制冷壓縮機(jī)技術(shù)進(jìn)展

1、制冷壓縮機(jī)技術(shù)進(jìn)展摘要:對(duì)于制冷與空調(diào)系統(tǒng)而言,壓縮機(jī)是其中重要的一部分,近年來(lái),隨著工業(yè)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,制冷壓縮機(jī)也取得了很大的發(fā)展。近幾十年來(lái),伴隨著材料、機(jī)械、電機(jī)、信息與控制、測(cè)試等工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,制冷壓縮機(jī)技術(shù)也得到了快速發(fā)展,制冷系統(tǒng)的整機(jī)能效比有了很大提高。關(guān)鍵詞:制冷壓縮機(jī);工業(yè)技術(shù);進(jìn)展壓縮機(jī)的工作原理很簡(jiǎn)單,在制冷系統(tǒng)中,蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)和節(jié)流閥是其必不可少的四大件,液體制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻的物體的熱量之后,汽化成低溫低壓的蒸汽、被壓縮機(jī)吸入、壓縮成高壓高溫的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷卻介質(zhì)(水或空氣放熱,冷凝為高壓液體、經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流為低壓低溫的制冷劑

2、、再次進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱汽化,達(dá)到循環(huán)制冷的目的。制冷系統(tǒng)的效率很大程度上依賴壓縮機(jī)的效率,要求壓縮機(jī)既有高的可靠性,又有良好的經(jīng)濟(jì)性。一、總體發(fā)展過(guò)程迄今為止,制冷壓縮機(jī)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展。1834年在倫敦工作的美國(guó)發(fā)明家波爾金斯造出了第一臺(tái)以乙醚為工質(zhì)的蒸汽壓縮式制冷機(jī),并正式申請(qǐng)了英國(guó)專利,這是后來(lái)所有蒸汽壓縮式制冷機(jī)的雛形。但是乙醚易燃易爆,于1875年卡列和林德用氨作為制冷劑,從此蒸汽壓縮式制冷機(jī)占了主要地位。1930年,氟利昂制冷劑的使用給蒸汽壓縮式制冷機(jī)帶來(lái)了新的變革。壓縮機(jī)在與制冷機(jī)的適應(yīng)過(guò)程中也不斷發(fā)展。如氨對(duì)銅有腐蝕性,則氨壓縮機(jī)中不允許使用銅質(zhì)零件;氟利昂制冷機(jī)滲透性強(qiáng)

3、,對(duì)有機(jī)溶劑有溶脹作用,在制造氟利昂制冷機(jī)時(shí)必須充分考慮;二氧化碳?jí)嚎s機(jī)用于跨臨界的制冷循環(huán),排氣壓力是傳統(tǒng)制冷機(jī)的510倍,故其可靠性和密封性有較高的要求;碳?xì)浠衔镆兹家妆?因而對(duì)碳?xì)浠衔锏闹评鋲嚎s機(jī)安全性要求很高。從20世紀(jì)70年代開始,隨著環(huán)境友好型制冷劑的開發(fā)和應(yīng)用,制冷壓縮機(jī)的研發(fā)也取得了很大的進(jìn)展。在適應(yīng)制冷劑不斷發(fā)展變化的同時(shí),制冷壓縮機(jī)的種類也在不斷增加。由最初的往復(fù)式乙醚制冷壓縮機(jī)發(fā)展到了一系列制冷劑不同的容積式制冷壓縮機(jī)及離心式制冷壓縮機(jī)。容積型制冷壓縮機(jī)是通過(guò)直接壓縮制冷機(jī)蒸汽,使氣體體積縮小,從而提高壓力的目的;離心式壓縮機(jī)是通過(guò)先提高氣體的動(dòng)能,同時(shí)壓力也會(huì)有些提

4、高,再將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為位能,提高壓力。這一方面是制冷量范圍的不斷擴(kuò)大,小到100W,如往復(fù)式制冷壓縮機(jī),大到單機(jī)制冷量27000KW,如離心式制冷壓縮機(jī),另一方面是制造工藝的進(jìn)步,使加工難度大的制冷壓縮機(jī)得以生產(chǎn)。還有一些,如螺桿式制冷壓縮機(jī),因其轉(zhuǎn)子型線的復(fù)雜,故從設(shè)計(jì)到制造難度都很大,直到1961年研制成功了噴油螺桿制冷壓縮機(jī)后,才在制冷領(lǐng)域中得到迅速的發(fā)展。迄今已開始取代一些較大的往復(fù)式制冷壓縮機(jī),同時(shí)也取代了一些中等制冷量的離心式壓縮機(jī)。近年來(lái)隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高,制冷劑越來(lái)越趨于無(wú)害化,于是相應(yīng)的制冷壓縮機(jī)也逐漸的改變,氟利昂逐漸被取代,二氧化碳等新型環(huán)保制冷劑開始受到重視。二氧化碳有

