多缸转子式压缩机技术进展分析
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作者:陈朝波
摘 要：多缸转子式压缩机是目前转子式压缩机的一个重要发展方向，该类压缩机在大容量、变容和多级压缩等方面具有良好的优势。介绍了多缸转子式压缩机的技术现状和发展，对多缸转子式压缩机在多级变容、双级补气增焓等方面的主要技术发展进行了综述，并指出了压缩机的未来的发展方向。
关键词：压缩机;多缸;变容;增焓
中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.08.100
0 引言
随着中国经济的高速发展和人们生活水平的逐步提高，空调、冰箱等制冷领域取得了快速发展，由此也带动了其压缩机使用的增长，推动着制冷压缩机技术进步。其中，转子式压缩机广泛应用在家用空调等制冷领域，能满足从高温到低温多个温区的需求;其技术水平对整个制冷行业的发展具有举足轻重的影响。而多缸转子式压缩机在压缩机两级压缩变容技术、两级压缩补气增焓技术和高效吸排气技术等方面具有其独特的优势，近年来取得了较大的技术进步，对于多缸转子式压缩机的专利申请也呈现较大幅度的增长，这些都极大地促进了我国压缩机的技术发展。
1 多缸转子式压缩机技术进展
图1为多缸压缩机的原理结构图，其在一个密闭壳体内，将电机设置在内腔的上方，压缩机构设置在下方，压缩机构包括低压缸和高压缸，可将低压缸中一个或两个设置为变容缸，从而实现变容运行和双级压缩;气体从吸气口吸入后经过双级压缩从泵体排出后流经电机再从排气管排出压缩机外部，供制冷系统使用后再进入压缩进行压缩实现循环。
对于转子式压缩机，在品牌方面，格力、美芝和海立等均为传统转子式压缩机龙头企业，下面也主要从上述龙头企业近年来的专利申请方面对多气缸压缩机的技术发展进行梳理。由于在多级变容技术、多级补气增焓技术、高效吸排气技术和高可靠性等方面，多缸转子式压缩机相对于单缸压缩机具有其独性能，因而下面也是从上述四面介绍近年来多缸转子式压缩机的技术进展。
1.1 多级变容技术
压缩机常用的容量调节技术主要有以下三种：①采用两台或多台压缩机并联技术：采用输气量不同的压缩机，在不同工况下分别开启排量不同的压缩机或同时开启所有压缩机以满足使用需求;②转速可控型压缩机技术：通过驱动电机来调节压缩机的运行转速来达到压缩机容量调节的目的;③工作腔卸载技术：通过调节压缩机内各个压缩腔的排气量实现压缩机容量调节。对于多缸转子式压缩机，由于多个缸体叠置设置，既可以实现两个或多级压缩，又可以实现部分缸体的空转，因而在压缩机工作腔卸载技术方面实现压缩机的双级压缩变容运行具有其独特的优势，也是近年来多缸转子式压缩机专利申请的一个技术热点。目前的多缸转子式压缩机的变容主要是通过滑片往复运动控制来实现的，其原理均为控制滑片在滑片槽内的运动实现相应气缸的空转，当滑片被限制在滑片槽内从而滑片与活塞分离，活塞在气缸内形成空转状态;而当解除滑片限制时，滑片通过弹簧或其它作用力抵接在活塞表面，活塞负载运行，从而实现压缩机的变容运行。具体主要包括以下三种控制方式，如图2所示：
（1）高低压流体控制。该方式主要是通过在滑片背部腔室内或侧面开设凹槽等结构并通过高压流体的压力作用将滑片锁定在滑片槽内，从而通过三通阀等切换机构可以对高低压流体进行切换实现气缸腔的加载或卸载运行。
（2）锁止机构控制。此方式为在滑片底部位置设置一个由销和弹簧组成的锁止机构，并在滑片上设置卡槽与之配合;同时，通过高低压流体的压力切换和弹簧弹力的相互作用推动销运动从而实现对滑片的锁定或解除锁定;在此基础上，还进一步提出了设置独立控制阀来控制高低压流体的流动实现对滑片的主动控制。
