第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

制冷壓縮機(jī)在面臨環(huán)保、節(jié)能、以及企業(yè)間競爭等一系列的挑戰(zhàn)中出現(xiàn)了新的突破。在整個(gè)壓縮機(jī)工業(yè)的方方面面都廣泛使用的電子計(jì)算機(jī)成為不可或缺的手段，這包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和整理，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)和工藝的優(yōu)化等。其帶來的總體效果體現(xiàn)在壓縮機(jī)的小型化和高效率，此外，噪聲和振動(dòng)得到降低，可靠性得到提高和壽命得到延長。而在取得這些成就的過程中所消耗的開發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造時(shí)間都比過去短且費(fèi)用亦低。

圖表示了目前各類壓縮機(jī)的大致應(yīng)用范圍及其制冷量大小，圖中虛線包圍的部分表示該結(jié)構(gòu)型式壓縮機(jī)制冷量拓寬的方向。渦旋式由兩部分組成，前一部分表示車用空調(diào)。

各類壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍及其制冷量大小

1、往復(fù)式壓縮機(jī)

往復(fù)式制冷壓縮機(jī)是一種傳統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)，最大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)制冷量和壓力比的任意設(shè)計(jì)。雖然它的應(yīng)用還比較廣泛，但市場份額正逐漸減小。

到目前為止，冰箱（包括小型冷凍與冷藏裝置）的主機(jī)仍以往復(fù)式壓縮機(jī)為主。通過氣閥結(jié)構(gòu)、摩擦副等的優(yōu)化設(shè)計(jì)，往復(fù)式冰箱壓縮機(jī)的制冷系數(shù)（單位功率制冷量）已由九十年代初期的1.0(w/w)提高到如今的1.8左右；除了節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步外，與環(huán)境保護(hù)密切相關(guān)的制冷劑替代技術(shù)也取得了可喜的進(jìn)步，我國的冰箱系統(tǒng)已大量采用R600等碳?xì)浠衔?，小型制冷裝置上也采用了R134a等新的工質(zhì)。進(jìn)一步提高往復(fù)式冰箱壓縮機(jī)的效率、降低系統(tǒng)噪聲仍然是它的發(fā)展方向。

1）線性壓縮機(jī)

線性壓縮機(jī)依然使往復(fù)式，由于電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)可以直接帶動(dòng)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而避免了曲柄連桿機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和由此帶來的機(jī)械功率的消耗。裝配線性壓縮機(jī)作為冰箱系統(tǒng)已經(jīng)面世，線性冰箱壓縮機(jī)的的制冷系數(shù)已超過2.0(w/w)，市場前景看好。主要問題是壓縮機(jī)油路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和電機(jī)線性位移極限點(diǎn)的有效控制及相應(yīng)的防撞缸技術(shù)。

2）斜盤式壓縮機(jī)

斜盤式壓縮機(jī)也是往復(fù)式壓縮機(jī)的一種變型結(jié)構(gòu)，目前主要用于車用空調(diào)系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，斜盤式壓縮機(jī)已經(jīng)成為一種非常成熟的機(jī)型，在車用空調(diào)壓縮機(jī)市場占有70以上的份額。盡管如此，因?yàn)樗詫儆谕鶑?fù)式結(jié)構(gòu)的系列，所以在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的能效比（制冷系數(shù)）也只有1.5左右，且體積大、重量大。由于斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)的工藝成熟，加上技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，在可預(yù)見的將來，仍將保有一定的市場份額，但在一定的排量范圍內(nèi)被逐漸替代卻是必然之路。

2、轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)

轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)于上世紀(jì)七十年代起受到國內(nèi)的關(guān)注，它的代表結(jié)構(gòu)包括滾動(dòng)活塞式、滑片式等。目前滾動(dòng)活塞式廣泛應(yīng)用于家用空調(diào)器上，在電冰箱上也有一些應(yīng)用。這種壓縮機(jī)不需要吸氣閥，使它適用于變速運(yùn)行，從而可以通過變頻控制提高系統(tǒng)性能。為了確保大功率（電機(jī)輸出功率達(dá)3P）滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)的性能，國內(nèi)與上世紀(jì)末開始研發(fā)雙轉(zhuǎn)子滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)，現(xiàn)已投放市場。雙轉(zhuǎn)子滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的受力情況得到較大改善，機(jī)器的振動(dòng)與噪聲有所降低；②增加了單機(jī)的容積排量，提高了電機(jī)的輸出功率。

