家用空调压缩机的发展趋势.docx

文章编号 : 1006 - 2971 ( 2000) 05 - 0044 - 03家用空调压缩机的发展趋势张华俊1 , 王俊1 , 杨晓第2 , 宋洪涛2 , 孙民2( 1 . 西安交通大学能动学院 , 陕西 西安 710049 ; 2 . 西安庆安制冷设备股份有限公司研究所 , 陕西 西安 710000)摘要 : 介绍了家用空调压缩机的 2 种主要结构型式 : 滚动转子式和涡旋式 。对往复活塞式 、滚动转子式 、涡旋式压缩机做了性能对比 。针对改用制冷剂对压缩机的影响提出了问题并提出解决方法 。关键词 : 空调器 ; 滚动转子压缩机 ; 涡旋压缩机中图分类号 : tb651 , t h455文献标识码 : a随着生活水平的不断提高及科技的持续进步 , 制冷和空调业得到了很大的发展 。无论是家用空调器还 是集中式中央空调器 , 其外观 、性能和可靠性都得到 了很大的改进 。而这一些都与作为空调器心脏的压缩 机的发展密不可分 。我国自改革开放以来就开始从国外引进了多条压 缩机生产线 。但出于当时历史条件和市场要求 , 引进的档次较低 , 多数为活塞式压缩机生产线 , 仅有 2 条 生产滚动转子式空调压缩机生产线 。这 2 条生产线为 我国家用空调业的发展起了很大的作用 。但由于这 2条线没有及时进行技术改造 , 当时主要注重产品的国 产化程度 , 其发展比较缓慢 。近几年由于政策的支持以及市场经济的要求 , 一些国外著名压缩机制造商以合资和独资等形式纷纷在 国内建厂 , 加之新技术 、新工艺的不断采用 , 使空调压缩机发展十分迅猛 。目前 , 在国内生产厂家中 , 以引进日本技术居 多 , 这是因为日本在家用空调器方面的研究较深 , 机 器性能较好 、较节电 , 符合我国的具体实际 。其产品 各有特点 。通过规模化生产 , 进一步降低成本 , 形成 良性的竞争 , 极大的推动了国内压缩机技术的发展 。 家用空调压缩机结构型式主要是滚动转子式和涡旋式 。 滚动转子式压缩机比往复式压缩机结构简单得多 , 而且体积小 、重量轻 、零部件少 , 尤其易损件 少 , 比同样制冷量的往复式压缩机体积可减少 60 % , 重量减少 35 % , 零件减少 50 % 。这种压缩机只进行旋转运动 , 不需将旋转运动转变为活塞往复运动 , 所以运转平稳 、振动小 、噪声低 、质量稳定 、可靠性 高 。在结构上 , 可把余隙容积做得很小 , 基本上没有 膨胀气体的干扰 。此外无吸气阀 , 使流动阻力小 , 导 致容积效率高 、性能好 、能效比高 。但这种压缩机对 零件加工精度要求高 , 比活塞式的寿命短 ; 而且这种 压缩机只有一个转子且为偏心布置 , 转动起来振动和噪声仍较大 , 特别是对于较大功率机组 , 其气缸排量 一般在 6 44cm3 / r 。它分成几个系列 , 从小功率到中功率 , 品种较多 。每个系列产品外形基本相似 , 均 为定功率段的产品 。这样做的优点是零 、部件通用化 程度较高 , 便于管理和降低成本 。为适应市场的要求 , 这些厂家为争取市场份额 ,不仅在外形安装上尽可能的满足空调器厂家的要求 ,而且不断的用改变偏心距和转子外径来改变气缸排 量 , 从而满足空调厂家对制冷量的要求 , 并采取各种 方案进一步降低噪声和提高效率 。提高压缩机 co p 值的措施主要是提高加工和装 配精度 , 对压缩机结构进行最优化设计 , 改进排气阀 结构 , 增大电机叠片厚度 , 采用特低铁损高磁通量的硅钢片和提高槽前率等多方面来实现 ; 降低压缩机噪 声主要通过更好的动 、静平衡来减小振动 , 缓冲压力脉动 , 以及设计更好的消声器等途径来实现 ; 而提高压缩机的可靠性主要采用改进材料 、加强工艺控制 , 强化实验手段 , 特别加工和设计保护元件和连接元件 等来确保电机可靠性 。