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摘要：为减少空调的能源消耗，对家用空调用压缩机的能效组成进行分析，并进行提效改进方案的试验验证，结果表明泵体各改进点对压缩机能效提升有明显作用，提高压缩机对空调系统的匹配性及能源利用率。
关键词：滚动转子式压缩机；改进；效率
随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，空调作为一款重要的家用电器，已成为普通消费者有能力购买的产品，在国民经济生产和人们社会生活中扮演的角色也越来越重要。国内标准对空调能效逐年提高，空调厂家在成本控制与能效要求方面更难以兼顾。空调压缩机以滚动转子式为主，其作为空调器主要的能量消耗部件，占空调总功率的90%以上，因此各厂家对高效压缩机实实在在的能效提高有迫切的需求。本文以12K高效空调压缩机为研究对象，挖掘优化的因素。
1 开发研究思路
1.1压缩机性能影响因素
空调滚动转子式压缩机运行由电机带动泵体运转，泵体的曲轴及滚子进行旋转运动对气体进行压缩，滑片将高低压腔分隔，曲轴及滚子每旋转一周即完成一次吸排气过程。
直接影响压缩机性能的因素是“冷量”及“功率”，提高压缩机冷量及降低压缩机功率均可以提高压缩机能效COP（COP=冷量/功率）
1.1.1对冷量的影响主要反映在容积效率上；
影响因素有余隙容积引起的再膨胀损失、泄漏损失回流损失、热传递膨胀损失、吸排气口结束角度实际工作范围。
容积效率[1]：指压缩机在单位时间内，实际能够从吸气端输送到排气端的气体流量与理论容积流量之比值。反映压缩机容积的有效利用程度。
——实际排出气体量； ——理论排出气缸量；
1.1.2对功率的影响主要反映在指示效率、机械效率及电机效率上；
指示效率影响因素为吸气阻力引起的损失、泄漏及余隙影响引起的再重复压缩损失、排气过程引起的过压缩损失及排气结构引起的排气阻力损失。机械效率影响因素为泵体零件各摩擦副引起的摩擦损失。电机效率影响因素为铜损及铁损。
指示效率：
指等熵理论功率与压缩机指示功率之比。反映动力经济性角度下的压缩机内部热力过程完善程度。
——指压缩单位工质所需的等熵循环理论功
——实际循环指示功
机械效率：
指压缩机指示功率与轴功率之比。反映压缩机磨损损失大小程度。
——指示功率 ——轴功率
绝热效率：
指等熵理论功率与压缩机所消耗的轴功率之比，以称轴效率。反映压缩机泵体效率。
电机效率：
指等熵理论功率与电源输入功率之比。反映电机输入功率利用完善程度。
——指输出功率； ——指输入功率
综合所述，压缩机的效率与各项效率成正比关系：
压缩机效率n=容积效率×指示效率×机械效率×电机效率
2提高容积效率
冷媒在泵体内的泄漏最大为滚子与气缸的径向泄漏，减少泄漏可以提高压缩机容积效率，泵体径向泄漏有比较大的改善空间，而泵体的径向影响因素主要由同心间隙的大小确定，同心间隙为各零件径向间隙之和。
泵体的同心间隙泄漏占总泄漏量的60%，而泄漏量与间隙宽度的3次幂成正比，为此减少同心间隙对压缩机提效有理论基础。
制冷剂的泄漏量计算式如下
其中Q为泄漏量，u为径向间隙尺寸
虽然同心间隙减少可以提高压缩机能将，但间隙越小泵体生产下线率高，通过对零件加工精度提升，减少尺寸生产波动，在生产可控制的范围内对同心间隙进行减少，随线生产验证结果见表一，改进机型的制冷量及COP都有提升。
3提高指示效率
3.1阀片改进
