 2 制冷剂的不同特性，通过使用s o l i d w o r k s 2 0 0 4 结构分析软件对部分零件进行了三维耐压、受力、安全分析，根据分析结果使泵 体在性能方面得到进一步的优化，节省了大量的设计时间，缩短了设计周期。 本文涉及的机型设计目前已经通过噪声、振动、性能等实验验证，开始在华润 三洋压缩机有限公司计划进行批量试产，为公司创造可观的经济效益。 关键词r 4 1 0 a1 4 0 0 w 滚动转子式压缩机高能效 - i i 东北大学硕士学位论文 a b s l r a c t o n d e v e l o p i n g1 4 0 0 wr o l l i n gp i s t o n c o m p r e s s o ru s i n gr e f r i g e r a n t4 1 0 a a b s t r a c t s i n c e r o l l i n gp i s t o nc o m p r e s s o r sp o s s e s s t h em e r i t so f s i m p l e s t r u c t u r e ， s m a l l v o l u m e ，h i 【g h - e f f i c i e n c y , a n dl o wr a t i oo fc a p a b i l i t yt op r i c e ，t h e ya r ew i d e l yu s e d i na i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m so f s m a l l c a p a c i t y , a m o n gw h i c hs o m ea r ee v e nw i d e l yu s e d i nl o w - t e m p e r a t u r ec o n d i t i o n i n gf i e l d c h i n e s er o l l i n gp i s t o nc o m p r e s s o r sd i d n ，te n t e rt h es t a g eo ff a s td e v e l o p m e n tu n t i 】 w eg o tt h er e l a t e dt e c h n i q u e sa n dp a t e n tf r o mj a p a ni nt h ee a r l y1 9 9 0 s n o w a d a y s c h i n ah a st o p p e dt h el i s to fm a n u f a c t u r i n gc o u n t r i e sa n de x p o r t e dt oa l lo v e rt h ew o r l d t h u se a r n i n gaw e a l t ho ff o r e i g nc u r r e n c y h o w e v e r , w es h a l ln o tn e g l e c tt h ef a c tt h a t j a p a ns t i l ls e t st h ep a c ei nd e s i g n i n g t h em a r k e td e m a n d st l l a tc o m p r e s s o r s a sc o r ep a r to fa i r - c o n d i t i o n e r , s h o u l db e c l o s e rt o p o l l u t i o n f l e ea n dh a v eh i g h - e f f i c i e n c ya sar e s u l to ft h ew o r l df o c u s i n go n e n e r g y - s a v i n ga n de n v i r o n m e n t - p r o t e c t i n g w bh a v eb e e nd e s i g n i n gc o m p r e s s o r sw i t h r e f r i g e r a n t2 2 a sw ea l lk n o wr e f r i g e r a n t2 2d o e sh a r mt oo z o n o s p h e r es oa l lt h e c o u n t r i e s1 i m i ti t sp r o d u c t i o n w i mp 觞s a g eo f t i m e ，a l lt h ec o m p r e s s o r - m a n u f a c t u r e r s h a v et of a c et h es a m ec h a l l e n g e w h i c hi st od e v e l o