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)05-0005-031 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1a.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WCOP输入功率W工作电流A壳体温度℃32号油268.9 1.15233 1.4974.822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- 4.72-2.68-8.822 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卷场而使用。
由于R 22也将逐步被替代,所以仅能作为过渡性替代物;2.R 134a 压缩机。
由于除北美以外的市场大量使用R134a,故在国内亦有大批的冰箱生产厂采用该技术;3.R600a 等碳氢工质压缩机。
鉴于该工质除易燃、易爆外的其它优点,首先被以德国为首的北欧国家所采用,在解决安全操作及相关的管理技术的前提下,国内有科龙等几家大公司采用。
可以预计R134a 和R600a 的碳氢化合物等压缩机产量将持续增长并将占领全部压缩机市场。
4 质量竞争为创造市场品牌,从1996年开始,市场对冰箱压缩机相继提出了严格的质量要求,下线率指标节节提高,从3000ppm ,到2000ppm ,1000ppm,500ppm ,否则将遭到市场淘汰。
为此各冰箱压缩机制造厂一方面完善质量管理体系,即纷纷遵循ISO 9000系列标准建立可靠的质量保证体系;另一方面加大质量控制成本的投入,包括各种质量控制仪表和完善检测手段与各种标准和规范。
同时,加大质量服务和质量改进力度,通过与用户适时的沟通,第一时间发现问题、解决问题,改进产品设计及工艺,从而提高产品质量。
目前国内市场冰箱压缩机质量已取得长足进步,今后需要的是稳定和逐步的提高。
因为,一次质量事故,可能意味着市场的大门永远关闭,这是残酷的实际中国市场。
5 成本压力自1997年消费疲软持续至今,各种商品持续降价,制冷行业未能幸免。
而市场对压缩机提出的技术质量要求一点也未放松,这致使制冷行业利润微薄,一些企业甚至亏本经营,无力投资持续改进工艺和设计。
因此压缩机的设计成本、生产管理成本和物资采购成本降低也是一种趋势。
总之,为了满足日益增加的各种形式和性能冰箱的要求,冰箱压缩机必须不断发展和完善,而高效节能、低噪声、低成本、高质量和绿色环保是冰箱压缩机的发展方向。
洛阳化纤20万t/a 聚酯配套工程PN-5000变压吸附制氮装置试运一次成功 由上海化工研究院设计制造的,目前国内处理空气量最大的PN -5000型变压吸附法制氮装置,于2000年3月8日在洛阳石化总厂空压车间开车试运一次成功。
经过一年多的生产运行,各项参数均达到或优于设计值。
该装置是洛阳化纤20万t /a 聚酯工程的配套装置,可为PTA 提供5000m 3/h 、纯度为95%的粗氮气。
还可以为下游NC -3000型氮气净化装置提供3300m 3/h 、纯度为99%的精氮气。
本装置由DCS 控制,具有操作方便、启动速度快(从启动冷冻机到出合格产品少于10min)、操作弹性大等优点。
其主要技术指标见下表:项 目设计值调试值加工空气量/Nm 3h -11200012000粗氮气产量/Nm 3h -15000>5000精氮气产量/Nm 3h -132002900～3300粗氮气纯度/%95>95精氮气纯度99%1230～1630×10-6(O 2)产品氮气压力0.75(G )0.75(G ) 注:采用离心式压缩机提供气源(0.85M P a ),采用在线Z DO -101型氧化锆分析仪检测氮气纯度。