阀片的宽度及长度、挡板的升程及弧面对排气阻力及回流有直接影响，设计方向为减少阀片排气阻力的同时，加快阀片的关闭排气口的时间，减少回流，提高指示效率。阀片挡板的开启角度提前：利于避免过压缩。阀片挡板的关闭角度提前：利于避免高压气体回流。
改进方案通过减少挡板及阀片对应位置的头部直径及宽度，减少气流阻力；通过减少直线部长度及总长，加快阀片闭合速度。
理论计算结果；
从表三模拟分析可以看出，改进阀片挡板启始角减少，关闭角减少，对气缸过压缩及高压回流都有改善作用。
实测性能对比；
实验装机对比如下表四，功率下降趋势与理论分析相同，能效提升0.9%：
3.2吸氣通道优化
吸气通道的设计总的来说涉及吸气口大小及吸气结束角度大小，常规结构设计为圆形口，吸气口越大吸气阻力越小，但吸气结束角度越大（回流越大），所以吸气口设计要求在保证基本最大吸气口结束角度的前提下，尽可能加大吸气流通通道面积，减少阻力提高指示效率。由下式可知气流阻力与管路直径成反比。
管路阻力系数
其中、由管路及管材决定的系数；d为管路直径；v为气体速度
设计方案如图二所示，其优点是在不改变吸气结束角度的情况下，增大吸气面积20%。从流体模拟分析束量图可知，改进吸气口吸气阻力明显减少，基本上没有产生对能量有损失的涡流情况，可定性说明对吸气阻力的减少有改善效果。
对上述方案进行装机试验验证，样机对比情况如下表五，压缩机功率有明显减少，压缩机能效提升明显。
4结束语
对12K空调压缩机能效影响因素进行分析，通过各改进试验提高压缩机容积效率及指示效率，压缩机整体能效提升约4.5%，能效提升明显，改进试验可应用于其它相似结构压缩机，对空调压缩机产品的能效提升有一定的借鉴作用。
参考文献：
[1] 马国远，李红旗.旋转压缩机[M].北京：机械工业出版社，2001：9-10.
[2] 何晓明，张锐等. 窖式制冷压缩机计算模拟与验证. 北京工业大学学报，2001，27（1）：104-108
关键词：滚动转子式压缩机；改进；效率
随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，空调作为一款重要的家用电器，已成为普通消费者有能力购买的产品，在国民经济生产和人们社会生活中扮演的角色也越来越重要。国内标准对空调能效逐年提高，空调厂家在成本控制与能效要求方面更难以兼顾。空调压缩机以滚动转子式为主，其作为空调器主要的能量消耗部件，占空调总功率的90%以上，因此各厂家对高效压缩机实实在在的能效提高有迫切的需求。本文以12K高效空调压缩机为研究对象，挖掘优化的因素。
1 开发研究思路
1.1压缩机性能影响因素
空调滚动转子式压缩机运行由电机带动泵体运转，泵体的曲轴及滚子进行旋转运动对气体进行压缩，滑片将高低压腔分隔，曲轴及滚子每旋转一周即完成一次吸排气过程。
直接影响压缩机性能的因素是“冷量”及“功率”，提高压缩机冷量及降低压缩机功率均可以提高压缩机能效COP（COP=冷量/功率）
1.1.1对冷量的影响主要反映在容积效率上；
影响因素有余隙容积引起的再膨胀损失、泄漏损失回流损失、热传递膨胀损失、吸排气口结束角度实际工作范围。
容积效率[1]：指压缩机在单位时间内，实际能够从吸气端输送到排气端的气体流量与理论容积流量之比值。反映压缩机容积的有效利用程度。
——实际排出气体量； ——理论排出气缸量；
1.1.2对功率的影响主要反映在指示效率、机械效率及电机效率上；
