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制冷系統(tǒng)的核心和心臟是壓縮機(jī)，它決定了制冷系統(tǒng)的能力和特征。本文不僅從高效節(jié)能、噪聲和振動以及制冷劑等方面分析了小型制冷壓縮機(jī)的技術(shù)性能，還解析了近年出現(xiàn)的新型、特種小型壓縮機(jī)的主要特點(diǎn)，為我們掌握小型制冷壓縮機(jī)未來發(fā)展趨勢奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

　　眾所周知，壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的核心和心臟。壓縮機(jī)的能力和特征決定了制冷系統(tǒng)的能力和特征。某種意義上，制冷系統(tǒng)的設(shè)計與匹配就是將壓縮機(jī)的能力體現(xiàn)出來。因此，世界各國制冷行業(yè)無不在制冷壓縮機(jī)的研究上投入了大量的精力，新的研究方向和研究成果不斷出現(xiàn)。壓縮機(jī)的技術(shù)和性能水平日新月異。

　　1 制冷壓縮機(jī)的高效節(jié)能研究

　　制冷壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的核心耗能部件，提高制冷系統(tǒng)效率的最直接有效手段是提高制冷壓縮機(jī)的效率，它將帶來系統(tǒng)能耗的顯著降低。同時這樣還能避免僅在系統(tǒng)上采取措施（如一味加大換熱器面積等）所造成的材料消耗的大量增加。近年來，隨著世界上能源緊缺形勢的日益嚴(yán)重，各個國家越來越重視節(jié)能工作、對耗能產(chǎn)品的效率提出了越來越高的要求。由于各種損失諸如摩擦、泄漏、有害傳熱、電機(jī)損失、流動阻力、噪聲振動等的存在，制冷壓縮機(jī)工作時實(shí)際效率遠(yuǎn)低于理論效率。因此，從理論上講，任何能夠降低任意一種損失的措施都能夠提高壓縮機(jī)的效率。這一客觀事實(shí)導(dǎo)致了對制冷壓縮機(jī)的節(jié)能研究范圍廣、方向?qū)?，研究課題與研究成果多種多樣。

　　目前國際上對制冷壓縮機(jī)的節(jié)能研究工作主要集中在幾個方面：研究潤滑特性、制冷壓縮機(jī)軸承部位的摩擦特性以降低摩擦功耗、提高制冷壓縮機(jī)效率；降低泄漏損失以提高制冷壓縮機(jī)的效率；采用變頻或變?nèi)菁夹g(shù)通過制冷系統(tǒng)的出力與用戶負(fù)荷的**匹配來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，有關(guān)這方面的內(nèi)容特別是變頻技術(shù)目前已相對較為成熟且廣為人知，在此不予贅述；氣閥的研究是一個古老的課題但也是一個永恒的課題，改進(jìn)氣閥的設(shè)計以提高制冷壓縮機(jī)效率的研究永無止境也永有收獲。這方面的研究非常之多，從氣閥材料、運(yùn)動規(guī)律、結(jié)構(gòu)優(yōu)化到適用理論、測試方法等包羅萬象?？傊?，關(guān)于制冷壓縮機(jī)節(jié)能方面的研究已成為近年來制冷行業(yè)的一個首要熱點(diǎn)問題。限于篇幅，本文在此不作具體的專題討論。

　　近年來國內(nèi)的制冷壓縮機(jī)行業(yè)對產(chǎn)品的節(jié)能研究也給予了極大的關(guān)注。進(jìn)展較大的產(chǎn)品主要是冰箱制冷壓縮機(jī)行業(yè)。在UNDP/GEF中國節(jié)能冰箱項(xiàng)目的推動和支持下，無論是企業(yè)對節(jié)能產(chǎn)品的認(rèn)識還是冰箱制冷壓縮機(jī)的性能都產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。目前國內(nèi)企業(yè)冰箱制冷壓縮機(jī)產(chǎn)品的最高能效已達(dá)到1.95 左右。國內(nèi)的冰箱制冷壓縮機(jī)企業(yè)采取了大量的技術(shù)措施諸如高效電機(jī)甚至同步電機(jī)、凹形氣閥、平面止推軸承、低粘度潤滑油、新型吸氣消音器、降低摩擦損失等，取得了巨大的效果。主要的問題在于目前國內(nèi)企業(yè)缺乏自由技術(shù)、所采取的技術(shù)路線還以模仿為主，多數(shù)的企業(yè)對建立自己的技術(shù)基礎(chǔ)還無意識、也無興趣，制約了企業(yè)的技術(shù)發(fā)展能力。

