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摘要：制冷系统中，压缩机作为核心部件，在制冷空调行业有着极为广泛的应用。本文总结了现有压缩机的应用和研究动态，并通过对比分析各类型制冷压缩机的性能优劣，指出其发展趋势。
关键词：制冷压缩机；研究动态；发展趋势
制冷系统中，压缩机通过工作，将制冷剂蒸汽从低压提到高压，为气态制冷剂在冷凝器中冷凝液化创造了条件；压缩机通过消耗电能，使制冷剂在制冷系统中持续地克服阻力不断循环流动，从而完成制冷循环。因此，制冷压缩机的热力性能与可靠性，是决定制冷系统的热力性能及可靠性的关键性因素。本文通过总结分析现有压缩机的应用现状和研究动态，对比各类压缩机的性能优劣，提出制冷压缩机未来的发展前景。
1、制冷压缩机的分类
根据工作原理，制冷压缩机可分为容积型压缩机和速度型压缩机。容积型压缩机通过强制缩小气体容积的方式来提高气体压力。容积型压缩机又可分为回转式压缩机和往复式压缩机。活塞式压缩机是典型的往复式压缩机，回转式压缩机有螺杆式、涡旋式、滚动转子式等。速度型压缩机通过提高被压缩制冷剂气体的速度，再通过扩压器将速度能转化为压力能，从而提高气体的压力。速度型压缩机的主要形式有离心式和轴流式。
根据密封形式，制冷压缩机可分为开启式、半封闭式和全封闭式三大类。开启式压缩机主轴伸出机体之外与原动机相连，并设有轴封。开启式压缩机体积较大，密封性能差，散热性能好，便于维修，通常用于制冷量较大的制冷系统中。半封闭式压缩机将压缩机与电动机置于同一壳体之内，封闭壳体由螺栓联接。密封性能好，散热性能差，可维修、更换零部件。一般用于中等制冷量的制冷系统。
按工作的蒸发温度，制冷压缩机可分为低温制冷压缩机、中温制冷压缩机和高温制冷压缩机。各类压缩机工作的蒸发温度范围约为：中温制冷压缩机约为-20～-10℃，低温制冷压缩机约为-45～-20℃，高温制冷压缩机约为-10～-20℃。
2、应用和研究动态
2.1 往复式压缩机
往复式活塞制冷压缩机广泛应用于制冷空调行业，在全球范围内约99%的家用冰箱采用活塞式压缩机；各交通运输设备中，约85%的客车，货车空调设备均采用活塞式压缩机。此外，在食品冷链物流中，活塞式制冷压缩机也得到极为广泛的应用。活塞式压缩机的工作过程分为压缩、排气、膨胀、吸气四个过程，其结构图如图1所示。活塞式压缩机是应用范围最广的往复式制冷压缩机，经过长期的研发，技术已十分成熟。
能量调节方面，活塞式制冷压缩机调节方式主要有多台间歇运行调节，旁通调节、变频调节、启动卸载调节、关闭吸气通道调节等。张宗珍等建立了压缩机的数学模型，进行模拟仿真，总结了变频调节过程中出现的问题，如泄漏增多、低频运行时气阀工作不稳定、管网共振等，并提出了相应的解决方案。活塞式制冷压缩机的活塞往复运行特性在一定程度上限制了变频特性的发挥，但这种调节方式同其他调节方式相较仍然具有较高的能效比，节能效果显著。
提高工作性能方面，采用多级压缩和吸气喷液技术可以有效降低压缩机排气温度，改善润滑工况。多级压缩将一次压缩分为多级进行，并在每级压缩之后将压缩机排气导入中冷器中进行冷却。通过引入外界冷源的冷却，使输入下一级的制冷剂蒸汽比体积减小，提高实际输气量的同时减少了压缩机的输入功。吸气喷液技术是将制冷剂液体直接喷入压缩机吸气腔或吸气管的一种降低排气温度的冷却方式。王枫等人以三洋C-L150M82型压缩机进行实验，在不同工况下对压缩机的排气温度、功耗、系统制冷量和COP进行对比，得出结论为：吸气喷液技术能够有效地降低排气温度，但同时系统的COP也有所降低，功耗增加。
2.2 涡旋式压缩机
