含制冷剂喷射涡旋压缩机的工作特性以及热泵系统匹配技术要点分析

3压缩机专题<<<1前言涡旋压缩机结构最早是在20世纪初由法国人C r eux 提出的[1]，但由于当时加工设备精度的限制一直没有得到有效利用。

直到20世纪70年代随着数控加工技术的产生，涡旋压缩机才得以迅速发展，到如今，涡旋压缩机已经在小容量制冷、热泵领域大量应用，随着涡旋压缩机应用范围的扩展，制冷剂喷射技术也开始在涡旋压缩机中得到大量的应用。

制冷剂喷射技术不仅可以有效降低压缩机的排气温度，而且对低温热泵工况下的系统制热量和CO P 值的提高也有一定的作用，目前日本三菱公司和美国爱默生公司都已有成熟产品推出。

实际上，制冷剂喷射技术首先被用在离心压缩机上，离心压缩机的中间制冷剂喷射相对于螺杆和涡旋压缩机的喷射要简单得多，主要原因是其可以被作为两级压缩考虑，即压缩过珠海凌达压缩机有限公司曹贞文含制冷剂喷射涡旋压缩机的工作特性以及热泵系统匹配技术要点分析编者按：近些年来，压缩机作为制冷与空调系统的一个重要部件，也面临着诸如效率更高、对环境更友好等问题的挑战。

因此，如何使压缩机更节能、更高效、更可靠，成为压缩机制造商主要的研发课题。

程是由压缩→喷射→压缩三段构成，而涡旋压缩机的制冷剂喷射过程由于腔内压力的连续变化以及喷射过程的阶段持续性，其过程不可以再按离心压缩机的思想进行设计，而需要将这个喷射过程作为一个腔内压力和制冷喷射相关的随变过程处理。

2结构分析含制冷剂喷射涡旋压缩机就是在涡旋压缩机上增加第二个吸气口，用类似低温系统双级压缩的方法，通过第二吸气口增加制冷剂的流量，从而增大空调的制热功能。

其最大的优点就是在同一个循环系统内，在不增加耗电量的前提下，增加了空调的制热量，使制热稳定性大幅度提高，能效比提高，达到了节能的目的。

相比普通压缩机，含制冷剂喷射涡旋压缩机提升的制热量一部分来自于喷射制冷剂的焓增，另一部分来自于压缩机做功的增加。

含制冷剂喷射涡旋压缩机比普通涡旋压缩机多了一个中间压力吸气孔（V apour I nj ect i on ），在低温工况下，由于外界环境温度比较低，引起吸气压力较低，吸气比容较大，通过中间压力吸气孔吸入一部分中间压力的气体，依然可以充分发挥出压缩机的做功特性，弥补了普通压缩机的不足。

栏目责任编辑/李鹏/l i peng1963@ 本期压缩机专题通过部分中外技术人员的最新研究成果，探索新时代制冷与空调行业的技术发展方向，共同推动制冷行业的技术进步。

图含制冷剂喷射涡旋压缩机截面示意图3工作特性分析3.1压力特性分析首先把含制冷剂喷射涡旋压缩机建立成三缸制冷压缩机数学模型，在分析时根据制冷系统的关联分析确定为三缸单机双循环作用压缩机数学模型，压缩机截面如图1所示。

对于圆的渐开线的涡旋压缩机的第i 个压缩腔容积V i 及压缩比v i 可分别按下式计算：V i =πP （P-2t ）（2i -1-θ/π）h （1）式中：V i －第i 个压缩腔容积，cm 3；P －涡旋体节距，m m ；t －涡旋体壁厚，m m ；θ－转角；h －涡旋齿高度，m m 。

v i =[V i k /V s ]k =[(2i -1-β/π)/(2i -1-θ/π)]k （2）式中：v i －第i 个压缩腔的压缩比；V i k －第i个压缩腔的压缩结束时的容积，01研究探讨Re sea rc h/Disc uss ion 3cm 3；V s －吸气容积，cm 3；β－压缩起始角；k －等熵压缩指数。

