渦旋式汽車空調(diào)壓縮機簡介分析

6/6渦旋式汽車空調(diào)壓縮機簡介分析渦旋式汽車空調(diào)壓縮機簡介

渦旋式壓縮機是自上世紀八十年代發(fā)展起來的一種高效率、低噪音、高可靠性壓縮機。憑借著這些優(yōu)點，渦旋式壓縮機在制冷行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于家用空調(diào)，中央空調(diào)、汽車空調(diào)，空氣壓縮等各個領(lǐng)域。在汽車空調(diào)領(lǐng)域中，渦旋式壓縮機被稱為第三代壓縮機，正在以其獨特的性能優(yōu)勢逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的斜盤式壓縮機和旋轉(zhuǎn)式壓縮機。

渦旋式壓縮機在制冷系統(tǒng)中的卓越性能表現(xiàn)，使得時隔20年的今天，它依然是專家學(xué)者研究的熱點。

從家用空調(diào)認識渦旋式壓縮機

1、認識渦旋式壓縮機

國內(nèi)大部分用戶對渦旋式壓縮機的認識，可能首先是從家用空調(diào)開始的。家用空調(diào)壓縮機經(jīng)歷了活塞式、旋轉(zhuǎn)式、渦旋式等幾個發(fā)展階段?；钊?、旋轉(zhuǎn)式壓縮機目前多用于窗機、分體機等匹數(shù)較低的機型。而柜機由于其系數(shù)較高，活塞式、旋轉(zhuǎn)式壓縮機已不能充分滿足其整機匹配的需要，只有采用渦旋式壓縮機才能保持較高的熱效率和能效比。

2、渦旋式壓縮機的優(yōu)點

渦旋式壓縮機的能效比高（高效率），意味著與其他壓縮機相比，在提供相同制冷量的情況下，渦旋式壓縮機耗功要小得多，也就是節(jié)能，對于家用空調(diào)而言就是省電。

渦旋式壓縮機的另一個優(yōu)點就是噪音低，一般比活塞式壓縮機低3～5dB(A)，是家用靜音空調(diào)的基礎(chǔ)。

渦旋式壓縮機的再一個優(yōu)點就是可靠性高。設(shè)計原理和較少的零部件為其高可靠性提供了充分的保證。

功耗、噪音、可靠性是用戶對家用空調(diào)選擇的重要依據(jù)。由于渦旋式壓縮機具有的高能效比、低噪音和高可靠性等諸多優(yōu)點，渦旋式壓縮機已經(jīng)越來越多的被用于家用空調(diào)系統(tǒng)和中央空調(diào)系統(tǒng)。

在中、大型中央空調(diào)機組上，一個明顯的趨勢就是應(yīng)用螺桿和渦旋技術(shù)?；钊麢C在3年前還處于主導(dǎo)地位，現(xiàn)在的市場份額卻急劇下降到10%左右。

世界上第一臺渦旋式壓縮機于1983年由日立發(fā)明制造，在世界上被公認為渦旋式壓縮機的“鼻祖”。其專利變頻渦旋式壓縮機及其一直領(lǐng)先的制造技術(shù)在日本被公認為該領(lǐng)域的標志。

家用空調(diào)的節(jié)能技術(shù)主要有變頻系統(tǒng)和數(shù)碼渦旋系統(tǒng)。例如日立采用的變頻渦旋系統(tǒng)和美國谷輪公司擁有的數(shù)碼渦旋系統(tǒng)。如果將我國的空調(diào)全部換成變頻空調(diào)，則空調(diào)的平均年效率至少提高30%，每年可為國家節(jié)約480億元。而數(shù)碼渦旋技術(shù)每年又可比變頻系統(tǒng)節(jié)能40%，其節(jié)能的效果可想而知。

3、發(fā)展和趨勢

通過以上介紹可以知道，渦旋式壓縮機及其控制技術(shù)已經(jīng)被越來越多的使用在家用或中央空調(diào)系統(tǒng)中。

正是由于市場的這種發(fā)展趨勢，美國谷輪公司已在蘇州投資興建年產(chǎn)100萬臺的柔性渦旋壓縮機廠，已正式投產(chǎn)。該廠與谷輪在美國本土上的幾家工廠規(guī)模相當(dāng)，同屬于全世界最大的渦旋壓縮機制造廠。其產(chǎn)品將供應(yīng)中國和亞太地區(qū)幾乎所有的主要家用空調(diào)制造商。