5、很多優(yōu)點(diǎn):傳熱性能和流動(dòng)性好,單位制冷能力很大,與材料相容性好,無(wú)需回收制冷機(jī)的“再循環(huán)”,價(jià)格低。但是其制冷循環(huán)是跨臨界循環(huán),節(jié)流壓差較大,蘊(yùn)含較高的能量,可采用膨脹機(jī)回收一部分能量,為此開發(fā)了膨脹機(jī)-壓縮機(jī)一體式結(jié)構(gòu)。二、代表性壓縮機(jī)特點(diǎn)壓縮機(jī)種類繁多,目前,市場(chǎng)上的制冷壓縮機(jī)主要有五類,分別是往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式、渦旋式、螺桿式、離心式。往復(fù)式壓縮機(jī)的歷史最長(zhǎng),各種型號(hào)齊全,廣泛被制冷與空調(diào)業(yè)應(yīng)用。其進(jìn)一步分為全封閉式,半封閉式和開啟式三種,對(duì)于全封閉式壓縮機(jī),它的電機(jī)封閉于壓縮機(jī)機(jī)殼內(nèi),功率因名義轉(zhuǎn)速不同而從0.05KW22KW不等;因能夠拆卸與維修,半封閉式功率范圍很大,從5KW110KW

6、不等;開啟式可用于低溫、大冷量深冷凍結(jié),及運(yùn)輸制冷系統(tǒng),并有不同型號(hào)可供選擇。其中半封閉式在世界各地生產(chǎn)量最大,在美國(guó),歐洲,亞洲的很多國(guó)家的知名企業(yè)都在大量生產(chǎn)。旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)多用于小型空調(diào)器,如便攜式、窗式、小型分體式空調(diào)器及小型除濕機(jī)中,在日本,這種機(jī)型還用于家用冰箱及小型冷凝機(jī)組。日本廠家支配了世界生產(chǎn)的產(chǎn)品及技術(shù),尤其變頻熱泵空調(diào)器用旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)大部分是在日本研發(fā)生產(chǎn)的。Mastsushifa是世界最大的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)生產(chǎn)商,每年的全球生產(chǎn)量超過(guò)一千萬(wàn)臺(tái),約占世界市場(chǎng)份額的40%,目前世界很多國(guó)家也在擴(kuò)大生產(chǎn)。渦旋式壓縮機(jī)是近三十年才開始商業(yè)化,但是它在空調(diào)的應(yīng)用中日趨重要。它是由固定渦旋卷

7、盤和繞行渦旋卷盤組成。由于這種壓縮機(jī)由氣體壓縮所造成的扭矩波動(dòng)較小,所以它的振動(dòng)要比往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)小。生產(chǎn)方面,Copeland幾乎占據(jù)了世界渦旋式壓縮機(jī)的市場(chǎng),而且其地位日益穩(wěn)固。螺桿式壓縮機(jī)在近幾年逐漸在一定冷量范圍取代活塞式,開始主要應(yīng)用于中型和大型的冷水機(jī)組中。它們?cè)S多是半封閉型的,制冷量在30200冷噸范圍內(nèi),雖然它的價(jià)格要比活塞式高出很多,但由于它的緊湊和容易操作及維護(hù)性,廣泛應(yīng)用于冷水機(jī)組和制冷整體裝配機(jī)中。在工業(yè)上諸如制冷和氨的使用中,開啟式的應(yīng)用上升。其主要有兩種不同的型式:雙螺桿式和單螺桿式。Hitachi大量生產(chǎn)應(yīng)用于空調(diào)器或熱泵行業(yè)的3045KW的雙螺桿半封閉式壓

8、縮機(jī),而單螺桿式的生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小。離心式壓縮機(jī)與活塞式和螺桿式等容積式不同,離心式壓縮機(jī)可以利用葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來(lái)壓縮大量低壓工質(zhì),故離心式適用于大容量的制冷裝置中。在應(yīng)用離心式冷水機(jī)組中,美國(guó)沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)者。作為中國(guó)的生產(chǎn)商,重慶通用機(jī)械公司較出名。在歐洲和東亞,市場(chǎng)基本上被美國(guó)的主要生產(chǎn)商所占據(jù)。三、發(fā)展方向隨著計(jì)算機(jī)、新材料和其他相關(guān)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的滲透和促進(jìn),壓縮機(jī)呈現(xiàn)新的發(fā)展勢(shì)頭。計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為其不可或缺的一部分,包括數(shù)據(jù)采集和整理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化等,帶來(lái)的總體效果體現(xiàn)在壓縮機(jī)的小型化(但卻有較大的制冷量和高效率,噪音和振動(dòng)得到降低,可靠性和壽命的到延長(zhǎng)。而在取得這些成就的

