隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高,全世界已達(dá)成共識(shí),即用HFC系列的冷媒R410A替代HCFC系列冷媒R22。而R410A用旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)相對(duì)R22用壓縮機(jī)再膨脹系數(shù)大,因此排氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是不可忽略的重要環(huán)節(jié)。 
    關(guān)鍵詞:特性;P-V分析;數(shù)據(jù)分析 
    行業(yè)人士都很清楚,目前我國(guó)匹配家用空調(diào)器用的壓縮機(jī)大多是由日系廠家生產(chǎn)的,如日立、松下、東芝、三菱、三洋等,并且其產(chǎn)品技術(shù)也基本被日方壟斷,中方所掌握的技術(shù)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)手段都非常有限。 
    為最優(yōu)化旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的排氣系統(tǒng),下面對(duì)排氣系統(tǒng)中各參數(shù)與壓縮機(jī)性能參數(shù)的相互關(guān)系進(jìn)行具體描述。 
    1.R410A冷媒的特性 
    R410A相對(duì)R22具有壓力大,壓力差大,密度大的特點(diǎn)。特別是采用R410A的壓縮機(jī)相對(duì)采用R22的壓縮機(jī)在同一容積的行程條件下,因其密度大,所以冷凍能力大,且高壓力差導(dǎo)致了理論動(dòng)力大,輸入功率大,能效比(EER)低,因此改善該壓縮機(jī)的效率極其重要。 
    2.P-V分析 
    2.1效率以及損失 
    壓縮機(jī)的可逆絕熱壓縮時(shí)的理論動(dòng)力公式如下: 
    Pth=a△hcomp(1) 
    其中Pth:壓縮機(jī)的理論動(dòng)力 
    a:實(shí)際質(zhì)量流動(dòng)率 
    △hcomp:等熵壓縮時(shí)的比焓差 
    而實(shí)際質(zhì)量流動(dòng)率等于冷凍能力除以指定蒸發(fā)器的比焓差的商。 
    旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的氣缸內(nèi)的氣體壓縮過程為多變壓縮,可用下式進(jìn)行表述。 
    PVn=const(一定)(2) 
    其中P:壓縮室的壓力 
    V:壓縮室的體積 
    n:多變指數(shù) 
    另,體積效率如下式: 
    ηvol=Va/Vth(3) 
    其中Va:實(shí)際壓縮室體積 
    Vth:理論壓縮室體積 
    求解上述效率時(shí),首先進(jìn)行量熱計(jì)試驗(yàn),使壓縮機(jī)在正常條件下運(yùn)行,測(cè)出輸入功率、冷凍能力和EER。另外通過冷凍能力,求出實(shí)際質(zhì)量流動(dòng)率,再除以理論質(zhì)量流動(dòng)率可求得體積效率。 
    2.2排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 
    旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的排氣系統(tǒng)是由氣缸上的排氣口、上軸承上的孔、平板形閥座、排氣閥以及閥片限位板組成。另外冷媒的流動(dòng)路徑為,在壓縮機(jī)的壓縮室被壓縮的冷媒氣體通過排氣口、上軸承孔,并通過閥片的有效流動(dòng)面積,排到消音室中。 
    3.數(shù)據(jù)比較 
    3.1閥片厚度 
    壓縮機(jī)的性能以及損失隨閥片厚度的變化。閥片厚度較薄時(shí),0.83t相對(duì)1t冷凍能力和輸入功率基本沒有差別。當(dāng)采用1.25t時(shí)隨著輸入功率的增加EER有所下降,這是因?yàn)檫^壓縮損失增加了17%。由此可知當(dāng)閥片過厚時(shí),閥片剛性過大,排氣過程中閥片快速關(guān)閉,致使氣缸內(nèi)壓力增加,過壓縮損失也大幅度地增加。因此我們必須避免由于采用過厚的閥片,而導(dǎo)致過壓縮損失劇增的現(xiàn)象。
    表1閥片厚度與損失的關(guān)系 
    項(xiàng)目0.83t1.0t1.25t 
    性能冷凍能力%100.12100.0099.92 
    輸入功率%99.85100.00100.43 
    EER%100.31100.0099.48 
    效率體積%100.00100.0099.89 
    損失過壓縮%92.86100.00116.67 
    全再、熱、漏%101.19100.00101.19 
    規(guī)格閥片厚度%83100125 