　　相對于冰箱制冷壓縮機(jī)行業(yè)，國內(nèi)空調(diào)制冷壓縮機(jī)的節(jié)能研究還顯得波瀾不驚、多年來壓縮機(jī)的效率沒有質(zhì)的變化，較大的市場需求使得大多數(shù)的空調(diào)制冷壓縮機(jī)企業(yè)將精力集中在擴(kuò)大產(chǎn)能上。隨著國家對空調(diào)器能效水平要求的進(jìn)一步提高以及我國空調(diào)器出口各種隱患的逐步呈現(xiàn)，國內(nèi)空調(diào)制冷壓縮機(jī)企業(yè)的這種短視將無法適應(yīng)節(jié)能形勢發(fā)展的要求，也使企業(yè)的后續(xù)發(fā)展乏力。

　　2 制冷壓縮機(jī)的噪音與振動研究

　　目前，噪聲已被視為嚴(yán)重污染之一。作為家用制冷設(shè)備的動力源和心臟，制冷壓縮機(jī)的噪聲問題，以成為衡量其綜合性能的一個重要指標(biāo)。實(shí)際上對于一臺制冷壓縮機(jī)來講，大部分噪聲都是由于殼體被某些噪聲源激發(fā)所產(chǎn)生的（例如被彈簧、制冷劑壓力脈動、排氣管、潤滑油量等激發(fā)）。但壓縮機(jī)的噪聲源和傳遞途徑復(fù)雜多樣，這就給壓縮機(jī)的消聲降噪帶來了很大困難。

　　關(guān)于制冷壓縮機(jī)的噪聲、振動，各國學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量且長期的研究。這里將這方面的主要研究工作成果概括如下：

　　制冷壓縮機(jī)的主要噪聲源由進(jìn)、排氣輻射的空氣動力噪聲、機(jī)械運(yùn)動部件產(chǎn)生的機(jī)械噪聲和驅(qū)動電機(jī)噪聲三部分組成：

　　2.1 空氣動力噪聲

　　制冷壓縮機(jī)的進(jìn)氣噪聲是由于氣流在進(jìn)氣管內(nèi)的壓力脈動而產(chǎn)生的。進(jìn)氣噪聲的基頻與進(jìn)氣管里的氣體脈動頻率相同，與壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。壓縮機(jī)的排氣噪聲是由于氣流在排氣管內(nèi)產(chǎn)生壓力脈動所致。排氣噪聲比進(jìn)氣噪聲弱，所以，壓縮機(jī)的空氣動力性噪聲一般以進(jìn)氣噪聲為主。

　　2.2 機(jī)械噪聲

　　制冷壓縮機(jī)的機(jī)械性噪聲，一般包括構(gòu)件的撞擊、摩擦、活塞的振動、氣閥的沖擊噪聲等，這些噪聲帶有隨機(jī)性，呈寬頻帶特性。

　　2.3 電磁噪聲

　　制冷壓縮機(jī)的電磁噪聲是由電動機(jī)產(chǎn)生的。電機(jī)噪聲與空氣動力性噪聲和機(jī)械性噪聲相比是較弱的。壓縮機(jī)噪聲源中進(jìn)、排氣空氣動力性噪聲最強(qiáng)，其次為機(jī)械性噪聲和電磁噪聲。通過深入研究，可以進(jìn)一步認(rèn)為壓縮機(jī)噪聲主要來自殼體振動（系由彈簧、制冷介質(zhì)壓力脈動和吸、排氣管以及潤滑油激勵產(chǎn)生）并向周圍空氣介質(zhì)傳播而形成噪聲。圍繞降低壓縮機(jī)輻射噪聲，眾多文獻(xiàn)（略）提出了一系列的降噪減振措施和方案：

　?、僭黾託んw結(jié)構(gòu)整體剛性以提高共振頻率且降低振動幅值；

　?、诒苊鈿んw曲率的突變，對于曲面而言，固有頻率與曲率半徑成反比，因此殼體形狀應(yīng)采用最小的曲率半徑；

　?、蹖覓鞆椈芍С幸浦辆哂休^高剛性的位置；

　?、軞んw應(yīng)采用盡可能少的平面；彎曲應(yīng)力與膜應(yīng)力的耦合（只出現(xiàn)在曲面上）會使殼體本身具有較大的剛性，因此壓縮機(jī)殼體應(yīng)盡可能少地采用平面結(jié)構(gòu)；