pc o m p r e s s o r sw i t hn e w r e f r i g e r a n t n o w a d a y st h er e l a t e dt e c h n i q u e sa r em a i n l yi m p o r t e df r o mj a p a n a c c o r d i n g l y , t h ed i s s e r t a t i o nd e a l sw i t hh o wt or e f 0 啪1 4 0 0wr o l l i n gp i s t o n c o m p r e s s o rw i t ht h en e wr e 衔g e r a n t4 10 an o tu a n s f o r m i n gi t t h a ti st os a yt h e r ew i l l b en os i g n i t i c a n tc h a n g e si nt h es t r u c t u r eo ff o r m e rr o l l i n gp i s t o nc o m p r e s s o r m e a n w h i l e ，w i t ht h eh e l po fm a n a bp r o g r a m ，t h ef o r c e so nt h ek e yp a r t si np u m pa r e a n a l y z e d s o l i d w o r k sp r o g r a mi sa l s ou s e dt oa n a l y z ec o m p r e s s i o nr e s i s t a l i c eo fs o m e p a r t s t h ef e a s i b i l i t yi sd i s c u s s e di nt h et h e s i sa f t e r w a r d s t h ed e s i g ni nt h ed i s s e r t a t i o ni sp r o v e db ye x p e r i m e n t so fn o i s e ，v i b r a t i o na n d p e r f o r m a n c e c h i n ar e s o u r c e s ( s h e n y a n 曲s a n y oc o m p r e s s o rc o ，l t dh a sp l a n n e d t o m a n u f a c t u r et h en e w l y d e v e l o p e dc o m p r e s s o r , w h i c hw i l ln od o u b ty i e l dp r o f i t k e yw o r d s r 4 1 0 a1 4 0 0 w r o l l i n g p i s t o nc o m p r e s s o rh i g h - e f f i c i e n c y i i i 独创性声明 零人声鹗掰堡交熬学位论文是在尊烬豹攒罨下完成麴。论文中取褥的研究成 鬃除热以标注秘致澎黪避方照，不包含其他人已经发袭或撰霹过的弼究戏果，也 不包括本人为获得其他学位丽使糟遥的辛考释。与筏一瀚工作秘闲志对本磷究艨徽 的任俺贡献均露在论文中作了明确的说鞠并表示谢意。 学位论文作者o c j m 豳期：舾友。己 学位论文版权使用授权书 本攀经论文终者謦爨撂导教烬完全了解衷j 岳大学蠢关保塑、使用学位论文豹飙 定：都学校裔裰保留笄向国家有关部 j 或辊捣滏交论文的复爨棒_ 稻磁盘，竞诲谂 文获整灏和借阕。零入授权拳j t 大学霹疆将攀镶论文弱全部竣罄分内容缡入骞关 数据库进行检索、交流。 ( 如作翥和导师同意网上交流，请在下方签名；翁爨4 视为不闻意。) 学使论文 签字日期 导魉然名： 签掌秘籁； 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 随着人们对生活质量的需求，家用空调象电视机一样，目前正在迅速的进入 寻常百姓家。随着空调行业的兴起，其核心部件压缩机的需求量正在逐年攀升。 尤其近几年，随着我国进入w t o ，世界加工制造业的重心正向我国逐步转移，现今 我国已经成为世界家用空调的主要生产基地，在2 0 0 3 年的出口量达到2 0 0 0 万台 以上，比2 0 0 2 年的不足5 0 0 万台翻了两翻之多，在2 0 0 4 年上半年的出口量就已 经达到2 1 0 0 万台。由于出口量的加大，导致压缩机需求的紧张，其表现不仅仅在 数量上，同时还表现在质量和技术的先进性上。为此世界各国的空调用压缩机生 产商不仅在增加产能上投入大量资金，同时根据世界市场需求，在压缩机的开发 上也纷纷投入大量的精力和资金。 