在3P以下的空調(diào)器中，暫時(shí)沒有可以替代滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)的較好機(jī)型。所以提高壓縮過程的效率、減低噪聲、電動(dòng)機(jī)變速控制以及采用R410A等新制冷工質(zhì)后的相關(guān)技術(shù)問題等，是滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)的 研究 方向。

滑片式壓縮機(jī)屬于轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的一種，主要用來提供壓縮空氣，排氣量一般在0.3—3m3/min，市場占有率較低。

旋葉式壓縮機(jī)是滑片式壓縮機(jī)的一種改型結(jié)構(gòu)，由于它的起動(dòng)性能比較好、壓縮過程力矩變化亦不大，目前主要用于微型轎車和一些排量比較小的工具車的空調(diào)系統(tǒng)。高速下的動(dòng)力特性是這種壓縮機(jī)的主要技術(shù) 研究 方向。

3、螺桿式壓縮機(jī)

螺桿式壓縮機(jī)具有尺寸小、重量輕、易維護(hù)等特點(diǎn)，是制冷壓縮機(jī)中發(fā)展較快的一種機(jī)型。一方面，螺桿型線、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了長足的進(jìn)步，另一方面，螺桿轉(zhuǎn)子專用銑床特別是磨床的引進(jìn)，提高了這對(duì)關(guān)鍵零件的加工精度與加工效率，使得螺桿壓縮機(jī)的性能得到了有效提高，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的必備硬件也有了保障。目前，螺桿壓縮機(jī)以壓縮空氣為主，在中型熱泵式空調(diào)系統(tǒng)中也有成功的應(yīng)用。由于螺桿式壓縮機(jī)工作可靠性的不斷提高，使之在中等制冷量范圍內(nèi)已逐漸替代往復(fù)式壓縮機(jī)并占據(jù)了離心式壓縮機(jī)的大部分市場。

4、渦旋式壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)在過去十年中得到了快速發(fā)展，從基本理論、結(jié)構(gòu) 研究 、工業(yè)樣機(jī)開發(fā)到最終實(shí)現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，構(gòu)成了壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展的新亮點(diǎn)。數(shù)控加工工藝的發(fā)展使渦旋壓縮機(jī)得以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，無可比擬的性能優(yōu)勢(shì)是其大量進(jìn)人市場的前提。短短數(shù)年，已在柜式空調(diào)領(lǐng)域占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。在柜式空調(diào)系統(tǒng)，渦旋壓縮機(jī)的制冷系數(shù)已達(dá)3.4(w/w)；在車用空調(diào)領(lǐng)域，渦旋壓縮機(jī)的制冷系數(shù)已達(dá)2.0(w/w)，顯示出很強(qiáng)的競爭潛力。渦旋壓縮機(jī)的發(fā)展在于擴(kuò)大其制冷量范圍、進(jìn)一步提高效率、使用替代工質(zhì)和降低制造成本等方面。

由于沒有氣閥，壓縮過程力和力矩變化小等結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)使之更適合于變頻調(diào)速運(yùn)行，這也成為渦旋壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要方向。開發(fā)變排量機(jī)構(gòu)也是渦旋壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。目前，利用軸向“柔性”密封技術(shù)，理論上可以實(shí)現(xiàn)制冷/制熱容量10%-100%范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。

由于渦旋壓縮機(jī)近乎連續(xù)的吸排氣特性、低的起動(dòng)力矩以及抗液擊能力，渦旋壓縮機(jī)的并聯(lián)使用創(chuàng)造了條件。并聯(lián)使用的渦旋壓縮機(jī)可以大大增加機(jī)組的制冷能力，可以從目前的單機(jī)25匹馬力提高到單機(jī)組100匹馬力（4臺(tái)的單機(jī)并聯(lián)），而且使得冷量的調(diào)節(jié)更為合理，充分發(fā)揮單機(jī)效率最高的優(yōu)點(diǎn)。但單機(jī)并聯(lián)出現(xiàn)的最大問題，就是回油不平均易造成機(jī)組使用時(shí)單機(jī)的燒機(jī)現(xiàn)象。

5、離心式壓縮機(jī)

目前在大冷量范圍內(nèi)（大于1500kW）仍保持優(yōu)勢(shì)，這主要是受益于在這個(gè)冷量范圍內(nèi)，它具有無可比擬的系統(tǒng)總效率。離心式壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)零件少而簡單，且其制造精度要比螺桿式壓縮機(jī)低得多，這些都帶來制造費(fèi)用相對(duì)低且可靠的特點(diǎn)。相對(duì)來講，離心式壓縮機(jī)的發(fā)展有所緩慢，因?yàn)槭艿铰輻U式壓縮機(jī)和吸收式制冷機(jī)的挑戰(zhàn)。