　?、荼苊馀艢夤苈泛?/span>冷凝器的激勵，優(yōu)化排氣氣流脈動，采用在排氣管路中引入附加容積的方法來消除壓力脈動譜中的高階諧波量；

　?、薏捎梅菍ΨQ的殼體形狀；具有對稱結(jié)構(gòu)意味著具有三維主軸，沿主軸應(yīng)力最大且阻力最小。因此具有不對稱壓縮機(jī)殼體結(jié)構(gòu)意味著能夠大大減小沿某一主軸方向作用力同時出現(xiàn)的幾率；

　　⑦設(shè)置進(jìn)、排氣消聲器，封閉式壓縮機(jī)中的消聲器一般為抗性消聲器，它利用管道截面變化、共振腔引起聲阻抗改變來反射或消耗聲能，或利用聲程差使聲波相位相差180度來抵消消聲器內(nèi)的噪聲。在壓縮機(jī)殼體外側(cè)封閉聯(lián)通一個Helmholtz共鳴器，即：由Helmholtz共鳴器的腔室通過孔頸與壓縮機(jī)殼體內(nèi)部空腔相連成，以降低壓縮機(jī)腔內(nèi)受激聲學(xué)模態(tài)的幅值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：將共鳴器共振頻率調(diào)制到實(shí)際壓縮機(jī)空腔的最大受激振動模式上，會大幅降低共振峰值和導(dǎo)致響應(yīng)頻譜的顯著改變。但是這樣會影響壓縮機(jī)外觀和在冰箱中的布置，其研究結(jié)果尚未應(yīng)用于產(chǎn)品中。

　　剩余潤滑油量和電機(jī)端線圈繞組也會導(dǎo)致同種型號成批壓縮機(jī)聲級之間存在差異（偏離聲級平均值）。通過改變殼體外部支承來增加扭轉(zhuǎn)剛度，且減小振動面；噪聲研究的復(fù)雜性要求研究者具有較強(qiáng)的理論素質(zhì)、要求企業(yè)具有較好的技術(shù)基礎(chǔ)、并且需要較大的投資和較長的時間。這方面是國內(nèi)壓縮機(jī)企業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)之一，目前基本上處于定性的實(shí)驗(yàn)研究階段，伴隨著很大的隨意性和偶然性。

　　3 制冷壓縮機(jī)——新制冷劑的應(yīng)用

　　基于環(huán)保要求的新制冷劑的應(yīng)用也是制冷壓縮機(jī)行業(yè)的一個熱點(diǎn)問題，隨著用于冰箱產(chǎn)品的R22制冷劑替代工作的結(jié)束，新制冷劑制冷壓縮機(jī)的研究近年來主要集中在空調(diào)行業(yè)。除了目前已比較成熟的R410A、R407C方面的研究外，近年來最大的熱點(diǎn)問題是二氧化碳制冷壓縮機(jī)的研究。

　　目前關(guān)于CO2的研究和應(yīng)用主要集中于三個方面：一方面是最急需替代制冷劑的應(yīng)用場合，如汽車空調(diào)，由于制冷劑排放量大，對環(huán)境的危害也大，必須盡早采用對環(huán)境無危害的制冷劑；另一方面是考慮到CO2循環(huán)的特點(diǎn)，最利于采用這種循環(huán)的應(yīng)用場合，如熱泵熱水器則是考慮到CO2在超臨界條件下放熱存在一個相當(dāng)大的溫度滑移有利于將熱水加熱到一個更高的溫度的特點(diǎn)而倍受關(guān)注；再一方面是考慮到CO2的熱物理性質(zhì)和遷移性質(zhì)特點(diǎn)，采用CO2作為制冷劑，如考慮到CO2良好的低溫流動性能和換熱特性，采用它作為復(fù)疊制冷循環(huán)低溫級制冷劑。

