冰箱压缩机的发展趋势

冰箱压缩机的发展趋势

张华俊,蒲　亮,李洪峻,刘　勇,陈　林,卢　洁

(西安交通大学能动学院,陕西西安　710049)

摘要:冰箱压缩机作为冰箱的心脏,其性能的优劣、噪音的高低和质量的好坏是影响冰箱整体性能的重要方面,也是冰箱压缩机研发、设计和生产人员一直关心的问题。随着国内冰箱市场竞争越来越激烈,再加上市场对成本的压力、CFC S 替代的国际化要求和冰箱能源效率水平的提出,对冰箱压缩机提出了越来越高的要求。关键词:冰箱压缩机;性能;发展趋势

中图分类号:T B657.4 文献标识码:A 文章编号:1007-7804(2001)05-0005-03

1　性能的提高

随着全球对环境问题的关注,在冰箱CFC S 替代进程形成一定格局后,欧洲等一些国家率先推出冰箱能耗等级标志。为适应国际潮流,我国亦提出冰箱能源效率水平的指标。但国内冰箱压缩机的性能同国外相比尚有不少差距。目前国际先进冰箱压缩机的COP 值为1.6左右,美利冷公司(AMERI-COLD)压缩机的COP 值一般在1.5～1.6,而北京恩布拉科部分型号压缩机的COP ≥1.35;其它国产高效压缩机(包括R 600a 压缩机在内)COP 值基本在1.2～1.4;而80%以上的品种其COP 值≤1.2。目前国际上高效节能压缩机大致分三类:一类是COP 值在1.2～1.35;二类是COP 值在1.48～1.5;三类是COP 在1.78～1.8。从以上对比数据可知提高国内冰箱压缩机的COP 值势在必行。1.1　凹形排气阀口

对于冰箱压缩机来说,余隙容积主要由活塞处于外止点时,活塞顶部与阀底板面间的容积以及气阀通道的容积所决定。然而前者目前已设计到几乎不可减少的程度,而后者所占的比例很大。为减少这部分容积,在传统平阀板的基础上,出现了凹形排气阀口结构的阀板(见图1)。其优点是: 1.减少气体泄漏量,提高输气系数;2.相同气缸容积下,采用凹形阀板比采用平阀板余隙容积约降低35%～40%;3.减少气体流经过程的阻力损失;4.改善了排气阀片的运动特性,使得气阀耗功减少。由此可

见这种设计改进对提高性能效果显著。

图1

a.平阀板

b.凹形阀板

1.2　减少吸气过热

吸气过热将直接影响输入功率的增大,这对于COP 的提高极为不利。近年来,在小型全封闭压缩机中广泛采用直接或半直接进气方式,同时采用导热性能良好的铝合金压铸缸盖,这有利于气缸散热。直接或半直接进气是采用耐高温的PBT 工程塑料来制造吸气消声器,吸气消声器尽可能靠近吸气管,消声器的出口直接与阀板进气口相连,这样可以大大降低吸入气体的过热度,从而提高输气系数,最终达到提高制冷量的目的。同一规格的压缩机(同一汽缸容积),直接进气结构可提高制冷量14%～16%,有明显的节能效果。见表1。

表1　直接进气与非直接进气对比实验

项目制冷量W COP 输入功率

W 工作电流

A 壳体温度℃直接进气279.7 1.26222 1.4568.2非直接进气235.5 1.15205 1.3870.2差　值

+44.2+0.11+17+0.07-2%(对于非直接进气而言)

+18.8

+9.57

+8.29

+5.07

-2.85

值得注意的地方: 1.由于高效压缩机进气管与吸气管直接相连,使压缩机外壳内气体的消声作用降低,从而使压缩机的噪声增大; 2.由于吸入制冷

第19卷第5期低温与特气

Vo l .19,N o .52001年10月

L ow T emper ature and Specialty Gases O ct .,2001

收稿日期:2001-05-30

剂蒸汽不经过压缩机壳体内空腔,电机绕组未被制冷剂蒸汽进行冷却,因此对降低电机绕组温度不利,电机绕组漆包线绝缘等级需提高; 3.应精确控制制冷剂灌注量,防止较低环境温度下,超量灌注引起压缩机发生湿击现象; 4.建议设计制冷系统管路储液器装置; 5.建议根据压缩机噪声频谱特征试验选择或设计合适的消音器。

