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空气源热泵具有节能、清洁无染污等特点，与直接用电供暖相比，利用空气源热泵供暖可节约50％-75％的电能。目前空气源热泵发展的瓶颈主要体现在两个方面，一个是低温制热性能差，另一个是环境工况波动剧烈导致的变工况问题。对于低温工况，经济器补气技术可有效提高空气源热泵的低温制热性能，且目前应用较为广泛。压缩机是空气源热泵的核心部件，其热泵系统变工况问题的解决，很大程度上由压缩机来体现。当热泵系统的工况变化时，需要调整压缩机的容量或内容积比，以达到压缩机内外工况的有效匹配，从而降低压缩机内外不匹配时所带来的过压或欠压缩损失。若将经济器补气和压缩机工况调节进行有效的结合,则可进一步提高热泵系统的各性能参数。因此研究经济器补气对压缩机及其热泵系统的影响规律，以及压缩机工况调节对热泵系统变工况需求的匹配关系，以提高空气源热泵在低环境温度下和变工况条件下的各性能指标，具有十分重要的理论价值和实践意义。
单螺杆压缩机具有螺杆轴向力平衡性好、震动小、噪音低及无泄漏三角形等优点，非常适合空气源热泵的低温大压比工况。经济器补气可有效提高空气源热泵的低温制热性能，但补气在单螺杆压缩机的研究和应用方面，则鲜有相关文献报道，因此掌握补气对单螺杆压缩机及其热泵系统各性能参数的影响规律，从而为单螺杆在空气源热泵系统的应用和发展提供数据基础。本文以空气源热泵的运行工况条件和单螺杆压缩机为基础，针对传统滑阀不能很好的兼顾压缩机的容量和内容积比以及传统双滑阀控制复杂等因素，提出利用一种新型单滑阀结构形式-复合滑阀调节系统，来解决当工况变化时压缩机内外工况的匹配问题。并耦合经济器补气，理论分析了单螺杆压缩机及其空气源热泵系统在变工况下的运行规律。同时自行设计和制造了耦合补气和复合滑阀调节的单螺杆压缩机样机，用来验证耦合补气和复合滑阀调节的可行性及理论计算模型的准确性。通过设计、搭建压缩机性能测试平台，实验研究了补气型复合滑阀单螺杆压缩机及其构建的热泵系统，在不同工况下的运行特征及各性能参数的变化规律。具体工作如下:
针对空气源热泵的变工况问题，对提出的复合滑阀调节系统，设计出了具体的控制形式并实体化。以提出的复合滑阀调节系统为基础，建立相应的数学模型，分析了复合滑阀调节系统对单螺杆压缩机的容积、内容积比、压比以及容量等因素的影响规律。理论计算表明，复合滑阀的容量和内容积比的调节范围可分别为25％～100％和1～8.2。在考虑了泄漏、传热、摩擦及电机损耗等多种影响因素，建立了以复合滑阀单螺杆压缩机为基础的热力学分析模型，运用四阶龙格库塔法，以MATLAB为计算平台，分析了不同啮合间隙下，单螺杆压缩机内部工质的热力学参数如温度、压力及质量等随螺杆转角的变化规律。计算结果表明，空气源热泵工况条件下，啮合间隙在0.01～0.08mm范围内，压缩机的各项性能参数较佳。并且设计制造了三台啮合间隙值分别为0.05mm、0.10mm和0.15mm的单螺杆压缩机样机，通过实验测试验证了理论计算结果的有效性，其理论值和计算值的偏差范围为0.33％～9.40％。
为了研究经济器补气对单螺杆压缩机及其热泵系统的影响规律，以空气源热泵运行工况为基础，考虑实际补气过程和实际气体状态，建立了单螺杆压缩机经济器补气系统的理论计算模型。以闪发器为经济器补气形式，以二分法计算中间补气压力，分析了补气条件下，单螺杆压缩机螺槽内工质的压力、温度和质量随螺杆转角的变化规律。得到了不同工况下、不同内容积比下以及不同循环工质下的补气型单螺杆压缩机的容积效率、绝热效率等主要性能参数的变化关系，以及热泵系统的制热量、制热COP等性能参数的变化规律，并和常规单级系统进行了对比分析。理论计算表明，补气工况下螺槽内工质的质量将会迅速增加，对应的螺槽内的温度和压力都会有所增大。相对于常规单级系统，补气工况能够较早的达到排气条件，对应的内容积比也必然改变，需要滑阀进行有效的调节。