汽車空調(diào)壓縮機的發(fā)展

汽車空調(diào)壓縮機的幾個發(fā)展階段：

①．活塞式壓縮機

在汽車空調(diào)上使用的主要是斜盤式（活塞）壓縮機，主要分為5缸機、7缸機和10缸機。

代表產(chǎn)品有：

日本電裝的10(S)P系列(10缸機)，如10P20C（南京IVECO）、10S11C（原夏利威樂轎車）。

上海三電貝洱的5H14(5缸機)、7H15(7缸機)、BX11(10缸機)、7V16(變排量7缸機)、6V12(變排量6缸機)。

牡丹江富通的V5系列(變排量5缸機)、10S（G）系列(10缸機)，如10G11（夏利三缸機轎車，該型壓縮機與原夏利威樂轎車上使用的電裝10S11C相同）等。

10缸機的效率要高于5缸機約10%。

②．旋轉(zhuǎn)式壓縮機

旋葉式壓縮機是旋轉(zhuǎn)式壓縮機的一種。

代表產(chǎn)品有：

重慶建設(shè)的JSS-96、JSS-120。

松下的T07（原華利幸福使者轎車）、H09、H12（原夏利三、四缸機轎車）。

旋葉式壓縮機效率較斜盤式10缸機提高約8%。

③．渦旋式壓縮機

是目前最先進的壓縮機。渦旋式壓縮機在理論設(shè)計上決定的高效率、低功耗、低噪音和高可靠性是其他壓縮機所無法比擬的。

代表產(chǎn)品有：

日本電裝的SCA06C（達路·特銳）、日本三電的TRS090（本田飛渡）、三菱的MSC90C（哈飛賽馬）以及南京奧特佳冷機有限公司的WXH系列產(chǎn)品（在天津地區(qū)的天津一汽全系列轎車）。

渦旋式壓縮機效率較旋葉式壓縮機又提高約10%。

渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的工作原理

圖一是一個渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的結(jié)構(gòu)示意圖。氣體通過壓縮機的吸氣口吸入，進入吸氣室。吸氣室的氣體通過嚙合渦旋盤的吸氣口進入壓縮腔（參考圖二），被壓縮以后通過渦旋盤的排氣口進入壓縮機后部的背壓腔，然后通過開設(shè)在背壓腔上的壓縮機排氣口排出。壓縮機的吸氣口與空調(diào)系統(tǒng)的回氣管相連，排氣口與空調(diào)系統(tǒng)的進氣管相連。

圖一渦旋式汽車空調(diào)壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖

渦旋式壓縮機的核心部件由一固定渦旋盤和一運動渦旋盤組成。圖二是渦旋盤嚙合時的剖面圖。工作時，運動渦旋盤（簡稱動盤）繞著固定渦旋盤（靜盤）沿著一圓形軌道作平面運動。也就是說，動盤一方面沿著很小的偏心距（曲軸回轉(zhuǎn)半徑）軌道移動，一方面與靜盤接觸作相對轉(zhuǎn)動。這樣一來，就在兩個渦旋盤之間形成了數(shù)對封閉的月牙形腔體。這些月牙腔分別組成了渦旋式壓縮機的吸氣腔、壓縮腔和排氣腔。通常定義一個渦旋盤的尾部（最外部）到另一個渦旋盤的最近距離所形成的面為嚙合渦旋盤的吸氣口，與吸氣口相連的月牙腔為吸氣腔，與排氣口相連的月牙腔為排氣腔，而把完全封閉的月牙腔定義為壓縮腔，如圖二所標示。從圖二中可以看出，嚙合渦旋盤有一對吸氣口，一對吸氣腔，一對壓縮腔，一個排氣口，一個排氣腔。

圖二渦旋盤嚙合示意圖

圖三是一個有三對月牙腔的渦旋式壓縮機工作過程演示圖（雖然渦旋式壓縮機的工作腔數(shù)目隨著不同的設(shè)計可能有所不同，但都基本上與圖三演示的過程類似）。定義吸

