滚动转子式变频压缩机的实验研究

1、第4卷第2期制冷与空调Vol.4,No.22004年4月REFRIGERATIONANDAIR-CONDITIONINGApril2004滚动转子式变频压缩机的实验研究张华俊袁秀玲刘勇陈林卢洁(西安交通大学能动学院)肖敏米增榜(西安庆安冷机有限公司)摘要滚动转子式压缩机具有效率高、零部件少、,调系统中。,广泛的应用。,、输入功率、性能系数等随频、输入功率、性能系数、,。关键词性能实验研究EXPERIMENTALSTUDYOFPERFORMANCEOFROLLINGPISTONTYPEROTARYINVERTERCOMPRESSORZHANGHuajunYUANXiulingLIUYongCHE

2、NLinLUJie(Xianjiaotonguniversity)ABSTRACTRollingpistontyperotarycompressorsarewidelyusedinair-conditioningsys2temsatpresent,fortheyhavemanyadvantagessuchassmallsize、lightweight、highperfor2manceandfewerpartssoon.Inaddition,otherstrong-pointsincludinglowbeginning-cur2rentandefficientenergy-savingarepa

3、idmoreattentionto.Inthispaperbyexperimentatvariablespeeds,thechangingtendencyoftherefrigerationcapacity,indicatedpowerandCOPwasobtained.AtthetimeInfluencesofcutangleinindi2catedpower,COPanddischargetemperatureisstudiedindetails,too.KEYWORDSRollingpistontyperotaryInverter-CompressorPerformanceExperi2

4、mentalstudy1前言空调用滚动转子式压缩机最早由美国GE公司研制并生产,由此引发了空调用压缩机在结构上的巨大进步。但由于初期技术上的不完善,使该产品存在效率低、排温高、振动噪声大等缺点,极大地阻碍了该类型机的发展。从上世纪70年代开始,日本在引进美国相关技术的基础上对压缩机的结构进行了开创性研究,在采用高精度的加工和检测手段,使零部件的加工精度达到微米级的同时,又采用高磁通硅钢片和耐高温树脂漆包线,并且电机采用运转电容,使电机体积减小,可靠性大幅度提高,从而使滚动转子式压缩机的性能有了很大的提高。经过三十多年的发展,滚动转子式压缩机的生产技术已日趋完善。作为房间空调器所常用的一种压缩机

5、,与往复活塞式压缩机相比,具有容积效率高、往复运动部件少、振动小、无需内部悬挂支撑弹簧、零部件少等优点1,2。自20世纪80年代以来,对转子式压缩机的研究日趋活跃,并已实现商品化。目前在国内外,滚动转子式压缩机已替代往复式压缩机而广泛应用于小功率的冰箱、空调及商用制冷设备中。如日本三菱、松下、东芝、日立、大金等,美国Rtolex以及我国的沈阳华润三洋、西安庆安、上海日立等公司都有该压缩机的系列产品。第2期张华俊等:滚动转子式变频压缩机的实验研究本文通过对不同变频压缩机的实验研究,总结出了压缩机制冷量、输入功率、性能系数等随频率的变化规律。同时还详细分析和研究了排气通道上斜切口角度对压缩机制冷量

6、、输入功率、性能系数、排气温度等的影响,为双转子变频压缩机的优化和性能提高奠定基础。2结构参数本文对不同的变频滚动转子压缩机进行了性能测试。其中1号、2号样机为YZSB-35R型双转子单贮液筒型变频压缩机,组组样机为YZSB-35RA型双转子双贮液筒型变频压缩机,3号样机为YZB-43R单缸变频压缩机,见表1,2:表1试验样机主要结构参数项目YZSB-35R(A)YZB-43R气缸直径(mm)4444气缸高度(mm)18.5×229偏心距(mm)3.67(mm)10.225.(mm)15.316-项目组组组组组c3030454560Lc)dc(mm)d(°349345349

