孫偉偉 房德琛 孫小兵

摘 要：對(duì)電冰箱而言，壓縮機(jī)在其中占據(jù)著非常重要的作用，與此同時(shí)也是電力消耗的重要組成部分，占據(jù)電冰箱與空調(diào)能耗的83%左右。目前復(fù)式壓縮機(jī)在電冰箱中占據(jù)著主導(dǎo)的位置，但是相對(duì)而言，機(jī)械的整體效率比較低。在應(yīng)用封閉壓縮機(jī)輸入功率中，只有50%左右的功率被應(yīng)用。本文就系排氣壓縮機(jī)對(duì)線性壓縮機(jī)性能的影響進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：系排氣壓力；線性壓縮機(jī)性能；影響

線性壓縮機(jī)相對(duì)于復(fù)式壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，活塞收到的徑向力減小，同時(shí)摩擦力也相對(duì)減少，這就提升了壓縮機(jī)整體的工作效率，并且線性壓縮機(jī)活塞行程會(huì)隨著輸入電壓的變化而發(fā)生變化，因此，啟動(dòng)與調(diào)節(jié)壓縮機(jī)相對(duì)而言比較容易，這樣也就有效減少了點(diǎn)擊頻繁啟動(dòng)能量的消耗。觀察LG實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以得知，300L的冰箱如果用線性壓縮機(jī)的話，總體電能可以節(jié)省25%。機(jī)器在運(yùn)行中，活塞位移所生成的大小、位移的上止點(diǎn)在受到電擊驅(qū)動(dòng)里影響的同時(shí)，還會(huì)受到壓縮機(jī)進(jìn)排氣壓力的影響。

1 系統(tǒng)模型

在永磁材料研究不斷深入的過(guò)程中，要想取代傳統(tǒng)冰箱壓縮機(jī)，動(dòng)圈式線性壓縮機(jī)最有可能。動(dòng)圈式線性壓縮的動(dòng)子由動(dòng)圈和活塞固定連接所組成，動(dòng)圈在貼心和永久磁鐵之間的空隙中間，氣缸頂部設(shè)置排氣閥，而活塞頂面上也同時(shí)布置著進(jìn)氣閥。當(dāng)電流通過(guò)動(dòng)圈時(shí)，活塞在磁場(chǎng)的變動(dòng)下會(huì)受到和電流同頻率的推動(dòng)機(jī)振力，這樣就會(huì)促使動(dòng)圈式線性壓縮機(jī)的動(dòng)子形成進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到壓縮氣體的目的。動(dòng)子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就與動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)與熱力學(xué)以及控制工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科相關(guān)，進(jìn)而可以將該系統(tǒng)模型分成為機(jī)械、電磁及熱力學(xué)三個(gè)系統(tǒng)。

1.1 機(jī)械系統(tǒng)

當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)組成了動(dòng)子?；钊芰D和機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，見(jiàn)圖1。

通過(guò)牛頓第二定律就可以了解到，機(jī)械系統(tǒng)強(qiáng)迫震動(dòng)微方程式 可以表示為：

在這個(gè)方程式中，x（t）表示的是活塞離開(kāi)坐標(biāo)原點(diǎn)的距離m；t表示為時(shí)間s；m表示運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的質(zhì)量，其中主要包括了連接板、活塞、動(dòng)圈與1/3的彈簧質(zhì)量，單位為kg；c則表示為線性阻尼系數(shù)，包含電磁阻尼與活塞摩擦阻尼，Ns/m；方程式中的k是用來(lái)表示彈簧的剛度，N/m；fe為電磁驅(qū)動(dòng)里N；fg為氣動(dòng)力N；ff表示為摩擦力，通常情況下摩擦力是相對(duì)較小的，可以合并到線性阻尼N中。

1.2 電磁系統(tǒng)

動(dòng)圈在進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，其中電動(dòng)勢(shì)微εd與產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)εg，用式子表示則為：εi=εd+εg。在電動(dòng)勢(shì)欲外加電源電壓共同作用的情況下，就會(huì)產(chǎn)生回路電流i，在此過(guò)程中線圈電阻R會(huì)形成電壓降UR，通過(guò)克希荷夫定律與電磁關(guān)系就可以得到電壓微分方程：