氣口閉合時的位置，也就是圖三中第1個圖所示的位置，為動盤運動的起點，當(dāng)動盤沿

π），也就是圖三中第2個圖所示的位置，吸氣腔逐漸擴大，氣體軌道運動到4/1圈（2/

逐漸被吸入到吸氣腔。當(dāng)動盤轉(zhuǎn)到（π2）位置，也就是圖三中第5個圖所示的位置，

吸氣口閉合，吸氣過程結(jié)束，封閉后的吸氣腔變?yōu)閴嚎s腔。隨著動盤的繼續(xù)向前運動（如

圖中第6，7，8個圖所示），壓縮腔內(nèi)的氣體逐漸被壓縮。當(dāng)動盤運動到第三圈（π

4），

也就是圖三中第9個圖所示的位置，壓縮腔與排氣腔連通，組成新的排氣腔。隨著動

盤繼續(xù)沿軌道向前移動，如圖三中第11，12，13個圖所示，排氣腔逐漸縮小，氣體被

排到背壓腔，如果有排氣閥，腔內(nèi)氣體要被壓縮至壓力大于背壓腔的壓力時，才可頂開

排氣閥，排到背壓腔，然后通過背壓腔上的壓縮機排氣口排出壓縮機。

圖三渦旋式壓縮機的工作過程演示圖

如果我們只觀察吸氣口，那么在每一周的開始，吸氣口總是由閉合開始逐漸打開，

隨著動盤向前運動，吸氣腔越來越大，越來越多的氣體被吸入。在一周的結(jié)束點，也就

是下一周的開始點，吸氣腔吸足了氣體，開始封閉，變?yōu)閴嚎s腔。隨著吸氣口的再次打

開，又將形成一對新的半月牙形的吸氣腔。所以渦旋式壓縮機在每一周都有一對月牙腔

在吸氣。

如果我們只觀察壓縮腔，在每一周的開始一個新的壓縮腔都由上一周的吸氣腔轉(zhuǎn)變

而來，并隨動盤向前運動而縮小，實現(xiàn)氣體壓縮。在一周的結(jié)束點，也就是下一周的開

始點，壓縮腔與排氣腔相連。所以渦旋式壓縮機在每一周都有一對月牙腔在壓縮氣體。

如果我們只觀察排氣腔，在每一周的開始，排氣腔的體積最大，并隨動盤向前運動而縮小，氣體通過靜盤的排氣口逐漸被排到背壓腔。如果有排氣閥，氣體則被壓縮至壓力高于排氣閥外的壓力后，才可以頂開閥片排到背壓腔。在一周的結(jié)束點，也就是下一周的開始點，排氣腔的體積減到幾乎為零，氣體基本被全部排出，然后與上一周的壓縮腔相連，形成新的排氣腔。所以渦旋式壓縮機在每一周都有一個腔在排出氣體。

由以上描述可知，a.氣體從開始吸入到完全排出，動盤需要運轉(zhuǎn)三周。b.動盤運動的每一周，同時存在吸氣過程，壓縮過程，排氣過程，這表明說渦旋式壓縮機的工作過程是連續(xù)的。這些工作特性給使渦旋式壓縮機有以下優(yōu)點。

①．容積效率高

從渦旋式壓縮機工作過程可以看到，渦旋壓縮機沒有吸氣閥，沒有余隙容積。因為沒有吸氣閥，所以氣體可以通暢的吸入月牙腔。因為沒有余隙容積，吸入的氣體能夠被完全排出。一般來說，渦旋式壓縮機的容積效率可以達到90～98%。而往復(fù)式壓縮機，由于有吸氣閥的阻力，阻礙了氣體吸入，以及有余隙容積存在，氣體不能完全排出，而這些不能被排出的氣體在吸氣過程膨脹占據(jù)了氣缸的一部分容積，所以其容積效率遠遠低于渦旋式壓縮機，一般只有65～75%。

②．工作平穩(wěn)

在任何一個壓縮機工作循環(huán)中，吸氣過程基本上不消耗功，此時壓縮機的負載非常小，主要用于克服機械損失。壓縮過程壓縮氣體，要消耗大量的功，此時壓縮機負載很大，而排氣過程也基本上不消耗功，此時的負載主要是來克服排氣阻力，所以負載也很小。這樣一來，對于單個工作循環(huán)，其負載變化很大。但從渦旋式壓縮機的工作過程可以知道，有數(shù)個不同相位的工作循環(huán)在同時進行，例如在動盤走第一圈時第一個工作循環(huán)是吸氣過程時，第二個工作循環(huán)是壓縮過程，第三個循環(huán)是排氣過程。在動盤走第二圈時，第一個循環(huán)進入壓縮過程，第二個工作循環(huán)進入排氣過程，第三個工作循環(huán)進入吸氣過程。在動盤走第三圈時，第一個工作循環(huán)進入排氣過程，第二個工作循環(huán)進入吸氣過程，第三個工作循環(huán)進入壓縮過程。這樣一來，前一個工作循環(huán)的波峰與后一個循環(huán)的波谷相疊合，所以總的負載變化很小，壓縮機也就工作的平穩(wěn)。

③．噪音低，振動小

壓縮機的噪音主要來源于吸、排氣閥的機械撞擊和氣流脈動。渦旋式壓縮機不象往復(fù)式壓縮機，它沒有吸氣閥，所以消除了由于吸氣閥引起的噪音。對于相同規(guī)格的汽車