7、345349hp(mm)Dd(mm)Vc/V(%)0.71.589.489.481.951.951.951.951.95888882.22.982.492.82.2注:表中所列每组压缩机各包括三台同状态的压缩机,后面所涉及的抽试结果亦三台的平均值。器输出的电流频率的变化。表31号样机在不同频率下的实验结果频率60Hz90Hz制冷量(W)输入功率(W)COP(W/W)平均转速(rpm)40406431146123282.772.7633935164表42号样机在不同频率下的实验结果频率60Hz90Hz制冷量(W)输入功率(W)COP(W/W)平均转速(rpm)415464491

8、46123352.772.76233585158图1YZSB-35R实验机余隙腔主要结构参数示意从表3和表4可以看出,1号样机和2号样机性能相近,压缩机复现性较好。60Hz和90Hz下,压缩机的COP很接近。3测试系统及测试工况标准工况下,压缩机的输入频率发生变化,直本文所用测试系统为日本大西热学制造的“空接影响其转速变化。从表5可以看出,随着频率的调压缩机量热计”,其测试原理和测试方法与增大,制冷量和输入功率基本上呈线性递增,而GB5773-86容积式制冷压缩机性能测试中规定COP随频率变化则呈抛物线型。这是由于当频率的第二制冷剂量热器法相同。此测试装置的制冷量测试范围为10007000kc

9、al/h,测量误差不超小,转速过低时,机组的泄漏、热交换、余隙膨胀更过2%。加严重,耗功也相对增加,导致压缩机的性能下降。其标准工况为而当转速提高以后,泄漏、余隙膨胀的影响减弱,压表53号样机制冷量、输入功率和性能系数随频率变化情况冷凝温度:54.4蒸发温度:7.2频率(Hz)制冷量(kW)输入功率(kW)COP(kW/kW)过冷温度:46.1吸气温度:35305环境温度:35453.701.312.824实验结果605.201.762.95表3、表4分别列举了YZSB-35R样机(1号、756.652.252.96908.152.842.872号)的制冷量、输入功率、性

10、能系数和转速随变频制冷与空调第4卷缩腔的容积效率上升。压缩腔的压力上升也加快,使得与余隙腔之间的流动阻力损失相对增大,耗功增大;进入排气过程之后,压缩腔的压力还会继续出现大幅的上升,这样使得过压缩损失增加,这也可导致输入功率提高,压缩机的性能下降。COP在额定(60Hz频率),性能系数最大,并在较宽的频率范围内维持较高值。表6列出了通过改变YZSB-35RA型压缩机排气安装角、斜切口角度、相对余隙容积的大小(见表2)来提高其性能的一组实验数据。表6组样机在不同频率下的实验结果比较项目组别制冷量()41454135411540946446642764236245输入功率(/p>

11、723582370239824292519性能系数()2.792.662.732.722.682.652.49平均转速()3375336751585154515051405121排气温度()118.26119.8120.4123.3124.8125.2126.3127.2130.760Hz90Hz表7组样机各性能参数相对变化量的比较频率60Hz90Hz60Hz90Hz60Hz90Hz60Hz90Hz60Hz90Hz相对制冷量(%)2.062.850.510.060.50.300.360.053.463.34相对功率(%)-2.65-3.57-0.95-1.28-0.55-1.17-0.35-0

12、.5-4.44-6.39相对性能系数(%)4.896.431.790.70.378.2710.84)斜切口角度(°6045454530306030相对余隙容积(%)2.492.492.982.982.22.2)/%”注“:”组各性能参数相对变化量表示“(-表7中示出了通过改变斜切口角度、相对余隙容积、排气安装角后,制冷量、输入功率及性能系数的相对变化量。可以看出“,”“、”“、”分别为当斜切口角度从60°45°、45°30°、60°30°时,由于流动阻力减小,60Hz、90Hz的输入功

13、率分别减小了2.65%和3.57%、0.55%和1.17%、4.44%和6.39%。排气温度也明显减小。而“”“、”60Hz、90Hz的COP值分别增加了4.89%和6.43%、0.7%和1.49%、8.27%和10.84%。这表明可以通过减小斜切口角度来提高压缩机的性能,且斜切口角度对输入功率和性能系数的影响随频率的升高而增加。“”“、”分别为当斜切口角度保持45°、30°不变,相对余隙容积从2.8%减小至2.49%、2.98%减小至2.2%时,由于回流量的减小,60Hz、90Hz的相对制冷量分别增加了0.51%和0.06%、0.36%和0.05%,相对COP分别增加了1