指示效率影响因素为吸气阻力引起的损失、泄漏及余隙影响引起的再重复压缩损失、排气过程引起的过压缩损失及排气结构引起的排气阻力损失。机械效率影响因素为泵体零件各摩擦副引起的摩擦损失。电机效率影响因素为铜损及铁损。
指示效率：
指等熵理论功率与压缩机指示功率之比。反映动力经济性角度下的压缩机内部热力过程完善程度。
——指压缩单位工质所需的等熵循环理论功
——实际循环指示功
机械效率：
指压缩机指示功率与轴功率之比。反映压缩机磨损损失大小程度。
——指示功率 ——轴功率
绝热效率：
指等熵理论功率与压缩机所消耗的轴功率之比，以称轴效率。反映压缩机泵体效率。
电机效率：
指等熵理论功率与电源输入功率之比。反映电机输入功率利用完善程度。
——指输出功率； ——指输入功率
综合所述，压缩机的效率与各项效率成正比关系：
压缩机效率n=容积效率×指示效率×机械效率×电机效率
2提高容积效率
冷媒在泵体内的泄漏最大为滚子与气缸的径向泄漏，减少泄漏可以提高压缩机容积效率，泵体径向泄漏有比较大的改善空间，而泵体的径向影响因素主要由同心间隙的大小确定，同心间隙为各零件径向间隙之和。
泵体的同心间隙泄漏占总泄漏量的60%，而泄漏量与间隙宽度的3次幂成正比，为此减少同心间隙对压缩机提效有理论基础。
制冷剂的泄漏量计算式如下
其中Q为泄漏量，u为径向间隙尺寸
虽然同心间隙减少可以提高压缩机能将，但间隙越小泵体生产下线率高，通过对零件加工精度提升，减少尺寸生产波动，在生产可控制的范围内对同心间隙进行减少，随线生产验证结果见表一，改进机型的制冷量及COP都有提升。
3提高指示效率
3.1阀片改进
阀片的宽度及长度、挡板的升程及弧面对排气阻力及回流有直接影响，设计方向为减少阀片排气阻力的同时，加快阀片的关闭排气口的时间，减少回流，提高指示效率。阀片挡板的开启角度提前：利于避免过压缩。阀片挡板的关闭角度提前：利于避免高压气体回流。
改进方案通过减少挡板及阀片对应位置的头部直径及宽度，减少气流阻力；通过减少直线部长度及总长，加快阀片闭合速度。
理论计算结果；
从表三模拟分析可以看出，改进阀片挡板启始角减少，关闭角减少，对气缸过压缩及高压回流都有改善作用。
实测性能对比；
实验装机对比如下表四，功率下降趋势与理论分析相同，能效提升0.9%：
3.2吸氣通道优化
吸气通道的设计总的来说涉及吸气口大小及吸气结束角度大小，常规结构设计为圆形口，吸气口越大吸气阻力越小，但吸气结束角度越大（回流越大），所以吸气口设计要求在保证基本最大吸气口结束角度的前提下，尽可能加大吸气流通通道面积，减少阻力提高指示效率。由下式可知气流阻力与管路直径成反比。
管路阻力系数
其中、由管路及管材决定的系数；d为管路直径；v为气体速度
设计方案如图二所示，其优点是在不改变吸气结束角度的情况下，增大吸气面积20%。从流体模拟分析束量图可知，改进吸气口吸气阻力明显减少，基本上没有产生对能量有损失的涡流情况，可定性说明对吸气阻力的减少有改善效果。
对上述方案进行装机试验验证，样机对比情况如下表五，压缩机功率有明显减少，压缩机能效提升明显。
4结束语
对12K空调压缩机能效影响因素进行分析，通过各改进试验提高压缩机容积效率及指示效率，压缩机整体能效提升约4.5%，能效提升明显，改进试验可应用于其它相似结构压缩机，对空调压缩机产品的能效提升有一定的借鉴作用。
参考文献：
[1] 马国远，李红旗.旋转压缩机[M].北京：机械工业出版社，2001：9-10.
[2] 何晓明，张锐等. 窖式制冷压缩机计算模拟与验证. 北京工业大学学报，2001，27（1）：104-108