如何优化滚动转子压缩机的性能？

滚动转子压缩机广泛用于制冷量小于2kW的家用冰箱和空调器。目前随着技术的发展，容量范围已经扩展到20kW，使用的制冷剂逐渐过渡到R134a、R407C、R410A、R600a和CO₂。该型式压缩机是由一个装在定子（气缸体）内的一个偏心旋转的转子和一个固定单滑片组成。滑片在定子的一个槽内往复滑动。图7-34表示单滑片滚动转子式压缩机的结构示意图。

图7-34 单滑片滚动转子式压缩机的结构

压缩机的气缸排气量可以用下式计算：

式中 q_V，cy——容积排气量（cm³/r）；

H——气缸体高度（cm）；

D——气缸直径（cm）；

d——转子直径（cm）；

i——气缸数。

图7-35表示一空调用单转子滚动转子压缩机的结构。压缩机的驱动电动机定子和压缩机本体刚性地连在一起。和活塞压缩机不同，由于振动小，无需像活塞压缩机那样必须使用避振弹簧将压缩机和壳体连接起来。吸气直接通过管道进入压缩机的吸气口，排气则排入压缩机的外壳壳体内。这种设计由于大大降低了吸气过热和减少气体泄漏面积，使压缩机性能有所提高。压缩机内部泄漏的控制，必须有赖于精密加工来获得。

由蒸发器过来的制冷剂气体，通过气液分离器3进入吸气管6，然后直接进入压缩机气缸内。经压缩后，由排气阀、消声罩进入壳体中，再经过电动机周围的通道，流至压缩机顶部，由排气管22排出。因此，整个机壳中充满了高压气体，润滑油贮存在机壳的底部。与其他类型的全封闭压缩机一样，在偏心轴下端的油泵，靠旋转时的离心力的作用，将润滑油沿曲轴油道压升到各轴承润滑点，然后回流到机壳的底部。部分进入气缸腔的油，起到润滑与密封转子端面与轴承端面、转子与气缸腔之接触线、转子与滑片接触线，以及滑片与气缸上开设的滑片槽之间的间隙的作用。有一部分油随气体从排气阀排出，并随气流通过电动机通道时被分离，沿机壳四周回到机壳的底部油池里。

图7-35 空调用单转子滚动转子压缩机的结构

1—分离器托架 2—分离器压条 3—气液分离器 4—平衡块 5—滑片 6—吸气管 7—脚垫 8—端盖螺栓 9—底盖 10—支架 11—端盖 12—滑片弹簧 13—缸体 14—滚动转子 15—消声罩 16—上盖 17—偏心轴 18—电动机转子 19—电动机定子 20—壳体 21—顶盖 22—排气管

图7-36是滚动转子压缩机和其他型式压缩机的绝热效率比较。从图中可以看到，滚动转子式压缩机在1kW左右效率最高；涡旋式压缩机则在几千瓦；螺杆式则在几十千瓦时可获得较高效率。

图7-36 滚动转子压缩机和其他型式压缩机的绝热效率比较

1—滚动转子式 2—涡旋式 3—螺杆式 4—活塞式

注：1kW活塞式压缩机的绝热效率作为比较值。

图7-37为日本大金JT160G-YE型空调压缩机的性能曲线图，是在压缩机容积排气量56.8mL、制冷剂R410A、转速2900r/min条件下测得。(www.xing528.com)

为了进一步减小压缩机的旋转不均匀度，近年来又发展了图7-38所示的双缸滚动转子式压缩机，使偏心轴在回转一周内的转矩变化较为平稳。其转矩变化的幅度仅为单缸转子压缩机的30%，其振动幅度和噪声也大为改善。

滚动转子式压缩机的输气量调节方法，除了常规的间断停开方法外，近年来还采用变频调速方法。根据内置电动机是交流感应电动机还是直流电动机，又可分交流变频变速调节和直流无刷电动机变频变速调节两种。直流无刷电动机变速调节和交流变频变速相比，其元器件大为减少，功率损耗也小些，其COP值有10%～20%的增益。图7-39与表7-7为两种变频压缩机的电动机效率和典型性能比较。

图7-37 日本大金JT160G-YE型空调压缩机的性能曲线图

图7-38 双缸滚动转子式压缩机结构原理图

1—吸气管 2—滚动转子（上、下） 3—副轴承 4—隔板 5—气缸（上、下） 6—机架 7—排气消声罩 8—主轴承 9—电动机定子 10—偏心轴 11—电动机转子 12—壳体 13—排气管

表7-7 两种变频压缩机的典型性能比较（上海日立空调设备有限公司提供）

图7-39 两种变频压缩机电动机效率比较

滚动转子式压缩机也有采用在部分负荷时，通过旁通一部分压缩气体回到吸气侧，以减少输气量的方法。为此，在月牙形气缸端面某一位置上，开一旁通孔4（见图7-40a），旁通孔紧紧串连着一旁通阀和一旁通管。在满负荷运行时（见图7-40b），令旁通管与系统的高压相通，在压差作用下，旁通阀关闭旁通口。当需部分卸载时（见图7-40c），令旁通管与低压相通，则旁通阀片打开旁通口，缸内部分气体将通过旁通口，经由旁通管向低压侧旁路，直到转子侧面遮住旁通孔为止。从图上可以看出，当旁通孔的位置β角愈大，则卸载愈多，输气量愈少。

图7-40 滚动转子压缩机输气量旁通调节机构

a）旁通孔 b）满负载时 c）部分负载时

1—下轴承 2—旁通阀 3—旁通管 4—旁通孔

随着R22等HCFC的禁用日期的一再提前，HFC制冷剂的温室效应指数较大等因素，CO₂等自然工质作为制冷剂已经得到广泛的应用，特别是在热泵热水器和汽车空调器中已经开始大量使用滚动转子式CO₂压缩机，压缩机和机构简图如图7-41所示。

图7-41 CO₂压缩机和机构简图

CO₂的工作压力较高，滑板会产生较大变形，导致很大泄漏损失，但是采用了滚动转子式压缩机，由于滚环和摆环成为一体，使二者之间不存在密封与润滑，而且减少了这两部分的摩擦损失，同时摆杆可承受较大压差，而且导轨能够转动，减小了摆杆的测向力，减少摩擦。CO₂滚动转子式压缩机通常采用内置永磁体同步直流压缩机。针对CO₂跨临界的特点，该类压缩机为减小压差变形和泄漏，采用双级压缩减小压缩过程的进出口压差，而且压差不宜超过3MPa，这样轴的阻力矩变化平稳。同时使机壳内腔的压力为中间压力，减小壳体的压力强度要求，从而减小了压缩机的尺寸。