提高转子式压缩机能效比技术探讨

主、副轴承，偏心轴承 ηiηmηmo 影响因素 ηm 影响因素 滑片侧面、滑片头部 活塞两端面、 活塞与气缸端面 推力轴承 平衡风阻
（反映功率损失） （反映摩擦功率损失）
铁损 ηmo 影响因素 （反映电机损失） 铜损
2. 容积效率ηv：反映了制冷量的损失程度，为了减少冷量损失，就 要提高ηv，从而为提高能效比作出贡献。 2.1. 泄露损失冷量：是引起制冷量损失的主要因素，其引起制冷量损 失大概占到理论制冷量的 5～6%，是我们在设计中应重点对待的问题。
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活塞端面泄露 滑片侧面泄露 泄露 滑片端面泄露 径向间隙泄露 ηv 影响因素 （反映冷量损失） 余隙容积 壁面加热 吸气脉动 气阀阻力 EER 影 响 因 素 ηi 影响因素 （反映指示功率损失） 排气阻力 吸气阻力 余隙容积 泄露 壁面加热
我们知道理论制冷 量和 绝热 压缩 功 在工质和工况不变 时 都不会 影响能效比，只有容积效率ηv 、指示效率ηi 、机械摩擦效率ηm 、 电机效率ηmo 会影响能效比。具体是容积效率ηv 会影响实际制冷量从 而影响能效比 EER，指示效率ηi 、机械摩擦效率ηm 、电机效率ηmo 会影响实际输入功从而影响能效比 EER。 具体的影响因素如下：
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2.1.1. 活塞端面泄露，其引起制冷量损失大概占到理论制冷量的 2%， 这主要是因为转子内径部分属于壳内高压的存在，其向压缩侧泄露会 增加压缩功造成机械损失，向吸入侧泄露会降低容积效率，引起制冷 量损失。 2.1.2. 滑片侧面泄露 ，其 引起 制冷 量 损失 大 概 占到 理论制冷 量的 0.1%，是很小的。这主要是因为壳外高压，其向压缩侧泄露会增加压 缩功造成机械损失，向吸入侧泄露会降低容积效率，引起制冷量损失。 其引起的制冷量损失可不于考虑。 2.1.3. 滑片端面泄露 ，其 引起 制冷 量 损失 大 概 占到 理论制冷 量的 0.7%，这主要是因为其压缩侧向吸入侧泄露会减少吸气量而降低容积 效率，引起制冷量损失。主要应解决滑片的跟随性问题。 2.1.4. 径向 间 隙泄露 ，其 引起 制冷 量 损失 大 概 占到 理论制冷 量的 3.6%，这主要是因为经过径向间隙压缩侧向吸入侧泄露会减少吸气量 而降低容积效率，引起制冷量损失。合理优化 CP 是关键。 解决泄露所导致的容积效率ηv 降低问题的方法是： 提高加工和配 合精度，争取获得最佳的配合间隙值，以利于形成坚固的油膜，保证 密封，降低泄露，减少摩擦功耗。对双转子压缩机泄露面增多，则对 容积效率ηv 的影响更大，为降低对容积效率ηv 的影响，在精密加工 工艺的保证下，径向间隙可取 10～15μm，活塞端面和滑片端面间隙 可取 10～15μm，滑片侧面间隙上缸可取 20～25μm，下缸可取 18～ 23μm（三点焊在上缸） 。对变频机，泄露随转数的增加而减少，容积 效率会提高。但在低频时泄露将比较大。 2.2. 余隙容积损失冷量：这也是引起制冷量损失的重要因素，其引起 制冷量损失大概占到理论制冷量的 3.2%。计入余隙容积影响的容积效
k −1 k
p′ d ′ = (273 + t1 ) ts p′ s
− 273
仅由于气缸加热时的容积效率： ηvs= 1 − t S − t1 738
k −1 k
pd t s = (273 + t1 ) p s
− 273
