涡旋式压缩机与滚动转子式压缩机的比较

涡旋式压缩机与滚动转子式压缩机的比较随着社会发展，人类对生存环境的舒适性要求也越来越高，所以提高压缩机的压缩效率和工作可靠性、开发应用节材、节能型压缩机就成为制冷技术发展的主要方向之一，第三代制冷与空调用压缩机---涡旋式压缩机就是在这种背景下应运而生并得到广泛应用、并在众多的商用空调系统中取代传统的第一、二代压缩机而占据主导地位，而滚动转子式压缩机（第二代压缩机）由于其相对较低的制造成本和相对较高的性能在小容量（3HP以下）空调机组中仍占据主要地位。本文就涡旋式压缩机和滚动转子式压缩机在空调技术上的具体应用及有关性能进行具体比较。涡旋压缩机是靠气体容积减小而使压力升高的一种压缩机，是一种借助于容积的变化来实现气体压缩的流体机械，这一点与往复式压缩机相同；涡旋式压缩机是通过主轴旋转带动工作转子运动来改变压缩机容积，以达到吸气、压缩和排气的目的，它的主要部件动涡盘的运动，是在偏心轴的直接驱动下进行的，这一点又与旋转式压缩机相同；但涡旋式压缩机的压缩腔，既不同于往复式的又不同于旋转式的，故把它称做新一代容积式压缩机即第三代压缩机，该型压缩机具有非常高的效率，比第二代压缩机转子压缩机效率高5％左右。涡旋压缩机中的主要部件是两个形状相同但角相位置相对错开180°的渐开线涡旋盘，其一是固定涡旋盘，而另一个是由偏心轴带动，其轴线绕着固定涡旋盘轴线做公转的绕行涡旋盘。工作中两个涡旋盘在多处相切形成密封线，加上两个涡旋盘端面处的适当密封，从而形成好几个月牙形气腔。两个涡旋盘间公共切点处的密封线随着绕行涡旋盘的公转而沿着涡旋曲线不断转移，使这些月牙形气腔的形状大小一直在变化。压缩机的吸气口开在固定涡旋盘外壳的上部。当偏心轴顺时针旋转时，气体从吸气口进入吸气腔，相继被摄入到外围的与吸气腔相通的月牙形气腔里。随着这些外围月牙形气腔的闭合而不再与吸气腔相通，其密闭容积便逐渐被转移向固定涡旋盘的中心且不断缩小，气体被不断压缩而压力升高。从具体结构上看，涡旋压缩机没有吸、排气阀，这大大提高了高速运转的可靠性。综合起来看，涡旋压缩机有以下几个主要特点：⑴、属于第三代压缩机，多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔之间的气体压差小，气体泄漏量少，容积效率高，可达98%，比第二代压缩机转子压缩机效率高5％左右。⑵、驱动动涡盘运动的偏心轴可以高速旋转，因此，涡旋式压缩机体积小重量轻⑶、动涡盘与主轴等运动部件的受力变化小，整机振动小⑷、没有吸、排气阀，涡旋压缩机运转可靠，且特别适应于变转速运动和变频调速技术⑸、涡旋压缩机的压缩腔是由涡旋型线构成的，为多室压缩机构，当动涡盘中心绕静涡盘中心作圆周运动时，各压缩腔容积随主轴转角发生变化，将相应地减小或扩大，由此实现气体的吸入、压缩和排气过程，由于吸排气过程几乎连续进行，整机噪声很低⑹、轴向和径向柔性结构提高了涡旋压缩机的生产效率，而且保证轴向间隙和径向间隙的密封效果，不因摩擦和磨损而降低，即涡旋压缩机有可靠和有效的密封性，所以其制冷系数不是随运行时间的增加而减小，而是略有提高⑺、涡旋压缩机有着良好的工作特性，性能主要受自身压缩比和吸气压力的影响，排气压力范围广，适用各种室内、外环境，确保压缩机一直在高能效比下运行，从而保证空调机组的能效比。在热泵式空调系统中，特别表现在制热性能高、稳定性好、安全性高。⑻、涡旋式压缩机无余隙容积，在结构上属于多室压缩，相邻的腔室内压力差别不是很大（近似连续变化），同时，动、静涡盘端面接触部的密封条靠轴向背压被压紧而使得动、静涡盘紧密接触，并在冷冻油的帮助下实现良好的密封效果，从而使得内泄漏几乎不存在；当密封条端平面被磨损后，可以沿轴向方向自动补偿，以保证动涡盘端面和静涡盘底面始终贴紧，而且压缩机工作时间越长，这些贴紧的相对运动面的配合越好，密封效果也越好，这些优点使得涡旋压缩机不存在二次压缩制冷剂气体的问题，是保持高容积效率运行的重要保障因素之一。⑼、力矩变化小，平衡性高，振动小，运转平稳，从而操作简便，易于实现自动化⑽、因其自身运动部件少、没有往复运动机构，所以结构简单、体积小、重量轻、零件少（特别是易损件少），可靠性高，寿命在20年以上滚动转子压缩机同样属容积式压缩机，主要由缸体、偏心转子、滑片、排气阀等组成。偏心转子安置在缸体内，当转子绕旋转中心转动时，转子紧贴在缸体内表面上滑动。由此，转子外表面与缸体内表面之间可构成一个月牙形空间，其位置随转子的转角而变化。往复运动的滑片将该空间范围分为两个独立的部分，一部分和吸气腔相通，另一部分通过排气阀与排气腔相通。滑片靠弹簧或背压压紧在转子外表面上。