渦旋式制冷压缩机也是容积型压缩机的一种，其结构图如图2所示，静涡旋体固定在机架上，动涡旋体在偏心轴的驱动下，以静涡旋体的中心为旋转中心作无自转的回转平动，具有噪声低、振动小、能耗低、质量轻、体积小、运行平稳等优点，目前以全封闭结构为主。涡旋式制冷压缩机被广泛应用于空调领域，并逐渐向冷冻冷藏、热泵采暖市场拓展。
对于涡旋式压缩机的研究，目前主要集中在涡旋体型线研究、能量调节和运行范围拓展等领域。
在涡旋体型线研究方面，主要是结合涡旋式制冷压缩机在结构力学、空气动力学等学科中的特点修正并优化其涡旋型线。李英总结了涡旋式压缩机现有型线的类型，并给出常用型线始端的修正方法。西安交通大学畅云峰介绍了一种精度高、生成最小圆弧段、运算速度快的涡旋式压缩机型线生成数控加工系统，并给出了具体的程序框图，同时列举了应用实例。
在能量调节方面，主要是数码涡旋调节和变频调节。谷轮公司于21世纪初正式推出了涡旋式压缩机的数码涡旋技术变容量调节方式。数码涡旋技术具有以下优点：控制过程简单，可以准确控制需求的输出容量，容量范围较大，回油容易以及系统结构简单。对于全封闭涡旋式压缩机而言，变频调节主要有交流变频和直流变速两种。变频调节控温精度高，制冷系统温度波动小，但变频器成本较高且存在电磁干扰等问题。近年来随着变频器价格的下降，变频涡旋式压缩机在市场中获得广泛的应用。
在运行范围拓展方面，喷液技术和中间补气技术是目前的研究热点。同往复式压缩机相同，涡旋式压缩机也可以采用吸气喷液技术降低压缩机排气温度，改善工作性能。殷翔等通过搭建吸气喷液回路实验台，研究了在不同压比和不同制冷剂流量下，压缩机的排气温度、制冷系统的COP以及系统制冷量的变化情况。得出结论为：较小幅度降低排气温度可以保证制冷系统的COP不降低，但大幅度降低排气温度会使制冷系统COP有微小的降低；同时压比越大，制冷系统的COP下降幅度越小。故吸气喷液技术在高压比下具有较大优势。张剑飞等对有中间补气的涡旋式压缩机制冷系统进行理论分析，在不同蒸发温度下，对涡旋式压缩机的排气温度、功率以及能效比等进行对比。实验表明，蒸发温度在-5℃到-20℃之间变化时，有中间补气的涡旋式压缩机能效比和能力都有较大幅度提升，功耗增加仅约为10%。
关键词：制冷压缩机；研究动态；发展趋势
制冷系统中，压缩机通过工作，将制冷剂蒸汽从低压提到高压，为气态制冷剂在冷凝器中冷凝液化创造了条件；压缩机通过消耗电能，使制冷剂在制冷系统中持续地克服阻力不断循环流动，从而完成制冷循环。因此，制冷压缩机的热力性能与可靠性，是决定制冷系统的热力性能及可靠性的关键性因素。本文通过总结分析现有压缩机的应用现状和研究动态，对比各类压缩机的性能优劣，提出制冷压缩机未来的发展前景。
1、制冷压缩机的分类
根据工作原理，制冷压缩机可分为容积型压缩机和速度型压缩机。容积型压缩机通过强制缩小气体容积的方式来提高气体压力。容积型压缩机又可分为回转式压缩机和往复式压缩机。活塞式压缩机是典型的往复式压缩机，回转式压缩机有螺杆式、涡旋式、滚动转子式等。速度型压缩机通过提高被压缩制冷剂气体的速度，再通过扩压器将速度能转化为压力能，从而提高气体的压力。速度型压缩机的主要形式有离心式和轴流式。
根据密封形式，制冷压缩机可分为开启式、半封闭式和全封闭式三大类。开启式压缩机主轴伸出机体之外与原动机相连，并设有轴封。开启式压缩机体积较大，密封性能差，散热性能好，便于维修，通常用于制冷量较大的制冷系统中。半封闭式压缩机将压缩机与电动机置于同一壳体之内，封闭壳体由螺栓联接。密封性能好，散热性能差，可维修、更换零部件。一般用于中等制冷量的制冷系统。
按工作的蒸发温度，制冷压缩机可分为低温制冷压缩机、中温制冷压缩机和高温制冷压缩机。各类压缩机工作的蒸发温度范围约为：中温制冷压缩机约为-20～-10℃，低温制冷压缩机约为-45～-20℃，高温制冷压缩机约为-10～-20℃。
2、应用和研究动态
2.1 往复式压缩机