    閥片升程%100←← 
    閥片有效長(zhǎng)度%100←← 
    工具角度%100←← 
     
    3.2閥片升程 
    通常,閥片的升程對(duì)壓縮機(jī)的性能有著較大的影響,但在本次研究中的1H~2H范圍內(nèi)基本沒有影響。當(dāng)閥片升程過小時(shí),閥的有效流通面積變小,導(dǎo)致過壓縮損失劇增,相反升程超過適當(dāng)大小時(shí),對(duì)過壓縮損失的改善也毫無幫助。另外當(dāng)升程過大時(shí),閥片的撓曲應(yīng)力增加,可靠性下降,因此在滿足最佳性能的前提下,升程應(yīng)取最小值。 
    3.3有效閥片長(zhǎng)度 
    當(dāng)采用有效長(zhǎng)度為1.24L的閥片時(shí)相對(duì)1L閥片EER有所增加。這是因?yàn)榕艢膺^程中,過壓縮損失有所降低,并且長(zhǎng)閥片相對(duì)短閥片,即使作用力相同,但因力臂和力矩大,其開啟性能以及持續(xù)性能良好,這有助于減少過壓縮損失。因此在允許空間范圍內(nèi),并且在無逆流損失遞增的范圍內(nèi)應(yīng)加大有效閥片長(zhǎng)度,這對(duì)過壓縮損失的改善具有良好的效果。 
    3.4刀具角度 
    眾所周知,排氣口的刀具角度對(duì)過壓縮角度和再膨脹角度的影響很大,且兩損失間存在互補(bǔ)關(guān)系。加大刀具角度時(shí),過壓縮損失下降,但余隙容積的增加導(dǎo)致再膨脹損失的增加。因此對(duì)兩損失互補(bǔ)關(guān)系的優(yōu)化設(shè)計(jì)尤為重要。 
    加大后的刀具角度1.65θ相對(duì)基準(zhǔn)角度1θ,其相應(yīng)的壓縮機(jī)輸入功率稍有下降,但冷凍能力的下降幅度較大,因此最終EER也下降。根據(jù)該結(jié)果,若從冷凍能力方面考慮,隨著刀具角度的增加,余隙容積增加,體積效率下降,冷凍能力也降低。另外,若從輸入功率方面考慮,隨著排氣的延遲,排氣行程縮短,過壓縮損失有較明顯的改善,輸入功率下降,但是由于冷凍能力有大幅度的降低,最后導(dǎo)致EER下降1.4%左右。由此可知,刀具角度的變化對(duì)性能的影響程度較大,所以必須優(yōu)化該設(shè)計(jì),提高壓縮機(jī)性能。 
    表2工具角度與損失的關(guān)系 
    項(xiàng)目1.0θ1.65θ 
    性能冷凍能力%100.0097.99 
    輸入功率%100.0099.42 
    EER%100.0098.56 
    效率體積%100.0097.89 
    損失過壓縮%100.0092.31 
    全再、熱、漏%100.00101.75 
    規(guī)格閥片厚度%100← 
    閥片升程%100← 
    閥片有效長(zhǎng)度%124← 
    工具角度%100165 
     
    4.結(jié)論 
    以R410a用旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)排氣系統(tǒng)為對(duì)象,在一定范圍內(nèi)對(duì)各性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)機(jī)狀態(tài)下的性能實(shí)驗(yàn)以及P-V實(shí)驗(yàn)后的分析,可得出以下結(jié)論。 
    (1)閥片過厚時(shí),在排氣過程中產(chǎn)生壓力的二次上升現(xiàn)象,導(dǎo)致過壓縮損失的增加。另外基準(zhǔn)厚度和過厚厚度之間存在約0.8%的EER差異。 
    (2)本次研究結(jié)果表示,閥片升程量對(duì)性能的影響甚微,這是因?yàn)樵趯?duì)象能力范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)中,已經(jīng)確保了充分的升程量。 
    (3)有效閥片長(zhǎng)度長(zhǎng)時(shí),相對(duì)短時(shí)在排氣全過程中過壓縮損失小,這是因?yàn)椴捎瞄L(zhǎng)閥片時(shí)力臂和力矩較大,能夠改善閥片的開啟性能和持續(xù)性能。另外,在閥片長(zhǎng)或短的兩個(gè)狀態(tài)下,其EER約有0.7%的差異。 
    (4)加大排氣口的刀具加工角度時(shí),過壓縮損失下降,輸入功率下降,再膨脹系數(shù)增加,冷凍能力大幅下降,導(dǎo)致EER約下降1.4%,由此可知兩種損失之間存在互補(bǔ)關(guān)系。 
    (5)在有限范圍內(nèi)對(duì)性能參數(shù)進(jìn)行定量分析的結(jié)果可知,最好與最差之間存在約3%的EER差異,相信上述數(shù)據(jù)能夠?qū)410a用高效率旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的研究起到一定的作用。