中国家用空调压缩机的发展趋势

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发表于 2002-5-8 14:14 |只看该作者 |倒序浏览

中国家用空调压缩机的发展趋势

随着生活水平的不断提高及科技的持续进步，制冷和空调业得到了很大的发展。无论是家用空调器还是集中式中央空调机，其外观、性能和可靠性都得到了很大的改进。而这些都与作为空调器心脏的压缩机的发展密不可分，
我国自改革开放以来就开始从国外引进了多条家用空调压缩机生产线。但由于当时历支条件及市场要求，引进的档次较低，多数为活塞式压缩机生产线，仅有两条生产滚动转子式空调压缩机生产线。这两条生产线为我国家用空调业的发展起了很大的作用。但由于这两条线没有及时进行技术改造，当时主要注重产品的国产化程度，其发展比较缓慢。
近几年由于政策的支持以及市场经济的要求，一些国外著名压缩机制造商以合资和独资等形式纷纷在国内建厂，加之新技术，新工艺的不断采用，使空调压缩机发展十分迅猛。
目前，在国内生产厂家中以引进曰本技术居多，这是因为日本在家用空调器方面的研究较深，产品性能较好、较节电，符合我国的具体实际。这些厂家主要有生产滚动转子压缩机的庆安—大金，沈阳—三洋、上海—日立、东芝—万家乐、珠海—罗力托克斯、万宝—松下等，以及生产涡旋式压缩机的庆安—大金、大连—三洋、广州—日立和苏州—考普兰等井计十几条生产线。其产品各有特点，通过规模化生产，进一步降低成本，形成良性的竞争，极大地推动了国内经济及技术的发展。
家用空调压缩机结构型式主要是滚动转子式和涡旋式。
滚动转子式压缩机比往复式结构简单得多，而且体积小、重量轻、零部件少，尤其易报件少，比同样制冷量的往复式压缩机体积可减少60%，重量减少35%，零件减少50%；这种压缩机只进行旋转运动，不需将旋转运动转变成活塞往复运动，所以运转平稳，振动小、噪声低，质量稳定，可靠性高；在结构上，可把余吨容积作得很小，基本上没有膨胀气体干扰，此外无吸气阀，使流动阻力小，导致容积效率高，性能好，能效比高。但这种压缩机对零件加工精度要求高，比活塞式寿命短；而且这种压缩机只有一个转子且为偏心布置，转动起来振动和噪声仍较大，特别是对于较大功率机组。其气缸排量一般在6-44cm3/r。分成几个系列，从小功率到中功率，品种较多。每个系列产品外形基本相似，均为一定功率段的产品。这样做的优点是零、部件通用化程度较高，便于管理和降低成本。
为适应市场的要求，这些厂家为争取市场份额，不仅在外型安装上尽可能的满足空和转子外径来改变气缸排量，从而满足空调厂家对制冷量的要求，并采取各种方案进一步降低噪声和提高效率。
提高压缩机COP值的措施主要是提高加工和装配精度，对压缩机结构进行最优化设计、改进排气阀结构，增大电机叠片厚度，采用特低铁损高磁通量的硅钢片和提高槽前率等多方面来实现；降低压缩机噪声主要通过更好的动、静平衡来减小振动，缓冲压力脉动，以及设计更好的消声器等途径来实现；而提高压缩机的可靠性主要采用改进材料、加强工艺控制、强化试验手段，特别加工和设计保护元件与连接元件等来确保电机可靠性。利用彻底清除垃圾、应用高强度材料，进行各种试验，以及根据不同情况配以不同贮液器来确保压缩机可靠性。
为适市应场对大冷量压缩机的需求，又开发了双转子式滚动转子压缩机。其两个相互错开呈180°的偏心轮对称分布，这样使重心集中在主轴上，运转时动平衡较好，而且两个转子交替工作，使平稳性得到改善，振动减小，转矩变化均匀，而且可以在外形尺寸增加不多的情况下使制冷量增加一倍，以满足空调机对更大冷量的要求。
另外，为适应超薄型室外机的需要，国外已有卧式空调用滚动转子式压缩机产品，
涡旋式压缩机是一类较新型的压缩机。长期以来，由于轴向力不能稳定平稳，防自转机构不灵活，轴向、径向密封不完善，以及涡形盘加工困难，故未达到实用化程度。直至70年代后，在美、日等国的研究下，才使涡旋压缩机走上实用化道路。考普兰，开利，特灵、日立、三菱公司均生产这种压缩机。其主要特点：1）无吸、排气阀，吸气压力损失小，压缩室压差小，无余隙容积，容积效率高，可靠性高，功耗小，COP大；2）涡旋回旋运动能形成几对压缩腔，因此力矩变化小，振动小、噪声低；3）结构简单，零部件少，尤其易损件少，体积小，重量轻：4）对液击不敏感，5）转速高，有利于实现变频控制的方式来调节制冷量；6）采用一种背压可自动调节的可控推力机构，这祥可保持轴向密封，减小机械损失，防止异常高压，确保压缩机安全；7）便于采用气体注入循环，从而可提高节能效果，减少压缩机开，停频率，控制室温变化，实现舒适空调；8）制造、加工精度高、成本较高。总体来说，其性能稍好于滚动转子式，特别适合于低噪声要求，目前主要用在3P-5P大功率高档空调器上，是当前产品中最先进的。
