谷轮数码涡旋技.doc

谷轮数码涡旋技 （上传：emerson作者：王贻任博士Arup Majumdar -谷轮公司应用领域： 空调设备 ） 简介：摘要本文阐述了一种压缩机容量调节的新技术谷轮DigitalScrollTM（谷轮数码涡旋技术）。该新技术和传统的变频器技术根本不同。此技术独特、可靠、极易应用。数码涡旋压缩机的容量调节是通过对“负载状态”和“卸载状态”时间平均的方法实现的。本文从物理学角度解释了数码涡旋压缩机达成上述状态的方法。文章也阐述了使用数码涡旋技术的优点和该技术在使用R410A和喷汽增焓技术方面的未来发展。关键词：谷轮数码涡旋技术|容量调节|回油|电磁干扰|R410A|喷汽增焓 内容： 引言全球变暖和臭氧耗减是环境保护面临的严重问题，HVAC工业在限制这种环境破坏方面的任务颇具挑战性。对于空调业而言，系统效率十分重要，因为它决定了制冷或制热所需消耗的能量的数量。许多国家正在制定最低能耗标准，以确保该行业继续致力于开发更有效的整机系统和降低能量消耗。全球消费者购买力的提高也导致了对开发优质空调系统的更大需求，优质空调系统可以提供比常规定容量系统更高的舒适度。和经济、环境相关的这一要求使得开发可变容量的空调系统成为越来越强的趋势。可变容量空调系统具有独特的优点它有较高的季节能效比，能将室温控制在更小的波动范围内，这样就确保了用户更高的舒适度。迄今为止用于调节容量的压缩机技术包括由变频器驱动的可变速压缩机、带旁路（热气和液体）的多级压缩机、双速压缩机和二级容量控制压缩机。在本文中，我们将述及一种实现容量调节的新概念，这是谷轮公司经多年研究后开发的新技术。谷轮数码涡旋技术这一新技术是独特、简易和极其可靠的，具有促成市场发生根本变化的潜力。数码涡旋技术该技术的长处在于其固有的简易性。常规的谷轮涡旋技术有一独特的性能称为“轴向柔性”。这一性能使固定的涡旋盘沿轴向可以有很少量的移动，确保用最佳力使固定涡旋盘和动涡旋盘始终共同加载。在各操作条件下将这两个涡旋盘集合在一起的这一最佳力确保了谷轮涡旋技术的高效率。数码涡旋运行基于这一原理。借助图1可说明数码涡旋技术的机械硬件。一活塞安装于顶部固定涡旋盘处，确保活塞上移时顶部涡旋盘也上移。在活塞的顶部有一调节室，通过0.6mm直径的排气孔和排气压力相连通。一外接电磁阀连接调节室和吸气压力。电磁阀处于常闭位置时，活塞上下侧的压力为排气压力，一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载。电磁阀通电时，调节室内的排气被释放至低压吸气管。这导致活塞上移，顶部涡旋盘也随之上移。该动作分隔开两涡旋盘，导致无制冷剂质流量通过涡旋盘。外接电磁阀断电再次使压缩机满载，恢复压缩操作。应指出的是：顶部涡旋盘的可移动的幅度很小仅1.0mm，因而从高端释放至低端的高压气体的量也较小。数码涡旋操作分两个阶段“负载状态”，此时电磁阀常闭；“卸载状态”，此时电磁阀打开。负载状态中，压缩机象常规涡旋压缩机一样工作，传递全部容量和制冷剂质流量。然而，卸载状态中，无容量和制冷剂质流量通过压缩机。数码涡旋的两个状态如图2中所示。在此阶段，让我们介绍一下“周期时间”的概念。一个周期时间包括“负载状态”时间和“卸载状态”时间。这两个时间阶段的组合决定压缩机的容量调节。例如：在20秒周期时间内，若负载状态时间为10秒，卸载状态时间为10秒，压缩机调节量为（10秒100%10秒0）2050%（图3）。若在相同的周期时间内负载状态时间为15秒而卸载状态时间为5秒，则压缩机调节量为75%。容量为负载状态和卸载状态时间平均的总和。通过改变负载状态时间和卸载状态时间，可用压缩机产生任何容量（10%100%）。 压力轨迹 由于涡旋盘的加载和卸载，任何周期内吸气和排气压力会发生波动。负载状态中，吸气压力开始下降而排气压力开始增大。在卸载周期内，吸气压力开始增大而排气压力开始下降（图4）。图4显示12秒周期时间和50%调节量，即6秒负载和6秒卸载时的吸气和排气压力。为保持制冷剂质流量和至蒸发器的液流，经试验确定在系统中安装储液筒是有效的。例如：推荐选用一个5升储液筒用于6HP装置。压力的这一波动对铜管、阀等系统各部件的可靠性无影响。功率消耗负载状态中压缩机消耗全部负载功率。但在卸载状态中，电机运行功耗很小，约为满载功率的10%。功耗的波动对测量是一个挑战。理想的功率测量仪表是一段时间内的总功率可累积的仪表。卸载状态中的这一低功耗确保了数码涡旋技术的高效率。周期时间周期时间是数码涡旋运行中的一个重要参数。可用不同的周期时间获得相同的容量。例如：用7.5秒负载时间和7.5秒卸载时间组合得到50%容量。同样，也可用15秒负载时间和15秒卸载时间组合得到50%容量（图3）。谷轮公司已根据经验为各容量调节确定了理想的周期时间。“周期时间”和“容量调节比例”成反比，容量调节比例越低，周期时间应越长（图5）。