涡旋式制冷压缩机技术的现状与发展

近十年来，涡旋式制冷压缩机开始走进人们的生活。作为一种新形式的制冷压缩机，它是目前最为先进、完善的压缩机。20 世纪初，Cruex 研究并发明了涡旋式制冷压缩机，但由于当时涡旋型线加工设备不先进，并未得到快速发展。20 世纪末，涡旋式压缩机得到进一步利用和发展。我国在商用空调和柜式空调领域内广泛使用涡旋式制冷压缩机，为人们的生活和工作带来了很大方便。

1、涡旋式制冷压缩机简介

1.1涡旋式制冷压缩机概述

涡旋式制冷压缩机是一种容积使压缩制冷压缩机，压缩部件由静动涡旋盘组成，包括具有使通过压缩机壳体内部气体分路流动方式以减少夹带的油的特征。壳体内，很多气体向上流动来降低向下流动朝向油量。为了达到此目的，压缩机中电动机可使用套筒包围。此套筒中的引导气流通道处于电动机的上定子端与下定子端中。在一些具体的例子中，与在定子与电动机壳体间的两气体通道重要地对吸入进口定位。此进口内部的位置使一通道接纳进入气体与此流动，分为沿着相反的方向流动，也就是向下流动、向上流动。同时，吸入扩散件、挡板等也能有利于分离汽油。

1.2涡旋式制冷压缩机工作的基本原理

涡旋式制冷压缩机是由两个双函数方程型线的动涡盘与静涡盘组合而成。在压缩和吸气中，在机架上固定静盘，动盘是由驱动偏心轴驱动并受防自动转机机构的限制，在静盘基圆中心围绕，作小幅度的平面转动。气体在空气滤芯吸入静盘外围，在偏心轴的旋转下，在动盘和静盘的噬合下，气体组合而成多个月牙，形成了压缩腔内压缩机。

1.3涡旋式制冷压缩机的主要特点

由于涡旋压缩机的特殊设计，已经被誉为节能压缩机。涡旋压缩机中的涡盘是主要运行件，一般情况下，只有龊合，并不会磨损。由于使用期限很长，被称之为超静压缩机。涡旋式压缩机具有多种优势，如重量轻、结构独特、振动频率小、输气平稳等，被普遍利用在运输业、工业和食品业中。涡旋式压缩机结构部件有：驱动轴，可按照顺时针或者逆时针方向旋转；气缸，形成相应大小的内部面积；滚轮，在气缸四周面内接触，并在偏心部四面旋转，可沿着周面开始滚动运动，并与内周面形成用于吸入流体的腔室；机油流路，在轴承和驱动轴之间设置，并有机油均匀流动；排出端口，有利于流体腔室的连通；端口的吸引，它们在流体腔室连通，并能够以相应的角度来隔离。

2、研究涡旋式制冷压缩机技术的实际情况

涡旋式制冷压缩机技术一般围绕调节变容量、拓展运行范围、研究零部件等方面发展。这几个方面的功能不一，每个方面都非常关键，为推动涡旋式制冷压缩机技术发挥着不可代替的作用。

2.1零件研究

在开发涡旋式制冷压缩机中，一般针对如下几方面进行。一是优化涡盘与型线，广泛运用涡旋式制冷压缩机空气和结构力学的学科融合方法，对涡旋型线进行优化。在加大力度研究客户开发涡盘材料中，进一步强化涡盘热力性能。二是摩擦与润滑零部件，需更加深入地研究涡盘的润滑性，建立完善的设计涡旋式制冷压缩机涡盘摩擦润滑方案。方案中标注设计中需要注意的问题，具体设计中要对应注意的问题格外细心和谨慎。三是利用柔性机构，尽可能防止泄露，强化涡旋式制冷压缩机的使用质量；四是高效电机。这类型的电机包括三种，即永磁同步电机、开关磁阻电机、异步感应电机。其中，永磁同步电机具备质量好、体积小等优势，受到了人们的广泛重视，其技术也越来越成熟。永磁同步电机正逐步代替传统的异步电机变频调速。

2.2调节变容量

从涡旋式制冷压缩机实际情况上讲，调节容量的压缩机技术只有两种，分别是变频涡旋技术和数码涡旋技术。

2001 年，谷轮企业正式向市场推出数码涡旋技术。此技术具有控制简单、使用效率高、容量范围大、系统零件少、无电磁干扰等优势，刚刚推出就受到了各大企业的广泛欢迎和使用。当前，在涡旋式制冷压缩机中，变频技术的应用已非常成熟。当前，全封闭涡旋式制冷压缩机的变频调节包括二种方式，即交流变频方式和直流变速方式。变频调节是为了防止多次的开机和关机，以降低这部分的经济损失。但是，变频调节控制技术除了具有温度波动小、控制精度高等优势，其不足在于成本较高。变频器自身就具有耗能特点，且存在电磁干扰问题。从调节能量上讲，无论是变频技术还是数码涡旋技术，其优势各异。但是，从当前市场份额上讲，变频技术比数码涡旋技术更受人们的欢迎和青睐。

