变频技术在单螺杆制冷压缩机中的应用研究

　　变频技术；单螺杆制冷压缩机；应用1弓丨言单螺杆制冷压缩机具有结构简单，受力平衡性好、轴承寿命长、振动小、噪声低等特点，目前已在制冷和空调工况中有很大的应用。由于应用场合和外界气候条件的变化，单螺杆制冷压缩机在设计过程中要求具有一定的制冷量调节功能以适应不同负荷工况的需要，达到节能、降耗的效果。

　　在已经完成的工作中，国内外学者对于能量调节机构以及其工作原理都进行了系列的研究，提出了很多不同的技术用于调节单螺杆制冷压缩机的冷量。日本三井精机制造的机器中最早使用薄膜式气量调节器实现冷量的调节，该机构可独立安装在进气管上，对主机结构没有影响，但是结构比较复杂，只在气量经常变动的小型螺杆压缩机中使用。

　　在气量调节方法的理论研究方面，周雷、林强、金光熹等（1998研究了单螺杆制冷压缩机气量调节中使用的转动环式调节装置和滑阀式调节装置对压缩机内容积比、指示功率及比功率的影响。为了实现压缩机内容积比的变化的控制，以减小甚至避免附加能量损失，周雷和金光熹（1999又提出了一种分体滑阀结构，但由于其调节机构较复杂，未见其应用。2007年，美国VILTER公式提出了双滑阀气量调节机构，并申请了专利。

　　虽然双滑阀调节机构理论上可消除因过压缩造成的能量损失，但是需要用齿轮、齿条等传动机构分别控制滑阀的位移，稳定性差，故目前在单螺杆压缩机中使用较多的仍为单滑阀气量调节机构。

　　由此可见，目前单螺杆制冷压缩机使用较多的气量调节方式主要有以下几种：薄膜式、转动环式和滑阀式，而变频技术在单螺杆制冷压缩机中的使用还没有公开的研究。

　　本文针对单螺杆制冷压缩机的结构和工作特点，对于变频技术在单螺杆制冷压缩机中应用可能出现的问题进行研究，分析了压缩机启动过程中由于压缩腔内的高压力对于各个零部件强度的影响，并对比了采用变频技术后，压缩机在制冷和制热2种工况下的能耗。通过分析，指出了变频技术在单螺杆制冷压缩机中应用的技术难点，并为以后开发新技术提供依据。

　　变频技术原理随着经济的发展，人类的生产和生活对电能的需求越来越多，因此作为绿色节能的变频技术在空调冷冻行业中的应用也正在兴起。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率或者是电压从而实现转速的调节。目前在制冷机组中使用的变频技术包括直流变频和交流变频。

　　单螺杆制冷压缩机在设计完成后排气孔口的位置是固定的。而在采用变频技术对压缩机的气量进行调节来适应负荷变化时，压比也将发生变化。但是由于排气口位置固定，内容积比不可调，导致内外压比不等，这将带来额外的能量损失。

　　启动过程中内部压力过高除了对压缩机内部零部件的结构强度产生影响之外，也将导致压缩机的启动力矩增大，电机启动负载升高。

　　转速改变，对于轴承的运行特性也有很大影响。

　　计算结果与分析下面针对某型号的单螺杆制冷压缩机，从上节中前2个问题的角度分析了变频技术对单螺杆制冷压缩机的工作过程产生的影响。该型号压缩机的参数如表1所示，使用的制冷剂为R134a.表1单螺杆制冷压缩机的主要参数螺杆直径星轮直径中心距星轮齿宽4.1启动过程压缩腔内高压力由于制冷量的需求，冷水机组装机完成后，当压缩机处于停机状态时，整个系统内制冷剂处于平衡状态，内部压力远高于吸气压力。而当压缩机启动时，吸入的气体为平衡态的制冷剂蒸气，其压力远远高于压缩机的额定吸气压力。传统的机械式卸载方案在调节气量的同时还能起到启动过程中卸载的作用。但是变频技术是通过改变转速来实现气量调节的，这就使得采用该种调节方案的单螺杆制冷压缩机在启动过程中存在启动压力高，各零部件受力大的特点。