滚动转子式压缩机缸体容积被偏心轮和滑片分割成两块，一个是高压腔，另一个是低压腔，高低压腔室内压差很大，特别是在冬季制热高压比工作情况下，更容易产生内泄漏问题，即高压压缩腔中的气体泄漏到低压压缩腔内，泄漏的高压气体压力要降低体积要膨胀，再由低压状态重新耗功被压缩到高压状态，因此，内泄漏的结果第一是直接增加压缩机的功耗，第二是泄漏的高压气体降压体积膨胀后占用有效吸气容积，减小了制冷剂的循环量，另外，滚动转子式压缩机还存在余隙容积，当余隙容积与低压基元容积连通时，余隙容积内高压气体(排气压力Pd)膨胀至吸气压力Ps，使吸入的气体减少，减少了压缩机的有效吸气容积，使得部分制冷剂气体存在被重新压缩的过程，且此高压气体膨胀但不对转子作功，因而滚动转子式压缩机的余隙容积既影响排气量，又不能回收膨胀功，这也导致压缩机的排气量下降和系统制冷量的降低，从而导致了压缩效率和压缩机本身能效比的降低。在结构上，滚动转子式压缩机受排气阀的影响，使得其排气压力变化范围小，适应外界温度变化的能力较差，特别是冬季制热效果差，能效比低。滚动转子式压缩机排气阀是易损件，受排气阀片的寿命影响，压缩机整体寿命在10~15年滚动转子式压缩机在小容量空调系统中有其固有的综合优势，但由于单转子压缩机大容量时振动特别大，因而较大容量时一般采用双转子，由于两个转子同时工作，使运转容量提高；在压缩机压缩过程中，转子对称运转，抵消了偏心的影响，使运转相对比较平稳、噪音较低。综合起来看，滚动转子式压缩机属于第二代压缩机，比第一代压缩机往复式压缩机效率高5％左右。λ=λvλpλtλl涡旋式压缩机的余隙对输气量无影响。相对于往复式压缩机而言，涡旋式压缩机无吸气阀，吸气压力损失小，故有较高的压力系数λp。此外，中心室与吸气室通过中间压缩室隔开，余隙中的高温气体不会回流到吸气室加热吸入气体，加之转速高，因此温度系数λT较高。泄漏量受轴向和径向间隙大小的影响，尤其是轴向间隙的影响较大，在输气系数中，泄漏系数相对较小。一般讲涡旋式压缩机的输气系数较高。λv表示容积系数，直接和汽缸的余隙容积有关λp表示压力损失系数，它主要取决于吸气压力相对损失△po／po，而滚动转子式压缩机由于没有吸气阀故这一值很小，大约只有0.005左右，因此可以认为λp＝1λt表示加热系数全封闭滚动转子式压缩机尽管是吸气管直接接至气缸而直接吸气，但由于机体全部浸在壳体中的高压、高温气体中，因此吸入气体流经通道及气缸仍被加热，加热系数很小。λt≈0.95～0.82λl表示泄漏系数泄漏系数在滚动转子式压缩机中具有重要的影响。这是由于其压缩腔间隙的长度较长，因此滚动转子式压缩机的泄漏系数比活塞式小得多，而且随间隙大小和润滑油量而变。当精心设计选用较小间隙值时，凡约在0.98～0.92之间，而当选用中等间隙时，随着to从5℃降至－25℃，或者TK从30℃升至50℃，λl约减小3％～6％。在设计时对于标准工况可近似取λl＝λv。或者当转速n＝50r／s时，λl＝0.82—0.92。涡旋式压缩机的实际输气量为hNtPPnnVVns)12)(2((3—27)式中Vs——实际输气量，m3／min;λ——输气系数，且λ=λpλTλl；n——转速，r／min。涡旋式压缩机的余隙对输气量无影响。相对于往复式压缩机而言，涡旋式压缩机无吸气阀，吸气压力损失小，故有较高的压力系数λp。此外，中心室与吸气室通过中间压缩室隔开，余隙中的高温气体不会回流到吸气室加热吸入气体，加之转速高，因此温度系数λT较高。泄漏量受轴向和径向间隙大小的影响，尤其是轴向间隙的影响较大，在输气系数中，泄漏系数相对较小。一般讲涡旋式压缩机的输气系数较高。涡旋压缩机在结构上可以实现无阀运转，除适应于高转速外，也特别适应于在低速下工作，其转速范围可在1200~7200r/min之间变化，相应的频率变化范围为20~120Hz。压缩机应用的具体比较（根据压缩机厂家压缩机规格书计算）东芝开利双转子直流变频压缩机型号：DA91A1F-22FD性能测试工况：f=60HzTk=42.3℃TO=2.8℃Q=2650wW=683wε=Q/W=3.88逆卡诺循环的制冷系数εC=(273+TO)/(Tk-TO)=6.98热力完善度η1=ε/εC=0.5559日立涡旋式直流变速压缩机EU1011DZ性能测试工况：f=60HzTk=43.1℃TO=14.6℃Q=2676wW=440wε=Q/W=6.08逆卡诺循环的制冷系数εC=(273+TO)/(Tk-TO)=10.09热力完善度η2=ε/εC=0.6026差值（0.6026-0.5559）/0.5559=8.4%以上数据说明，换算成同等工况下，涡旋式压缩机的制冷系数比双转子压缩机的制冷系数高8.4%。