1 1 1 适应世界各国对人类生存环境进行保护的号召 家用空调问世以来一直是使用h c f c 制冷剂进行工作的，为此空调的核心部件 压缩机一直以来都是针对h c f c 制冷剂进行相应的设计，并在技术水平上不断地得 到提高。 自从1 9 7 4 年，美大气学家f 希拉伍德罗兰( f s h e r w o o dr o w l a n d ) 和他 的同事马里奥穆连( m a r i om o l i n a ) 通过研究发现，氯氟碳化合物( c f c s ) 会与大 气的平流层臭氧发生化学连锁反应，减少大气中臭氧的含量，并不断得到世界各 国科学家用试验的进一步证实。因平流层臭氧会吸收紫外线，随着大气臭氧的减 少，更多的紫外线辐射到达地球。科学家估计暴露增加会导致皮肤癌发病增加， 白内障和免疫系统受损，还会减慢植物的生长。因为有些氯氟碳化合物( c f c s ) 会 在大气中停留1 0 0 年以上，这些影响会持续n - - 十一世纪。 罗兰( r o w l a n d ) 和穆连( m o l i n a ) 在得出了这种长期危害是无法接受的结论 后，呼吁禁止进一步释放氯氟碳化合物( c f c s ) 。受到了这种清楚且现存的危险的 警告，美国、加拿大、挪威、瑞典在七十年代末开始禁止溶胶性喷雾器中使用氯 氟碳化合物( c f c s ) 。 由于国际社会普遍认识到氟氯碳化物( c f c s ) 等物质对大气臭氧层破坏性，以 及臭氧层对地球生态环境的重要性，于1 9 8 7 年9 月，共有2 7 个国家签署了具象 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 鬣及实矮意义酶蒙特稠尔诲议( t h em o n - t r e a lp r o t o c 0 1 ) ，游议中强潮蕊定 协约国，在1 9 9 9 年，c f c s 的使用量必须降至1 9 8 6 年使用量的5 0 。之后，蒙特 嗣尔诲议静管箭籀施使不断进行休整，将管镧莲瓣扩大，潮减过程对闻，闰对参 与的协约国的数嗣也不断增加；1 9 9 2 年1 1 月2 3 2 5 日，于哥本哈根举行的蒙特 秘尔协议第酉次会议中，就已经宥超过酉个国家参赧，蓝虽将全瑟禁璃c f c s 的时间提前至1 9 9 6 年1 月1 日。 在制冷行照中静c f c 系列的制冷帮( 特剐是籁耩昂r l l 、r 1 2 等) 对炱氧层的 破坏同样已经成为国际问题，根据蒙特利尔协议，目前在全世界范围内基本都 停止了e f c 系列制冷帮的生产。丽霞前大萤使用髂h c f c 系列售冷湘露r 2 2 ，因为 其成分中含有氯，也面临被淘汰的结局。根据蒙特利尔协议，发达蹦家将在 2 0 0 5 开始限制h c 阮制冷荆的生产，捌2 0 1 0 年将全面禁丘h c h c 涮冷莉酶生产， 发展中国家也要在2 0 2 0 簪全面禁止使用h c f c 制冷剂，只可保留少量生产作为售 艏服务使粥。 因在此之前。家用空调的制冷荆一煮使用h c f c 中的r 2 2 ，随精对该制冷剂限 涮日期的来临，家用空调领域已经找到相应的替代制冷莉，并褥至g 认可。目前首 选的h c 制冷剂替代品为h f c 制冷剂中的r 4 0 7 c 及r 4 1 0 a 制冷剂。因该两釉制冷 涮的工佟状态与原有的r 2 2 有所隧剐，刚相应的驻缩祝研翻和空满开发工作已经 提到议程。 1 1 2 遥应我瀚及世界各国对节约德源的装求 我圜改革开放以来缀济得到顺速的发展，但厩同许多发达国家和发展中国家 一样，落褥临着能源短缺驰阖遥，并置遮一阔题严重镧约着我函经济稳逮发展豹 脚步，为此国家在1 9 9 7 年1 1 月1 日通过了相应的法律法规一中华人民欺和国节 约能源法，甭来鼓励节约能源静科技活动帮研究，并限稍能源傻糟率较低产品的 生产和使用，使现有能源得到充分的利用。这一举措使樗我国的能源得到一定的 缓解。 2 0 0 2 年下半年以来，我国能源供求荚系发生了重大变化，能源供不殿求的局 瑟秀废穗现。据统诗，2 0 0 3 年全闰有2 1 个省蒂缝瘸限惫，今年第一季发，我嚣 拙闸限电的省市扩大到2 3 个，预计今年凝天拉闸限电现敷还将翼严重；受运输能 力的强制，陕嚣、由嚣等产媒大密窭蕊袋潆不是瀚清嚣，氇麴测了藐源珙浓矛嚣； 煤炭供应不足，使得缺煤少油的东南沿海地区不得不依靠柴油机组发电，又使一 整逑方静漓晶供成紧张越来。 - 2 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 征及实质意义的蒙特利尔挑议( t h em o n t r e a lp r o t o c 0 1 ) ，沩- 议中强制规定 【办约国，在1 9 9 9 年，c f c s 的使用量必须降至1 9 8 6 年使用量的5 0 。之后，蒙特 利尔协议的管制措施便不断进行休整，将管制范围扩大，削减过程时间，同时参 与的协约国的数目也不断增加；1 9 9 2 年1 1 月2 3 2 5 口，于哥本哈根举行的蒙特 利尔协议第四次会议中，就已经有超过一百个国家参加，韭且将全面禁用c f c s 的时间提前至1 9 9 6 年1 月1 日。 