龙伟杰
三菱电机（广州）压缩机有限公司
摘要：随着国家对节能环保工作的重视，滚动转子式压缩机在空调器设备中应用越来越广泛。在降低能耗，减少排放方面具有突出的优势。要不断优化设计，改善压缩机性能，提高运行效率。
关键词：滚动转子式；压缩机；优化
引言
随着社会的不断进步，经济的发展以及人们生活水平的不断提高，小排量制冷设备需求迅猛增长，使全滚动转子式压缩机行业快速发展。在世界能源危机的大环境下，提高压缩机效率成为了摆在制冷压缩机科研人员面前的重要课题。
1滚动转子式压缩机技术概述
滚动转子式压缩机（也称"转子式压缩机"）属于回转式压缩机，一般依靠气缸中偏心圆筒形转子的活动减小内部容积，对气体进行有效压缩。其基本部件包括气缸、转子、弹簧等。该压缩机有着体积孝结构简单、工作稳定等优势，可以满足大部分工况的需求。与相同制冷量的往复式压缩机对比可知，此类压缩机的零件需求量较少，仅为后者的2/3，体积、自重仅为后者的1/2，整体用电量节省了10％，但效率至少增加了10％。
滚动转子旋转式压缩机由于结构简单、性价比高、易于大批量生产控制等特点，目前已成为家用空调压缩机的主要机型．压缩机转子系统在工作过程中要受到不平衡力、接触力、气动压力等多种周期性外力作用，如设计不当极易造成转子系统振动超标．振动超标的转子系统会使整个压缩机系统振动和噪音增大，更严重的情况是，其会直接损害压缩机转子系统的零部件，例如，轴承磨损、电机的转子和静子相碰产生摩擦受损等，从而严重的降低了压缩机转子系统的可靠性．为了避免压缩机转子系统在工作过程中的振动超标，需要对其开展系统化的动态优化设计，
滚动转子压缩机滚动活塞被安装在偏心曲轴上．因此，偏心曲轴驱动机构包括滚动活塞，以及叶片弹簧系统．再加上上轴承和下轴承，所有这些回转机构组成的转子轴颈轴承系统．下轴承、气缸、下轴承和上轴承由螺栓固定为一体，由气缸或上轴承与壳体焊接，保持固定．滚动活塞和曲轴等运动件则由上、下轴承限制其位移。
2滚动转子式压缩机开发优化
2.1为提高压缩机效率，实现更高的能效比
各大制造商开始愈发重视对变频控制技术的开发。该项技术采用变频电动机，通过改变压缩机的运转速度来提高负载效率，增大运行范围。由于变频压缩机的容量可调比远大于原机型，从而极大程度上减少了耗能，降低了压缩机的噪声与振动，提高了制冷产品的舒适度。然而，采用变频技术制造压缩机的成本远高于定频产品，因此并不能满足工薪阶层消费者的需求。采用高导磁、低损耗的硅钢片材料制造压缩机电机是提高压缩机电机效率的途径之一。硅钢片的磁化曲线的饱和点较高，可降低压缩机电机的铜耗，同时由于硅钢片的铁耗低，因此压缩机电机的效率可得到提高。然而此项技术同样存在着制造成本高的问题。通过增加铁芯尺寸（增大电机直径、提高叠片高度）的方式降低铁损，增大导磁性能，也是提高电机效率的方法之一。然而这种提高效率的方法耗材很多，并不值得提倡。此外，一些压缩机制造商将电机硅钢片做得很薄，也可获得较高的电机效率，但会大幅增加电机成本。采用高刚性磨头，提高叶片槽的加工精度，进而降低滑动摩擦损失，是提升压缩机机械效率的方法之一。压缩机叶片安装在气缸叶片槽中，其内端面与滚套外径相接触，将压缩机的工作腔分为低压吸气腔与高压压缩排气腔。过去气缸叶片槽采用切削加工，加工出的叶片槽形状精度并不高，改用磨削加工可使精度得以提高，从而提升压缩机效率。
2.2降低滚动转子式压缩机噪声