方程式中，Re為等效電阻Ω，Be為磁場(chǎng)磁通密度T，le為導(dǎo)線有效長(zhǎng)度m，le為等效電感H。

1.3 熱力學(xué)系統(tǒng)

通過(guò)質(zhì)量守恒、能量守恒以及氣體狀態(tài)三方面的方程，可以獲得壓縮機(jī)氣缸容積內(nèi)狀態(tài)發(fā)生變化的全過(guò)程。依據(jù)熱力學(xué)的第一定律，能夠?qū)⑼饨鐚?duì)控制容積做功表示為正，不計(jì)進(jìn)、出控制容器氣體動(dòng)能與勢(shì)能，這樣可以將控制其內(nèi)容積壓力變化規(guī)律用方程式表示為：

方程式中，m為控制容積氣體的質(zhì)量kg，v為氣體速度m/s，h為焙值kJ/kg，Q為交換熱量kW，控制容積分別為p、T、Vc，壓力表示為Pa；溫度用K表示；體積則為m3，o表示出口。

2 壓縮機(jī)受吸氣壓力影響

壓縮機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，參數(shù)沒(méi)有發(fā)生任何變化，吸氣壓力在0.5MPa、0.6MPa與0.8MPa等情況下會(huì)對(duì)排氣壓力產(chǎn)生不同的性能影響。從實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)就可以了解到，在吸氣壓力不斷提高的時(shí)候，壓縮機(jī)的制冷量與排氣量比例會(huì)不斷增加，吸氣壓力、壓比與容積系數(shù)都會(huì)對(duì)壓縮機(jī)的指示功率產(chǎn)生影響。如果吸氣壓力不斷增加，壓比將會(huì)減小，這時(shí)，容積系數(shù)將會(huì)增加，隨之壓縮機(jī)的指示功率也隨之增加。從這就可以看出，電功率也在不斷增大，吸氣壓力不斷增大的時(shí)候，壓縮機(jī)所消耗的電功率卻會(huì)增加，增幅會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于制冷的幅度。所以，吸氣壓力的升高會(huì)使壓縮機(jī)的功率產(chǎn)生降低趨勢(shì)。

3 壓縮機(jī)受到排氣壓力的影響

在平時(shí)應(yīng)用的狀況下，參數(shù)沒(méi)有發(fā)生變化，吸氣壓力在0.051MPa、0.062MPa與0.081MPa的時(shí)候，排氣壓力發(fā)生變化就會(huì)引起壓縮機(jī)發(fā)生變化。在吸氣壓力與吸氣溫度不發(fā)生變化的情況下，壓縮機(jī)的制冷量、電功率與排氣量以及性能指數(shù)值都會(huì)有所降低。產(chǎn)生這種結(jié)果的主要原因就是在排氣壓力不斷增加的時(shí)候，壓比會(huì)持續(xù)升高，使得排氣量在不斷加強(qiáng)的情況下，即使在吸氣值與密度保持一定，飽和液體的值會(huì)不斷地增加，這樣就導(dǎo)致了壓縮機(jī)單位制冷量逐漸下降。在壓縮機(jī)運(yùn)行制冷量不斷下降的時(shí)候，壓縮機(jī)的循環(huán)性能指數(shù)也會(huì)相應(yīng)的下降。在實(shí)際啟動(dòng)壓縮機(jī)的時(shí)候，排氣壓力并不會(huì)發(fā)生變化。但是在壓縮機(jī)剛開(kāi)始使用的時(shí)候，排氣壓力處于零狀態(tài)。在此種情況下，如果沒(méi)有將輸入功率調(diào)低，將會(huì)產(chǎn)生不利影響。與此同時(shí)，在制冷工藝需求的過(guò)程中，壓縮機(jī)的排氣量與排氣壓力會(huì)隨著變化而發(fā)生改變。

4 結(jié)語(yǔ)

在壓縮機(jī)吸氣壓力不斷升高的情況下，制冷量與電功率會(huì)不斷增加，即使電功率與制冷量同時(shí)增加，但是制冷量的幅度顯然低于點(diǎn)高功率。因此，在此種情況下應(yīng)當(dāng)盡可能保持壓力穩(wěn)定，不可將吸氣壓力升得過(guò)高。與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意壓縮機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能。

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