理论计算表明，补气工况下的单螺杆压缩机功耗较单级系统增加了10.5％～20.6％，且蒸发温度越低，功耗的增加量越大，绝热效率增加了14.0％～27.9％。相对补气量随蒸发温度的降低而升高，其变化范围为24.0％～43.7％。当补气在不同内容积比下进行时，补气压力随内容积比的增加而增加，相对补气量随内容积比的增加而减小。相同工况下，随着补气时内容积比的增加，制热量和制热COP都会有所降低。相较于单级系统，补气系统对应的内容积比下降了13.9％～22.7％，且随着压比的增加，内容积比下降的比例越大。由于不同循环工质的工作压力区别较大，压缩机的补气压力和相对补气量也会有明显的不同，工作压力和补气量都会对压缩机及其热泵系统的设计和制造产生较大的影响。
以空气源热泵为应用条件，以螺杆直径为147mm的单螺杆压缩机的基本结构参数为基础，开展了耦合补气和复合滑阀调节的单螺杆压缩机的具体结构设计、零部件选型和相应的理论计算，并将经济器补气和复合滑阀调节集成在单螺杆压缩机中，完成了耦合补气和复合滑阀调节的单螺杆压缩机样机的设计、铸造、加工及其装配工作，而后对该样机进行了详细的实验研究。测试工况下，实验值和计算值的主要性能参数包含容积效率、绝热效率、制热量和制热COP等，其偏差范围分别为3.33％～8.98％、2.09％～9.67％、0.83％～7.58％和0.92％～8.73％，实验结果与理论计算数据具有较好的一致性，从而验证了理论计算模型的准确性。实验数据表明，根据不同的工况需求，复合滑阀可有效的在内容积比为2.8，3.9和5.6，以及容量在35％和100％负荷之间进行有效的调节，从而降低由压缩机内外压比不匹配所引起的压缩损失。实验表明，经济补气和复合滑阀调节能够有效的耦合在一起，对压缩机的各项工况进行调节，相较于无补气工况，耦合补气和复合滑阀调节系统的制热量可提高15.2％～31.1％，制热COP的最大提升比例为21.6％，压缩机的绝热效率可提升5.32％～13.31％。
以上理论和实验研究可为提高单螺杆压缩机及其热泵系统的低温制热性能和变工况性能，提供有效的理论指导和数据支撑。
单螺杆压缩机具有螺杆轴向力平衡性好、震动小、噪音低及无泄漏三角形等优点，非常适合空气源热泵的低温大压比工况。经济器补气可有效提高空气源热泵的低温制热性能，但补气在单螺杆压缩机的研究和应用方面，则鲜有相关文献报道，因此掌握补气对单螺杆压缩机及其热泵系统各性能参数的影响规律，从而为单螺杆在空气源热泵系统的应用和发展提供数据基础。本文以空气源热泵的运行工况条件和单螺杆压缩机为基础，针对传统滑阀不能很好的兼顾压缩机的容量和内容积比以及传统双滑阀控制复杂等因素，提出利用一种新型单滑阀结构形式-复合滑阀调节系统，来解决当工况变化时压缩机内外工况的匹配问题。并耦合经济器补气，理论分析了单螺杆压缩机及其空气源热泵系统在变工况下的运行规律。同时自行设计和制造了耦合补气和复合滑阀调节的单螺杆压缩机样机，用来验证耦合补气和复合滑阀调节的可行性及理论计算模型的准确性。通过设计、搭建压缩机性能测试平台，实验研究了补气型复合滑阀单螺杆压缩机及其构建的热泵系统，在不同工况下的运行特征及各性能参数的变化规律。具体工作如下:
针对空气源热泵的变工况问题，对提出的复合滑阀调节系统，设计出了具体的控制形式并实体化。以提出的复合滑阀调节系统为基础，建立相应的数学模型，分析了复合滑阀调节系统对单螺杆压缩机的容积、内容积比、压比以及容量等因素的影响规律。理论计算表明，复合滑阀的容量和内容积比的调节范围可分别为25％～100％和1～8.2。在考虑了泄漏、传热、摩擦及电机损耗等多种影响因素，建立了以复合滑阀单螺杆压缩机为基础的热力学分析模型，运用四阶龙格库塔法，以MATLAB为计算平台，分析了不同啮合间隙下，单螺杆压缩机内部工质的热力学参数如温度、压力及质量等随螺杆转角的变化规律。计算结果表明，空气源热泵工况条件下，啮合间隙在0.01～0.08mm范围内，压缩机的各项性能参数较佳。并且设计制造了三台啮合间隙值分别为0.05mm、0.10mm和0.15mm的单螺杆压缩机样机，通过实验测试验证了理论计算结果的有效性，其理论值和计算值的偏差范围为0.33％～9.40％。
为了研究经济器补气对单螺杆压缩机及其热泵系统的影响规律，以空气源热泵运行工况为基础，考虑实际补气过程和实际气体状态，建立了单螺杆压缩机经济器补气系统的理论计算模型。以闪发器为经济器补气形式，以二分法计算中间补气压力，分析了补气条件下，单螺杆压缩机螺槽内工质的压力、温度和质量随螺杆转角的变化规律。得到了不同工况下、不同内容积比下以及不同循环工质下的补气型单螺杆压缩机的容积效率、绝热效率等主要性能参数的变化关系，以及热泵系统的制热量、制热COP等性能参数的变化规律，并和常规单级系统进行了对比分析。理论计算表明，补气工况下螺槽内工质的质量将会迅速增加，对应的螺槽内的温度和压力都会有所增大。相对于常规单级系统，补气工况能够较早的达到排气条件，对应的内容积比也必然改变，需要滑阀进行有效的调节。
理论计算表明，补气工况下的单螺杆压缩机功耗较单级系统增加了10.5％～20.6％，且蒸发温度越低，功耗的增加量越大，绝热效率增加了14.0％～27.9％。相对补气量随蒸发温度的降低而升高，其变化范围为24.0％～43.7％。当补气在不同内容积比下进行时，补气压力随内容积比的增加而增加，相对补气量随内容积比的增加而减小。相同工况下，随着补气时内容积比的增加，制热量和制热COP都会有所降低。相较于单级系统，补气系统对应的内容积比下降了13.9％～22.7％，且随着压比的增加，内容积比下降的比例越大。由于不同循环工质的工作压力区别较大，压缩机的补气压力和相对补气量也会有明显的不同，工作压力和补气量都会对压缩机及其热泵系统的设计和制造产生较大的影响。
以空气源热泵为应用条件，以螺杆直径为147mm的单螺杆压缩机的基本结构参数为基础，开展了耦合补气和复合滑阀调节的单螺杆压缩机的具体结构设计、零部件选型和相应的理论计算，并将经济器补气和复合滑阀调节集成在单螺杆压缩机中，完成了耦合补气和复合滑阀调节的单螺杆压缩机样机的设计、铸造、加工及其装配工作，而后对该样机进行了详细的实验研究。测试工况下，实验值和计算值的主要性能参数包含容积效率、绝热效率、制热量和制热COP等，其偏差范围分别为3.33％～8.98％、2.09％～9.67％、0.83％～7.58％和0.92％～8.73％，实验结果与理论计算数据具有较好的一致性，从而验证了理论计算模型的准确性。实验数据表明，根据不同的工况需求，复合滑阀可有效的在内容积比为2.8，3.9和5.6，以及容量在35％和100％负荷之间进行有效的调节，从而降低由压缩机内外压比不匹配所引起的压缩损失。实验表明，经济补气和复合滑阀调节能够有效的耦合在一起，对压缩机的各项工况进行调节，相较于无补气工况，耦合补气和复合滑阀调节系统的制热量可提高15.2％～31.1％，制热COP的最大提升比例为21.6％，压缩机的绝热效率可提升5.32％～13.31％。
以上理论和实验研究可为提高单螺杆压缩机及其热泵系统的低温制热性能和变工况性能，提供有效的理论指导和数据支撑。