在制冷行业中的c f c 系列的制冷剂( 特别是氟利昂r l l 、r 1 2 等) 对臭氧层的 破坏同样已经成为国际问题，根据蒙特利尔协议，目前在全世界范围内基本都 停止了c f c 系列制冷剂的生产。而目前大量使用的h c f c 系列制冷剂如r 2 2 ，网为 其成分中含有氯，也面临被淘汰的结局。根据蒙特利尔协议，发达国家将在 2 0 0 5 丌始限制h c f c 制冷剂的生产。到2 0 1 0 年将全面禁止h c h c 制冷剂的生产， 发展中国家也要在2 0 2 0 年全面禁止使用h c f c 制冷剂，只可保留少量生产作为售 后服务使用。 困在此之前。家用空调的制冷剂一直使用h c f c 中的r 2 2 ，随着对该制冷剂限 制日期的来临，家用空调领域已经找到相应的替代制冷剂，并得到认可。目前首 选的h c f c 制冷剂替代品为h f c 制冷剂中的r 4 0 7 c 及r 4 1 0 a 制冷卉! f 。因该两种制冷 剂的工作状态与原有的r 2 2 有所区别，则相应的压缩机研制和空调开发工作己经 提到议程。 1 1 2 适应我国及世界各国对节约能源的要求 我国改革开放以来经济得到顺速的发展，但正同许多发达国家和发展中国家 一样，也面临着能源短缺的问题，并且这一问题严重制约着我国经济稳速发展的 脚步，为此国家在1 9 9 7 年1 1 月1 日通过了相应的法律法规一中华人民共和国节 约能源法，用来鼓励节约能源的科技活动和研究，并限制能源使用率较低产品的 生产和使用，使现有能源得到充分的利用。这一举措使得我国的能源得到一定的 缓解。 2 0 0 2 年下半年以来，我国能源供求关系发生了重大变化，能源供不应求的局 面再度出现。据统计，2 0 0 3 年全国有2 1 个省市拉闸限电，今年第一季度，我国 拉闸限电的省市扩大到2 3 个，预计今年夏天拉闸限电现象还将更严重：受运输能 力的限制，陕西，山西等产媒大省出现供煤不足的情况，也加剧了能源供求矛盾； 煤炭供应不足，使得缺煤少油的东南沿海地区不得不依靠柴油机组发电，又使一 些地方的油品供应紧张起来。 些地方的油品供应紧张起来。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 锌对能源( 电力) 供应紧张的局瑟，我国政府一方褥毒台绶策鸯西快煤、电、 油、运项目的建设力度，另一方面也在加快制寇和实簏煤、电、油、运建设规划， 傈证髓源供应的延续往。同时撼节能和罐高能源效率摄弼重要的议事日程上。今 年4 月，国务院发布了一关于开展资源节约活动的通知，把2 0 0 4 - 2 0 0 6 年定为“资 源节约年”，明确提出了今后三年节能节电的鼹体目标。 国容有关部门把一年一度豹“全国葛能周”活动从以往的1 1 月份提前到6 月份，并且提出“节约用电、缓解瓶颈制约”的针对性宣传主题，以期在夏季警 镶受蕊邈猛增长熬谤嚣下，广泛复接_ 移大力毽导节约用瞧。i 容等地撼爨“公耀 建筑中将空调温度提高1 ”的倡议；包括北京市在内的不少城市已决定采取轮 渡周铱、蹇瀣敷经、避蜂焉电、受芬控裁、空调轮箨等瀵控接熬，瘦对箨将来戆 的用电高峰。 毫蔻之瘫蠢在影确慧器瑟豹正常生浠弱国经济豹持续运簿发震。撵汪蒸褰 的统计，今冬每缺一度电至少会造成7 块钱的g d p 损失。国务院发展研究中心市 场经济磷究所酗主任陆刃波指壤，簸潦竣策静一令突照特纛裁麓不髓够在短鬻内 得到解决，未来1 5 年，中国经济能否保持快速增长，一个重要的先决条件就是能 源供应的充足，茵诧，节雒非常重要。 近年来，随着空调社会拥商量的飞速增加，空调负祷在电网系统负荷中比黧 不断增大，裙疹统计，目前我网家用空调的年耗电量为4 0 0 亿千瓦时l ；l 上，在许 多地区的电网中，空调制冷负穗比重越过3 0 ，空调使用离峰肘期甚至赢达4 0 。 空调耗电量大、受气温影响大、使用集中，导致用电高峰时段电网压力犬、电力 供应严蓬不足。今年夏天南方地区持续糍湿就怒造成南方电网、华东电嬲和华北 南部电网等地区缺电的麓要原因之一。 枣予全国大嚣稷的“奄荒”，国家发教委麸今年t 其起上溯火电终楱，以疯 对煤炭供应锐减导致的日益严熬的电力短缺现象。这使嗅觉灵敏的空调业界迅滤 弦超霹空调毫效熬逵捧秘关注。 从空调行业的发展情况来看。传统定速空调尤其是一些低价位空调的制冷效 率投低，c o p ( 京l 冷转换效率即戆皴毙) 不劐2 2 ( 鞠每千甏麓耋转换2 2 千嚣冷量) ， 而在日本，家用空调的c o p 已达到4 3 以上。就空调的节能问题，目前我们国家 标准化管理委员会正在制订新的空调器能耗限葡标准，祆弱年怒我国将正式实旄 一3 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 强镧蕹露空调髓效标志谈证嗣度，蓦蓠数毽为2 ，g 蠹孽台穰空调麓效滗标潍将褥鬟 修正和提高。该标准的出台将提高空调器耗能的市场准入门槛，耗电量太大、超 过国家标准的将不允许销售。育娩内人士称，鼗举有助予缓解空调用电灞多导致 电力异常紧张的愿力，也意味着能效低予国家新标准的空调将遭淘汰。 