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率 p 2 n ηvc=1-c −1 p 1 式中 p2 ：压缩比 p1 n：多变指数，1＜n＜k c：相对余隙容积 因 余隙容积 的 存 在 会 导致二次膨胀损失， 与 压比和排气结 构 有 关，如阀前部分排气通道及消音腔都是余隙容积的主要构成部分。所 以我们在设计中应尽可能的减小阀前部分排气通道容积和消音腔容积 以及其它形成余隙容积的部分，从而提高容积效率ηv，减小冷量损失 提高能效比。可采用新排气结构排气如圆柱形三孔排气结构，这尤其 对大排量单缸机有利，可减小余隙容积，改善排气平滑性并减小过压 缩损失。 2.3. 壁面加热损失冷量：这也是引起制冷量损失的重要因素，其引起 制冷量损失大概占到理论制冷量的 4%。因壁面加热造成已进入气缸的 工质比容增大，降低容积效率ηv，增加冷量损失。 因壁面加热产生的的容积效率ηvs= 1 − 式中 ts：压缩终了的气体温度，℃ t1：蒸发温度（吸气温度） ，℃ 所以我们在设计时应使吸气侧的传热面积尽量做小一些，对下排 气和双缸机应把排气通道开在压缩侧，这样可以减少因加热而引起吸 气容积损失。另外对变频机，转数 n 升高时的导热系数近似与 n0.75 成

′ , t s ：压缩终了的气体温度，℃ ts t1：吸气温度，℃ k：绝热指数 ′ / ps ′ ：为气缸内的实际压缩比 pd p d / p s ：为气缸外的压缩比 η＇vs 与ηvs 的差为因阀的压降使气体加热时的容积效率的降低， 并且 η＇vs 会随转数的增加而降低， 这对变频机在高转数下工作是不利 的。所以我们在设计时要特别关注排气孔的角度、孔径大小，升程限 制板的角度和升程大小及阀的厚度等的设计。 3. 三大效率ηiηmηmo：指示效率ηi、机械效率ηi、电机效率ηi 反应 了指示功损失、摩擦功耗损失、电机损失的程度。为提高能效比就要 提高三大效率ηiηmηmo 从而减小指示功损失、摩擦功耗损失和电机损 失。 3.1. 指示功率损失：这部分功率损失大致占电机的实际输入功率的 12%，是我们在设计中应主要考虑的部分。主要是因为吸、排气阻力， 泄露， 余隙容积和壁面加热等不利因素的存在使得指示功率损失增大。 3.1.1. 排气阻力引起的指示功率损失： 这部分功率损失大致占指示功 率的 4%，主要是因为排气阀部位狭窄，加之有急转弯和扩大等部位， 会产生流动阻力和涡流造成压力损失。又因克服阀的刚性、质量和惯 性力，须使流过的气体压力增加，也会造成压力损失。这些压力损失 的绝大部分转变为功率损失，只有小部分转变为热引起气缸加热导致 容积效率损失。所以优化的排气孔的角度、孔径大小和好的光洁度， 升程限制板的角度和升程大小及阀的厚度等的设计不仅可以降低指示
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功率损失，还可以提高容积效率。对定频压缩机排气角应作的尽量小 以减小过压缩损失，但对变频机因随着转数的升高，过压缩角会提前， 所以排气角不能作的太小。 3.1.2. 吸气阻力引起的指示功率损失： 这部分功率损失大致占指示功 率的 0.5%，对转子式压缩机因无吸气阀，所以影响不大，只要合理设 计吸气孔径即可。 3.1.3. 余隙容积引起的指示功率损失： 这部分功率损失大致占指示功 率的 2.9%，余隙容积主要引起冷量的损失，但同时也引起指示功率的 损失。我们应该考虑的问题同 2.2 中所述。 3.1.4. 泄露引起的指示功率损失： 这部分功率损失大致占指示功率的 6%，是我们应主要考虑的部分。如转子内高压通过转子端面及缸外高 压通过滑片侧面向压缩腔泄露增加了压缩功降低指示功率等，要减少 泄露所须作的工作同 2.1 中所论及的。 3.1.5. 壁面加热引起的指示功率损失： 这部分功率损失大致占指示功 率的 3.7%，是我们应考虑的重要部分。壁面加热不但引起容积效率的 降低，同时还会指示功率损失，所须作的工作同 2.3 中所论及的。 