全封闭的滚动转子式压缩机的噪声声源主要来自电机噪声和机械噪声两类。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电机噪声是由于电机结构中不同极性的相互作用而产生的吸引力使电机的定子与转子空气间隙发生变化,产生磁场振荡而引起噪声。可以通过改进电机的转子,使电机转动的自振频率避开电源谐波频率,可以大幅降低电磁噪声;适当降低压缩机转子的偏心率,也可以降低电磁噪声。机械噪声是由于排气阀片的运动作用、气体压力脉动以及各种运动部件激励振动而产生噪声。降低机械噪声的措施有:通过阀片系统的修改,消除阀片的颤振;采用合适的阀片升程限制器及高度,并适当增加阀片弹簧阻尼,都可以大大降低阀片噪声;采用亥姆霍兹型消声室改善低频噪声;增加压力缓冲孔改善高频噪声;改变压缩机外壳形状,尽量增大外壳的刚度,以便升高其固有频率,避开激励流量比较高的低频区域,从而降低压缩机的辐射噪声。
2.3变频转子式压缩机调节技术
目前比较常见的有超宽变频、复核变频等技术。配有变频器的某系列转子式压缩机，其制冷量、输入功率大部分表现为线形增长趋势，性能系数表现为抛物线趋势，且在额定转速附近会出现较大值，在变频压缩机中，当频率不断提高时，制冷量受余隙容积的作用不断变小；但输入功率受斜切口角度的作用持续增强。
目前，国内某公司已开发出双级增焓转子式变频压缩机，实现了转子式压缩机的二级压缩，一方面能够降低压缩机的运行压力，另一方面可以保证效率。面对极限运行环境时，单级压缩机常常会表现不佳，影响制冷、制热效果，而此类压缩机结合"喷气增焓"方式，突破了制冷行业的发展瓶颈。基于相关调研数据不难发现，当处于－30℃和54℃两种环境下，此项技术同样能够让家用空调器达到理想的制热、制冷效果，在冬季，其制热量将上升10％，而在夏季，其制冷量将上升35％，且最低功率能够保持在15W左右。同时，该公司开发的第二代"双级变容积比压缩机"产品实现了－35-54℃宽温范围内稳定运行，该技术可应用在空调和热泵热水器产品中。
3滚动转子式压缩机的技术发展趋势
3.1节能技术研究
压缩机作为制冷空调系统的核心部件，是其中最主要的能耗部件，整体占比80％～90％，有关压缩机的节能分析重点如下：为降低余隙容积，需要严格控制压缩机的装配间隙，即转子和气缸、活塞和上端盖、滑片和上下端盖３种间隙。全面改善零件尺寸，降低滑动机构的间隙，能够明显控制泄漏损失与摩擦损耗，借此增强设备的容积效率。特别是对径向泄漏情况进行控制，能够明显改善压缩机效率；当滚动转子式压缩机应用于热泵型空调器时，可以通过改良储液器构造，以达到满足制冷与制热两方面需求，同时可以提高工作效率。若要满足大制冷量的需求，并强化设备基本性能，应当选择双活塞式压缩机。垂直轴中需要配置2个转子，且两者之间成180°夹角，同时分别对应不同气缸，借此让制冷量成倍提升，尤其是能够降低振动，提高平衡性，保证转矩始终呈现出基本的稳态。与此同时，还需要提高润滑密封效果，基于节能措施等手段尽可能保证设备能效。
3.2向低温领域扩展
近年来,随着对结构的进一步改进和加工精度的进一步提高,使得滚动转子式压缩机在低温领域中同样具有较高的性能系数,因而已成功的应用于家用冰箱和冷柜中,它不仅大幅度缩小了安放压缩机的空间,增大了冰箱和冷柜的有效容积,同时还减轻了冰箱和冷柜的整机重量。
结语
为了适应节能降耗和舒适性的要求,滚动转子式压缩机将不断改进其性能,向高效节能、保护环境、低噪声和智能控制方向发展。
参考文献
[1] 李蓉编．制冷压缩机过程模拟及节能技术开发研究[D]．杭州：浙江大学，2017，26-29.
[2] 安吉阁编．空调器用滚动转子式压缩机泵体结构设计[J]．家电科技，2018,64-66.
[3]粟奕勇编．滚动转子式压缩机内部工质泄漏的CFD仿真研究[D]．南宁：广西大学，2016，11-22.
论文作者:龙伟杰
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：压缩机论文; 转子论文; 噪声论文; 电机论文; 效率论文; 气缸论文; 轴承论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;