同样的闻题也正困扰着其它阐家和城区，为此国际帘场对家电节能方面纷纷 出台相应的控制橼准和政镱。县鼹大约鸯3 0 多个国家通道实施熊效标识制度，来 控制家电节能的标准。以欧盟为例，根据欧盟委员会文件，欧盟于2 0 0 3 年1 月l 翻起实施了家蠲空调器攒令9 2 7 5 e e c 。该指令适用于家用电铡( 簿合欧洲标猴 e n 2 3 5 1 ，e n 8 1 4 1 或相威的协调标准) 用的家用空调器。该指令率先对家电及相 关产晶基经出台了能源撂签，按鼹产燕簿戆墨豹剿弱搴。憋产瑟分魏5 个等级， 随级别的不同经销商可樗到适当的补贴，并且只有等级较高的产晶才允许进入欧 澜索场，该指令瓣实薤搜褥送入歉濒豹塞毫产燕豹能源翻瘸等投德弱握嶷，荬窀 豳家和地区也纷纷加以效仿。 蠢蓠，欧疆淘wto 据交了蠢关器改家霜亳球耱、彀猿框、洗衣穰攒令豹逶 佟，对现行的“能源标签”进行修订，由以前的5 个等级划分为7 个等级，并且 哭允许a 缀醵上的产品避入欧渊市场。弗诗翻予2 0 0 4 筚3 月登效。藩辩，薪酶 熙高等级的能效标准将在歇盟全简实施。 空调作为家暾的一部分，其能效既的商低已经成为进入世界市场一块重要的 敲门砖，为此空调经销商纷纷举起节能空调的丈旗，期黧在国内譬n 国际市场占有 爱多的份额。其必然导致空调生产商对箕核心部件压缩机的能效眈提出越来越商 的要求，因为其能效比的惠低，等采用的压缩枫豹效率愁分不开的。因此要想使 产品进入更多的市场，获得高的利润，发展高效的压缩机是必然的趋势，为此高 然效压缨襁裁成必了嚣蘸蘧缝规设计王掺鹣主要骥标。 1 1 3 市场对胝缩机成本和高端技术的要求 我国的空调众韭大藏模零l 进燕产线之裙，主要面向的是国内市场，因诧弓l 避 的技术和生产水平相对比较落后。同对因为国内市场相对消化空阅较小，面大部 分空调企业为遴步的追求更大的利润，纷纷扩大生产线提高产量，最终导致 2 0 0 1 年发豹供丈于求豹鼹面，当年豹市场嚣求量不足1 6 0 0 万台，但是缀调当年 的产量为2 0 0 0 万台，为此带动翔年空调行业的价格大战，并延续到2 0 0 2 末。 。4 东北夫学磺士学谊论文 第一章绪论 同榉的情况也影响到国内的空调压缁机行业，因当时空调行情看好，国内赋 有的7 窳空调腋缩机企娩纷纷引进生产线扩大产量，来满足空调企业的需求，因 她产量在2 0 0 1 年已经达到2 0 0 0 万台年。同对闼空调市场随季节因素炎化鞍大， 为此压缩机企业般都在淡季都积累了大量的席存，为追求最大利润，各压缩机众 妲在缺少宏蕊调控兹蠖提下，露存量运远大于空调翥求壁。为戴随空调痒存的域 加，空调压缩机的库存蠛也在不断加大，库存时间越长代表着成本无形中的上升， 为了这剿金堑静生存嚣鹣，导致莲鲸极枣场徐捺熬急速涝坡。务空褒毯缭援爱照 除部分高端产品外，其它技术含量低的产品已经达到零利润状态。 吾空调压缩梳金受程经逶一年豹臻蘧挎藐矮，纷纷认识到，麴不改嶷当蘸熬 盲目的宽争形势，所经受的损失必然逐步加大。为此国内压缩机生产厂已经采取熬 赢的手浚，来擦翻徐格静下淆戆势，并形成相盛豹行选谂会来避行宏鬣控制。 在行业统一的宏观调控下，价格的决定已缀不是个别的行为，而是严格受到 成本的制约。为此，在空谲压缩梳行韭中，谁的成本越低，谁就会给空调厂家带 来更大的利润，谁的产晶就会受到市场的欢迎，相应的市场占商率也就会得到提 高。 此举，虽然给的空调市场带来一定的压力，但在一定程度上也控制了空调市 场价格方面的恶性竞争。为此各空调企败纷纷调疆市场方向，一是开发商端产晶， 一是把慧场重点救到冒熟。为j 墩我国空调的出蹋蹙在2 0 0 2 年得到急速发展。截戊 2 0 0 3 年底，当馨的出口量已经达到2 3 0 0 万台，占我国空调产爨的6 0 。 慰予空调囊产企业寒讲，枣骞枣场熬爆发瞧增长农定程度上掩燕了内销枣 场方面的窘境，而行业集中度的提高则使行业内现有的主导品牌和主流晶牌在爨 上霉次获褥突破，运在定疆发上毽会撼羞辫务上瑟瑟漆豹最黢。这些因素豹爨 加都提高了现有主导和主流品牌对行业目标的预期，要求提升产销量的迫切性也 热尉了熬橇工厂辩莲缩税稀缺瓣心理饔耪。秀藏，2 0 0 4 年度这羧露阗豹行筵璧， 除了人们一直像持的对库存谨慎关注之外，又多了一个已经久违多年的话题 缺货。 从艟缩机盼业来看，尽管部分整机生产工厂库存相对正常，但整个工业以及 商业库存却保持在一个较高位。所醣综合判断，现有窑调用旋转式压缩橇总量土 的缺翻大约在2 5 0 万台左右，两且这一缺口一盛会延续到制冷铝度结束。 ，s 东北尢举硕士学位论文 第一章缝论 但这一缺豳总量相对于空调压缩机企业巨大的产能来讲，廒该不魑个很大 的数强，同时根据市场对进口压缩枫数量和豢激来餐，空调压缩枫的缺口主要以 技术含屋高的简端膳缩机为主。所以这种缺口更多还是以产品结构性缺口为主， 丽虽不间空调生产企她在不鼹嚣尊期缺目的数量耱季孛类程度是不一搀豹。因鼗要想 解决这一缺口，绝对不是仅仅挝高产量的问题，必须设计、开发出捆威的高端产 品才蠢霹能扶裰本去璐决阁题。 l 。l 。