：變頻技術(shù)；單螺桿制冷壓縮機(jī)；應(yīng)用1弓丨言單螺桿制冷壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，受力平衡性好、軸承壽命長、振動小、噪聲低等特點(diǎn)，目前已在制冷和空調(diào)工況中有很大的應(yīng)用。由于應(yīng)用場合和外界氣候條件的變化，單螺桿制冷壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)過程中要求具有一定的制冷量調(diào)節(jié)功能以適應(yīng)不同負(fù)荷工況的需要，達(dá)到節(jié)能、降耗的效果。

　　在已經(jīng)完成的工作中，國內(nèi)外學(xué)者對于能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及其工作原理都進(jìn)行了系列的研究，提出了很多不同的技術(shù)用于調(diào)節(jié)單螺桿制冷壓縮機(jī)的冷量。日本三井精機(jī)制造的機(jī)器中*早使用薄膜式氣量調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)冷量的調(diào)節(jié)，該機(jī)構(gòu)可獨(dú)立安裝在進(jìn)氣管上，對主機(jī)結(jié)構(gòu)沒有影響，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，只在氣量經(jīng)常變動的小型螺桿壓縮機(jī)中使用。隨后，金光熹（1983對單螺桿制冷壓縮機(jī)中使用的轉(zhuǎn)動環(huán)式氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了研究，并提出了轉(zhuǎn)動環(huán)設(shè)計(jì)過程中各個結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定方法。B.Zimmern（1983，2000提出了通過滑閥來調(diào)節(jié)單螺桿制冷壓縮機(jī)氣量的方法，并對滑閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。之后，日本大金株式會社（28提出了一種滑閥的改造方案，即在滑閥的槽段開設(shè)凸臺，利用制冷劑氣體對凸臺產(chǎn)生的壓力來抑制閥體的旋轉(zhuǎn)，從而保證滑閥和螺桿轉(zhuǎn)子之間的間隙。在氣量調(diào)節(jié)方法的理論研究方面，周雷、林強(qiáng)、金光熹等（1998研究了單螺桿制冷壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)中使用的轉(zhuǎn)動環(huán)式調(diào)節(jié)裝置和滑閥式調(diào)節(jié)裝置對壓縮機(jī)內(nèi)容積比、指示功率及比功率的影響。為了實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)內(nèi)容積比的變化的控制，以減小甚至避免附加能量損失，周雷和金光熹（1999又提出了一種分體滑閥結(jié)構(gòu)，但由于其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，未見其應(yīng)用。2007年，美國VILTER公式提出了雙滑閥氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，并申請了專利。

　　雖然雙滑閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)理論上可消除因過壓縮造成的能量損失，但是需要用齒輪、齒條等傳動機(jī)構(gòu)分別控制滑閥的位移，穩(wěn)定性差，故目前在單螺桿壓縮機(jī)中使用較多的仍為單滑閥氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

　　由此可見，目前單螺桿制冷壓縮機(jī)使用較多的氣量調(diào)節(jié)方式主要有以下幾種：薄膜式、轉(zhuǎn)動環(huán)式和滑閥式，而變頻技術(shù)在單螺桿制冷壓縮機(jī)中的使用還沒有公開的研究。

　　本文針對單螺桿制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，對于變頻技術(shù)在單螺桿制冷壓縮機(jī)中應(yīng)用可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行研究，分析了壓縮機(jī)啟動過程中由于壓縮腔內(nèi)的高壓力對于各個零部件強(qiáng)度的影響，并對比了采用變頻技術(shù)后，壓縮機(jī)在制冷和制熱2種工況下的能耗。通過分析，指出了變頻技術(shù)在單螺桿制冷壓縮機(jī)中應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)，并為以后開發(fā)新技術(shù)提供依據(jù)。

　　2變頻技術(shù)原理隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類的生產(chǎn)和生活對電能的需求越來越多，因此作為綠色節(jié)能的變頻技術(shù)在空調(diào)冷凍行業(yè)中的應(yīng)用也正在興起。變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率或者是電壓從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。目前在制冷機(jī)組中使用的變頻技術(shù)包括直流變頻和交流變頻。