3.2. 摩擦功率损失：这部分功率损失大致占电机的实际输入功率的 11%，也是我们在设计中应主要考虑的部分。这部分主要包括主轴承、 副轴承、偏心轴承、滑片侧面、滑片头部、活塞两端面、活塞和气缸 壁面、推力轴承这些摩擦副及平衡重风阻。 3.2.1. 主轴承、副轴承、偏心轴承这三个摩擦副所引起的摩擦损失分 别占总摩擦损失的 10%、11%、44%，总共占总摩擦损失的 65%，是我们 应充分注意的。为减少这部分损失，应提高轴承孔的精度和形位公差， 偏心轴精加工后用磷酸盐处理并浸渍二硫化钼固体润滑剂降低摩擦系
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}
t S − t1 738
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正比，另一方面，吸入气体的质量与 n 成正比，因此壁面加热使容积 效率降低与 n0.75 成正比，这在低转数范围是正确的，转数 n 升高后阀 前后的压降变大，其能量损失变为热，则来自壁面加热作用成分变大， 损失增加。 2.4. 吸气脉动损失冷量：对转子式压缩机因没有吸气阀，则因此而引 起的损失很小，只要设计合理的吸气孔径即可。 2.5. 气阀阻力损失冷量： 其 引起 制冷 量 损失 占到 理论制冷 量 不 到 0.1%，主要不利影响在引起功率的增大。这是因为排气阀部位狭窄， 加之有急转弯和扩大等部位，会产生流动阻力和涡流造成压力损失。 又因克服阀的刚性、质量和惯性力，须使流过的气体压力增加，也会 造成压力损失。这些压力损失主要与压缩效率有关，而与容剂效率无 直接的关系，但一部分压损会变为热而加热气缸，从而引起容积效率 的降低。这对变频压缩机在高转数下影响较大，转数 n 升高后阀前后 的压降变大，压损变为热而加热气缸的分量也会增大。 因气缸加热和阀压降使气体加热时的容积效率： η＇vs= 1 − ′ − t1 tS 738
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数，减少摩擦功耗，并可保证长期工作的可靠性。 3.2.2. 滑片侧面、 滑片头部这两个摩擦副所引起的摩擦损失分别占总 摩擦损失的 10%、18%，总共占总摩擦损失的 28%，也是我们应充分注 意的。为减少这部分损失，应提高精加工的尺寸精度，并抛光去毛刺 提高零件表面的光洁度，降低摩擦系数并提高抗磨性。同时可使用轻 质新材料，减小惯性提高滑片的跟随性，也有助于减小磨耗并对改善 噪声有利。 3.2.3. 推力轴承这个 摩擦副所引起 的摩擦损失分 别占总 摩擦损失的 4%，所占比例不大，除采取 3.2.1 中所述方法外，也可以采用一些新 的结构，如将摩擦副从下止推面处改到偏心轴短径末端，以改变摩擦 副的受力情况来降低磨耗，并可提高整机的可靠性。 3.2.4. 活塞两端面、 活塞和气缸壁面这两个摩擦副所引起的摩擦损失 分别占总摩擦损失的 1%、0%，总共占总摩擦损失的 1%，其主要会影响 制冷量的损失，在功率损失方面可以不考虑。 3.2.5. 平衡重风阻引起的功率损失占总摩擦损失的 2%，不是我们所 要考虑的主要问题，尤其对双缸机平衡重很小，可以不于考虑。 4. 效率ηmo：反应了电机本身引起的功率损失程度，因电机的设计生 产水平不同，电机效率ηmo 在 85～90%之间，则电机损失在 10～15% 之间。为提高电机效率ηmo，降低电机损失，应从以下两方面着手。 4.1. 降低铁损：定、转子铁芯高温退火，转子注铝后脱壳处理，降低 高度增加截面积以降低铁芯的磁通密度，减少铁损。增大导磁性能来 提高电机效率。 4.2. 降低铜损：采用自润滑线来提高槽满率，降低铜损。 设计新型电机等方法来提高电机效率，如三菱电机公司的新型