14、.79%和1.13%、0.7%和0.37%,可以看出,余“”虽然相对余隙容积从2.2%增至2.8%,由于转速明显提高,因余隙容积的增加引起的每周期内回流量的增加并未引起整个制冷量的减小。相反,60Hz、90Hz的相对制冷量分别增加了2.06%和2.85%“;”相对余隙容积从2.49%增隙容积对制冷量的影响随频率的升高而下降。通过实验分析得出YZSB-35RA型压缩机的余隙腔优化结构参数为斜切口角度取30°,相对余隙容积为2.2%。(下转第7页)至2.98%,同样地,60Hz、90Hz的相对制冷量分别增加了0.5%和0.30%。相应地从“”、第2期张明圣等:户式中央空调设备标准化4标准

15、的主要作用标准化过程是对现有技术和可预见的发展趋势进行总结和统一的过程,标准应解决:术语和定义的统一,适用范围、分类和标记方法的确定,定性和定量的技术要求、可操作和可复现的试验方法的制定,以及合格判定准则的确定等。已发布的三项户式中央空调设备国家标准,都是完整的产品标准,内容包含了标准的适用范围、涉及的术语及定义、型式与基本参数、型号表示方法、技术条件、试验方法、检验规则以及标志、包装运输和贮存要求等。意义在于(1),为户式中央空调设备制造业建立市场信誉中国消费者信任国家标准,购买的产品是否有国家标准往往是他们采购时决策的依据之一。有国家标准的“把关”,消费者能够较为放心地选购、使用户式中央空

16、调产品。(2)为户式中央空调设备制造商建立共同的竞争平台,有利于维护市场秩序标准中统一的术语定义、适用范围、分类标记方法,相同工况条件下的最低性能要求和相应的试验检验方法的规定等,构成了共同的参数平台,将有效地规范制造商的行为,杜绝虚报和欺诈。产品从设计开始,经过生产、销售到用户使用等过程,标准都有较为明确的“是”与“非”的规定,首先,制造方应提供符合标准技术内容规定的合格产品,同样使用方也应按标准规定的操作规范合理使用。不论哪一方违反标准的规定,都应承担相应的责任。这就是市场经济条件下的标准内涵,我们称之为贸易型标准。标准提供了各方必须遵守的最低要求,是判断“是”与“非”的技术准绳。标准又是

17、产品销售时供(上接第16页)需双方签定合同的重要基础之一;同时标准还是国家开展产品质量监督的主要依据和合同纠纷法律仲裁的技术准则。(3)提高行业的技术水平,促进行业的技术进步标准化虽然是对现有技术水平的统一和总结,但又预留了技术发展空间,企业的产品开发、设计、组织生产等活动中,现行的国家标准和行业标准指明了明确的发挥目标和发展方向)、形、使用条件、适用范围,、技术要求、试验方法和检验规则。企业可以依据标准组织产品的开发、设计、生产,标准作为公开的和规范的技术文件,容易获得,企业可有效地缩短产品的开发、设计的制造周期。使用方可以按标准采购产品,并按标准制定操作规范。这些都将有效地降低全社会成本,

18、带来良好的经济效益和社会效益。5标准的修订与完善原国家质量技术监督局发布的国家标准管理办法第二十七条规定“国家标准实施后,应当根据科学技术的发展和经济建设的需要,由该国家标准的主管部门组织有关单位适时进行复审,复审周期一般不超过五年。”对于三项户用中央空调设备的国家标准,同样应在五年的周期内进行复审或修订。如果技术的发展超出原先的估计,使得现行的标准不能够起到规范市场和推动技术进步的作用,提前对标准进行修订的可能性是存在的。安装和调试是户用或类似用途的中央空调设备使用效果的关键因素之一,但目前没有制定此类标准的计划。作为补充,中国制冷空调工业协会和上海制冷学会联合制定了行业性规范户用或类似用途的中央空调设备安装规范,不排除在此基础上制定