基于磁悬浮技术家用空调旋转式压缩机设计可行性分析

熊枝林 李尚平

摘要：当前家用空调由于机械轴承摩擦消耗能量大、噪声大，同时冷冻油在制冷剂传递的作用下也会造成制冷效率低，在这种背景下，本文基于磁悬浮技术，探讨一种家用空调旋转式压缩机设计，实现空调的节能提效，并进行可行性分析。

关键词：磁悬浮技术；家用空调；旋转式压缩机；节能提效

随着时代的发展和经济水平的提升，家用空调的使用密度逐渐增大，在优化了生活和工作环境的同时，也造成了大量的能源消耗。因此空调的节能提效迫在眉睫，而想要在技术上达到节能提效比较难，这也使得空调的节能消费成为了用户的巨大需求[1]。空调运行压缩机转子转动后，机械轴承摩擦，降低了压缩机性能和空调能效。此时压缩机内会使用冷冻油，而冷冻油在制冷剂的传递作用下会形成热阻，大大降低了空调的制冷效率。本文设计一种基于磁悬浮技术的家用空调旋转式压缩机，以期解决以上问题。

一、设计思路及工作原理

（一）设计思路

在磁悬浮技术下，旋转式压缩机通过可控电流在电磁铁上形成非接触的可控电磁力，实现对转子的位置控制，保证轴承不存在物理性的接触；同时通过对传感器的适应位移，来对转子位置进行监测，实现对电流大小的实时调整，从而有效调整磁场力的大小，将转子顺利偏移到中心位置。一个简单的磁悬浮系统有控制器、位移传感器、转子、执行器（见图1）。而执行器中有包含了两个部分，即功率放大器以及电磁铁。

在参考位置上，若有一个向下的扰动影响转子，将会导致转子偏离参考位置，此时转子偏离参考位置的位移，可通过传感器检测出来，而检测出的位移通过控制器的微处理器转变为控制信号；之后控制信号将由功率放大器将其转变为控制电流，控制电流在执行磁铁中形成磁力，对转子产生驱动力，让其回到之前的平衡位置。即转子即使受到向下、向上的扰动，在这种系统的影响下，也能够回到平衡的状态。

旋转式压缩机是传统滚动活塞式压缩机中的一种，结构上其气缸是固定的，叶片与气缸以及端盖间有一定的配合间隙，增大了内部泄漏量；同时转子的运转为偏心运转，提升了摩擦损失[2]。基于磁悬浮技术的旋转式压缩机，运转方式上转子在运行状态中始终处于悬浮，不会产生运动摩擦；结构上其叶片与气缸和端盖之间连接较为紧固，很大程度上减小了相互间的配合间隙，降低了泄漏量，提升了压缩机性能，实现了空调的节能提效。

（二）工作原理

旋转式压缩机中，转子和磁悬浮轴承的构成见图2。其1表示辅助轴承，压缩机未运行时，转子放置其上方；压缩机运行时，转子则会在空中悬浮，脱离辅助轴承。在压缩机系统中，辅助轴承的功能不仅仅是保护转子，同时也保护压缩机内的其他结构。其2表示径向传感器，是对转子的径向偏移进行检测。其3表示前径向轴承，与其7后径向轴承起到制约径向两个平动和转动的作用。其4表示推理轴承，可有效对转子的轴向运动产生制约；其5表示高频电极，为整个运行提供机能。其6是转子，提供旋转的磁场。其8是轴向传感器，对转子的轴向偏移进行检测。3和7均具备线圈，在通电之后，在电生磁的原理下，绕组线圈能够形成环形磁场，磁场力会对转子产生影响，使其在空间内悬浮；与此同时轴承之间并无摩擦力，能够起到节能的作用。

二、以节能提效为基础进行可行性分析

某小区A栋楼建筑面积432m2，建筑高度103m，2016年以前，小区空调主机采用自然式溴化锂机组，2016年初小区节能改造后，空调主机使用磁悬浮旋转式压缩机机组作为冷源，冷量达525kW；同时保留自然式溴化锂机组作为热源和冷源补充，制热达1865kW，制冷达2110kW。

改造后，小区A栋楼在2016年初到2017年初全年节能62万kWh，节能比率为47.9%，全年节约运行费用超过50万。同时，A栋楼总耗能7月份最高，11月份最低。在2015年底改造时，家庭内多台空调均表示使用年限较长，空调老化严重，制冷COP值从1.12降低到0.82，无法满足夏季的正常供冷；而在改造后，压缩机冷量总值达到483kW，同时制冷COP值一直超过1.12以上。

三、结论

本文提出了一种采用磁悬浮技术的家用空调旋转式压缩机设计，让转子悬浮在空中并保持工作，有效减小压缩机的轴承摩擦；同时以節能提效为基础分析了某小区A栋楼2016年初到2017年初全年的节能数据，结果显示改造前后节能达到62万kWh。综上所述，磁悬浮技术在家用空调旋转式压缩机上的使用，有助于解决当前存在的机械轴承摩擦耗能大问题，实现了空调节能提效的目的。

参考文献：

[1]邱铖铖，叶婷婷，郑卫刚.新型磁悬浮技术的滚动转子式空调压缩机设计[J].变频器世界， 2016（5）：9496.

[2]孙兴伟，窦汝桐，孙凤，等.磁悬浮驱动式无油涡旋压缩机驱动力分析[J].机床与液压， 2017（19）.