利用彻底清除垃圾 、应用高强度材料 、进行各种试验以及根据不同情况配以不同储收稿日期 : 1999 - 09综述压缩机技术2000 年第 5 期 (总第 163 期)45 液器来确保压缩机的可靠性 。为适应市场对大冷量压缩机的需求 , 又开发了双 转子式滚动转子压缩机 。其 2 个相互错开呈 180的偏 心轮对称分布 , 这样使重心集中在主轴上 , 运转时动 平衡较好 , 而且 2 个转子交替工作 , 使平稳性得到改 善 , 振动减少 , 转矩变化均匀 , 并且可以在外形尺寸 增加不多的情况下使制冷量增加 1 倍 , 以满足空调机 对更大冷量的要求 。小 , co p 大 ; 涡旋回旋运动能形成几对压缩腔 ,因此力矩变化小 , 振动小 , 噪音低 ; 结构简单 , 零 部件少 , 尤其易损件少 , 体积小 , 重量轻 ; 对液击 不敏感 ; 转速高 , 有利于实现变频控制的方式来调 节制冷量 ; 采用一种背压可自动调节的可控推力机构 , 这样可保持轴向密封 , 减少机械损失 , 防止异常 高压 , 确保压缩机安全 ; 便于采用气体注入循环 , 从而可提高节能效果 , 减少压缩机开 、停频率 , 控制 室温变化 , 实现舒适空调 ; 制造 、加工精度高 , 成 本较高 。总体来说 , 其综合性能稍好于滚动转子式 ,特别适合于低噪声要求 。目前主要用在 35 hp 3 大 功率高档空调器上 , 是当前产品中最先进的 。目前涡旋式压缩机的改进趋势主要在 : 进一步 改进涡旋盘加工制造工艺 , 降低成本 ; 提高加工和 装配精度 , 合理考虑实际运行中密封间隙 , 降低泄漏损失 , 进一步提高效率 ; 研究变转速下涡旋式压缩 机性能 , 提高工作转速 ; 研究开发自转型涡旋式压 缩机等 。另外 , 为适应超薄型室外机的需要 ,式空调用滚动转子式压缩机产品 。国外已有卧涡旋式压缩机是一类较新型的压缩机 。长期以来 , 由于轴向力不能稳定平衡 , 防自转机构不灵活 , 轴向 、径向密封不完善 , 以及涡形盘加工困难 , 故未 达到实用化程度 。直至 70 年代后 , 经美 、日等国的 研究 , 才使涡旋式压缩机走上实用化道路 。考普兰 、 开利 、日立 、三菱公司均生产这种压缩机 。其主要特点有 :差小 ,无吸 、排气阀 , 吸气压力损失小 , 压缩室压无余隙容积 , 容积效率高 , 可靠性高 , 功耗(a) 压力比和扭矩( b) 容积效率和绝热效率 ( 频率 60 hz)1 涡旋式 2 转子式 3 往复式(c) 噪声和振动特性 ( 压力比 313)图 1 三种压缩机的性能比较图 1 给出了往复活塞式 、滚动转子式 、涡旋式 3种压缩机的性能曲线 。图 ( a) 绘出了三者之扭矩 , 可以看出 , 涡旋式力矩变化最平稳 , 压缩室之间压差 也小 。图 ( b) 绘出了三者的容积效率和绝热效率 , 表明涡旋式最高 , 转子式其次 , 往复式最差 。图 (c) 绘出了噪声和振动的特性 。由于变频空调器具有制冷 、制热速度快 , 温度波 动小 , 高效节能 , 以及适用环境温度范围宽等特点 ,逐渐成为新一轮空调器消费热点 。据统计表明 , 日本变频空调器占空调器总量的 70 %80 % , 我国变频 空调器在 1998 年近 1000 万台的生产总量中占了20 %左右的份额 。除了一些外来品牌 ( 如日本松下 、 日立 、三菱 、夏普 、东芝等) 外 , 海尔 、长虹 、格 力 、春兰 、科龙等国内厂家也纷纷推出了自己的家用变频空调器 。它们的压缩机大多采用进口机型 。 采用转速可调节的变频压缩机主要有 2 种型式 :3 1 hp = 017457 k w压缩机技术46 2000 年第 5 期 (总第 163 期)装载三相交流感应电动机动机 (dc) 。