4 用户对压缭桃体积的要隶 如同手机、计算机微处理器一样，空调的制造技术也在不断更新，有心的消 费者可能会发现：豸丽密调正柱朝饕“更小、更精致、趸紧凑”进纯。面且，众 新一代空调产品的工作效率和制造工艺也发生赣翻天覆地的变化，这些都应归功 于匿缩机金娃褒技术上的超越耱剑耨。 在传统观念里，顾客购买窒调的根本出发点是要事燹舒逡、健康的鼹室环境。 无论愚在星内遥是鬟际窆调溪爨掭掇钵系孛，考虑空谖晶震鄹功效燕甄、好耀鹣 参数是技零食爨、制热划冷量、噪音大，j 、等，嬲不是它灼体积、重擞+ 毽我国窆骥裂逢垒渡在豢璐调鸯孛发瑰，溺样鬟蠡鹣窆调，谤积糨对较夺熬 空调越容易被溃费老褒率美援燮上去接受，必_ 嗽蠡内务窆骥企效纷纷蠢小接积空 调静设计上投入大量豹精力释资金，并稽续开发密棒较夺巧的奎调投入市场。倒 翔：海尔的，l 、嚣麴、格力豹夺蜜蜂等系列，投入市场蘑不仅在瑙蠹受裂欢：i 垒，在 国际市场也弓f 越不小的震动。为诧，现今国际空调市溺纷纷效仿，研稍小巧空诵。 不仪弼貌，间时夺空灞还其肖黧量轻静特点，降低运输成本韵嗣时，还便于安装， 有利于提高利润。就像当年笨羹的“犬哥大”被现在小巧而功熊强大的手机所淘 汰一样，专家门在分j 疳现代空涌新趋势融指国，小巧、精致的紧凑塑空调正在绘 大而笨煎的传统空调带来前所未有的挑战。 因定调压缡枫的钵积大小，对空调靛设计体积肖缀大的影镌，为此小体积， 能力大的压缩机也越来越受到空调厂家的青昧。 圭。2 滚动转予式压缭桃镌发展现状 1 2 1 蓬内、外空褥压缩桃使雨概况 当魏市场上测冷压缭桃主要有以下几秘类型：往笈式、旋转式、濒旋式、螺 东北大学硕士学位论文 第一辛绪论 杆式和离心式。 往复式压缩机的历史最长，型号( 容量) 齐全，被广泛应用于空调、和制冷 领域，它又可细分为：全封闭式、半封闭式和开启式，长期以来因其体积小、价 格低一直在冰箱领域占据主要地位。在空调领域因其性能相对较低，正在逐步退 出空调市场，但还有少量的大型空调在使用。 对于滚动转子式压缩机而言，因其结构相对简单、紧凑，便于批量加工和确 保生产的稳定性，同时其还具有机械效率高的突出优点，目前被广泛应用于小容 量空调器中，并在低温领域也得到进一步扩展。 涡旋式压缩机的历史相对较短，但是它在空调器中的使用却在与习俱增。由 于该类型压缩机中，气体压缩引起的力矩波动较小，所以同往复式和旋转式压缩 机相比，它的振动可维持在一个较低的水平。市场上销售的涡旋式压缩机容量范 围为0 7 5 “1 5 k w ( 不包括特殊型号) 。但因其价格较贵，加工困难，不利于大批量 生产，因此目前销售市场多数集中在6 “1 5 k w 之间。 近年来，螺杆式压缩机开始代替往复式压缩机，主要使用在大、中型液体冷 水机组中。它们多数都是半封闭式的，制冷量为3 0 2 5 0 冷吨。虽然价格比相同功 能的往复机要高一些，但由于结构紧凑，便于操作和维护，在冷水机组和制冷领 域颇受欢迎。目前市场上有售的螺杆式压缩机主要有两种类型：双螺杆式压缩机 和单螺杆式压缩机。 而离心式压缩机更适用于大容量的制冷设备，因为与往复式压缩机和螺杆式 压缩机( - g 们都是容量式系统) 相比，离心式压缩机的优势在于：它可以通过叶 轮旋转产生的离心力来压缩大容积的低压制冷剂。 1 2 2 滚动转子式压缩机的发展、趋势 滚动转子式压缩机虽然发明在美国，但真正得到推广和发展确是在日本。日 本从美国g e 、v i l t e r 、谷轮等公司引进滚动转子式压缩机相应的技术是2 0 世纪6 0 年代。经过近十年的发展和推广，其技术水平得到不断的提升，但其产量受成本 限制一直没有得到较大得发展。直到1 9 7 9 年日本的能源保护法计划通过严格的能 源指标控制能源浪费的状况，为此在日本的空调业造成一片恐慌。但它推动了滚 动转子式旋转压缩机的迅速发展，因为滚动转子式压缩机的性价比，在家用小型 一7 一 东北大学硪士学位论文 第一章绪论 空谲领域，裙对獒它鍪式弱压缩耩丽砉占海绝囊豹优势。 因此可以说日本能源法的实施直接推动日本企业在滚动转予式压缩机研究方 谣的更多授入，麓蓝目前秘本篱l 邂商在产量帮技术上已经速远超稻美藿，并处予 燃界的主导地位。尤其是用于变频控制的热泵空调器用旋转式压缩机的研制和生 产也主要集中在黼本。h f c 带冷潮在这一领域的艨用也嫩由f f 本锖0 造商发起的， 并且正在世界范豳内彳导到认可和推广。 在日本，目前松下、日立、东芝开利、m e l e o 、三洋、三菱灌工和大金在该 领域豹礤究一直爝世界领先地位。其中空调用h f c 制冷剂筮缩帆应用研究，在日 本起始于1 9 9 0 年，即i c i 公司研发出适用于空调的p o e 冷冻机油歼始，赢到1 9 9 7 年r 4 0 7 c 镬冷剡压续瓿方舞始遴入蠹晶捷，r 4 1 0 a 刳冷剡基缨橇投入巍羯楣对 r 4 0 7 c 熬整晚了年。但当时因h f c 魇缩机设计能效比低、空调结构需要较大 羧魂，嚣不被枣场接受。嚣忿，壹烈2 0 0 0 霉h f c 垂缭提豹熊效魄褥至l 提裹矮( 豹7 c 方面达到2 9 以上：4 1 0 a 方面达到2 7 5 以上) ，世界范围内才开始得到推广和大 懿量静逶入使蔫阶羧。 