制冷壓縮機技術進展

1、制冷壓縮機技術進展摘要:對于制冷與空調系統(tǒng)而言,壓縮機是其中重要的一部分,近年來,隨著工業(yè)的發(fā)展和科技的進步,制冷壓縮機也取得了很大的發(fā)展。近幾十年來,伴隨著材料、機械、電機、信息與控制、測試等工業(yè)的技術進步,制冷壓縮機技術也得到了快速發(fā)展,制冷系統(tǒng)的整機能效比有了很大提高。關鍵詞:制冷壓縮機;工業(yè)技術;進展壓縮機的工作原理很簡單,在制冷系統(tǒng)中,蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機和節(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(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、、再次進入蒸發(fā)器吸熱汽化,達到循環(huán)制冷的目的。制冷系統(tǒng)的效率很大程度上依賴壓縮機的效率,要求壓縮機既有高的可靠性,又有良好的經(jīng)濟性。一、總體發(fā)展過程迄今為止,制冷壓縮機已經(jīng)經(jīng)過了一百多年的發(fā)展。1834年在倫敦工作的美國發(fā)明家波爾金斯造出了第一臺以乙醚為工質的蒸汽壓縮式制冷機,并正式申請了英國專利,這是后來所有蒸汽壓縮式制冷機的雛形。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帶來了新的變革。壓縮機在與制冷機的適應過程中也不斷發(fā)展。如氨對銅有腐蝕性,則氨壓縮機中不允許使用銅質零件;氟利昂制冷機滲透性強

3、,對有機溶劑有溶脹作用,在制造氟利昂制冷機時必須充分考慮;二氧化碳壓縮機用于跨臨界的制冷循環(huán),排氣壓力是傳統(tǒng)制冷機的510倍,故其可靠性和密封性有較高的要求;碳氫化合物易燃易爆,因而對碳氫化合物的制冷壓縮機安全性要求很高。從20世紀70年代開始,隨著環(huán)境友好型制冷劑的開發(fā)和應用,制冷壓縮機的研發(fā)也取得了很大的進展。在適應制冷劑不斷發(fā)展變化的同時,制冷壓縮機的種類也在不斷增加。由最初的往復式乙醚制冷壓縮機發(fā)展到了一系列制冷劑不同的容積式制冷壓縮機及離心式制冷壓縮機。容積型制冷壓縮機是通過直接壓縮制冷機蒸汽,使氣體體積縮小,從而提高壓力的目的;離心式壓縮機是通過先提高氣體的動能,同時壓力也會有些提

4、高,再將動能轉化為位能,提高壓力。這一方面是制冷量范圍的不斷擴大,小到100W,如往復式制冷壓縮機,大到單機制冷量27000KW,如離心式制冷壓縮機,另一方面是制造工藝的進步,使加工難度大的制冷壓縮機得以生產。還有一些,如螺桿式制冷壓縮機,因其轉子型線的復雜,故從設計到制造難度都很大,直到1961年研制成功了噴油螺桿制冷壓縮機后,才在制冷領域中得到迅速的發(fā)展。迄今已開始取代一些較大的往復式制冷壓縮機,同時也取代了一些中等制冷量的離心式壓縮機。近年來隨著人們環(huán)保意識的提高,制冷劑越來越趨于無害化,于是相應的制冷壓縮機也逐漸的改變,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:傳熱性能和流動性好,單位制冷能力很大,與材料相容性好,無需回收制冷機的“再循環(huán)”,價格低。但是其制冷循環(huán)是跨臨界循環(huán),節(jié)流壓差較大,蘊含較高的能量,可采用膨脹機回收一部分能量,為此開發(fā)了膨脹機-壓縮機一體式結構。二、代表性壓縮機特點壓縮機種類繁多,目前,市場上的制冷壓縮機主要有五類,分別是往復式、回轉式、渦旋式、螺桿式、離心式。往復式壓縮機的歷史最長,各種型號齊全,廣泛被制冷與空調業(yè)應用。其進一步分為全封閉式,半封閉式和開啟式三種,對于全封閉式壓縮機,它的電機封閉于壓縮機機殼內,功率因名義轉速不同而從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,及運輸制冷系統(tǒng),并有不同型號可供選擇。其中半封閉式在世界各地生產量最大,在美國,歐洲,亞洲的很多國家的知名企業(yè)都在大量生產。旋轉式壓縮機多用于小型空調器,如便攜式、窗式、小型分體式空調器及小型除濕機中,在日本,這種機型還用于家用冰箱及小型冷凝機組。日本廠家支配了世界生產的產品及技術,尤其變頻熱泵空調器用旋轉壓縮機大部分是在日本研發(fā)生產的。Mastsushifa是世界最大的旋轉壓縮機生產商,每年的全球生產量超過一千萬臺,約占世界市場份額的40%,目前世界很多國家也在擴大生產。渦旋式壓縮機是近三十年才開始商業(yè)化,但是它在空調的應用中日趨重要。它是由固定渦旋卷

