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壓縮機(jī)的壓縮效率和工作可靠性、開發(fā)應(yīng)用節(jié)材、節(jié)能型壓縮機(jī)就成為制冷技術(shù)發(fā)展的主要方向之一,第三代制冷與空調(diào)用壓縮機(jī)---渦旋式壓縮機(jī)就是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生并得到廣泛應(yīng)用、并在眾多的東芝中央空調(diào)系統(tǒng)中取代傳統(tǒng)的第一、二代壓縮機(jī)而占據(jù)主導(dǎo)地位,而滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)(第二代壓縮機(jī))由于其相對(duì)較低的制造成本和相對(duì)較高的性能在小容量(3HP以下)空調(diào)機(jī)組中仍占據(jù)主要地位。本文就渦旋式壓縮機(jī)和滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在空調(diào)技術(shù)上的具體應(yīng)用及有關(guān)性能進(jìn)行具體比較。隨著社會(huì)發(fā)展,人類對(duì)生存環(huán)境的舒適性要求也越來越高,所以提高
渦旋壓縮機(jī)是靠氣體容積減小而使壓力升高的一種壓縮機(jī),是一種借助于容積的變化來實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的流體機(jī)械,這一點(diǎn)與往復(fù)式壓縮機(jī)相同;渦旋式壓縮機(jī)是通過主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)工作轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)來改變壓縮機(jī)容積,以達(dá)到吸氣、壓縮和排氣的目的,它的主要部件動(dòng)渦盤的運(yùn)動(dòng),是在偏心軸的直接驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的,這一點(diǎn)又與旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)相同;但渦旋式壓縮機(jī)的壓縮腔,既不同于往復(fù)式的又不同于旋轉(zhuǎn)式的,故把它稱做新一代容積式壓縮機(jī)即第三代壓縮機(jī),該型壓縮機(jī)具有非常高的效率,比第二代壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)效率高5%左右。
渦旋壓縮機(jī)中的主要部件是兩個(gè)形狀相同但角相位置相對(duì)錯(cuò)開180°的漸開線渦旋盤,其一是固定渦旋盤,而另一個(gè)是由偏心軸帶動(dòng),其軸線繞著固定渦旋盤軸線做公轉(zhuǎn)的繞行渦旋盤。工作中兩個(gè)渦旋盤在多處相切形成密封線,加 共切點(diǎn)處的密封線隨著繞行渦旋盤的公轉(zhuǎn)而沿著渦旋曲線不斷轉(zhuǎn)移,使這些月牙形氣腔的形狀大小一直在變化。壓縮機(jī)的吸氣口開在固定渦旋盤外殼的上部。當(dāng)偏心軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),氣體從吸氣口進(jìn)入吸氣腔,相繼被攝入到外圍的與吸氣腔相通的月牙形氣腔里。隨著這些外圍月牙形氣腔的閉合而不再與吸氣腔相通,其密閉容積便逐漸被轉(zhuǎn)移向固定渦旋盤的中心且不斷縮小,氣體被不斷壓縮而壓力升高。
從具體結(jié)構(gòu)上看,渦旋壓縮機(jī)沒有吸、排氣閥,這大大提高了高速運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。
綜合起來看,渦旋壓縮機(jī)有以下幾個(gè)主要特點(diǎn):
⑴、屬于第三代壓縮機(jī),多個(gè)壓縮腔同時(shí)工作,相鄰壓縮腔之間的氣體壓差小,氣體泄漏量少,容積效率高,可達(dá)98%,比第二代壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)效率高5%左右;
⑵、驅(qū)動(dòng)動(dòng)渦盤運(yùn)動(dòng)的偏心軸可以高速旋轉(zhuǎn),因此,渦旋式壓縮機(jī)體積小重量輕;
⑶、動(dòng)渦盤與主軸等運(yùn)動(dòng)部件的受力變化小,整機(jī)振動(dòng)小;
⑷、沒有吸、排氣閥,渦旋壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠,且特別適應(yīng)于變轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)和變頻調(diào)速技術(shù);
⑸、渦旋壓縮機(jī)的壓縮腔是由渦旋型線構(gòu)成的,為多室壓縮機(jī)構(gòu),當(dāng)動(dòng)渦盤中心繞靜渦盤中心作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),各壓縮腔容積隨主軸轉(zhuǎn)角發(fā)生變化,將相應(yīng)地減小或擴(kuò)大,由此實(shí)現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排氣過程,由于吸排氣過程幾乎連續(xù)進(jìn)行,整機(jī)噪聲很低;