離心機(jī)的市場容量大約在700～1200臺(tái)之間徘徊，因?yàn)樵谀壳暗募夹g(shù)前提下，該機(jī)型主要用于大型建筑物的空氣調(diào)節(jié),需求量有限。近幾年由于大型基建項(xiàng)目紛紛上馬，離心式制冷與空調(diào)壓縮機(jī)又成為關(guān)注的熱點(diǎn)。解決喘振現(xiàn)象、改善氣量調(diào)節(jié)和隨工況變化的適應(yīng)能力、小型化技術(shù)等是離心式壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要方向。

6、其它結(jié)構(gòu)形式

單齒壓縮機(jī)、十字滑塊式壓縮機(jī)等一些結(jié)構(gòu)獨(dú)特的容積式壓縮機(jī)也有一定程度的發(fā)展，但在國內(nèi)尚未形成生產(chǎn)能力。

7、其它

為了適應(yīng)特殊地區(qū)環(huán)境調(diào)節(jié)的需要，比如中東等高溫高濕地區(qū)的空氣調(diào)節(jié)要求，有針對(duì)性地開發(fā)高負(fù)荷高工況制冷壓縮機(jī)也取得了較好發(fā)展，目前采用的主要結(jié)構(gòu)型式是活塞式壓縮機(jī)和旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。

為了適應(yīng)壓縮新制冷劑的需要，潤滑油特性的 研究 尤其是匹配性能的實(shí)驗(yàn) 研究 是制冷 行業(yè) 的基本任務(wù)之一。R407C、R410A等非共沸制冷劑的蒸發(fā)溫度滑移現(xiàn)象、吸氣管中油氣兩相流動(dòng)規(guī)律等是制冷工質(zhì)替代帶來的壓縮機(jī)和制冷系統(tǒng)的若干基礎(chǔ)問題之一。

另外，容積式（比如渦旋式和螺桿式）試圖向大容量發(fā)展，離心式則試圖向小容量發(fā)展。隨著綜合技術(shù)的不斷發(fā)展和市場的相互滲透，總有一天我們將很難僅從制冷量大小的角度去判斷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，特別是容積式和速度式制冷壓縮機(jī)的適應(yīng)制冷量范圍。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

空調(diào)壓縮機(jī)是以流水線方式生產(chǎn)的。在機(jī)械加工車間(包括鑄造)制造出缸體、活塞(轉(zhuǎn)軸)、閥片、連桿、曲軸、端蓋等零部件；在電機(jī)車間組裝出轉(zhuǎn)子、定子；在沖壓車間制造出殼體等。然后在總裝車間進(jìn)行裝配、焊接、清洗烘干，最后經(jīng)檢驗(yàn)合格包裝出廠。大多數(shù)空調(diào)壓縮機(jī)制造廠不生產(chǎn)啟動(dòng)器和熱保護(hù)器，而是根據(jù)需要從空調(diào)市場采購。

壓縮機(jī)工藝技術(shù)發(fā)展主題可以歸結(jié)為以下兩點(diǎn)：在環(huán)境保護(hù)方面，空調(diào)和制冷系統(tǒng)正采用包括HFC和天然制冷劑在內(nèi)的對(duì)環(huán)境無害的制冷劑；在節(jié)約能源方面，空調(diào)和制冷工業(yè)的每一次技術(shù)進(jìn)步都體現(xiàn)在節(jié)能型壓縮機(jī)和高效運(yùn)行的制冷系統(tǒng)的問世。

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì) 分析

從目前空調(diào)壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來看，結(jié)構(gòu)緊湊、高效節(jié)能以及微振低噪等特點(diǎn)是空調(diào)壓縮機(jī)制造技術(shù)不斷追求的目標(biāo)。

1、基礎(chǔ)理論和共性技術(shù) 研究

1）工作過程模擬與優(yōu)化

模擬容積式壓縮機(jī)的瞬態(tài)工作過程，進(jìn)一步揭示密封、潤滑與導(dǎo)熱的機(jī)理，建立新的數(shù)學(xué)模型，改良設(shè)計(jì)方法等，是提高容積式壓縮機(jī)工作性能的主要途徑之一。從幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)嚙合原理出發(fā)開發(fā)新的壓縮腔型線，應(yīng)用有限元理論 分析 關(guān)鍵零件的熱、力變形及其對(duì)密封間隙的影響，以及通過對(duì)氣體流動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)來判斷相關(guān)損失等，是優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要工作。