　　交流變頻技術(shù)是通過變頻器改變電源頻率，從而改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速的一種技術(shù)。當(dāng)在定子繞組上接入三相交流電時，電機(jī)轉(zhuǎn)速可用公http://www.cnki.net swin矣準(zhǔn)sw矣準(zhǔn)swmid準(zhǔn)swmid矣準(zhǔn)sw矣準(zhǔn)s問題：（3）單螺桿制冷壓縮機(jī)在停機(jī)時，整個系統(tǒng)內(nèi)的壓力平衡，此時的壓力為沖灌壓力，該壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于壓縮機(jī)設(shè)計(jì)過程中的進(jìn)氣壓力。若不卸載而直接啟動，那么壓縮腔內(nèi)的壓力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常工況，這將對壓縮機(jī)主要零部件的強(qiáng)度帶來很大的考驗(yàn)。

　　2單螺桿制冷壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)完成后排氣孔口的位置是固定的。而在采用變頻技術(shù)對壓縮機(jī)的氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)來適應(yīng)負(fù)荷變化時，壓比也將發(fā)生變化。但是由于排氣口位置固定，內(nèi)容積比不可調(diào)，導(dǎo)致內(nèi)外壓比不等，這將帶來額外的能量損失。

　　3啟動過程中內(nèi)部壓力過高除了對壓縮機(jī)內(nèi)部零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生影響之外，也將導(dǎo)致壓縮機(jī)的啟動力矩增大，電機(jī)啟動負(fù)載升高。

　　4轉(zhuǎn)速改變，對于軸承的運(yùn)行特性也有很大影響。

　　4計(jì)算結(jié)果與分析下面針對某型號的單螺桿制冷壓縮機(jī)，從上節(jié)中前2個問題的角度分析了變頻技術(shù)對單螺桿制冷壓縮機(jī)的工作過程產(chǎn)生的影響。該型號壓縮機(jī)的參數(shù)如表1所示，使用的制冷劑為R134a.表1單螺桿制冷壓縮機(jī)的主要參數(shù)螺桿直徑星輪直徑中心距星輪齒寬4.1啟動過程壓縮腔內(nèi)高壓力由于制冷量的需求，冷水機(jī)組裝機(jī)完成后，當(dāng)壓縮機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時，整個系統(tǒng)內(nèi)制冷劑處于平衡狀態(tài)，內(nèi)部壓力遠(yuǎn)高于吸氣壓力。而當(dāng)壓縮機(jī)啟動時，吸入的氣體為平衡態(tài)的制冷劑蒸氣，其壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于壓縮機(jī)的額定吸氣壓力。傳統(tǒng)的機(jī)械式卸載方案在調(diào)節(jié)氣量的同時還能起到啟動過程中卸載的作用。但是變頻技術(shù)是通過改變轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)的，這就使得采用該種調(diào)節(jié)方案的單螺桿制冷壓縮機(jī)在啟動過程中存在啟動壓力高，各零部件受力大的特點(diǎn)。

　　下面我們對壓縮機(jī)在啟動狀態(tài)和正常運(yùn)行狀態(tài)的受力情況進(jìn)行分析。單螺桿壓縮機(jī)由于其結(jié)構(gòu)的特殊性一一星輪對稱布置及螺桿兩端由平衡孔連通，使得螺桿轉(zhuǎn)子在理論上不受軸向力和徑向力，因此我們在分析時重點(diǎn)討論星輪受力。

　　壓縮機(jī)工作過程中，星輪的作用力系如所示。氣體力Fg等于同時嚙合的3個星輪齒所受氣體力。

　　每個星輪齒的受力為A星輪分度角準(zhǔn)swin進(jìn)氣封閉角準(zhǔn)swmid星輪齒前側(cè)嚙出齒槽時星輪轉(zhuǎn)角準(zhǔn)swout星輪齒后側(cè)嚙出齒槽時星輪轉(zhuǎn)角（準(zhǔn)sw.）―任意轉(zhuǎn)角位置處工作腔內(nèi)壓力p吸氣壓力Si―第i個星輪齒嚙入螺槽的面積b星輪齒寬Rsr―螺桿直徑Rsw――星輪直徑a中心距S―齒寬半角由可見，氣體力作用于星輪齒靠近齒頂位置處，該氣體力將產(chǎn)生一傾覆力矩。這個傾覆力矩需要靠星輪支架兩端的軸承產(chǎn)生的力矩來平衡。

