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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(dòng)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)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(jì)與匹配就是將壓縮機(jī)的能力體現(xiàn)出來(lái)。因此，世界各國(guó)制冷行業(yè)無(wú)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(lái)系統(tǒng)能耗的顯著降低。同時(shí)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(lái)，隨著世界上能源緊缺形勢(shì)的日益嚴(yán)重，各個(gè)國(guó)家越來(lái)越重視節(jié)能工作、對(duì)耗能產(chǎn)品的效率提出了越來(lái)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(dòng)阻力、噪聲振動(dòng)等的存在，制冷壓縮機(jī)工作時(shí)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(duì)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(guó)際上對(duì)制冷壓縮機(jī)的節(jié)能研究工作主要集中在幾個(gè)方面：研究潤(rùn)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(guò)制冷系統(tǒng)的出力與用戶負(fù)荷的**匹配來(lái)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(duì)較為成熟且廣為人知，在此不予贅述；氣閥的研究是一個(gè)古老的課題但也是一個(gè)永恒的課題，改進(jìn)氣閥的設(shè)計(jì)以提高制冷壓縮機(jī)效率的研究永無(wú)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(dòng)規(guī)律、結(jié)構(gòu)優(yōu)化到適用理論、測(cè)試方法等包羅萬(wàn)象?？傊P(guān)于制冷壓縮機(jī)節(jié)能方面的研究已成為近年來(lái)制冷行業(yè)的一個(gè)首要熱點(diǎn)問(wèn)題。限于篇幅，本文在此不作具體的專題討論。

　　近年來(lái)國(guó)內(nèi)的制冷壓縮機(jī)行業(yè)對(duì)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(guó)節(jié)能冰箱項(xiàng)目的推動(dòng)和支持下，無(wú)論是企業(yè)對(duì)節(jié)能產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)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(guó)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(guó)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(rùn)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(wèn)題在于目前國(guó)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(duì)建立自己的技術(shù)基礎(chǔ)還無(wú)意識(shí)、也無(wú)興趣，制約了企業(yè)的技術(shù)發(fā)展能力。

　　相對(duì)于冰箱制冷壓縮機(jī)行業(yè)，國(guó)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(lái)壓縮機(jī)的效率沒有質(zhì)的變化，較大的市場(chǎng)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(guó)家對(duì)空調(diào)器能效水平要求的進(jìn)一步提高以及我國(guó)空調(diào)器出口各種隱患的逐步呈現(xiàn)，國(guó)內(nèi)空調(diào)制冷壓縮機(jī)企業(yè)的這種短視將無(wú)法適應(yīng)節(jié)能形勢(shì)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(dòng)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(dòng)力源和心臟，制冷壓縮機(jī)的噪聲問(wèn)題，以成為衡量其綜合性能的一個(gè)重要指標(biāo)。實(shí)際上對(duì)于一臺(tái)制冷壓縮機(jī)來(lái)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(dòng)、排氣管、潤(rùn)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(lái)了很大困難。

　　關(guān)于制冷壓縮機(jī)的噪聲、振動(dòng)，各國(guó)學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量且長(zhǎng)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(dòng)力噪聲、機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的機(jī)械噪聲和驅(qū)動(dòng)電機(jī)噪聲三部分組成：

　　2.1 空氣動(dòng)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(dòng)而產(chǎn)生的。進(jìn)氣噪聲的基頻與進(jìn)氣管里的氣體脈動(dòng)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(dòng)所致。排氣噪聲比進(jìn)氣噪聲弱，所以，壓縮機(jī)的空氣動(dòng)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(dòng)、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(dòng)機(jī)產(chǎn)生的。電機(jī)噪聲與空氣動(dòng)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(dòng)力性噪聲最強(qiáng)，其次為機(jī)械性噪聲和電磁噪聲。通過(guò)深入研究，可以進(jìn)一步認(rèn)為壓縮機(jī)噪聲主要來(lái)自殼體振動(dòng)（系由彈簧、制冷介質(zhì)壓力脈動(dòng)和吸、排氣管以及潤(rùn)滑油激勵(lì)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(dòng)幅值；

　　②避免殼體曲率的突變，對(duì)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；

　　③將懸掛彈簧支承移至具有較高剛性的位置；

　?、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(huì)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(lì)，優(yōu)化排氣氣流脈動(dòng)，采用在排氣管路中引入附加容積的方法來(lái)消除壓力脈動(dòng)譜中的高階諧波量；

　　⑥采用非對(duì)稱的殼體形狀；具有對(duì)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(duì)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(shí)出現(xiàn)的幾率；

　?、咴O(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(lái)反射或消耗聲能，或利用聲程差使聲波相位相差180度來(lái)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(gè)Helmholtz共鳴器，即：由Helmholtz共鳴器的腔室通過(guò)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(dòng)模式上，會(huì)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(huì)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(rùn)滑油量和電機(jī)端線圈繞組也會(huì)導(dǎo)致同種型號(hào)成批壓縮機(jī)聲級(jí)之間存在差異（偏離聲級(jí)平均值）。通過(guò)改變殼體外部支承來(lái)增加扭轉(zhuǎn)剛度，且減小振動(dòng)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(zhǎng)的時(shí)間。這方面是國(guó)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(gè)熱點(diǎn)問(wèn)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(lái)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(lái)最大的熱點(diǎn)問(wèn)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(gè)方面：一方面是最急需替代制冷劑的應(yīng)用場(chǎng)合，如汽車空調(diào)，由于制冷劑排放量大，對(duì)環(huán)境的危害也大，必須盡早采用對(duì)環(huán)境無(wú)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(chǎng)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(gè)相當(dāng)大的溫度滑移有利于將熱水加熱到一個(gè)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(dòng)性能和換熱特性，采用它作為復(fù)疊制冷循環(huán)低溫級(jí)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(jì)。CO2和氨一樣，其絕熱指數(shù)K 值較高，達(dá)1.30，這可能會(huì)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(duì)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(guò)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(dòng)密封，成為CO2系統(tǒng)的首選。BOCK對(duì)其二氧化碳?jí)嚎s機(jī)排氣閥進(jìn)行了改進(jìn)，排氣改良后的二氧化碳?jí)嚎s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(jì)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(shí)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?jí)嚎s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(guó)和美國(guó)啟動(dòng)“Selected Issue on CO2 as working Fluid in Compression Systems”的三年計(jì)劃項(xiàng)目。

　　1994年起，BMW、DAIMLERBENZ、VOL O、德國(guó)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(guó)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(guó)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?jí)嚎s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(shì)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(lái)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(dòng)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(guó)內(nèi)冰箱壓縮機(jī)行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。在國(guó)際制冷壓縮機(jī)工程會(huì)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(guó)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(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)的局限性而言，相信在短時(shí)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(guó)內(nèi)的家用制冷壓縮機(jī)企業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)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(jià)格競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)下，隨著產(chǎn)品利潤(rùn)率的日益降低，當(dāng)生產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)臺(tái)制冷壓縮機(jī)僅能取得數(shù)百萬(wàn)元利潤(rùn)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(wàn)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(tái)利潤(rùn)高、產(chǎn)品轉(zhuǎn)型快、多數(shù)情況下需要針對(duì)用戶的要求專門設(shè)計(jì)。這類產(chǎn)品越來(lái)越多地引起了國(guó)內(nèi)制冷壓縮機(jī)企業(yè)的重視。如國(guó)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)。