空調(diào)壓縮機，渦旋式壓縮機的噪音一般比往復(fù)式壓縮機低3～5dB(A)。另外，由于渦旋式壓縮機的運動部件作圓周運動，而且運動半徑很小，慣性力很容易被平衡掉，所以振動非常小。而往復(fù)式壓縮機由于活塞作往復(fù)運動，慣性力不易被完全平衡，所以振動大。

渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的優(yōu)點

隨著人們對舒適性要求的提高以及對能源和環(huán)境問題的日益關(guān)注，渦旋式壓縮機這一高效率、低噪音的壓縮機在制冷行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。在家用空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)人盡所知，在汽車空調(diào)行業(yè)也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

為什么渦旋式汽車空調(diào)壓縮機會有如此好的應(yīng)用趨勢呢？我們不妨從渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的特點來分析。

①．渦旋式汽車空調(diào)壓縮機效率高，功耗小，因而油耗少

渦旋式汽車空調(diào)壓縮機能效比（COP）最高。

能效比=制冷量/功耗。也就是與其他型式的壓縮機相比，在提供相同制冷量的情況下，渦旋式汽車空調(diào)壓縮機功耗最小；或與其他型式的壓縮機相比，在功耗相同的情況下，渦旋式汽車空調(diào)壓縮機提供的制冷量最大。

渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的啟動力矩小，因而在開啟空調(diào)時引起的掉速很小，對車速基本沒有影響。

渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的功耗小，相比使用其他類型的壓縮機，在汽車加速和爬坡時對汽車的動力性影響小。

這些優(yōu)點的集合，可以實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的理想化要求，這是很多轎車首選渦旋式壓縮機的重要原因之一。

②．渦旋式汽車空調(diào)壓縮機可靠性高，故障率少

設(shè)計原理和較少的零部件為其可靠性提供了充分的保證。這也是一些國外著名車廠選用渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的重要原因之一。

目前，三菱、馬自達、本田等品牌已全部安裝渦旋式壓縮機，福特、通用等品牌的中高檔車型上也已使用渦旋式壓縮機。

③．渦旋式汽車空調(diào)壓縮機轉(zhuǎn)速范圍寬、高速性能好

渦旋式汽車空調(diào)壓縮機可以在700～10000rpm的轉(zhuǎn)速下連續(xù)工作，最高瞬時轉(zhuǎn)速可以達到12000rpm。

在高速情況下，渦旋式汽車空調(diào)壓縮機仍然保持了其固有的高能效比優(yōu)點，而且隨著轉(zhuǎn)速的提高，能效比衰減甚小，這是其他類型的壓縮機所無法比擬的。

隨著車速的提高→發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高→壓縮機轉(zhuǎn)速提高→壓縮機制冷量增加，而此時渦旋式汽車空調(diào)壓縮機功耗增加緩慢，能效比衰減甚小、旋葉式汽車空調(diào)壓縮機功耗增加較快，能效比衰減較快、而活塞式汽車空調(diào)壓縮機功耗則會迅速增加，能效比衰減最快。這就是為什么活塞式汽車空調(diào)壓縮機傳動比通常不超過1.05、旋葉式汽車空調(diào)壓縮機傳動比通常不超過1.10，而渦旋式汽車空調(diào)壓縮機最大可以達到1.45的根本原因。

高COP（能效比）及低COP（能效比）衰減，一直是空調(diào)行業(yè)設(shè)計的追求，同時也是制冷行業(yè)技術(shù)進步的唯一標志。

在國內(nèi)，通常轎車上使用的活塞式汽車空調(diào)壓縮機最高排量約為150cc/rev；旋葉式汽車空調(diào)壓縮機最高排量約為120cc/rev，相比之下，福特蒙迪歐使用的變排量渦旋式汽車空調(diào)壓縮機排量只有86cc/rev（與本公司配套貴公司的渦旋式汽車空調(diào)壓縮機排量相同）；本田思域（喜美）使用的渦旋式汽車空調(diào)壓縮機排量只有約76cc/rev。這正是充分發(fā)揮了渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的這些優(yōu)點。

④．噪音低

渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的噪音低，能夠比斜盤式壓縮機低3~5dB(A)，比旋葉式壓縮機低2~3dB(A)?？梢詫崿F(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的靜音要求。

在國內(nèi)，轎車在使用排量較大的活塞式汽車空調(diào)壓縮機時，其空調(diào)管路上通常均帶有消音器，而渦旋式汽車空調(diào)壓縮機系統(tǒng)則不需要消音器。

其他：

1、測試數(shù)據(jù)

只有在相同的測試工況下，壓縮機制冷量和能效比的測試數(shù)據(jù)才有比較意義，不同的測試工況測得的數(shù)據(jù)相差巨大，不能進行比較。

通常國際上采用的測試工況如下，在該工況下測得的數(shù)據(jù)最