　　制冷壓縮機(jī)作為跨臨界二氧化碳空調(diào)系統(tǒng)效率及可靠性影響最大的部件，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合二氧化碳超臨界循環(huán)具體特點(diǎn)重新進(jìn)行設(shè)計。CO2和氨一樣，其絕熱指數(shù)K 值較高，達(dá)1.30，這可能會使壓縮機(jī)排氣溫度偏高，但由于CO2需要的壓縮機(jī)的壓比小，因此不需要對壓縮機(jī)本身進(jìn)行冷卻。正因?yàn)榻^熱指數(shù)高，壓比小，可減小壓縮機(jī)余隙容積的再膨脹損失，使壓縮機(jī)容積效率較高。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和理論研究，Jurgen SUB和Horst Kruse發(fā)現(xiàn)，往復(fù)式壓縮機(jī)有良好的油膜滑動密封，成為CO2系統(tǒng)的首選。BOCK對其二氧化碳壓縮機(jī)排氣閥進(jìn)行了改進(jìn)，排氣改良后的二氧化碳壓縮機(jī)效率提高了7%。

　　由于二氧化碳系統(tǒng)壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的壓臨界循環(huán)系統(tǒng)，所以新的制冷壓縮機(jī)的軸封設(shè)計要求比原有的制冷壓縮機(jī)高得多，制冷壓縮機(jī)的軸封泄漏在一段時間內(nèi)仍將是目前阻礙其實(shí)用化的主要原因。

　　Danfoss、Denso、ZEXEL等已進(jìn)入二氧化碳壓縮機(jī)小批量生產(chǎn)階段。

　　IEA在1999年3月，聯(lián)合日本、挪威、瑞典、英國和美國啟動“Selected Issue on CO2 as working Fluid in Compression Systems”的三年計劃項(xiàng)目。

　　1994年起，BMW、DAIMLERBENZ、VOL O、德國大眾、Danfoss、Valeo等歐洲著名公司發(fā)起了名為“RACE”的聯(lián)合項(xiàng)目，聯(lián)合歐洲著名高校、汽車空調(diào)制造商等研制CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)。BENZ 汽車公司現(xiàn)已生產(chǎn)裝備CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)的轎車，德國KONVECTA 生產(chǎn)的以CO2為工質(zhì)的空調(diào)公交客車從1996年運(yùn)行至今。DANFOSS、奧地利的Obrist、英國均已研制出二氧化碳車用壓縮機(jī)。日本的DENSO、ZEXEL的二氧化碳壓縮機(jī)已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。

　　隨著各大生產(chǎn)廠商的投入，CO2壓縮機(jī)的型式也與普通車用壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢相一致，主要以定排量搖擺斜盤式、渦旋式和變排量為主。

　　4 新型工作原理的制冷壓縮機(jī)

　　近年來在全新工作原理和結(jié)構(gòu)的制冷壓縮機(jī)方面未見有更多的進(jìn)展，主要有線形制冷壓縮機(jī)、橢圓制冷壓縮機(jī)、擺動式轉(zhuǎn)子制冷壓縮機(jī)、螺旋葉片式制冷壓縮機(jī)等。

　　其中線形制冷壓縮機(jī)仍是國內(nèi)冰箱壓縮機(jī)行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。在國際制冷壓縮機(jī)工程會議中有5篇關(guān)于線形制冷壓縮機(jī)的文章。研究者仍以LG 和Sunpower 兩家公司為主。最近兩年，國內(nèi)有數(shù)家冰箱壓縮機(jī)企業(yè)在嘗試線形壓縮機(jī)的開發(fā)，但就企業(yè)所具有的技術(shù)基礎(chǔ)、資金實(shí)力和國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)的局限性而言，相信在短時間內(nèi)不可能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。

　　5 特種制冷壓縮機(jī)

盡管國內(nèi)的家用制冷壓縮機(jī)企業(yè)長期以來習(xí)慣于大規(guī)模的生產(chǎn)模式、習(xí)慣于以數(shù)量求效益。但在激烈的價格競爭形勢下，隨著產(chǎn)品利潤率的日益降低，當(dāng)生產(chǎn)數(shù)百萬臺制冷壓縮機(jī)僅能取得數(shù)百萬元利潤的情況下，一些特種制冷壓縮機(jī)就不失為一種出路。特種制冷壓縮機(jī)包羅萬象，在此不可能一一例舉。但它們的共同特點(diǎn)是生產(chǎn)規(guī)模小、單臺利潤高、產(chǎn)品轉(zhuǎn)型快、多數(shù)情況下需要針對用戶的要求專門設(shè)計。這類產(chǎn)品越來越多地引起了國內(nèi)制冷壓縮機(jī)企業(yè)的重視。如國內(nèi)數(shù)家企業(yè)正在開發(fā)或已經(jīng)具備生產(chǎn)能力的車載冰箱制冷壓縮機(jī)。