冷鏈技術普及：5種壓縮機優(yōu)缺點解析

　　壓縮機主要有5種，活塞式壓縮機，滾動轉子式壓縮機、渦輪式壓縮機、螺桿式壓縮機、離心式壓縮機，本文就各種壓縮機的優(yōu)缺點來簡要介紹一下。

　　1.活塞式壓縮機

　　當活塞式壓縮機的曲軸旋轉時，通過連桿的傳動，活塞便做往復運動，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構成的工作容積則會發(fā)生周期性變化。活塞式壓縮機的活塞從氣缸蓋處開始運動時，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，這時氣體即沿著進氣管，推開進氣閥而進入氣缸，直到工作容積變到最大時為止，進氣閥關閉；活塞式壓縮機的活塞反向運動時，氣缸內(nèi)工作容積縮小，氣體壓力升高，當氣缸內(nèi)壓力達到并略高于排氣壓力時，排氣閥打開，氣體排出氣缸，直到活塞運動到極限位置為止，排氣閥關閉。當活塞式壓縮機的活塞再次反向運動時，上述過程重復出現(xiàn)。

　　總之，活塞式壓縮機的曲軸旋轉一周，活塞往復一次，氣缸內(nèi)相繼實現(xiàn)進氣、壓縮、排氣的過程，即完成一個工作循環(huán)。

　　優(yōu)點

　　(1)不論流量大小，都能得到所需要的壓力，排氣壓力范圍廣，最高壓力可達320MPa（工業(yè)應用），甚至700MPa，（實驗室中）；

　　(2)單機能力為在500m3/min以下的任意流量；

　　(3)在一般的壓力范圍內(nèi)，對材料的要求低，多采用普通的鋼鐵材料，加工較容易，造價也較低廉；

　　(4)熱效率較高，一般大、中型機組絕熱效率可達0.7~0.85左右；

　　(5)氣量調(diào)節(jié)時，適應性強，即排氣范圍較廣，且不受壓力高低影響，能適應較廣闊的壓力范圍和制冷量要求；

　　(6)氣體的重度和特性對壓縮機的工作性能影響不大，同一臺壓縮機可以用于不同的氣體；

　　(7)驅動機比較簡單，大都采用電動機，一般不調(diào)速，可維修性強；

　　(8)活塞壓縮機技術上較為成熟，生產(chǎn)使用上積累了豐富的經(jīng)驗；

　　缺點

　　(1)結構復雜笨重，易損件多，占地面積大，投資較高，維修工作量大，使用周期較短，但經(jīng)過努力可以達到8000小時以上；

　　(2)轉速不高，機器體積大而重，單機排氣量一般小于500m3/min；

　　(3)機器運轉中有振動；

　　(4)排氣不連續(xù)，氣流有脈動，容易引起管道振動，嚴重時往往因氣流脈動、共振而造成管網(wǎng)或機件的損壞；

　　(5)流量調(diào)節(jié)采用補助容積或旁路閥，雖然簡單、方便、可靠，但功率損失大，在部分載荷操作時效率降低；

　　(6)用油潤滑的壓縮機，氣體中帶油需要脫除；

　　(7)大型工廠采用多臺壓縮機組時，操作人員多或工作強度較大。

　　2.滾動轉子式壓縮機

　　滾動轉子式壓縮機是一種容積型回轉式壓縮機，氣缸工作容積的變化，是依靠一個偏心裝置的圓筒形轉子在氣缸內(nèi)的滾動來實現(xiàn)的。

　　(1)轉子回轉一周，將完成上一工作循環(huán)的壓縮和排氣過程及下一工作循環(huán)的吸氣過程。

　　(2)由于不設進汽閥，吸氣開始的時機和汽缸上吸氣孔口位置有嚴格的對應關系，不隨工況的變化而變動。

　　(3)由于設置了排汽閥，壓縮終了的時機將隨排氣管中壓力的變化而變動。

　　優(yōu)點

　　這類壓縮機如今在家用電冰箱和空調(diào)器中應用也很普遍，它的優(yōu)點為：

　　(1)結構簡單，體積小，重量輕，同活塞式壓縮機比較，體積可減小40％～50％，重量也可減輕40％～50％；

　　(2)零部件少，特別是易損件少，同時相對運動部件之間的摩擦損失少，因而可靠性較高；

　　(3)僅滑片有較小的往復慣性力，旋轉慣性力可完全平衡，轉速可以較高，并且振動小，運轉平穩(wěn)；

　　(4)沒有吸氣閥，吸氣時間長，余隙容積小，并且直接吸氣，減小了吸氣有害過熱，所以其效率高。但其加工及裝配精度要求高。由于沒有氣閥，可以用于輸送污濁和帶液滴、含粉塵的工藝用氣體；

　　缺點

　　回轉式壓縮機的主要缺點是滑片與氣缸壁面之間的泄漏、摩擦和磨損較大，限制了它的工作壽命及效率的提高；并且這種壓縮機加工精度要求較高。如果采用雙層滑片，運行時兩塊滑片的端部都與氣缸內(nèi)壁保持接觸，形成兩道密封線，并在兩道密封線之間形成油封，大大降低了滑片端部的泄漏損失，減少摩擦力及摩擦損失，使機器的工作壽命及效率均有所提高。