（3）电磁控制。电磁控制方式主要是通过电磁力实现对滑片锁定或解除锁定的控制，在滑片上设置磁性体或者将滑片设置为具有磁性，通过外部的永磁体或其它的电磁结构实现对滑片锁定或解除锁定。
对于多缸压缩机，根据需要选择其中的一个气缸作为变容缸，通过以上各种控制机构可以有效实现变容缸的满负荷工作或空转，从而可以有效调节压缩机的容量;并可以进一步实现多级压缩。同时，在多缸转子式压缩机中，还可以将多个缸体设置为并列运行，均设置有变容控制机构，从而可以更加灵活地控制压缩机的排量，实现更大范围的变容控制。
1.2 双级补气增焓技术
多缸转子式压缩机的双级补气增焓技术是将低压级和高压级设置在同一压缩机的不同缸体内，高、低压级间通过中压流体通道或中压流体腔室连接，构成两级压缩;图3为双级补气压缩机制冷循环原理图，通过闪蒸器的经过一级节流后的饱和气态制冷剂补入压缩机两级压缩的中间腔内，与低压级气缸的排气混合后进入高压级气缸的吸气腔再进行二级压缩，从而改善压缩过程提高压缩机COP。
在实现多级压缩方面，多缸压缩机由于具有两个或三个甚至更多个缸体，其在多级压缩机方面存在更大的优势。近年来针对多级压缩机的专利申请，双级压缩补气增焓技术也是一大热点，对于多缸压缩机，其补气结构主要是通过设置混合腔实现对中间压流体的补气增焓，混合腔可以设置在上气缸上部、下气缸下部或者中间隔板上，或者直接利用电机腔作为混合腔进行补气增焓，或者直接对压缩腔进行补气增焓;而在补气流体的引入上，既有利用制冷回路中的闪蒸器引入补气流体，也可直接引入冷凝器出来的流体;上述各种补气增焓方式极大地提高了多缸转子式压缩机的COP。
1.3 高效吸排气技术
在吸排气结构方面，与单缸压缩机相比，多缸压缩机也存在其独特的进排气结构。在吸气方面，与单缸压缩机相比，由于缸体之间存在隔板结构，因而也发展出了多种不同的吸气结构，包括直接从缸体上下端部的轴承吸气，直接从缸体吸气，也包括从隔板吸气，或者上述吸气方式的各种组合;而对于多个气缸的结构，进一步发展出了采用独立吸气结构对每个气缸进行吸气或者通过同一进气通道进入泵体后再在泵体内开设分支通道对各个气缸进行吸气的结构;同时，在多缸压缩机中，吸气和排气结构也都充分利用了隔板这一特点结构，可以在隔板上设置缓冲腔用于吸气或排气的消音结构，从而提高整个压缩机的降噪效果。而在排气结构方面，也存在以下几种不同的排气方式：直接将压缩后的高压气体通过上部消音腔排出、向将高压气体经下部消音腔消音后再通过上部消音腔消音再排出压缩机壳体等均能够有效降低排气噪音;这些对于降低吸排气阻力改善压缩机吸排气效率效果显著。
1.4 高可靠性
多缸轉子式压缩机在降低泄漏、提高泵体强度和提高装配的可操作性等可靠性方面明显改善。例如，采用缸体与隔板一体化的结构设计提高泵体的强度，如图4所示;同时，为了降低多缸体结构对曲轴装配的影响，提出了一种分离式曲轴结构，将曲轴上的一个偏心结构设置为分离式，从而方便曲轴通过隔板后再进行装配，降低了装配难度。这些都极大地提高了压缩机的可靠性。
2 结束语
小型化、变容量、电机优化和新冷媒是未来转子式压缩机发展趋势，其中，变容量技术成为未来发展主要方向;目前我国已发展成为制冷压缩机产品的生产大国，但还不是制冷压缩机产品强国。由于多缸转子式压缩机在上述的多级变容技术、多级补气增焓技术等方面具有较好的优势，该类型压缩机必然能够获得进一步的发展，取得更大的技术进步。
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