⑹、軸向和徑向柔性結(jié)構(gòu)提高了渦旋壓縮機(jī)的生產(chǎn)效率,而且保證軸向間隙和徑向間隙的密封效果,不因摩擦和磨損而降低,即渦旋壓縮機(jī)有可靠和有效的密封性,所以其制冷系數(shù)不是隨運(yùn)行時(shí)間的增加而減小,而是略有提高;
⑺、渦旋壓縮機(jī)有著良好的工作特性,性能主要受自身壓縮比和吸氣壓力的影響,排氣壓力范圍廣,適用各種室內(nèi)、外環(huán)境,確保壓縮機(jī)一直在高能效比下運(yùn)行,從而保證鄭州中央空調(diào)機(jī)組的能效比。在熱泵式空調(diào)系統(tǒng)中,特別表現(xiàn)在制熱性能高、穩(wěn)定性好、安全性高;
⑻、渦旋式壓縮機(jī)無余隙容積,在結(jié)構(gòu)上屬于多室壓縮,相鄰的腔室內(nèi)壓力差別不是很大(近似連續(xù)變化),同時(shí),動(dòng)、靜渦盤端面接觸部的密封條靠軸向背壓被壓緊而使得動(dòng)、靜渦盤緊密接觸,并在冷凍油的幫助下實(shí)現(xiàn)良好的密封效果,從而使得內(nèi)泄漏幾乎不存在;當(dāng)密封條端平面被磨損后,可以沿軸向方向自動(dòng)補(bǔ)償,以保證動(dòng)渦盤端面和靜渦盤底面始終貼緊,而且壓縮機(jī)工作時(shí)間越長(zhǎng),這些貼緊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的配合越好,密封效果也越好,這些優(yōu)點(diǎn)使得渦旋壓縮機(jī)不存在二次壓縮制冷劑氣體的問題,是保持高容積效率運(yùn)行的重要保障因素之一;
⑼、力矩變化小,平衡性高,振動(dòng)小,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),從而操作簡(jiǎn)便,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;
⑽、因其自身運(yùn)動(dòng)部件少、沒有往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、零件少(特別是易損件少),可靠性高,壽命在20年以上。
滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)同樣屬容積式壓縮機(jī),主要由缸體、偏心轉(zhuǎn)子、滑片、排氣閥等組成。偏心轉(zhuǎn)子安置在缸體內(nèi),當(dāng)轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)子緊貼在缸體內(nèi)表面上滑動(dòng)。由此,轉(zhuǎn)子外表面與缸體內(nèi)表面之間可構(gòu)成一個(gè)月牙形空間,其位置隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角而變化。往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑片將該空間范圍分為兩個(gè)獨(dú)立的部分,一部分和吸氣腔相通,另一部分通過排氣閥與排氣腔相通;繌椈苫虮硥簤壕o在轉(zhuǎn)子外表面上。
滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)缸體容積被偏心輪和滑片分割成兩塊,一個(gè)是高壓腔,另一個(gè)是低壓腔,高低壓腔室內(nèi)壓差很大,特別是在冬季制熱高壓比工作情況下,更容易產(chǎn)生內(nèi)泄漏問題,即高壓壓縮腔中的氣體泄漏到低壓壓縮腔內(nèi),泄漏的高壓氣體壓力要降低體積要膨脹,再由低壓狀態(tài)重新耗功被壓縮到高壓狀態(tài),因此,內(nèi)泄漏的結(jié)果第一是直接增加壓縮機(jī)的功耗,第二是泄漏的高壓氣體降壓體積膨脹后占用有效吸氣容積,減小了制冷劑的循環(huán)量,另外,滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)還存在余隙容積,當(dāng)余隙容積與低壓基元容積連通時(shí),余隙容積內(nèi)高壓氣體(排氣壓力Pd)膨脹至吸氣壓力Ps,使吸入的氣體減少,減少了壓縮機(jī)的有效吸氣容積,使得部分制冷劑氣體存在被重新壓縮的過程,且此高壓氣體膨脹但不對(duì)轉(zhuǎn)子作功,因而滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的余隙容積既影響排氣量,又不能回收膨脹功,這也導(dǎo)致壓縮機(jī)的排氣量下降和系統(tǒng)制冷量的降低,從而導(dǎo)致了壓縮效率和壓縮機(jī)本身能效比的降低。
在結(jié)構(gòu)上,滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)受排氣閥的影響,使得其排氣壓力變化范圍小,適應(yīng)外界溫度變化的能力較差,特別是冬季制熱效果差,能效比低。
滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)排氣閥是易損件,受排氣閥片的壽命影響,壓縮機(jī)整體壽命在10~15年
滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在小容量東芝中央空調(diào)系統(tǒng)中有其固有的綜合優(yōu)勢(shì),但由于單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)大容量時(shí)振動(dòng)特別大,因而較大容量時(shí)一般采用雙轉(zhuǎn)子,由于兩個(gè)轉(zhuǎn)子同時(shí)工作,使運(yùn)轉(zhuǎn)容量提高;在壓縮機(jī)壓縮過程中,轉(zhuǎn)子對(duì)稱運(yùn)轉(zhuǎn),抵消了偏心的影響,使運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)比較平穩(wěn)、噪音較低。
綜合起來看,滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)屬于第二代壓縮機(jī),比第一代壓縮機(jī)往復(fù)式壓縮機(jī)效率高5%左右。
λ=λvλpλtλl渦旋式壓縮機(jī)的余隙對(duì)輸氣量無影響。相對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)而言,渦旋式壓縮機(jī)無吸氣閥,吸氣壓力損失小,故有較高的壓力系數(shù)λp。此外,中心室與吸氣室通過中間壓縮室隔開,余隙中的高溫氣體不會(huì)回流到吸氣室加熱吸入氣體,加之轉(zhuǎn)速高,因此溫度系數(shù)λT較高。泄漏量受軸向和徑向間隙大小的影響,尤其是軸向間隙的影響較大,在輸氣系數(shù)中,泄漏 系數(shù)相對(duì)較小。一般講渦旋式壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)較高。
λv表示容積系數(shù),直接和汽缸的余隙容積有關(guān);
λp表示壓力損失系數(shù),它主要取決于吸氣壓力相對(duì)損失△po/po ,而滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)由于沒有吸氣閥故這一值很小,大約只有0.005左右,因此可以認(rèn)為λp=1;
λt表示加熱系數(shù)全封閉滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)盡管是吸氣管直接接至氣缸而直接吸氣,但由于機(jī)體全部浸在殼體中的高壓、高溫氣體中,因此吸入氣體流經(jīng)通道及氣缸仍被加熱,加熱系數(shù)很小。λt≈0.95~0.82;
λl表示泄漏系數(shù)泄漏系數(shù)在滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)中具有重要的影響。這是由于其壓縮腔間隙的長(zhǎng)度較長(zhǎng),因此滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的泄漏系數(shù)比活塞式小得多,而且隨間隙大小和潤(rùn)滑油量而變。當(dāng)精心設(shè)計(jì)選用較小間隙值時(shí),凡約在0.98~0.92之間,而當(dāng)選用中等間隙時(shí),隨著to從5℃降至-25℃,或者TK從30℃升至50℃,λl約減小3%~6%。在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)工況可近似取λl=λv;蛘弋(dāng)轉(zhuǎn)速n=50r/s時(shí),λl=0.82—0.92。
渦旋式壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量為
(3—27)
式中 Vs——實(shí)際輸氣量,m3/min;
λ——輸氣系數(shù),且λ=λpλTλl;
n——轉(zhuǎn)速,r/min。
渦旋式壓縮機(jī)的余隙對(duì)輸氣量無影響。相對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)而言,渦旋式壓縮機(jī)無吸氣閥,吸氣壓力損失小,故有較高的壓力系數(shù)λp。此外,中心室與吸氣室通過中間壓縮室隔開,余隙中的高溫氣體不會(huì)回流到吸氣室加熱吸入氣體,加之轉(zhuǎn)速高,因此溫度系數(shù)λT較高。泄漏量受軸向和徑向間隙大小的影響,尤其是軸向間隙的影響較大,在輸氣系數(shù)中,泄漏 系數(shù)相對(duì)較小。一般講渦旋式壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)較高。
渦旋壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)上可以實(shí)現(xiàn)無閥運(yùn)轉(zhuǎn),除適應(yīng)于高轉(zhuǎn)速外,也特別適應(yīng)于在低速下工作,其轉(zhuǎn)速范圍可在1200~7200r/min之間變化,相應(yīng)的頻率變化范圍為20~120Hz。