　　這種壓縮機一旦在其軸承、主軸、滾輪或是滑片處發(fā)生磨損，間隙增大，馬上會對其性能產(chǎn)生較明顯的不良影響，因而它通常是用在工廠中整體裝配的冰箱、空調(diào)器中，系統(tǒng)內(nèi)也要求具有較高的清潔度。

　　3.渦旋式壓縮機

　　渦旋壓縮機中的主要部件是兩個形狀相同但角相位置相對錯開180°的漸開線渦旋盤，其一是固定渦旋盤，而另一個是由偏心軸帶動，其軸線繞著固定渦旋盤軸線做公轉的繞行渦旋盤。工作中兩個渦旋盤在多處相切形成密封線，加上兩個渦旋盤端面處的適當密封，從而形成好幾個月牙形氣腔。兩個渦旋盤間公共切點處的密封線隨著繞行渦旋盤的公轉而沿著渦旋曲線不斷轉移，使這些月牙形氣腔的形狀大小一直在變化。壓縮機的吸氣口開在固定渦旋盤外殼的上部。當偏心軸順時針旋轉時，氣體從吸氣口進入吸氣腔，相繼被攝入到外圍的與吸氣腔相通的月牙形氣腔里。隨著這些外圍月牙形氣腔的閉合而不再與吸氣腔相通，其密閉容積便逐漸被轉移向固定渦旋盤的中心且不斷縮小，氣體被不斷壓縮而壓力升高。

　　優(yōu)點

　　從具體結構上看，渦旋壓縮機沒有吸、排氣閥，這大大提高了高速運轉的可靠性。綜合起來看，渦旋壓縮機有以下幾個主要特點：

　　(1)屬于第三代壓縮機，多個壓縮腔同時工作，相鄰壓縮腔之間的氣體壓差小，氣體泄漏量少，容積效率高，可達98%，比第二代壓縮機轉子壓縮機效率高5％左右；

　　(2)驅動動渦盤運動的偏心軸可以高速旋轉，因此，渦旋式壓縮機體積小重量輕；

　　(3)動渦盤與主軸等運動部件的受力變化小，整機振動小；

　　(4)沒有吸、排氣閥，渦旋壓縮機運轉可靠，且特別適應于變轉速運動和變頻調(diào)速技術；

　　(5)渦旋壓縮機的壓縮腔是由渦旋型線構成的，為多室壓縮機構，當動渦盤中心繞靜渦盤中心作圓周運動時，各壓縮腔容積隨主軸轉角發(fā)生變化，將相應地減小或擴大，由此實現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排氣過程，由于吸排氣過程幾乎連續(xù)進行，整機噪聲很低；

　　(6)軸向和徑向柔性結構提高了渦旋壓縮機的生產(chǎn)效率，而且保證軸向間隙和徑向間隙的密封效果，不因摩擦和磨損而降低，即渦旋壓縮機有可靠和有效的密封性，所以其制冷系數(shù)不是隨運行時間的增加而減小，而是略有提高；

　　(7)渦旋壓縮機有著良好的工作特性，性能主要受自身壓縮比和吸氣壓力的影響，排氣壓力范圍廣，適用各種室內(nèi)、外環(huán)境，確保壓縮機一直在高能效比下運行，從而保證空調(diào)機組的能效比。在熱泵式空調(diào)系統(tǒng)中，特別表現(xiàn)在制熱性能高、穩(wěn)定性好、安全性高；

　　(8)渦旋式壓縮機無余隙容積，在結構上屬于多室壓縮，相鄰的腔室內(nèi)壓力差別不是很大（近似連續(xù)變化），同時，動、靜渦盤端面接觸部的密封條靠軸向背壓被壓緊而使得動、靜渦盤緊密接觸，并在冷凍油的幫助下實現(xiàn)良好的密封效果，從而使得內(nèi)泄漏幾乎不存在；當密封條端平面被磨損后，可以沿軸向方向自動補償，以保證動渦盤端面和靜渦盤底面始終貼緊，而且壓縮機工作時間越長，這些貼緊的相對運動面的配合越好，密封效果也越好，這些優(yōu)點使得渦旋壓縮機不存在二次壓縮制冷劑氣體的問題，是保持高容積效率運行的重要保障因素之一；

　　(9)力矩變化小，平衡性高，振動小，運轉平穩(wěn)，從而操作簡便，易于實現(xiàn)自動化；

　　(10)因其自身運動部件少、沒有往復運動機構，所以結構簡單、體積小、重量輕、零件少（特別是易損件少），可靠性高，壽命在20年以上。

　　缺點

　　(1)其運動機件表面多是呈曲面形狀，這些曲面的加工及其檢驗均較復雜，制造需高精度的加工設備及精確的調(diào)心裝配技術，因此制造成本較高。

　　(2)其運動機件之間或運動機件與固定機件之間，常以保持一定的運動間隙來達到密封，氣體通過間隙勢必引起泄漏，這就限制了回轉式壓縮機難以達到較大的壓縮比，因此，大多數(shù)回轉式壓縮機多在空調(diào)工況下使用。