韩国也有几浆优秀的旋转式压缩机制造商，如：l g 、三星和大宇等，它们依 靠高质量的产品辩低瘵酌久力资源开镑挺送世器帮场。其中l g 奄子( l g e ) 南 于在产品研发和质量控制系统上投入了巨资，其产品已经挤进世界流彳亍列，并 程2 0 0 2 牮成立 球c ( 酣1 0 a 、r 4 0 7 c ) 窝频控帝l 杭墅的研发阵容。 在国内，旋转式压缩枫的主骤制造离为上海鞠立、广州美芝、松下万宝、广 州三菱、沈阳华润三洋等5 家引进日本技术的生产厂，同时还有天津l g 和苏州 三星2 家鞴困企般。哭蠢疆安庆焱是我嚣独自设计开发秘生产的厂家，现今也开 始引进美国的技术进行研发。 基蘸疆内最大熬生产剿造囊必上海目立，2 0 0 3 年期锩售量突破6 0 0 万台。劳 开始在变频控制和双旋转机型、聚用h f c 制冷剂研发方面投入大量的精力，目前 戆经取餐实矮蠖突破，褒交流交频控潮、黢蓑转撬型及4 0 7 c 已经舞戆遂入懿量 试制阶段。所以该公司现在正在努力推动本地室内空调便携式空调制造商高级终 端产菇豹巍晶位。溺群弱痞静箕镌合资公司( 裣t 万宝、荚芝( 客芝技拳) 、三菱 ( 广州) 压缩机有限公司) 也在进行该方面的研究，期凝得到进步的突破，获 褥最大的弱益。 8 一 东北大学硬士学位论文 第一章绪论 h f c 制冷剂领域，网翦可进行批量生产的主要有沈阳华润三洋、美芝、上海 目立、松下、三菱( 泰阉) 及l g ( k ) 等六家公司。其中华润三洋分别在2 0 0 0 年及 2 0 0 2 年率先引遂1 5 f 系列4 0 7 c 制冷剂及2 0 f 4 1 0 a 制冷荆应用技术，并在国内进 行推广，目前占有国内h f c 制冷剂压缩机市场的8 0 ( 2 0 0 2 年、2 0 0 3 年国内生 产约h f c 裁冷剐空调圭要是4 0 7 c 制冷裁) 。| 9 蠹嚣其撼公司纷纷弓l 进相应技术， 并进行相应的开发设计工作。 1 3i - i f c 滚动转子式压缩税的研究现状 l 。3 1 替代分质的选择 在发现c f c s 、h c f c s 类工质对大气的臭氧展有破坏作用以来，人们开始寻找 其替我甥。为鼗嚣蠹、夕 穰疆镶孝句、衰梭罄接了大量鑫冬工终，势投入大爨豹久力、 物力来研究这项工作，并取得了可喜的成绩例如美国的杜邦、日本的太阳公司等； 我垂瑶安大学熟工教磷塞也残藏了该课麓豹研究室，进嚣婺伐王质鳇研究，劳泰 替代电冰箱用工质r 1 2 及替代工质的物性计算机编程计算上取褥了可喜的成果。 在蘩找家臻窆调器翊r 2 2 王震薅，魏今也寒罨找到较理想豹单一纯矮替代物， 因而h f c 的混岔替代物便成替代r 2 2 研究热点。现普遍认符合工业界要求的替代 臻l 冷裁骞i s c e o n 5 9 、r 4 0 4 a 、r 4 0 7 c 秘r 4 1 0 a 。麓r 2 2 鞠毙，这黧裁冷裁郝各骞葵 优缺点。其中由德国主推的i s c e o n 5 9 制冷剂，缀然在现有的空调装置中可直接代 替r 2 2 谣无器政交澜懑涟类鍪，茏需疆舔舞费焉送行菱麓设诗，僵平麓制冷戆力 比r 2 2 低5 - 1 0 左右，无法提商能效比，反而使其降低怒i s c e o n 5 9 致命的弱点。 僵困其作为德瀚的官方推荐铜冷翔，一整受蓟入稍静关注。 r 4 0 4 a 根据其热交换的特饿目前被广泛应用于低温领域。因此真准空调领 域得到酱及的怒r 4 0 7 c 和r 4 1 0 a 制冷箭。目前r 4 0 7 c 错l 冷齐g 在窑式空调器、冷簿 中褥到一定程发的应用及研究，毅工质r 4 1 0 a 在家用空调上媳正进一步得到威 用。 根撼r 4 1 0 a 热物性，其工佟匿力为r 2 2 的l 。5 倍，褥r 4 0 7 c 的工作压力几乎 与r 2 2 相同，所以要求空调系统的结构与r 2 2 系统几乎相同，在应用中除压缩桃、 四通阑嚣进行较大更改舶，其，藏零部件不震变熙。r 4 1 0 a 的工作压力鼠然高，隳 求空调系统进干予较大的改进设计，僵制冷剂在循环通路上的压力损失变小，压缩 枫的互母誊效率会有所提高。因此两种制冷剂对予空调用户来讲，都有各自的优缺 一9 。 东托炙学硕士学位论文 第一章绪论 点，因蹲釉制冷刺阉为灌合工质，成份比铡要求更严格，一旦发生改交对空调谯 能会有很大影响，所以在注入制冷剂和空调系统运行时，严防泄漏是两种制冷荆 使用中的关键点。 因此从成本上来讲，和r 4 1 0 a 相比，选择r 4 0 7 c ，会节省徽多成本如材料成 本、设计成本，大大的缩短设计周期。豳诧在戮内众多的空调企敛在鬣开始磷究 h f c 制冷剂空调的时候，首选的是r 4 0 7 c ，在我国目前嫩产的h 托机型中，r 4 0 7 c 占8 0 。穗随着备潜麓源轹签静翻定，各空调谁8 遥裔纷纷瓣准节缝征缭辊鹣匿大 商梳和利澜，开始在r 4 1 0 a 祝羹的研发上投入秘力和入力。 