離心式壓縮機(jī)則應(yīng)從流場出發(fā)， 研究 葉輪機(jī)械內(nèi)部復(fù)雜的三維非定常、非對(duì)稱流動(dòng)現(xiàn)象，深化對(duì)激振力產(chǎn)生機(jī)理以及失速、喘振等現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，探索通過誘導(dǎo)流場主動(dòng)控制氣動(dòng)失穩(wěn)、提高穩(wěn)定裕度的途徑。 研究 高參數(shù)下微小間隙約束自激源特性，建立超常工況流體激勵(lì)下的軸系非線性穩(wěn)定性和動(dòng)力響應(yīng)模型， 研究 提高軸系穩(wěn)定性的工程適用方法。

2）變工況設(shè)計(jì)理論

容積式壓縮機(jī)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是以規(guī)定設(shè)計(jì)工況為前提，規(guī)定設(shè)計(jì)工況又是考核壓縮機(jī)性能優(yōu)劣的必要條件。可靠性與壽命考核的工況則是以壓縮機(jī)的安全運(yùn)行為目的。實(shí)際上，制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行工況與環(huán)境（溫度、濕度）有很大關(guān)系，規(guī)定設(shè)計(jì)工況下的高性能并不表示實(shí)際運(yùn)行時(shí)的能量節(jié)省。所以，有必要開展變工況設(shè)計(jì)理論的 研究 。

3）超常工況下的安全運(yùn)行與控制

特別惡劣的環(huán)境條件、系統(tǒng)壓力的突然升高等超常工況的出現(xiàn)以及高轉(zhuǎn)速、跨臨界等高參數(shù)的要求，對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行效率與可靠性提出了挑戰(zhàn)，必須進(jìn)行專題 研究 ，也是未來容積式壓縮機(jī)和制冷技術(shù)進(jìn)步的象征。

4）制冷壓縮機(jī)與環(huán)境保護(hù)

傳統(tǒng)的制冷劑（R11,R12,R22等）的排放對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重破壞已成為不爭的事實(shí)，新的環(huán)境友好制冷劑的 研究 開發(fā)正在積極進(jìn)行當(dāng)中。制冷劑的替代不僅要求制冷系統(tǒng)做相應(yīng)的更改，也要求壓縮機(jī)適應(yīng)相應(yīng)的要求。因此，適應(yīng)于新型制冷工質(zhì)的壓縮機(jī)技術(shù)的 研究 開發(fā)成為壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一，制冷工質(zhì)替代對(duì)壓縮機(jī)與相關(guān)系統(tǒng)的影響以及相關(guān)設(shè)計(jì)思想與對(duì)策的 研究 ，是不容忽視的重要 研究 內(nèi)容。

5）無油潤滑及特殊用途壓縮機(jī)研發(fā)

由于一些特定應(yīng)用環(huán)境的要求，無油潤滑或其他一些特殊結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)被提出，比如用在航天器上食品與蔬菜保鮮、飛機(jī)吊艙空調(diào)系統(tǒng)等。這就需要我們研發(fā)特殊結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)以適應(yīng)特殊的環(huán)境要求。

6）新原理、新結(jié)構(gòu)開發(fā)

渦旋壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)仍將是未來一段時(shí)間內(nèi)容積式壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要方向。根據(jù)容積式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，人們一直在嘗試并探索一些新的結(jié)構(gòu)，效率高、工藝性好的新型壓縮機(jī)將成為開發(fā)的重點(diǎn)。

7）其他

壓縮機(jī)技術(shù)的發(fā)展離不開諸如電機(jī)、材料、機(jī)械加工、測試、計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制等相關(guān)學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步，反過來，壓縮機(jī)與制冷技術(shù)的不斷進(jìn)步也推動(dòng)著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

2、制冷與空調(diào)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

制冷與空調(diào)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)依然是：環(huán)保型制冷劑的開發(fā)與應(yīng)用、研發(fā)高效的制冷部件（壓縮機(jī)、換熱器等）以及為實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)高效與可靠運(yùn)行的匹配技術(shù)、調(diào)節(jié)技術(shù)和智能化控制技術(shù)等。同時(shí)制冷方法也在不斷革新，半導(dǎo)體制冷、磁制冷等技術(shù)的進(jìn)步和完善也有可能引發(fā)制冷技術(shù)革命。

我國制冷與空調(diào)技術(shù)的整體水平與西方國家相比仍有差距，我們應(yīng)該從環(huán)保和節(jié)能兩方面出發(fā)，加快CFCs制冷劑替代的步伐，提高制冷系統(tǒng)的綜合效率，力圖盡快縮小與國際水平的差距。

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