　　4.螺桿式壓縮機

　　螺桿壓縮機是通過由5個凸齒組成的陽轉子（以下簡稱為M轉子）與由6個凹齒組成的陰轉子（以下簡稱為F轉子）的嚙合形成齒形空間吸入冷媒，通過減小齒形空間來壓縮冷媒至所定壓力。螺桿壓縮機的工作流程如下：

　　〔吸入行程〕

　　從在軸向到半徑方向上開口的吸入口吸入冷媒。隨著轉子的回轉，在轉子下側，嚙合分開，齒溝長度增大，冷媒被吸入齒形空間。

　　〔壓縮行程〕

　　從齒溝的吸入側開始進行齒形的嚙合，密封線漸漸向排出側行進，齒形空間減少，進行壓縮。

　　〔壓縮行程〕

　　通過隨著冷媒一起吸入的潤滑油，在轉子間隙內(nèi)形成油膜密封，同時對轉子進行潤滑。陽轉子和陰轉子漸漸靠近排出口進行壓縮，壓力升高。

　　〔排出行程〕

　　齒形空間與排出口連上，開始排出行程。此行程持續(xù)到排出端，直到齒形空間的冷媒被完全送出為止。

　　優(yōu)點

　　(1)零部件少，易損件少，可靠性高;

　　(2)操作維護方便;

　　(3)沒有不平衡慣性力.運轉平穩(wěn)安全，振動小;

　　(4)具有強制輸氣的特點，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，工況適應性強;

　　(5)螺桿壓縮機的轉子齒面實際上是有間隙的.因此對濕行程不敏感，能耐液擊;

　　(6)排氣溫度低，可在較高壓比的工況下運行:

　　(7)可實現(xiàn)制冷情無級調(diào)節(jié)，采用滑閥機構，使制冷量可從15%~100%進行無級調(diào)節(jié)，節(jié)省運行費用;

　　(8)容易實現(xiàn)自動化，可實現(xiàn)遠程通信。

　　缺點

　　(1)轉子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具，在價格昂貴的設備上加工，機體零部件加工精度也有較高的要求，必須采用高精度設備:

　　(2)由于齒間容積周期性地與吸、排氣口連通，故壓縮機噪聲高;

　　(3)由于受到轉子剛度和軸承壽命等限制，壓縮機內(nèi)部只能依靠間隙密封，所以螺桿壓縮機只能適用于中、低壓范圍，不能用于高壓場合;

　　(4)由于噴油量大，油處理系統(tǒng)復雜，故機組附屬設備多;

　　(5)螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體，在小容積范圍內(nèi)不具有優(yōu)越的性能。

　　5.離心式壓縮機

　　離心式制冷壓縮機的構造和工作原理與離心式鼓風機極為相似。但它的工作原理與活塞式壓縮機有根本的區(qū)別，它不是利用汽缸容積減小的方式來提高氣體的壓力，而是依靠動能的變化來提高氣體壓力。離心式壓縮機具有帶葉片的工作輪，當工作輪轉動時，葉片就帶動氣體運動或者使氣體得到動能，然后使部分動能轉化為壓力能從而提高氣體的壓力。這種壓縮機由于它工作時不斷地將制冷劑蒸汽吸入，又不斷地沿半徑方向被甩出去，所以稱這種型式的壓縮機為離心式壓縮機。

　　優(yōu)點

　　(1)離心式壓縮機的氣量大，結構簡單緊湊，重量輕，機組尺寸小，占地面積小，相對于活塞式壓縮機，在制冷量相同時，重量較活塞式輕5～8倍。

　　(2)由于它沒有汽閥活塞環(huán)等易損部件，又沒有曲柄連桿機構，運轉平衡，操作可靠，運轉率高，摩擦件少，因之備件需用量少，維護費用及人員少。

　　(3)工作輪和機殼之間沒有摩擦，無需潤滑。在化工流程中，離心式壓縮機對化工介質可以做到絕對無油的壓縮過程。

　　(4)離心式壓縮機為一種回轉運動的機器，它適宜于工業(yè)汽輪機或燃汽輪機直接拖動。對一般大型化工廠，常用副產(chǎn)蒸汽驅動工業(yè)汽輪機作動力，為熱能綜合利用提供了可能。

　　缺點

　　(1)離心式壓縮機目前還不適用于氣量太小及壓比過高的場合，并且由于適宜采用分子量比較大的制冷劑，故只適用于大制冷量，一般都在25～30萬大卡/時以上。

　　(2)離心式壓縮機的穩(wěn)定工況區(qū)較窄，其氣量調(diào)節(jié)雖較方便，但經(jīng)濟性較差。

　　(3)目前離心式壓縮機效率一般比活塞式壓縮機低。

　　(4)一般要用增速齒輪傳動，轉速較高，對軸端密封要求高，這些均增加了制造上的困難和結構上的復雜性。