往复式活塞制冷压缩机广泛应用于制冷空调行业，在全球范围内约99%的家用冰箱采用活塞式压缩机；各交通运输设备中，约85%的客车，货车空调设备均采用活塞式压缩机。此外，在食品冷链物流中，活塞式制冷压缩机也得到极为广泛的应用。活塞式压缩机的工作过程分为压缩、排气、膨胀、吸气四个过程，其结构图如图1所示。活塞式压缩机是应用范围最广的往复式制冷压缩机，经过长期的研发，技术已十分成熟。
能量调节方面，活塞式制冷压缩机调节方式主要有多台间歇运行调节，旁通调节、变频调节、启动卸载调节、关闭吸气通道调节等。张宗珍等建立了压缩机的数学模型，进行模拟仿真，总结了变频调节过程中出现的问题，如泄漏增多、低频运行时气阀工作不稳定、管网共振等，并提出了相应的解决方案。活塞式制冷压缩机的活塞往复运行特性在一定程度上限制了变频特性的发挥，但这种调节方式同其他调节方式相较仍然具有较高的能效比，节能效果显著。
提高工作性能方面，采用多级压缩和吸气喷液技术可以有效降低压缩机排气温度，改善润滑工况。多级压缩将一次压缩分为多级进行，并在每级压缩之后将压缩机排气导入中冷器中进行冷却。通过引入外界冷源的冷却，使输入下一级的制冷剂蒸汽比体积减小，提高实际输气量的同时减少了压缩机的输入功。吸气喷液技术是将制冷剂液体直接喷入压缩机吸气腔或吸气管的一种降低排气温度的冷却方式。王枫等人以三洋C-L150M82型压缩机进行实验，在不同工况下对压缩机的排气温度、功耗、系统制冷量和COP进行对比，得出结论为：吸气喷液技术能够有效地降低排气温度，但同时系统的COP也有所降低，功耗增加。
2.2 涡旋式压缩机
渦旋式制冷压缩机也是容积型压缩机的一种，其结构图如图2所示，静涡旋体固定在机架上，动涡旋体在偏心轴的驱动下，以静涡旋体的中心为旋转中心作无自转的回转平动，具有噪声低、振动小、能耗低、质量轻、体积小、运行平稳等优点，目前以全封闭结构为主。涡旋式制冷压缩机被广泛应用于空调领域，并逐渐向冷冻冷藏、热泵采暖市场拓展。
对于涡旋式压缩机的研究，目前主要集中在涡旋体型线研究、能量调节和运行范围拓展等领域。
在涡旋体型线研究方面，主要是结合涡旋式制冷压缩机在结构力学、空气动力学等学科中的特点修正并优化其涡旋型线。李英总结了涡旋式压缩机现有型线的类型，并给出常用型线始端的修正方法。西安交通大学畅云峰介绍了一种精度高、生成最小圆弧段、运算速度快的涡旋式压缩机型线生成数控加工系统，并给出了具体的程序框图，同时列举了应用实例。
在能量调节方面，主要是数码涡旋调节和变频调节。谷轮公司于21世纪初正式推出了涡旋式压缩机的数码涡旋技术变容量调节方式。数码涡旋技术具有以下优点：控制过程简单，可以准确控制需求的输出容量，容量范围较大，回油容易以及系统结构简单。对于全封闭涡旋式压缩机而言，变频调节主要有交流变频和直流变速两种。变频调节控温精度高，制冷系统温度波动小，但变频器成本较高且存在电磁干扰等问题。近年来随着变频器价格的下降，变频涡旋式压缩机在市场中获得广泛的应用。
在运行范围拓展方面，喷液技术和中间补气技术是目前的研究热点。同往复式压缩机相同，涡旋式压缩机也可以采用吸气喷液技术降低压缩机排气温度，改善工作性能。殷翔等通过搭建吸气喷液回路实验台，研究了在不同压比和不同制冷剂流量下，压缩机的排气温度、制冷系统的COP以及系统制冷量的变化情况。得出结论为：较小幅度降低排气温度可以保证制冷系统的COP不降低，但大幅度降低排气温度会使制冷系统COP有微小的降低；同时压比越大，制冷系统的COP下降幅度越小。故吸气喷液技术在高压比下具有较大优势。张剑飞等对有中间补气的涡旋式压缩机制冷系统进行理论分析，在不同蒸发温度下，对涡旋式压缩机的排气温度、功率以及能效比等进行对比。实验表明，蒸发温度在-5℃到-20℃之间变化时，有中间补气的涡旋式压缩机能效比和能力都有较大幅度提升，功耗增加仅约为10%。