1.3　选用一定容量的运行电容器

其优点是: 1.由于增加了电容运行,因此压缩机电机辅绕组既参加了启动又参与了运行,这时两组绕组同时运行,根据电磁的相互作用产生近似圆形的椭圆旋转磁场,此时压缩机—电机运行性能最佳,可以提高5%左右的COP值; 2.压缩机的额定转速较单绕组运行时有所提高; 3.压缩机电机额定效率较单绕组运行有所提高,输入功率降低; 4.电机功率因子提高较大,而额定电流有所降低; 5.对压缩机整机性能(噪声振动)有利。

1.4　电机和矽钢片的优化改进

其方法是: 1.优良的电机设计和定子、转子加工工艺,提高电机气隙磁密,减少了谐波电流及其电磁损耗,提高了磁通; 2.选用高性能矽钢片和先进热处理工艺,提高导磁率并减少铁损,提高磁通,同时适当增加电机绕组直径,减少铜损; 3.使用运转电容,电机效率可达82%～88%。

1.5　使用低粘润滑油

目前利用冷冻机油的低粘度化节电已成为制冷压缩机节电的一个重要方面,使用低粘度油品可以减少压缩机各摩擦面上的摩擦力矩,减少运动部件在油中的流体阻力,提高压缩机的COP值并降低输入功率,可有3%～5%的COP提高值。目前普遍采用粘度22号、15号和10号油替代传统的32号油,粘度更小的7号油也正在实用化。由于深冷脱腊的石蜡基油具有粘度指数高,粘度受制冷剂的影响小等特点,是冷冻机油低粘度化节电的主流。但是冷冻机油的粘度并不是越低越好,必须优选出适合本身压缩机的加工与安装精度。采用低粘度的冷冻机油,在能保证充分润滑的条件下,其注油量可以比粘度高时量少,另外油量多不是好事,过多油量会使压缩机性能变差。

选用合适的低粘度润滑油,既保证润滑性能,又能降低摩擦功耗。同一台压缩机通过对比试验,把32号油改为22号冷冻机油,试验结果表明制冷量上升,噪音下降,低电压启动性能提高,输入功率下降,同样达到了提高压缩机效率的目的。见表2。

表2　油粘度降低的试验

项目

制冷量

W

COP

输入功率

W

工作电流

A

壳体温度

℃32号油268.9 1.15233 1.4974.8

22号油279.7 1.26222 1.4568.2

差　值+10.8+0.11-11-0.04-6.6

%(对于32号油而言)+ 4.02+9.57- 4.72-2.68-8.82

2　降噪技术

随着百姓购买力的增加,以及中国的居住环境现状致使低噪音压缩机技术得到发展,国标42dB (A)的要求远高于市场的期望。1995年来,各压缩机制造厂相继采用各种技术降噪。冰箱压缩机的噪声有连续和不连续噪声,周期噪声和非周期噪声,但一般可归结为流体噪声、机械噪声和电磁噪声。目前主要采用的几种降噪方式是: 1.加厚壳体。这种方法降噪效果明显,但成本压力增大; 2.加强工艺控制,提高零部件生产精度,可以稳定噪声的离散度,但离市场的要求相距甚远; 3.吸排气腔结构的优化设计,有效降低气流及气流脉动噪音;4.阀板、阀片的优化设计,避免阀片敲击噪声; 5.内排气管结构的调整,最大限度降低了排气管振动的对外传递; 6.电机泵体动平衡最佳化,提高机芯工作的稳定性;7.外壳形状及壳内空间的重设计,避免机体内共鸣噪音的产生和噪音通过壳体对外的辐射。另外,还可考虑周围敷设吸声材料,来减少噪音;8.机芯支撑悬挂结构方式的改进,可有效降低机芯振动的对外传递。

通过以上技术的引入,目前市场上200W制冷量的压缩机可以做到38dB(A)以下,小型号的压缩机噪音只有34dB(A)左右。

3　CFC S替代

随着CFC S替代步伐的不断加快,我国亦提出替代期限从2010年提前到2005年的承诺。冰箱生产厂为抢先进入市场更是动作神速,致使进口CFC S 替代压缩机走俏中国市场,国内有实力的冰箱压缩机生产企业,依托外来技术于1997年先后投放市场CFC S替代产品。目前市场上的替代产品主要有以下几种: 1.R152a/R22混合工质,其多为无技术支持的中小冰箱企业采用,也有个别大企业为抢占市

6 低温与特气 第19卷