目前涡旋式压缩机的改进趋势主要在：1）进一步改进涡旋盘加工制造工艺，降低成本；2）提高加工和装配精度，合理考虑实际运行中密封间隙，降低泄漏损失，进一步提高效率；3）研究变转速下涡旋式压缩机性能，提高工作转速；4）研究开发自转型涡旋式压缩机等。
图1给出了往复活塞式、滚动转子式、涡旋式三种压缩机的性能曲线。图（a）绘出了三者之扭矩，可以看出，涡旋式力矩变化最平稳，压缩室之间压差也小。图（b）绘出了三者的容积效率和绝热效率，表明涡旋式最高，转子式其次，往复式最差。图（c）绘出了噪声和振动特性。
由于变频空调器具有制冷、制热速度快，温度波动小，高效节能，以及适用环境温度范围宽等特点，逐渐成为新一轮空调器消费热点。据统计表明，日本变频空调占空调器总量的70-80%，我国变频空调器在1998年近一千万台的各类空调器生产总量中占2%左右的份额，除了一些外来品牌（如日本松下，三菱，东芝等）外，象海尔、长虹、格力、春兰，科龙等国内厂家也纷纷推出了自已的家用变频空调器。它们的压缩机大多采用进自机型。
采用转速可调节的变频压缩机主要有两种型式：装载三相交流感应电动机（么山和装载三相无刷电动机（DC）。
AC型变频压缩机：因为采用单相电容式电机，当频率发生变化时，其感抗和阻抗对电机特性不利，而不能使用。故一般采用三相异步电机，它的结构紧固、运行稳定、启动时无需专门的起动器，因而在变频空调器中广泛使用，在大功率下更具有优势。
DC型电动机的压缩机：电动机将永磁铁装入转子中，由直流电源向电动机定子线圈供电形成磁力，和转子的磁铁间磁力相互作用而产生旋转，不需要二次电流，所以减少了能量损耗，效率要比AC型电机高。但永久磁铁成本较高。在市场中新出现的数字式变频机中就采用DC型电机，一般其功率较小。
由于变频压缩机可以提高空调机和热泵的季节能效比及热舒适性，并使压缩机容量具有随负荷的变化而具有较大的变化能力，因此近年来在国外发展很快。目前定频压缩机转速一般是2850rpm，而变频压缩机频率调节范围从15HZ到180HZ（转速可在300rpm一8000rpm之间变化）。因而对压缩机性能要求更高，变频压缩机要解决高转速时轴承负荷问题，摩擦和磨损问题，寿命间题，低转速的振动和油供给问题，要求动平衡更好，因而对压缩机的设计和制造提出了更高要求。变频压缩机一般用双缸滚动转子式和涡旋式居多。
从制冷剂方面看，R22以优良的物性得到家用空调器的广泛使用，但为保护大气臭氧层，目前普遍认为R407C和R410A是替代R22的首选物。日本，美国，西欧等一些国家已率先推出了使用新工质R407C和R410A的空调器，其性能较为理想。
由于制冷剂改变必将使压缩机载荷、可靠性、润滑油、零部件材料和结构产生变动，因此必须改进原有的压缩机。一般值得注意的是：
1.压缩机改用制冷剂后，首先必须考虑所换用的制冷剂对材料的作用。如果制冷剂对压缩机和电动机的材料有腐蚀作用就必须更换材料或重新设计，对于电机线圈，还须考虑到工质的击穿电压和介电常数，以保证电机绝缘性能，
2.为适应制冷量，零部件强度和电机功率要求，压缩机的输气量，零部件受力情况和许用强度，以及压缩机最大功率都应重新设计、重新选材和校核；
3.制冷剂改变，其润滑油也应相应改变；
4.重新考虑加工和装配间隙，改进表面处理；
5.由于工质密度不同，流动阻力也不同，则有必要重新设计或变动气阀结构参数和通道截面，更合理的设计消音器来降低噪音。
R407C是同R32、R134a和R125以23／25／52质量比混合的三元非共法制冷剂，并且有6K的温度滑移；而R410A是由R32和R125以50／50质量比混合的二元近共沸制冷剂。它们的物性不同于R22，因此对压缩机由以下几个方面要加以考虑：
1.由于R407C和R410A的工作压力较高，其轴承载荷增大，在设计时不仅要增加整个系统的强度，而且应对高速运动的压缩机进行优化设计，可以用降低气缸高度的方法来降低轴承负荷，以保证其可靠性；
2.由于R407C和R410A制冷剂中不含氯原子，其润滑油不能用矿物油，应采用脂类池。选用合适的润滑油，可减少压缩机的耗功，提高可靠性和寿命；
3、对电机线圈，因R407C和R410A击穿电压和介电常数较低，在设计电机时应注意电机的绝缘性及漆包线的选材，
4、调整加工制造和安装间隙；合理设计消声装置，降低噪音。
总之，为了满足日益增加的舒适性要求，制冷空调业将不断向前发展，而高效节能、保护环境、无级调速、低噪声和全智能化控制是未来家用空调压缩机发展方向。