涡旋式压缩机涡旋型线的研究综述与前景

李宏利（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，郑州 450000）



涡旋式压缩机涡旋型线的研究综述与前景

李宏利
（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，郑州 450000）

摘 要：涡旋式压缩机是近些年来备受关注的一种容积式压缩机，发展速度非常快，广泛受到国内外科技界重视。涡旋式压缩机效率高，可靠性好，且噪声低，体积小，应用方便。但目前就中国而言，涡旋式压缩机设计仍比较落后，不仅设计周期长，且设计参数不合理，准确性较差，很多时候依然处传统经验型设计阶段。涡旋式压缩机结构设计中，涡旋线型非常重要。如涡旋线型设计参数存在问题，缺乏有效修正与优化，必然导致结构参数间的关系、力矩、对力发生变化，影响涡旋式压缩机性能和运行安全。本文将针对涡旋式压缩机涡旋型线展开研究和分析，以促进涡旋式压缩机设计水平的提高。

关键词：前景；研究综述；涡旋式压缩机；涡旋线型

0　引言

近些年来，涡旋式压缩机应用非常广泛，凭借节能、低振、低噪等优势，广泛应用于制冷行业，并取得优异成绩。压缩机是空调制冷系统的核心部件，其性能直接决定空调系统性能和效果。而涡旋型线则直接影响着涡旋压缩机的几何、力学、热力、功耗、效率等重要参数。同时还影响着系统性能、寿命、噪声等重要技术指标。因此，对涡旋压缩机的研究往往围绕涡旋型线，涡旋型线也一直都是国内外专家研究重点。不同涡旋型线优化策略不同，设计思路不同。涡旋型线研究对促进涡旋压缩机技术水平提高有重要意义。

1　涡旋压缩机的特点

涡旋压缩机于二十世纪八十年代发明，是一种新型容积型压缩机。涡旋压缩机运行原理由法国科学家Leon Cerux提出。但该理论技术提出时，涡旋体加工困难，轴向力不稳定性，防自转技术不成熟，轴向密封不完善［1］。因此，没有得到大面积推广应用。随后美国开始对涡旋压缩机核心理论进行研究，开发了第一代HE压缩机。八十年代末期，日本基于HE压缩机，进行新容积式压缩机开发，研发了第一代涡旋压缩机77B06，该压缩机性能卓越，广泛受到功率在1-15kW范围制冷系统应用。涡旋压缩机主要结构包括：曲轴、十字滑环、机架、动涡盘、静涡盘、排气口、吸气口，其运作原理是利用动涡盘与静涡盘的啮合，形成多个压缩腔，通过动涡盘的回转平动，使各压缩腔的容积不断变化来压缩气体［2］。涡旋压缩机效率高，吸气、压缩、排气连续性强，气体泄漏少，容积利用率超过百分之九十五。另一方面，涡旋压缩机力矩变化小，噪声低，运行相对平稳，使用寿命长。并且结构简单，容易实现，质量轻，体积比往复式小百分之四十，质量轻百分之十五，其转速可达到13000r/min。并且涡旋压缩机不需要阀，无需防止脉动与消音器的零部件，所以零部件数量也要相对较少，比往复式零部件数量少百分之四十，加工成本被大大降低，性能比便给提高。但涡旋压缩机对线型设计，加工设备精度，装配技术有着较高。

2　涡旋式压缩机涡旋型线的研究综述与前景

通过前文对涡旋式压缩机特点的分析可以知道，涡旋式压缩机结构设计非常重要，影响着性能发挥，尤其是涡旋型线的设计与修正，具体可分为：单一型线、修正型线、组合型线等等。欧阳新萍在论文《涡旋式压缩机涡旋型线研究》中指出，涡旋型线直接影响着涡旋压缩机几何、力学、热力 学、功耗、效率等重要参数［3］。而陈国强则在论文《涡旋型线研究进展的探讨》提出，当前我国在涡旋式压缩机涡旋型线研究方面存在较大局限性，往往基于单学科型线进行设计优化，缺少对通用型线设计的研究，很多基于多科学协调理论进行型线优化。从目前来看，我国涡旋式压缩机设计与制造方面仍比较落后，与发达国家有着较大差距。当前涡旋式压缩机制造门槛高，对涡旋型线设计和工艺要求高，而这些核心技术基本掌握在国际品牌企业手中。从世界涡旋式压缩机技术发展来看，早期艾默生在亚洲市场占据主导地位，技术相对成熟，涡旋型线方面的诸多问题得到了解决。而近些年，丹佛斯开始改进技术，建设了技术团队，进行技术开发，对涡旋型线进行优化，推出大量新产品，开始抢占市场。丹佛斯在涡旋型线优化方面运用了特殊的流线设计思路，大大提高了技术精度，不仅有效提高了压缩机运行效率，同时提高了运行稳定性。而目前国产涡旋式压缩机涡旋型线普遍存在问题，所以压缩机性能差，缺乏核心技术，一时间还无法赢得市场。当前在涡旋型线优化方面，很多企业都在走扩大制冷范围、延伸涡旋压的思路，功率得到明显提高。且融入了变频技术和数字技术，涡旋型线设计更紧凑。例如：R32压缩机、PSH19-39压缩机、PSH压缩机、VZH压缩机等，功率范围已从1-15kW提升到8-39kw，不仅控制更精准，且对温湿度更加敏感，更由于融入了变频技术，所以节能效果得到了大幅度提升。例如，二零一三年推出的MLM/MLZ及LLZ系列，已被广泛应用于商业制冷领域。未来五年内涡旋式压缩机涡旋型线优化设计技术将越来越成熟，性能将得到大幅度提升。

3　结束语

涡旋型线在涡旋式压缩机结构设计中占据着重要位置，影响着整个系统运行及性能发挥。因此，在涡旋式压缩机结构设计中，必须对涡旋型线提高重视，进行合理优化。从目前技术发展来看，很多企业都在对涡旋型线进行优化，未来涡旋式压缩机技术将得到明显提高，将广泛应用到商业制冷领域。

参考文献：

［1］杨兴华.压缩空气储能用涡旋式压缩/膨胀复合机的性能研究［D］.华东理工大学，2014（04）：56-57.

［2］刘兴旺.基圆渐开线型涡旋压缩机涡盘几何参数优化设计研究［D］.兰州理工大学，2015（06）：20-22+26.

［3］佘莉芳.液体制冷剂注入的涡旋压缩机特性的研究与结构参数优化［D］.兰州理工大学，2014（16）：93.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.013