王樹鵬

摘要：近年多聯(lián)機市場及低溫熱泵市場發(fā)展迅速，大功率滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機較渦旋壓縮機競爭優(yōu)勢明顯，占比越來越大，市場前景廣闊。本文主要介紹了大功率DC轉(zhuǎn)子式壓縮機設計要點。首先，高可靠性的轉(zhuǎn)動系結(jié)構，保證運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，降低曲軸負載，確保電機氣隙均勻；其次，保證安裝狀態(tài)下油循環(huán)量抑制；再次，保證有效的噪聲抑制和高可靠的排氣結(jié)構。

關鍵詞：輕商；大功率轉(zhuǎn)子式壓縮機；轉(zhuǎn)動系穩(wěn)定；油平衡；降噪

現(xiàn)在，多聯(lián)機產(chǎn)品價格逐步下降，消費者對多聯(lián)機的接受程度逐年增加，同時，各企業(yè)的資源及研發(fā)投入加大、終端大力推廣等推動了國內(nèi)多聯(lián)機市場迅速發(fā)展，越來越多的企業(yè)加入多聯(lián)機的開發(fā)，競爭越演越烈，不斷提高推動著多聯(lián)機市場的繁榮和發(fā)展。目前市場上的多聯(lián)機主要以渦旋壓縮機為主。

此外，近年來空氣源熱泵發(fā)展迅速，受到采暖用產(chǎn)品快速發(fā)展的影響，商用機產(chǎn)品的占比大幅增長。其中，2017年上半年商用機所占比例達到50%以上，而在2016年同時期商用機所占比例如僅有35%。

在2017年上半年空氣源熱泵在熱水、采暖領域的應用持續(xù)上升。2017年空氣源熱泵采暖占據(jù)采暖市場領域的40%以上的份額，與壁掛爐50%的市場份額相比幾乎持平。所以，無論是在多聯(lián)機領域還是熱泵采暖領域，近幾年都迅猛發(fā)展，

相對于渦旋式壓縮機，滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機變工況條件下性能占有很大優(yōu)勢，同時滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機成本低廉，隨著技術水平的持續(xù)提升，滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的應用越來越受到重視，向大型化發(fā)展的趨勢明顯。

大功率轉(zhuǎn)子式壓縮機作為在多聯(lián)機和低溫熱泵領域的新生力量，發(fā)展迅速，因此開發(fā)高效、高可靠性、低噪音的大功率壓縮機非常重要。

1渦旋式壓縮機與滾動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子壓縮機比較

渦旋式壓縮機是由一個固定的漸開線渦旋盤和一個呈偏心回旋平動的漸開線運動渦旋盤組成可壓縮容積的壓縮機。渦旋式壓縮機是有兩個雙函數(shù)方程型線的動、靜渦盤相互咬合而成。在吸氣、壓縮、排氣的工作過程中，靜盤固定在機架上，動盤由偏心軸驅(qū)動并由防自轉(zhuǎn)機構制約，圍繞靜盤基圓中心，作很小半徑的平面轉(zhuǎn)動。

滾動動轉(zhuǎn)子式壓縮機是一種容積型回轉(zhuǎn)式壓縮機，氣缸工作容積的變化，是依靠一個套在曲軸偏心部位的滾套在氣缸內(nèi)的滾動來實現(xiàn)的。滾套回轉(zhuǎn)一周，將完成一個工作循環(huán)的壓縮和排氣過程及下一工作循環(huán)的吸氣過程；由于不設吸氣閥，吸氣開始的時機和氣缸吸氣孔口位置有嚴格的對應關系，不隨工況的變化而變動；由于設置了排氣閥，壓縮結(jié)束的時機將隨系統(tǒng)中壓力的變化而變動。

滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機結(jié)構簡單，體積小，重量輕，同活塞式壓縮機比較，體積可減小40% ～50%，重量也可減輕40% ～ 50%；零部件少，特別是易損件少，同時相對運動部件之間的摩擦損失少，因而可靠性較高；僅葉片有較小的往復慣性力，旋轉(zhuǎn)慣性力基本完全平衡，轉(zhuǎn)速可以較高，并且振動小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；沒有吸氣閥，吸氣時間長，余隙容積小，并且直接吸氣，吸氣過熱小，所以其效率高。

2大功率滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機技術要點

2.1轉(zhuǎn)動系的可靠性設計

滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機主要由泵體、電機、外殼組件、上蓋組件和氣液分離器構成。壓縮機泵體位于電機的下方，泵體的氣缸或軸承通過三個或多個焊點與外殼連接，定子組件通過熱裝工藝與外殼組件過盈配合固定，我公司既有產(chǎn)品功率范圍從1HP到4HP，相對比較成熟。但目前要開發(fā)大功率的滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機功率區(qū)間定義為5HP到8HP，相比已經(jīng)進行批量生產(chǎn)的機型，在排氣量、制冷能力、機械負荷上均大幅增加，因此原有的設計結(jié)構已經(jīng)無法滿足新的要求，需要在結(jié)構設計上進行突破創(chuàng)新。

滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的泵體和電機都裝配于外組件內(nèi)，轉(zhuǎn)子組件熱裝于泵體的曲軸上面，轉(zhuǎn)子組件和曲軸滾套的組合體構成了滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的轉(zhuǎn)動系，裝配后電機的定子組件和轉(zhuǎn)子組件存在不同軸的問題，由于滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的轉(zhuǎn)動系近似于懸臂梁結(jié)構，曲軸會受到偏心質(zhì)量的離心力和電機的單邊電磁拉力的作用，會產(chǎn)生撓曲變形，此時可能會造電機的定子和轉(zhuǎn)子之間氣隙過小，導致轉(zhuǎn)子外徑會和定子內(nèi)徑出現(xiàn)異常接觸，即所謂的“掃膛”現(xiàn)象。為了避免這種現(xiàn)象出現(xiàn)，我們可以采取提高曲軸材料強度：高牌號球鐵、鍛造鋼等材料來增強曲軸的抗彎特性；提供結(jié)構尺寸優(yōu)化，增大曲軸直徑，提高抗彎能力；降低轉(zhuǎn)子組件熱裝高度，減小懸臂作用長度；增加曲軸脖頸直徑等方案來改善抗彎特性。此外也可采用在曲軸長軸末端增加一個輔助軸承的方式，使曲軸的受力結(jié)構由懸臂梁結(jié)構變?yōu)閮牲c支撐的梁結(jié)構，從而降低曲軸的撓曲變形，從而保證定轉(zhuǎn)子之間的氣隙更加均勻，由此來保證轉(zhuǎn)動系的可靠性。

2.2工作狀態(tài)下的油循環(huán)量抑制

空調(diào)系統(tǒng)運行時，冷凍機油油會隨著制冷劑的循環(huán)被帶到空調(diào)系統(tǒng)中去，進入到系統(tǒng)配管、冷凝器和蒸發(fā)器中，所以需要保證壓縮機內(nèi)冷凍機油的量，才能確保壓縮機能夠良好的潤滑狀態(tài)，確保機械部件的磨損不出現(xiàn)異常。特別是對于配管較長的系統(tǒng)，控制冷凍機油的循環(huán)量顯得更加重要。我公司開發(fā)的大功率轉(zhuǎn)子式壓縮機在控制油循環(huán)量方面做了諸多工作，控制壓縮機壓縮機內(nèi)一次、二次腔比例，降低壓縮機一、二次腔的壓力脈動，優(yōu)化電機沖片結(jié)構，調(diào)整冷媒流動的有效截面積，減小流動阻力，優(yōu)化排氣管的結(jié)構，調(diào)整消音蓋排氣孔結(jié)構尺寸和位置，降低排氣壓力脈動等方式進行油循環(huán)量抑制。

2.3噪音抑制

大功率轉(zhuǎn)子式壓縮機主要競爭對手是渦旋式壓縮機，在噪音方面通過設計改善較渦旋式有優(yōu)勢，通過旋轉(zhuǎn)系的剛性增加，實現(xiàn)壓縮機軸系的穩(wěn)定性，減少因為定轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻帶來的電磁噪聲，通過流體和聲學的CAE仿真，設計新規(guī)格的排氣消音蓋結(jié)構。

2.4排氣閥結(jié)構改進

大功率轉(zhuǎn)子式壓縮機，排氣量大，對排氣結(jié)構可靠性要求很高。可能的失效模式有：

（1）排氣閥片彎曲應力過大，疲勞失效造成頸部斷裂。

（2）排氣閥片的沖擊狀態(tài)下，接觸應力過大，達到一定周期后頭部破裂。

通過對閥片、閥被板的CAE分析，提高排氣閥的可靠性是十分必要的，通常通過采用高強度、高彈性閥片材料；優(yōu)化閥背板結(jié)構形狀，改變閥座材料、優(yōu)化閥片開啟高度等來進行改善。

3總結(jié)

近幾年多聯(lián)機市場及低溫采暖市場均發(fā)展迅速，大功率轉(zhuǎn)子式壓縮機較渦旋式壓縮機競爭還是有明顯優(yōu)勢的，開發(fā)高效率、高可靠性、低噪音的大功率轉(zhuǎn)子式壓縮機是非常必要的，需要在上述關鍵技術領域進行深入研究。

參考文獻：

[1]繆道平，吳業(yè)正.《制冷壓縮機》，機械工業(yè)出版社，2008年第一版.

[2]馬國遠，李紅旗.《旋轉(zhuǎn)壓縮機》，機械工業(yè)出版社，2003年第一版.

（作者單位：沈陽中航三洋制冷設備有限公司）