　　離利用以上公式，分別計(jì)算了正常工況和啟動瞬間星輪上所受氣體力和傾覆力矩，計(jì)算結(jié)果如、3所示。

　　由、3可見，在啟動過程中星輪的受力遠(yuǎn)表2壓縮機(jī)的工作參數(shù)參數(shù)制冷工況參數(shù)制熱工況冷凍水進(jìn)出口溫度fc）12/7熱源水進(jìn)出口溫度（c）15/7冷卻水進(jìn)出口溫度（°c）30/35熱水進(jìn)出口5聯(lián)只鵬孽4.2變工況附加能量損失單螺桿制冷壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)完成之后，排氣孔口的位置是固定的。但是應(yīng)用場合和外界氣候條件是不斷變化的，而變頻技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)內(nèi)容積比的調(diào)節(jié)，這就使得壓縮機(jī)在不同工況下運(yùn)行時，會由于內(nèi)外壓力比不等而產(chǎn)生附加的能量損失。所示為不同載荷工況下壓縮機(jī)的工作過程p-v圖。

　　從b和0可知，當(dāng)壓縮機(jī)的內(nèi)外壓比不等時，必然存在額外的功耗損失?，F(xiàn)在對該壓縮機(jī)在制冷和制熱2種工況下運(yùn)行時的耗功情況進(jìn)行分析。表2所示為壓縮機(jī)在制冷和制熱2種工況下工作的工作參數(shù)。

　　星輪轉(zhuǎn)角（deg）星輪上傾覆力矩遠(yuǎn)高于壓縮機(jī)正常運(yùn)行時星輪的受力，*大可達(dá)到正常工況的2倍。同時由于氣體力所產(chǎn)生的傾覆力矩需要星輪支架兩側(cè)軸承來平衡，因此軸承的負(fù)載增加。

　　基于以上分析我們可以發(fā)現(xiàn)，在采用變頻技術(shù)進(jìn)行氣量調(diào)節(jié)的單螺桿制冷壓縮機(jī)中，如果不設(shè)置卸荷裝置，那么就需要在設(shè)計(jì)過程中提高零部件的強(qiáng)度和軸承的承載能力。

　　根據(jù)表2中的工作參數(shù)，對壓縮機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的耗功進(jìn)行分析。現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法中，冷水機(jī)組中的制冷壓縮機(jī)一般是按照制冷工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此我們針對制冷工況設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)計(jì)算了制熱工況下由于內(nèi)壓比的變化帶來的附加能量損失，計(jì)算結(jié)果如所示。

　　14W「+附加能量損失▲壓縮機(jī)制熱工況的附加能量損失通過與制熱工況按照正常壓縮工作的耗能比較發(fā)現(xiàn)，附加能量損失占總耗能的0.58%.由此看見，采用變頻技術(shù)進(jìn)行氣量調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)在工況變化時由于內(nèi)外容積比不同而產(chǎn)生的附加能量損失較小，可忽略不計(jì)。

　　5結(jié)論本文對變頻技術(shù)在單螺桿制冷壓縮機(jī)中的應(yīng)用產(chǎn)生的問題進(jìn)行了分析，通過分析得出以下結(jié)論：（3）采用變頻技術(shù)的單螺桿制冷壓縮機(jī)啟動過程中，星輪受力遠(yuǎn)大于正常工況下的星輪受力，*大可達(dá)到正常工況的2倍；2應(yīng)用場合和外界氣候條件變化時，由于內(nèi)外壓力比的不平衡將產(chǎn)生附加的能量損失，以制冷工況為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)在制熱工況下運(yùn)行時的附加能量損失占總耗能的0.58%.通過以上分析可見，要將變頻技術(shù)應(yīng)用于單螺桿制冷壓縮機(jī)，首先要解決的問題是啟動過程壓縮腔內(nèi)壓力過高的問題。