在各理想的周期时间内系统能量效率最大。图4：排放和抽吸压力轨迹数码涡旋的性能容量范围广10%100%的容量范围是数码涡旋无与伦比的输出特性。这一大范围的容量输出是连续的和无级的。与变频器技术相比是一个提高，因为用变频器技术只能分步达到容量输出。无级传送容量也确保对室内空气温度的极严格的控制。大范围的容量输出也有利于提高系统的季节能效比。压缩机的“启动-停机过程”消耗了更多的能量。数码涡旋大范围的容量输出减少了“启动-停机”的次数。季节能效比高对多联机系统而言，测量单点效率不是测量系统效率的正确方法。必须计算出季节能效比（SEER），以便全面了解全年运行系统中节省的能量。按照JIS和ARI标准对数码涡旋性能进行的鉴定表明了其出色的SEER。对并联排列的配置一个数码涡旋压缩机和一个固定速度压缩机并联排列，SEER的优点更大。两台压缩机在满载容量下操作时，装置的EER（能效比）较高；在50%容量下，仅一台压缩机满载操作时，装置运行的EER也较高。 回油回油是多蒸发器变转速压缩机系统的一个主要问题。现代技术用油分离器和/或复杂的回油循环以确保某一阶段操作后的回油。数码涡旋压缩机是一种独特的压缩机，它无需油分离器或回油循环。有两个因素使回油容易。第一，油只在负载周期内离开压缩机。所以，在低容量情况下，离开压缩机的油极少。第二，如前所述，压缩机在负载周期内满负荷运行，负载周期内的气体速度足以使油回至压缩机。我们的试验已证明油能在最差的运行条件下回至压缩机，即低负荷状态，100米管长和30米高度落差（带标准油弯），包括室内外机的正落差和反向落差。除湿必须保证除湿功能以确保用户舒适性，在多联机系统部分负荷运行中尤为重要。在变频型多联机系统内，压缩机以较低频率运行。这减少制冷剂的质量流量并导致较高的吸气压力和较高的显热因子（SHF）。数码涡旋压缩机运行时的吸气压力比变频系统低，因而除湿性能良好。如前所述，在任何调节输出期间，压缩机在周期的负载部分满容量运行，该满容量运行导致较低的平均吸气压力并进而导致较低的SHF。电磁干扰电磁干扰是变频器驱动系统的一个主要问题。在许多国家，尤其在欧洲，对任何系统可能散发的电磁干扰量有严格的限制。由于数码涡旋压缩机的加载和卸载是机械操作，数码涡旋系统产生的电磁干扰可忽略不计。这一独特的特性，不仅使数码系统无需昂贵的电磁抑制电子装置，也增加了其可靠性和简易性。快速降温快速降低室温并快速调节至所需温度对用户的舒适性是重要的。由于数码涡旋系统可通过改变负载和卸载周期时间迅速将容量从100%转换至10%（反之亦然），它能比变频器系统快得多地对系统需求的变化作出反应，无需象变频器系统那样通过中间频率的转换。可靠性压缩机系统和电子装置的可靠性是开发亚洲市场中的一个问题。在变频器系统内，电子装置一般很复杂。鉴于安装的不确定性和天气变化的极端性，复杂的电子装置会引起可靠性的问题。如果采用各种旁通装置，如热气旁通管和液体旁通管，可能使情况变得更为复杂。我们马上就要简要地讨论这些旁通管线问题，但实际情况是复杂的系统发生故障的可能性更大。数码涡旋系统基本上是简易系统。图6显示的是用于室外机控制板的典型的电子装置。制冷剂旁通大多数现行技术选用热气旁通和液体旁通装置。因压缩机不能达到极低容量，所以需要这些旁通管保护装置。数码涡旋系统能使容量低至10%，所以无需这些旁通管，因而节省了开支，并使系统简易化。紧凑性较小的占地空间导致材料费、包装、保管和装运费的降低。数码涡旋系统因其简易性而能设计得更为紧凑，与采用现行技术的系统相比，它可节省30%空间。应用灵活性数码涡旋压缩机可用于各种用途单个蒸发器或多个蒸发器。一个6马力数码涡旋压缩机可被用作标准部件以获得较高容量并联排列配置。一个6马力固定速度涡旋压缩机可和一个6马力数码涡旋压缩机前后排列，可用以达到12马力的并联容量。可以此概念极大提高商用市场的容量。特别是由于回油的敏感性问题，设计较大容量的模块式系统已成为对变频技术具有挑战性的任务。可使用数码涡旋装置简易地构成模块式系统。其它的制冷剂目前数码涡旋系统应用于R22和R407C。谷轮公司正在R410A上开发此技术，因为我们相信R410A将成为住宅和小型商用空调市场未来选用的制冷剂。R410A有诸多优点系统能量效率高，更好的TEWI指数，因热转换系数高而使除湿性能好，热泵加热性能好，无分馏或温度滑移问题，通过使用较小的铜管和较少制冷剂而使系统成本最佳化。数码涡旋技术的未来发展数码涡旋技术可扩展至数码涡旋EVI（增强喷汽增焓）技术的应用。基本的喷汽增焓周期概念为：通过增强过冷（较高H）而不是加大排气量（较高的制冷剂质流量）提高蒸发器容量。该概念类似于过冷器的一个双级周期，但级间蒸汽被注入回同一个压缩机。对涡旋盘而言，很容易在“分级”压缩过程中注入蒸汽。喷汽增焓有几个优点在相同容量下比加大排量的效率高（因为是通过中间压力而不是吸气压力增加喷汽增焓功率的），比使用被动式液体热交换器