制冷压缩机技术进展

1、制冷压缩机技术进展摘要:对于制冷与空调系统而言,压缩机是其中重要的一部分,近年来,随着工业的发展和科技的进步,制冷压缩机也取得了很大的发展。近几十年来,伴随着材料、机械、电机、信息与控制、测试等工业的技术进步,制冷压缩机技术也得到了快速发展,制冷系统的整机能效比有了很大提高。关键词:制冷压缩机;工业技术;进展压缩机的工作原理很简单,在制冷系统中,蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是其必不可少的四大件,液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体的热量之后,汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气放热,冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂

2、、再次进入蒸发器吸热汽化,达到循环制冷的目的。制冷系统的效率很大程度上依赖压缩机的效率,要求压缩机既有高的可靠性,又有良好的经济性。一、总体发展过程迄今为止,制冷压缩机已经经过了一百多年的发展。1834年在伦敦工作的美国发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸汽压缩式制冷机,并正式申请了英国专利,这是后来所有蒸汽压缩式制冷机的雏形。但是乙醚易燃易爆,于1875年卡列和林德用氨作为制冷剂,从此蒸汽压缩式制冷机占了主要地位。1930年,氟利昂制冷剂的使用给蒸汽压缩式制冷机带来了新的变革。压缩机在与制冷机的适应过程中也不断发展。如氨对铜有腐蚀性,则氨压缩机中不允许使用铜质零件;氟利昂制冷机渗透性强

3、,对有机溶剂有溶胀作用,在制造氟利昂制冷机时必须充分考虑;二氧化碳压缩机用于跨临界的制冷循环,排气压力是传统制冷机的510倍,故其可靠性和密封性有较高的要求;碳氢化合物易燃易爆,因而对碳氢化合物的制冷压缩机安全性要求很高。从20世纪70年代开始,随着环境友好型制冷剂的开发和应用,制冷压缩机的研发也取得了很大的进展。在适应制冷剂不断发展变化的同时,制冷压缩机的种类也在不断增加。由最初的往复式乙醚制冷压缩机发展到了一系列制冷剂不同的容积式制冷压缩机及离心式制冷压缩机。容积型制冷压缩机是通过直接压缩制冷机蒸汽,使气体体积缩小,从而提高压力的目的;离心式压缩机是通过先提高气体的动能,同时压力也会有些提

4、高,再将动能转化为位能,提高压力。这一方面是制冷量范围的不断扩大,小到100W,如往复式制冷压缩机,大到单机制冷量27000KW,如离心式制冷压缩机,另一方面是制造工艺的进步,使加工难度大的制冷压缩机得以生产。还有一些,如螺杆式制冷压缩机,因其转子型线的复杂,故从设计到制造难度都很大,直到1961年研制成功了喷油螺杆制冷压缩机后,才在制冷领域中得到迅速的发展。迄今已开始取代一些较大的往复式制冷压缩机,同时也取代了一些中等制冷量的离心式压缩机。近年来随着人们环保意识的提高,制冷剂越来越趋于无害化,于是相应的制冷压缩机也逐渐的改变,氟利昂逐渐被取代,二氧化碳等新型环保制冷剂开始受到重视。二氧化碳有

5、很多优点:传热性能和流动性好,单位制冷能力很大,与材料相容性好,无需回收制冷机的“再循环”,价格低。但是其制冷循环是跨临界循环,节流压差较大,蕴含较高的能量,可采用膨胀机回收一部分能量,为此开发了膨胀机-压缩机一体式结构。二、代表性压缩机特点压缩机种类繁多,目前,市场上的制冷压缩机主要有五类,分别是往复式、回转式、涡旋式、螺杆式、离心式。往复式压缩机的历史最长,各种型号齐全,广泛被制冷与空调业应用。其进一步分为全封闭式,半封闭式和开启式三种,对于全封闭式压缩机,它的电机封闭于压缩机机壳内,功率因名义转速不同而从0.05KW22KW不等;因能够拆卸与维修,半封闭式功率范围很大,从5KW110KW

6、不等;开启式可用于低温、大冷量深冷冻结,及运输制冷系统,并有不同型号可供选择。其中半封闭式在世界各地生产量最大,在美国,欧洲,亚洲的很多国家的知名企业都在大量生产。旋转式压缩机多用于小型空调器,如便携式、窗式、小型分体式空调器及小型除湿机中,在日本,这种机型还用于家用冰箱及小型冷凝机组。日本厂家支配了世界生产的产品及技术,尤其变频热泵空调器用旋转压缩机大部分是在日本研发生产的。Mastsushifa是世界最大的旋转压缩机生产商,每年的全球生产量超过一千万台,约占世界市场份额的40%,目前世界很多国家也在扩大生产。涡旋式压缩机是近三十年才开始商业化,但是它在空调的应用中日趋重要。它是由固定涡旋卷

