[科普中國(guó)]-容積式制冷壓縮機(jī)

容積式制冷壓縮機(jī)工作原理

容積式壓縮機(jī)的工作原理是依靠工作腔容積的變化來(lái)壓縮氣體或蒸汽，因而它具有容積可周期變化的工作腔1。

容積式制冷壓縮機(jī)分類按工作腔和運(yùn)動(dòng)部件形狀，容積式壓縮機(jī)可分為“往復(fù)式”和“回轉(zhuǎn)式”兩大類。前者的運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，后者的運(yùn)動(dòng)部件做單方向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

容積式制冷壓縮機(jī)特點(diǎn)1、工作腔的容積變化規(guī)律只取決于機(jī)構(gòu)的尺寸，故機(jī)器壓力與流量關(guān)系不大，工作的穩(wěn)定性較好；壽命一般較長(zhǎng)，比如 優(yōu)耐特斯壓縮機(jī)，壽命達(dá)30年以上。

2、氣體的吸入和排出是靠工作腔容積變化，與氣體性質(zhì)關(guān)系不大，故機(jī)器適應(yīng)性強(qiáng)并容易達(dá)到較高的壓 力；

3、機(jī)器的熱效率較高。

4、一般來(lái)講結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尤其是往復(fù)式壓縮機(jī)易于損壞的零件多，一些壓縮機(jī)的氣體吸入和排出是間隙的，容易引起振動(dòng)2。

制冷壓縮機(jī)發(fā)展概況蒸汽壓縮式制冷和熱泵系統(tǒng)，在當(dāng)今制冷應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。壓縮機(jī)作為壓縮式制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其在系統(tǒng)中的作用在于：抽取來(lái)自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽，并提高蒸汽溫度和壓力后，將它排向冷凝器；在冷凝器中，高壓制冷劑過熱蒸汽在冷凝溫度下放熱冷凝；而后通過節(jié)流元件，降壓后的氣液混合物流向蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸熱沸騰，變?yōu)檎羝筮M(jìn)入壓縮機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了制冷系統(tǒng)中制冷劑的不斷循環(huán)流動(dòng)。當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的制冷壓縮機(jī)包括: 往復(fù)式壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)以及離心式壓縮機(jī)。

往復(fù)式壓縮機(jī)迄今還是應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)型，其中活塞壓縮機(jī)發(fā)展歷史悠久，具有豐富的設(shè)計(jì)、研究、制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，由于在惡劣的工況下仍有高度的可靠性及良好的性能，在各個(gè)領(lǐng)域中依然被應(yīng)用和發(fā)展著。雖然活塞壓縮機(jī)的市場(chǎng)份額在不斷的減小，它必須在小制冷量范圍內(nèi)和轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)及渦旋式壓縮機(jī)，在大制冷量范圍內(nèi)和螺桿式壓縮機(jī)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，但是在冰箱用制冷壓縮機(jī)方面活塞式壓縮機(jī)占有主導(dǎo)地位，近乎99%為活塞壓縮機(jī)。因此要采用新技術(shù)來(lái)力保其自身的市場(chǎng)范圍，其方法是應(yīng)用熱力學(xué)和流體力學(xué)的新成果，優(yōu)化氣閥結(jié)構(gòu)、摩擦副等的設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)的噪聲，提高壓縮機(jī)的效率，此外考慮到環(huán)境保護(hù)，還要加大壓縮機(jī)制冷劑替代方面的研究。

渦旋壓縮機(jī)最早于1905年提出，直到20世紀(jì)70年代數(shù)控銑床的出現(xiàn)，才為渦旋壓縮機(jī)的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。渦旋壓縮機(jī)具有高效率、轉(zhuǎn)矩變化小、對(duì)制冷劑液滴(即液擊) 的容許度大、可靠性高、噪聲低、重量小及體積小等特點(diǎn)，即兼有回轉(zhuǎn)式和容積式的優(yōu)勢(shì)，而被廣泛使用在房間空調(diào)器、組合式空調(diào)器、變制冷劑流量系統(tǒng)以及小型冷水機(jī)組上。當(dāng)前渦旋壓縮機(jī)主要的研究方面有: 渦旋壓縮機(jī)的幾何特性、工作原理、泄漏及密封、加工工業(yè)及材料、型線修正及通用線型、整體優(yōu)化等。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)以及節(jié)能的認(rèn)識(shí)不斷增強(qiáng)，大容量、壓縮機(jī)制冷劑替代、變頻、變工況及變?nèi)萘康难芯渴且院鬁u旋壓縮機(jī)的發(fā)展方向與趨勢(shì)。

轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)首先是從美國(guó)20世紀(jì)30年代發(fā)展起來(lái)的，大約有70年的歷史。因其具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低等特點(diǎn)，在小型空調(diào)、熱泵、家用冰箱、房間空調(diào)器以及除濕機(jī)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。對(duì)于轉(zhuǎn)子式的壓縮機(jī)研究已相當(dāng)深入，主要包括以下幾個(gè)方面: 模擬及數(shù)學(xué)模型、性能改進(jìn)、摩擦學(xué)損失、振動(dòng)及噪聲的改善等。隨著世界的能源緊缺和環(huán)境保護(hù)的呼聲越來(lái)越高，為了適應(yīng)節(jié)能降耗和舒適性的要求，轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)應(yīng)不斷提高改進(jìn)氣性能，向著高效節(jié)能、保護(hù)環(huán)境、低噪聲和智能控制方向發(fā)展。例如，考慮到環(huán)境保護(hù)，進(jìn)行壓縮機(jī)制冷劑替代的研究，包括相應(yīng)于新制冷劑的壓縮機(jī)的熱力性能的計(jì)算，新型潤(rùn)滑油的開發(fā)，新制冷劑與潤(rùn)滑油的相容性研究等；以及變頻、可調(diào)節(jié)制冷量的研究。

螺桿壓縮機(jī)最早是由德國(guó)人H.Krigar 在1878年提出，直到1934年瑞典皇家理工學(xué)院A.Lysholm才奠定了螺桿式壓縮機(jī)SRM技術(shù)，并開始在工業(yè)上應(yīng)用。20 世紀(jì)50年代時(shí)，噴油螺桿壓縮機(jī)開始應(yīng)用在制冷裝置上，發(fā)展到如今，在制冷與熱泵系統(tǒng)上已得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用場(chǎng)合是中、高容量的空調(diào)設(shè)備，如冷水機(jī)組和空氣源熱泵機(jī)組等。與其他型式的壓縮機(jī)相比，螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，易損件少，能在大的壓力差或壓比的工況下工作，且排氣溫度低，對(duì)制冷劑含有的潤(rùn)滑油液滴不敏感，有良好的輸氣量調(diào)節(jié)特性等特點(diǎn)。隨著螺桿壓縮機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)其的研究較為深入，主要集中于以下幾個(gè)方面: 線型和轉(zhuǎn)子幾何，間隙、氣體泄漏及油的影響，熱力學(xué)過程研究，刀具計(jì)算與研究，生產(chǎn)實(shí)際中的問題研究，轉(zhuǎn)子振動(dòng)與噪聲，轉(zhuǎn)子碰撞與摩擦、噴液螺桿機(jī)研究等；另外螺桿壓縮機(jī)是定內(nèi)容積比的，怎樣調(diào)節(jié)內(nèi)容積比以及輸氣量，與實(shí)際應(yīng)用相符合，將是螺桿壓縮機(jī)今后的發(fā)展方向與趨勢(shì)。

離心式制冷壓縮機(jī)是一種速度型壓縮機(jī)，與前述幾種壓縮機(jī)工作原理不同。與其他型式的壓縮機(jī)相比: 尺寸小、重量輕、效率高，易磨損零件少，容易實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮，混入的潤(rùn)滑油極少等優(yōu)點(diǎn)；但也有缺點(diǎn)，如: 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高，必須應(yīng)用與中高流量場(chǎng)合，不適合小流量場(chǎng)合使用；有喘振，這是離心壓縮機(jī)固有的缺點(diǎn)，機(jī)組中必須添加防喘振系統(tǒng)；一般要用增速齒輪傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速較高，對(duì)軸端密封要求高，這些均造成了制造上的困難和結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性。離心壓縮機(jī)主要應(yīng)用與大容量空調(diào)系統(tǒng)，如冷水機(jī)組等。當(dāng)前對(duì)于離心式壓縮機(jī)的研究，除了對(duì)其本身的基本結(jié)構(gòu)的研究，如葉輪的設(shè)計(jì)、防喘振系統(tǒng)設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑、密封和軸承研究等外，如何做到節(jié)能、高效是離心式壓縮機(jī)的研究核心內(nèi)容，在國(guó)內(nèi)外也有不少的這方面的相關(guān)研究，主要有以下措施：采用節(jié)能高效的三元葉輪、采用采用小間隙軟密封；采用光滑氣流通道；采用干氣密封；采用磁懸浮軸承；采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)或葉片擴(kuò)壓器的葉片調(diào)節(jié)；降低壓縮機(jī)各段的進(jìn)口溫度；合理匹配級(jí)與級(jí)之間的參數(shù)等，這也是離心式壓縮機(jī)發(fā)展的方向與趨勢(shì)3。