根据建立的三缸数学模型，i =3，压缩起始角一般设计成β=75.6°，据公式（1）和（2）计算如下：第三对压缩腔（缸）的气体容积V 3、压缩比v 3分别为：V 3=πP （P-2t ）（5-θ/π）h v 3=[（5-β/π）/（5-θ/π）]k 其中β≤θ＜2π第二对压缩腔（缸）的气体容积V 2，压缩比v 2分别为：V 2=πP （P-2t ）（5-θ/π）h 其中2π≤θ＜4πv 2=[（5-β/π）/（5-θ/π）]k 其中2π≤θ<θ*，当涡旋压缩机转到θ*角度时，第二对压缩腔与第一对压缩腔已相通。

此时的θ*角就是理论上通常说的排气角。

当涡旋压缩机旋转到4π之后，形成第一对压缩腔（缸），也就是我们常说的排气腔，此时形成的压力为排气压力P d ，此时压缩比v 1=P d /P s ，对于稳定运行的涡旋压缩机来说，v 1是一个定值。

根据上述数学模型用软件进行模拟分析，得到如图2所示的压缩机转角与压力变化模拟图，其中P 3代表第三压缩（缸）的压力变化；P 2代表第二缸压缩腔（缸）（也就是中压腔）的压力变化；P 1代表第一压缩腔也就是排气腔的压力变化。

3.2喷射点的选择根据上面模型分析得出，压缩机的制冷剂喷射点就在P 2曲线上的某一点，此点的选择从压缩机设计角度来讲基于两点原则：①压缩机整体结构各种力处于平衡；②理论压缩热力学效率最高。

对R22制冷剂喷射涡旋压缩机的结构参数进行分析，如表1所示。

可以确定此压缩机在2π+75°＜θ＜2π+78°和3π+75°＜θ＜3π+78°两处各开两个Φ2m m 的小孔作为喷射孔，通过一根管径为Φ4m m 小管汇总，此时形成的第二压缩腔容积V 2=πP （P-2t ）（5-θ/π）h ，其中2π≤θ<4π范围内，把表1中该压缩机结构参数带入公式：求得V a p our I n j e ct i o n =25.414cm 3吸气容积V c c =46cm 3因此v i =［V c c /V a p our I n j e ct i o n ］k =2.026如果压缩机在国标测试工况下（工质：R 22；蒸发温度：t 0=7.2℃；冷凝温度：t k =54.4℃；吸气温度：t 1’＝35℃；冷凝器出液温度：t 4=46.1℃），中间喷气压力应该满足2.026×0.625（标准压缩机蒸发压力）=1.26625M Pa ，即该型号含制冷剂喷射涡旋压缩机理想的喷气压力值，处于这个值我们可以认为压缩机和系统处于理想动态平衡中。

在实际系统中，要求喷射压力要略大于此值。

4与热泵系统的匹配一般热泵系统中制冷剂喷射的系统取点是在制冷毛细管之后，即在制热两级毛细管中间，如图3所示，在不同的运行条件下，取点的压力是不同的，而压缩机中压腔的压力在不同运行条件下也是不同的，因此取点压力和中压腔压力的大小关系也是不定的，这就必然会引起系统能力的波动。

为进一步分析系统能力波动的产生原因，建立微观模型如图4所示，当整个系统工作在非标准工作状态下时，涡旋压缩机第二压缩腔与制冷系统空间通过喷射孔进行制冷剂质量与热量的交换，也就是说，在涡旋压缩机动静盘的持续啮合压缩当中，因系统压力不处于压缩机设计工况下，会导致系统能力的波动。

当涡旋压缩机第二压缩腔P 2＞制冷系统中间压力时：涡旋压缩机第二压缩腔的制冷剂质量在压缩腔的压力驱动下通过喷射孔移动（泄漏）到系统空间，结果是能力降低，功率降低。

当涡旋压缩机第二压缩腔P 2＜制冷系统中间压力时：压缩机制冷系统空间的制冷剂质量在压缩腔的压力驱动下通过喷射孔移动（泄漏）到涡旋压缩机第二压缩腔，其结果是能力增大，能效比有所提高，起到带经济器的制冷循环。