2.3替代制冷剂的研究

当前，涡旋式制冷压缩机中的制冷剂取代包括两项工作，

即开发CO2、开发R32R32 压缩机。与以前的压缩机对比来讲，CO2 压缩机具有结构尺寸小、吸排气压差大等特征。CO2 涡旋式制冷压缩机结构方式以全封闭形式为主，排气量与日常使用的制冷剂小很多，一般应用在汽车空调、热泵热水器系统中。

2.4　拓展运行范围

涡旋式制冷压缩机运行范围拓展技术中包括补气技术、吸气喷液。涡旋式制冷压缩机的压比受涡旋盘工作温度的影响。喷液冷却是确保涡旋盘与轴承正常运作的主要手段。

当前，涡旋式制冷压缩机采纳了降低排气温度技术。在向中间级压缩腔对制冷剂进行喷射中，压缩功会随之增加，在增大制冷剂的喷入比下，压缩机的排气温度会随之降低，喷入制冷剂会影响润滑油温度，降低其温度，进而降低压缩机功能的继续增加。低温环境中，为了使热泵能够继续稳定运作，可使用经济器强化热泵在低温环境运作中的性能。通过研究在温度较低地区中所使用的热泵技术后发现，使用涡旋式制冷压缩机经济系统能够显著强化热泵制热量，并且还能解决压缩机排气温度太高这一问题。另外，使用吸气管直接喷入液体也能够降低吸气的过热度。上述冷却内部方法各有应用优点和缺点，需结合实际情况，根据喷液系统成本较低和结构简单等特点，针对性选择相应的冷却方法，以快速完成冷却工作。

3、涡旋式制冷压缩机产品和技术发展方向

3.1产品发展方向

与转子式压缩机对比，涡旋式制冷压缩机获取的利润较为可观，在空调领域内有着广阔的应用前景。在涡旋式制冷压缩机一些技术越发成熟的情况下，它在热泵行业和冷冻冷藏行业也获得了应用。将来涡旋式制冷压缩机将会在热泵与冷冻冷藏领域中得到更加普遍的应用，也将在这些领域应用中挖掘出更多的应用价值。

在逐步解决转子式压缩机大功率机型这一技术难题下，大功率直流变频转子式压缩机得到了重视和研究，已经在我国市场中得到应用。成本上，大功率转子式变频压缩机具有很大的应用优势。但综合对比来讲，无论是大功率转子式变频压缩机还是涡旋式制冷压缩机，其都有各自的优势和不足，应结合实际应用情况，选择最佳形式的压缩机。涡旋式制冷压缩机具有多台并联机的效能，在市场中有资格与单机头螺杆式制冷压缩机展开竞争。在冷冻冷藏市场中，涡旋式制冷压缩机得到了普遍应用，在小型冷库市场中增加显著。

在日本，已经开始批量生产CO2 涡旋式制冷压缩机，广泛应用于CO2 热泵热水器，有效解决了R32 涡旋式制冷压缩机技术。可见，R32 涡旋式制冷压缩机和CO2 涡旋式制冷压缩机定会得到令人满意的应用效果。在新能源汽车的快速发展下，电动汽车空调压缩机市场以掩耳不及迅雷之势得以快速发展，而以涡旋结构为主的电动汽车空调压缩机势必会得到进一步发展。

3.2　技术发展方向

分析涡旋式制冷压缩机的实际应用状况，归纳日后几年内涡旋式制冷压缩机的发展方向。

（1）提高效能，利用对采用涡旋式制冷压缩机流体和结构力学等各个学科组合而成的方法整合涡旋型线，寻求简化加工的方法。通过研究发现，随着对密封要求的提高，其机械摩擦损失越低。简言之，润滑性能要求的高低与机械摩擦损失的大小成反比。对压缩机平衡机构的完善和改进，尤其是平衡轴向气体力，可进而强化涡旋式制冷压缩机工作的有效性和可靠性。此外，需加大力度研究变频电机，提高其负荷能效。

（2）对结构要求高，新型的制冷工质对设计涡旋式制冷压缩机结构有着更高要求，尤其是研究R32 与CO2 涡旋式制冷压缩机，必然会成为将来研究的重点。

（3）拓展运行领域，深程度研究补气增烩技术，强化拓展涡旋式制冷压缩机运行领域出现的一些技术问题探讨，尤其要探讨在热泵中的实际应用。

（4）轻量化技术，在人们逐渐注重舒适性下，涡旋式制冷压缩机中的降低噪声技术已被重视。轻量化技术的研究从电机和材料层面着手，以推动涡旋式压缩机轻量化技术的广泛利用。

可见，涡旋式制冷压缩机结构精密，具有振动小、噪声小、运行稳定等优势。在制冷空调行业中，涡旋式制冷压缩机有着非常可观的应用前景。但结合实际情况来讲，我国对涡旋式制冷压缩机技术的研究起步较晚，尚有很多不完善之处。针对这种情况，我国应积极借鉴其他国家研究涡旋式制冷压缩机的经验，结合我国的实际情况，有效解决我国涡旋式制冷压缩机技术应用中存在的问题，进而推动我国社会经济的发展。