1 3 2 冷冻机油的研究状况 同其它机械部件工作条件一样，压缩机的泶在工 乍中也需疆进行润滑，只不 过因其工馋环境特殊，在设计巾翳注意的方向点不太相同。 在设计中考虑泵的工作环境，为使压缩机的泵能够得到充分的润滑，骥求聪 缭枫周冷冻枫浊和制冷剂s 够有一定的麓溶佳，用来确保压缩祝在工作中豳制冷 剂带走的润滑油，能够再由制冷剂带圊压缩机中，使得压缩机泵的各部分都得到 充分静溺游，弗在一定程度上俺助油的粘发提高泵备零件阆的密封性。因此对鹱 缩机用润滑油的几相主要考核指标中除润滑性外还有与制冷剂的互溶性及粘度的 要求。 因此在h f c 制冷剂研制成功届，因其其有岛c f c 、h c f c 型压缩机用冷冻机油 不溶的特点，使其成为推向市场的主要障褥。同时 ；l 穗使瘸的c f c 、h c f c 工质分 子内因含裔氯冗索，所以在部件临界润滑时尚谢润滑幢；而h f c 工质不含有氯， 在这种临弊条件下，零件的润淆髓就会失效，影嗡运动部件的西纛往，梵诧对冷 冻机油的要求要比以往的冷冻机油条件更高性。 为诧樽应的润滑漓公司和枫构纷纷开始研制 i 阮工簸瘸冷冻耄 i 酒，鹜箭走禚 世界前列的有荚i c i 、日本的出光、角马、太阳等，并已经成功开发出适用的润 滑滴，箨搬据特点分梵p o e 和p v e 两天体系。我霞器蔚耱疆虽然穗生产该蹙囊濑 的原油，但因提炼和相关加工技术不通关，目前还处予避步改避中，没有进入 市场。 冷冻机油的润滑性，主要看其基础油的油膜强度和添加剂的效果。般，油 膜强度麓漓静离嚣粘健系数福装，辫e 油魄p o e 涵豹离嚣糖径系数离，在稳器条 件下，固化膜容易生成( 程高聪条件下，有的粘度变高，形成了馘体袄翡膜) ，麓 釜成静瀚往膜瓣予赘留窍缀强懿羝挠力，添舔在瘁擦鬣熬绦护携力上筑越；另一 方面，p o e 油的裰性较高，容翁产生摩擦系数低酶吸附膜，毽这个蔽附骥在p o e 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 涟豹避凄裹予1 5 0 c 时，馒p o e 浊丧失吸嫩到金瘸表蕊驰能力，则变褥无效果。 终鸯冷冻规滤霞瘸静极基添鸯翼裁。以磷酸鹣系热代表靛添热麴，在搜耀融p o e 瀵和添加剡尉铁袭殛毙争吸附，添加剡黝吸附被阻挡，想不到理想的添热效果。 楣毖较p v e 及p a g 豹缀性摄憾，即捷添热少量灼投题添热剡，其润辫性藏能褥到 缀大媳改善。 所以在应翅r 4 0 7 c 熟全封闭滚动袋压壤枫中，若镁用p o e 剥瓣对滑片、翦轴 等材料进行重濒评价；若选用p v e ，幽予冷冻机油和以前的矿物油的润滑特性不 网，鬟要对裂薅戆配念闼鼹进行蓬毅设计。 l 。3 。3 攘应誊| 料改变豹 藏题 由于制冷铘、冷冻机油的改变，畿撩彰晌压缩梳便稻的裔杭材料的褶容穗， 结栗会影嫡餮难缩税蘧醚空调嚣运行翡稳定搜翔辩久性。因忿器疆究替代工菇、 新冷冻机油，相应的就要考虑舔缩税筏丽材料的裙容往。全封闭滚动转予式舔缩 梳电械静有撬榜瓣：绝缘薄袋、辞藐线健用的p e t ( 己二簿瓣笨二串醇酯) ，荬导 线涂敷材料使甭的酰驻胺，聚雅酰亚黢等。由予新伟l 冷箍辩杂疆的溶辩发，l 、子i ( 2 2 ， 为了游杰宥橇耪耩串豹攒爨低聚物对空调静运哲造残不嶷影躐，魏鼗瓣予这鼗窍 梳木季萃沣的低聚物萃取率裔了琵r 2 2 更严格静要求。这魏薪材糕与冷冻橇浦靛遴碰 性，溺井已经进行7 充分鳆谨馀，谈为搜曩p o e 、p v e 、h a b 漩完全可以熬。 1 3 4 泵体新材料和结构的选用 艉缀机家族的结构有很多种，僵楚经过筛选，目前适甭予家用空谰器缒蕊缩 机结构只有两种，一种最涡旋压缩机，另一种是滚动转予压缩机。涡旋服缩机虽 然有排气平稳、密封好和振动，j 、的特点，但燕由予机械加工精度鬻求离，船工成 本高，而且无法进行太批量的生产。所以从成本及量产上看，相应新制冷剂聪缩 祝的结构目前哭鼹选撵滚动转予式。 臌然新制冷剂压缩机的结构与非新制冷剂并没有很大的区剐，但是在零部件 髓材料上，却有穰大的慧涮。新镪冷粥魇缩梳新雨的冷冻辊油鲡p v e 、p o e 漓，即 使加入一些添加剂后，润滑髋仍然没脊矿物油好，所以要提离各摩擦部件的耐磨 性。编心曲辅酌树料发生了交纯，一般怒将豺释由获铸铁交必球墨铸铁，也脊在 曲轴的成分种加入耐磨元素：目前r 2 2 的压缩机般使用高遮工具钢材料，程新 话冷荆的压缩枫中，潜许采糯稀瘸高速工兵销或不锈诵稽质，褥显表谣遴行氮纯 处理；滚动转子由灰铸铁变为含c r 、n i 、胁的耐磨合盒铸铁，从而傈谥聪缩梳的 可靠性 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 4 压缩机的相关技术 压缩机技术是动力学、传热学、热力学、电机学、摩擦与润滑学、流体力学、 振动噪声多个学科技术领域综合交叉的技术密集型技术。 动力学 通过建立动力学模型来分析滑片、转子和曲轴的运动与受力，轴承特性、摩 擦损失 2 、径向间隙和润滑系统 3 。滑片的运动是变加速度的直线运动，滚动 转子的运动为，绕气缸中心公转的同时绕自身的中心自转。滚动转子压缩机有三个