9、過(guò)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(guò)去短,費(fèi)用也低。在微電子技術(shù)的應(yīng)用方面,出現(xiàn)了變轉(zhuǎn)速制冷壓縮機(jī)和數(shù)碼渦旋制冷壓縮機(jī),這兩種壓縮機(jī)在控制室溫時(shí),可使室溫波動(dòng)小、舒適度高、并且減少電能消耗,提高制冷壓縮機(jī)可靠性。在新材料方面,開發(fā)出了一些傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料,應(yīng)用范圍廣泛。比如,對(duì)于活塞環(huán)與汽缸壁之間的摩擦問(wèn)題,傳統(tǒng)材料往往會(huì)出現(xiàn)過(guò)度磨損,導(dǎo)致效率下降,而在原有氣缸內(nèi)表面刷鍍Ni-P或者電鍍鎳基碳化硅陶瓷鍍層可以有效的減小摩擦。又如,往復(fù)式制冷壓縮機(jī)的活塞環(huán)是密封件中受力最大、工作條件最惡劣的密封件,PEEK具有強(qiáng)韌性,安全,節(jié)能,低噪音等多種優(yōu)點(diǎn),為往復(fù)式制冷壓

10、縮機(jī)的密封性能開創(chuàng)出了一條新途徑。我國(guó)的制冷壓縮機(jī)的生產(chǎn),起步于20世紀(jì)50年代,開展了中小型活塞式制冷壓縮機(jī)系列的研制,有20余種產(chǎn)品投入生產(chǎn)。螺桿式制冷壓縮機(jī)從1974年開始研制,到1978年主要產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到較高水平,2000年生產(chǎn)了3500臺(tái)。離心式制冷壓縮機(jī)的研制始于1966年,1969年即生產(chǎn)出6級(jí)壓縮、制冷量為3500KW、用于乙烯裝置的離心壓縮機(jī),此后在產(chǎn)品性能上不斷提高。我國(guó)的渦旋式制冷壓縮機(jī),大部分在合資企業(yè)和國(guó)外在中國(guó)的肚子企業(yè)中生產(chǎn)。從整體上看,我國(guó)現(xiàn)已能設(shè)計(jì)、生產(chǎn)各種類型的制冷壓縮機(jī)。以后的發(fā)展方向應(yīng)該是向著計(jì)算機(jī)、新材料以及與其它設(shè)備的聯(lián)合使用上,雖然發(fā)達(dá)國(guó)家相比,仍

11、有差距,但通過(guò)不斷努力,一定把我國(guó)的制冷壓縮機(jī)產(chǎn)業(yè)推上新的水平。參考文獻(xiàn):1武文斌. 大型高壓往復(fù)式壓縮機(jī)在石化領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展研究J. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011(9:261-263.2張賢明,牟瑛,王立存,陳國(guó)強(qiáng). 空調(diào)制冷壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展研究及其展望J. 壓縮機(jī)技術(shù),2009(6:58-61.3李紅旗,成建宏.全封閉制冷壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與動(dòng)態(tài)J. 制冷與空調(diào),2010,10(5:1-5.4李正義. 石化工業(yè)用活塞式壓縮機(jī)技術(shù)進(jìn)展J. 流體機(jī)械,2004,32(6:24-26.5姜爾寧. 世界制冷壓縮機(jī)發(fā)展趨勢(shì)J. 制冷技術(shù),2009(2:46-53.6周鶯,張華使,事積杰,王佳,蒲亮,李洪峽,王強(qiáng),張東方,孔令友. 世界制冷壓縮機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向J. 壓縮機(jī)技術(shù),2001(4:39-46.7李連生,趙遠(yuǎn)揚(yáng),楊啟超,王智忠,柬鵬程. 制冷與空調(diào)壓縮機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)J. 第三屆制冷空調(diào)新技術(shù)研討會(huì),2005.4:31-37.8張連杰,賈傳林,歐陽(yáng)新萍. 一種新型回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)J. 制冷技術(shù),2009,37(12:29-33.9宋燁. 制冷壓縮機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)J. 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2004,4(1:49-51.10王智忠,郭蓓,李連生,束鵬程. 制冷雅思及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)J. 通用機(jī)械,2003(1:13-15