7、盤和繞行渦旋卷盤組成。由于這種壓縮機由氣體壓縮所造成的扭矩波動較小,所以它的振動要比往復式和旋轉式壓縮機小。生產方面,Copeland幾乎占據(jù)了世界渦旋式壓縮機的市場,而且其地位日益穩(wěn)固。螺桿式壓縮機在近幾年逐漸在一定冷量范圍取代活塞式,開始主要應用于中型和大型的冷水機組中。它們許多是半封閉型的,制冷量在30200冷噸范圍內,雖然它的價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性,廣泛應用于冷水機組和制冷整體裝配機中。在工業(yè)上諸如制冷和氨的使用中,開啟式的應用上升。其主要有兩種不同的型式:雙螺桿式和單螺桿式。Hitachi大量生產應用于空調器或熱泵行業(yè)的3045KW的雙螺桿半封閉式壓

8、縮機,而單螺桿式的生產規(guī)模相對較小。離心式壓縮機與活塞式和螺桿式等容積式不同,離心式壓縮機可以利用葉輪旋轉產生的離心力來壓縮大量低壓工質,故離心式適用于大容量的制冷裝置中。在應用離心式冷水機組中,美國沒有競爭者。作為中國的生產商,重慶通用機械公司較出名。在歐洲和東亞,市場基本上被美國的主要生產商所占據(jù)。三、發(fā)展方向隨著計算機、新材料和其他相關工業(yè)技術領域的滲透和促進,壓縮機呈現(xiàn)新的發(fā)展勢頭。計算機已經(jīng)成為其不可或缺的一部分,包括數(shù)據(jù)采集和整理、計算機輔助設計和工藝優(yōu)化等,帶來的總體效果體現(xiàn)在壓縮機的小型化(但卻有較大的制冷量和高效率,噪音和振動得到降低,可靠性和壽命的到延長。而在取得這些成就的

9、過程中所消耗的開發(fā)、設計和生產制造時間都比過去短,費用也低。在微電子技術的應用方面,出現(xiàn)了變轉速制冷壓縮機和數(shù)碼渦旋制冷壓縮機,這兩種壓縮機在控制室溫時,可使室溫波動小、舒適度高、并且減少電能消耗,提高制冷壓縮機可靠性。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,應用范圍廣泛。比如,對于活塞環(huán)與汽缸壁之間的摩擦問題,傳統(tǒng)材料往往會出現(xiàn)過度磨損,導致效率下降,而在原有氣缸內表面刷鍍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,往復式制冷壓縮機的活塞環(huán)是密封件中受力最大、工作條件最惡劣的密封件,PEEK具有強韌性,安全,節(jié)能,低噪音等多種優(yōu)點,為往復式制冷壓

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

11、有差距,但通過不斷努力,一定把我國的制冷壓縮機產業(yè)推上新的水平。參考文獻:1武文斌. 大型高壓往復式壓縮機在石化領域的應用發(fā)展研究J. 機械設計與制造,2011(9:261-263.2張賢明,牟瑛,王立存,陳國強. 空調制冷壓縮機技術發(fā)展研究及其展望J. 壓縮機技術,2009(6:58-61.3李紅旗,成建宏.全封閉制冷壓縮機技術發(fā)展趨勢與動態(tài)J. 制冷與空調,2010,10(5:1-5.4李正義. 石化工業(yè)用活塞式壓縮機技術進展J. 流體機械,2004,32(6:24-26.5姜爾寧. 世界制冷壓縮機發(fā)展趨勢J. 制冷技術,2009(2:46-53.6周鶯,張華使,事積杰,王佳,蒲亮,李洪峽,王強,張東方,孔令友. 世界制冷壓縮機現(xiàn)狀及發(fā)展動向J. 壓縮機技術,2001(4:39-46.7李連生,趙遠揚,楊啟超,王智忠,柬鵬程. 制冷與空調壓縮機的技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J. 第三屆制冷空調新技術研討會,2005.4:31-37.8張連杰,賈傳林,歐陽新萍. 一種新型回轉式制冷壓縮機的設計J. 制冷技術,2009,37(12:29-33.9宋燁. 制冷壓縮機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J. 長沙航空職業(yè)技術學院學報,2004,4(1:49-51.10王智忠,郭蓓,李連生,束鵬程. 制冷雅思及技術發(fā)展趨勢J. 通用機械,2003(1:13-15