7、盘和绕行涡旋卷盘组成。由于这种压缩机由气体压缩所造成的扭矩波动较小,所以它的振动要比往复式和旋转式压缩机小。生产方面,Copeland几乎占据了世界涡旋式压缩机的市场,而且其地位日益稳固。螺杆式压缩机在近几年逐渐在一定冷量范围取代活塞式,开始主要应用于中型和大型的冷水机组中。它们许多是半封闭型的,制冷量在30200冷吨范围内,虽然它的价格要比活塞式高出很多,但由于它的紧凑和容易操作及维护性,广泛应用于冷水机组和制冷整体装配机中。在工业上诸如制冷和氨的使用中,开启式的应用上升。其主要有两种不同的型式:双螺杆式和单螺杆式。Hitachi大量生产应用于空调器或热泵行业的3045KW的双螺杆半封闭式压

8、缩机,而单螺杆式的生产规模相对较小。离心式压缩机与活塞式和螺杆式等容积式不同,离心式压缩机可以利用叶轮旋转产生的离心力来压缩大量低压工质,故离心式适用于大容量的制冷装置中。在应用离心式冷水机组中,美国没有竞争者。作为中国的生产商,重庆通用机械公司较出名。在欧洲和东亚,市场基本上被美国的主要生产商所占据。三、发展方向随着计算机、新材料和其他相关工业技术领域的渗透和促进,压缩机呈现新的发展势头。计算机已经成为其不可或缺的一部分,包括数据采集和整理、计算机辅助设计和工艺优化等,带来的总体效果体现在压缩机的小型化(但却有较大的制冷量和高效率,噪音和振动得到降低,可靠性和寿命的到延长。而在取得这些成就的

9、过程中所消耗的开发、设计和生产制造时间都比过去短,费用也低。在微电子技术的应用方面,出现了变转速制冷压缩机和数码涡旋制冷压缩机,这两种压缩机在控制室温时,可使室温波动小、舒适度高、并且减少电能消耗,提高制冷压缩机可靠性。在新材料方面,开发出了一些传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料,应用范围广泛。比如,对于活塞环与汽缸壁之间的摩擦问题,传统材料往往会出现过度磨损,导致效率下降,而在原有气缸内表面刷镀Ni-P或者电镀镍基碳化硅陶瓷镀层可以有效的减小摩擦。又如,往复式制冷压缩机的活塞环是密封件中受力最大、工作条件最恶劣的密封件,PEEK具有强韧性,安全,节能,低噪音等多种优点,为往复式制冷压

10、缩机的密封性能开创出了一条新途径。我国的制冷压缩机的生产,起步于20世纪50年代,开展了中小型活塞式制冷压缩机系列的研制,有20余种产品投入生产。螺杆式制冷压缩机从1974年开始研制,到1978年主要产品已经达到较高水平,2000年生产了3500台。离心式制冷压缩机的研制始于1966年,1969年即生产出6级压缩、制冷量为3500KW、用于乙烯装置的离心压缩机,此后在产品性能上不断提高。我国的涡旋式制冷压缩机,大部分在合资企业和国外在中国的肚子企业中生产。从整体上看,我国现已能设计、生产各种类型的制冷压缩机。以后的发展方向应该是向着计算机、新材料以及与其它设备的联合使用上,虽然发达国家相比,仍

11、有差距,但通过不断努力,一定把我国的制冷压缩机产业推上新的水平。参考文献:1武文斌. 大型高压往复式压缩机在石化领域的应用发展研究J. 机械设计与制造,2011(9:261-263.2张贤明,牟瑛,王立存,陈国强. 空调制冷压缩机技术发展研究及其展望J. 压缩机技术,2009(6:58-61.3李红旗,成建宏.全封闭制冷压缩机技术发展趋势与动态J. 制冷与空调,2010,10(5:1-5.4李正义. 石化工业用活塞式压缩机技术进展J. 流体机械,2004,32(6:24-26.5姜尔宁. 世界制冷压缩机发展趋势J. 制冷技术,2009(2:46-53.6周莺,张华使,事积杰,王佳,蒲亮,李洪峡,王强,张东方,孔令友. 世界制冷压缩机现状及发展动向J. 压缩机技术,2001(4:39-46.7李连生,赵远扬,杨启超,王智忠,柬鹏程. 制冷与空调压缩机的技术现状与发展趋势J. 第三届制冷空调新技术研讨会,2005.4:31-37.8张连杰,贾传林,欧阳新萍. 一种新型回转式制冷压缩机的设计J. 制冷技术,2009,37(12:29-33.9宋烨. 制冷压缩机的现状与发展趋势J. 长沙航空职业技术学院学报,2004,4(1:49-51.10王智忠,郭蓓,李连生,束鹏程. 制冷雅思及技术发展趋势J. 通用机械,2003(1:13-15