改进滚动转子式压缩机特性的技术现状及发展趋势

李娜 陈振兴

摘要：滚动转子式压缩机虽然不为人们熟知，但说到家庭的空调相信谁人都已经较为熟稔了，长期以来针对这类压缩机开展了的大量的研究工作，如节能、环保冷媒的应用、小型化设计、以及应用领域的拓展。本文介绍了改进滚动转子压缩机特的技术方案和其发展趋势。

关键词：滚动转子式压缩机；技术方案；发展趋势

1前言

滚动转子压缩机属于回转式容积式压缩机，其基本部件包括气缸、曲轴、滚套、叶片、轴承等组成。偏心曲轴带动滚套在气缸旋转，滚套外表面与缸体内表面之间可构成一个月牙形空间，往复运动的叶片将该空间范围分为高压腔和低压腔。曲轴旋转一周，高压腔体积变小完成压缩排查，低压腔体积增大完成吸气。下一周，低压腔吸入的冷媒被压缩机排出，如此周而复始。与相同制冷量的往复式压缩机比较，转子压缩机零件是其2/3，体积为其1/2，电机效率高10%以上【1】。由于该压缩机结构简单、体积小、工作稳定，可以满足大部分工况的需要。滚动转子压缩机的主要缺点是叶片与滚套壁面之间的泄漏、摩擦和磨损较大，限制了它的工作寿命及效率的提高；并且这种压缩机加工精度要求较高。

2改进滚动转子压缩机特性的技术方案

在供大于求的市场环境下，改善滚动转子压缩机的特性提高压缩机的竞争力成为各压缩机厂商的关注焦点。近几年，改进滚动转子压缩机的特性方案主要集中在提高压缩机的工作效率、和改善压缩机的噪声和振动两个方面。

2.1压缩机的工作效率

提高压缩机的工作效率主要从压缩机结构和电机两方面入手。

传统提高压缩机的结构的效率采用的措施有：通过零件的优化选配，减少零部件的间隙；高精度加工，提高零部件滑动部分的精度；选用上轴承定位降低泵体与壳体连接过程中泵体的变形量；改善滚套与上下轴承间的间隙、叶片与气缸侧面的间隙、叶片与上下轴承见得间隙等。近几年，采用计算机模拟技术，引入有限元方法，同时考虑制冷剂和润滑油的泄露、吸气加热损失、余隙中的气体膨胀等因素，建立滚动转子压缩机的数学模型来指导设计。根据压缩机运行过程中参数的变化规律，优化零部件的设计，选取合适的配合间隙，从而提高压缩机的泵体泵体效率。

另外，优化气液分离器的内部结构，更好的适应制冷剂的流动要求，也能使压缩机的工作效率得到改善。

提高电机的效率可采用低铁损高磁通量的新型硅钢片作为定子和转子的铁芯材料，改变传统的绕行技术，提高电机的槽满率，装配过程中严格控制转子与定子间的气隙等方案。

2.2缩机噪声和振动

空调系统的噪声和振动是衡量空调器的舒适度和产品品质的重要指标，作为空调系统的心脏，改善压缩机的噪声和振动尤为重要。滚动转子压缩机噪声声源主要分为电机噪声、机械噪声。

机械噪声是由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。改善排气阀片的运动产生的噪声措施有两个。①优化阀片的设计，消减阀片的颤振。②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。亥姆霍兹型消声室是在改善气体压力脉动应用十分普遍，消声室即改善低频噪声；又增加压力缓冲孔改善高频噪声。另外，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， 也利于降低压缩机的辐射噪声。

电机噪声是由于电机结构中不同极性相互作用而产生的吸引力使电机的定子与转子空间气隙发生变化，产生磁场振荡而引起噪声。可以通过改进电机转子，使电机转动的子振频率避开电源谐波频率，可以大幅降低電磁噪声；适当降低压缩机曲轴的偏心量，也可以降低电磁噪声。

对于压缩机振动控制而言，可选择的减振方法非常多，如配置平衡块、减振器等。在直流变频压缩机系统中，也可以通过调整变频器的参数改善压缩机的振动。

3滚动转子式压缩机的发展方向

最近几年滚动转子式压缩机逐发展方向包括绿色环保、小型化、向新应用领域拓展等几个方向。

3.1绿色环保压缩机

随着HCFCs制冷剂淘汰日期的临近，冷剂的研究已刻不容缓。目前使用的R290（A3）或R32（A2L）的压缩机都已投入市场。由于R290具有可燃性，在应用于制冷系统时，要着重考虑其安全性。GB4706.32-2012《家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求》要求通过限制系统的制冷剂充注量提高安全性。R32和R410A两者的热物性表现比较类似，然而与后者相比，前者的温室效应指数减小了2/3，面对同等温度环境时，两者的工作负荷大体一致。R32制冷系统具有较好的制冷效果，在标准工况下，相比R22制冷系统，R32系统的制冷量提高约为42%，COP提高6.8%，系统压比增加7%，系统性能更稳定。所以，R32受到了广泛关注。

3.2小型化

压缩机小型化不仅节约资源，而且可以降低制冷剂的充注量，为新型制冷剂的推广创造了条件。虽然压缩机小型化会影响散热问题，经过不断的试验研究，一些企业采用“散热”的理念解决小型化带来的过热问题。目前，针对压缩机过热的问题，研究的重点主要集中在减少“热量”产生的方式上。而比较有效的改进方案全部是将增强电机性能作为核心，借此对发热现象进行控制。一般情况下，可采用的方法如下：磁场设计、改善绕线方式等。

3.3向新应用领域拓展

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。

另外，最近两年也有滚动转子压缩机应用到移动体空调的事例，如房车空调、驻车空调、电动大巴车空调等。可见，转子压缩机的应用领域也在向家用空调外的其他领域拓展。

4结论

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、保护环境方向发展，其应用领域也越来越宽。

参考文献：

[1] 李文华，谷波.滚动转子式、涡旋式压缩机在制冷空调领域的应用现状及展望[J].流体机械，1999（12）：52-54.

[2]刘强.R290滚动转子式压缩机的仿真与优化[D].武汉：华中科技大学，2009.

[3]张利，杨敏，张蕾.滚动转子式R32压缩机开发[J].制冷与空调，2015，15（2）：75-78.

[4]王超，陶乐仁，吴超，等.R32和R22过热度对转子式压缩机制冷系统影响的对比[J].制冷学报，2016（4）：81-86.

（作者单位：沈阳中航三洋制冷设备有限公司）