( ac) 和装载三相无刷电数 ,以保证电机绝缘性能 。(2) 为适应制冷量 、零部件强度和电机功率要 压缩机的输气量 、零部件受力情况和许用强度 ,ac 型变频压缩机 : 因为采用单相电容式电机 ,当频率发生变化时 , 其感抗和阻抗对电机特性不利 ,而不能使用 。故一般采用三相异步电机 , 它的结构坚 固 、运行稳定 、启动时无需专门的启动器 , 因而在变频空调器中广泛使用 , 在大功率下更具有优势 。dc 型电动机的压缩机 : 电动机将永久磁铁装入 转子中 , 由直流电源向电动机定子线圈供电形成磁 力 , 和转子的磁铁间磁力相互作用而产生旋转 , 不需要二次电流 , 所以减少了能量损耗 , 效率要比 ac 型 电机高 。但永久磁铁成本较高 。在市场中出现的数字 式变频机中就采用 dc 型电机 , 一般其功率较小 。出于变频压缩机可以提高空调器和热泵的季节能 效比及热舒适性 , 并使压缩机容量具有随负荷的变化而具有较大的变化能力 , 因此近年来在国外发展很 快 。目前定频压缩机转速一般是 2 850r/ min , 而变频 对压缩机性能要求更高 , 变频压缩机要解决高转速时 轴承负荷问题 、摩擦和磨损问题 、寿命问题 , 低转速 的振动和油供给问题 , 要求动平衡更好 , 因而对压缩机的设计和制造提出了更高要求 。变频压缩机一般用 双缸滚动转子式和涡旋式居多 。从制冷剂方面看 , r22 以优良的物性得到家用空 调器的广泛使用 , 但为保护大气臭氧层 , 目前普遍认 为 r407c 和 r410a 是替代 r22 的首选物 。日本 、美国 、西 欧 等 一 些 国 家 已 率 先 推 出 了 使 用 新 工 质r407c 和 r410a 的空调器 , 其性能较为理想 。 由于制冷剂改变必将使压缩机载荷 、可靠性 、润滑油 、零部件材料和结构产生变动 , 因此必须改进原 有的压缩机 。一般值得注意的是 :(1) 压缩机改用制冷剂后 , 首先必须考虑所换用 的制冷剂对材料的作用 。如果制冷剂对压缩机和电动 机的材料有腐蚀作用就必须更换材料或重新设计 , 对 于电机线圈 , 还需考虑到工质的击穿电压和介电常求 ,以及压缩机最大功率都应重新设计 、重新选材和校核 。(3)(4) (5)制冷剂改变 , 其润滑油也应相应改变 。重新考虑加工和装配间隙 , 改进表面处理 。 由于厂工质密度不同 , 流动阻力也不同 , 则有必要重新设计或变动气阀结构参数和通道截面 , 更合理的设计消声器来降低噪音 。r407c 是由 r32 、r134a 和 r125 以 23/ 25/ 52 质 量比混合的三元非共沸制冷剂 , 并且有 6 k 的温度滑 移 ; 而 r410a 是由 r32 和 r125 以 50/ 50 质量比混 合的二元近共沸制冷剂 。它们的物性不同于 r22 , 因 此对压缩机有以下几个方面要加以考虑 :(1) 由于 r407c 和 r410a 的工作压力较高 , 其 轴承载荷增大 , 在设计时不仅要增加整个系统的强 度 , 而且应对高速运动的压缩机进行优化设计 。可以 用降低气缸高度的方法来降低轴承负荷 , 以保证其可 靠性 ;(2) 由于 r407c 和 r410a 制冷剂中不含氯原 子 , 其润滑油不能用矿物油 , 应使用脂类油 。选用合 适的润滑油 , 可减少压缩机的功耗 , 提高可靠性和寿 命 ;(3) 对电机线圈 , 因 r407c 和 r410a 击穿电压 和介电常数较低 , 在设计电机时应注意电机的绝缘性 及漆包线的选材 ;4) 调整加工制造和安装间隙 , 合理设计消声装 置 , 降低噪音 。总之 , 为了满足日益增加的舒适性要求 , 制冷空调业将不断向前发展 , 而高效节能 、保护环境 、无级 调速 、低噪声和全智能化控制是未来家用空调压缩机 的发展