因此，为防止系统能力出现波动，需要对喷射通道的启闭加以控制，需要开启时开启，需要关闭时关闭。

有些含制冷剂喷射的压缩机已在本体喷射口上增加一个单向阀就可解决，使得制冷剂的质量通过喷射孔移动到涡旋压缩机的第二压缩腔中，图2含制冷剂喷射涡旋压缩机转角与压力变化模拟图表1含制冷剂喷射涡旋压缩机结构参数表参数数值基圆半径r (m m ) 2.2壁厚t (m m ) 3.40型线高度h(m m )32.3涡旋体节距P(m m )13.8涡旋压缩腔数N 2.80涡旋线展开角度圈数m 3.04吸气容积V (3)6回转半径()35渐开线起始角α(°)转速()冷凝器压缩机制冷毛细管喷射管蒸发器单向阀图3热泵系统喷射点取点示意图制冷剂微元体制冷系统空间喷气增焓孔涡旋压缩机第二压缩腔图4非标工况下制冷剂质量和热量交换示意图1cc cm 4.14r 0m m .144.27n r /m i n 2900压缩机专题<<<空调压缩机过载保护的研究TC L空调器（中山）有限公司黄永毅1前言空调器压缩机易受电压、制冷系统工况的影响，在不良的使用环境中，压缩机容易烧毁。

作为空调器成本最高的部件，压缩机的保护技术成为空调技术领域必须关注的一个重要课题。

在现有的压缩机的保护技术中使用最多的是用电流互感器或温度传感器检测技术，前者是利用电流互感器感应压缩机主电路的电流，通过电流的检测获知压缩机电流，当电流超过设定值时，通过软件的控制断开主回路保护压缩机，电流互感器可以装在室内机或室外机中；温度传感器检测技术是在压缩机的表面安装一个温度传感器，通过检测压缩机的温度来保护压缩机，由于压缩机线圈在内部，其表面与外部的温升相差甚远，温度测量误差较大，在瞬间的过流中，保护效果不理想。

以上两种技术需要单片机控制，而且在室内机与室外机之间要增加一至两条连接线，制造成本较高。

从有关的实验中发现，压缩机烧毁往往出现在缺少制冷剂并在恶劣的使用环境工况下，压缩机线圈温度与进气压力、制冷剂的数量有关。

本文主要讨论在常用的空调器室内机的软件、硬件不变的情况下，利用压力开关作为压力检测器件，在室外机的闲置的空间增加一个检测的电控板，通过对压缩机的压力检测实现压缩机的过载保护。

采用这种方案，无需对空调器的原有电路进行更改，通用性极强，可应用于不同型号的空调器，而且室内机无需变化。

2控制方案及实现方法2.1电路原理压缩机压力检测电路原理包括：在压缩机的进气管安装压力开关，以及在室外机安装一个电控板，电控板主要包含5个部分：阻容降压电路、压缩机延时电路、外风机转换电路、压力开关转换电路、三极管控制电路，利用压缩机、外风机、压力开关的信号，通过硬件电路自动实现压缩机进气压力过低等不正常的压力保护，在保护的过程中，不影响空调的启动和空调的除霜。

图1为压缩机保护装置检测结构方框图，图2为压缩机保护装置电气原理图。

阻容降压电路主要由电阻、电容、压敏电阻、稳压二极管组成，输入端与压缩机线相连接，其作用是将220V的交流电转为低压的12V直流电，作为各电路的供电电源，输出端的12V供给比较器及其偏1《涡旋压缩机及其它涡旋机械》顾兆林等著2《涡旋压缩机》李连生著「编辑/李鹏」参考文献起到带经济器的制冷循环的有益功效；但如果压缩机本体没有增加单向阀，空调的制冷系统就需要在外部增加控制机构。

5结论含制冷剂喷射涡旋压缩机会由于其喷射孔设定的确定性和实际运行工况的不确定性而产生一定的制冷能力的波动，为防止这种波动的出现，可在压缩机的喷射口上增加单向阀来解决，如压缩机本体无单向阀，也可在系统匹配设计时采取如下方法来解决：①在喷射管路上增加一个电子自动控制阀或电磁阀，阀的启闭则根据制冷系统的喷射需要；②在喷射管路上增加一个控制良好的单向阀，保证喷射的单方向性，防止制冷能力出现波动；③在系统设计匹配、生产一致性非常好的情况下，也可选用匹配毛细管组合方案，以保证取得精确中压压力取样点，达到压缩机与热泵系统最佳匹配，确保制冷系统不出现能力波动。