專業(yè)由來 制冷機械與空調(diào)設(shè)備在國民經(jīng)濟發(fā)展、人民生活提高及國防裝備保障中有著十分重要的作用,在壓縮式制冷循環(huán)占主導地位的今天,制冷壓縮機就成為倍受關(guān)注的對象。上世紀下半葉,伴隨著 材料、 機械加工、 電機、 信息與控制、測試等工業(yè)的技術(shù)進步,制冷與空調(diào)壓縮機技術(shù)也得到了快速發(fā)展,制冷系統(tǒng)的整機能效比有了很大提高。但由于能源供應的日益趨緊和環(huán)境保護的雙重壓力,迫使我們必須總結(jié)歷史、放眼未來,探索新世紀制冷與空調(diào)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展,以適應中國“節(jié)能優(yōu)先”的能源戰(zhàn)略的發(fā)展要求和“資源持續(xù)利用、環(huán)境不斷改善”的社會發(fā)展目標。 技術(shù)主題 隨著時代的發(fā)展,制冷與空調(diào)行業(yè)已經(jīng)成為衡量一個社會經(jīng)濟實力、科技水平與人民生活質(zhì)量的重要標志之一,制冷技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學技術(shù)及國防等領(lǐng)域具有越來越重要的作用。與其他的技術(shù)型產(chǎn)業(yè)一樣,環(huán)境保護、經(jīng)濟發(fā)展與技術(shù)進步的要求也是制冷空調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動力。目前制冷空調(diào)業(yè)所面臨的最重要的問題,也可以說最大的挑戰(zhàn)與機遇就是如何實現(xiàn)環(huán)保與節(jié)能的產(chǎn)品發(fā)展目標。 在環(huán)境保護方面,全球普遍關(guān)注的問題是,由臭氧層破壞和溫室效應引起的日趨惡化的地球環(huán)境。蒙特利爾協(xié)議書的簽署及其后相繼通過的修訂條例,都表明了世界各國對環(huán)境問題的普遍認知和國際上政府間的共識。這些協(xié)議的直接效果就是停止以及限制CFCs和HCFCs的使用,從而可以降低非環(huán)保型制冷劑的排放對大氣的影響。 在能源方面,自上世紀70年代的石油危機開始,全球的能源供求矛盾不但沒有減輕,而且日趨突出。儲量有限卻不可再生的化石能源依然控制著世界經(jīng)濟發(fā)展的命脈,原油價格的飚升,戰(zhàn)爭的頻繁出現(xiàn),無不與能源的供求有關(guān)。在加大可再生能源的研究、開發(fā)與規(guī)模化利用的力度的同時,各種節(jié)能技術(shù)的推廣應用就顯得尤為重要,而制冷與空調(diào)行業(yè)又是關(guān)注的重點之一。以家用空調(diào)為例,在中國一些大城市中,空調(diào)的用電量已占居民用電量的40%-50%,剛剛過去的夏季電慌,再次敲響了節(jié)能的警鐘。在國外,美日等工業(yè)發(fā)達國家的中央空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗已占整個建筑物總能耗的40%至60%,中國空氣調(diào)節(jié)的耗電總量及其所占比重正處于增長期,節(jié)能任務任重道遠。 因此,探索、研究、開發(fā)、實踐制冷與空調(diào)行業(yè)的新技術(shù),以適應我國“節(jié)能優(yōu)先”的能源戰(zhàn)略的發(fā)展要求以及“資源持續(xù)利用、環(huán)境不斷改善”的社會發(fā)展目標,是制冷行業(yè)義不容辭的責任。[1] 壓縮機的技術(shù)發(fā)展主題可以歸結(jié)為以下兩點:在環(huán)境保護方面,空調(diào)和制冷系統(tǒng)正采用包括HFC和天然制冷劑在內(nèi)的對環(huán)境無害的制冷劑;在節(jié)約能源方面,空調(diào)和制冷工業(yè)的每一次技術(shù)進步都體現(xiàn)在節(jié)能型壓縮機和高效運行的制冷系統(tǒng)的問世。 2.1環(huán)保與制冷劑替代 2.1.1替代的必然性 1930年以來CFCs類氟利昂作為制冷劑一直占有統(tǒng)治地位。自從M.J.Molina和F.S.Rowland在1974年發(fā)表的論文中指出CFCs類物質(zhì)會產(chǎn)生改變自然界臭氧生長和消亡平衡的氯,從而造成對臭氧層的破壞,由此引發(fā)了人們對由于人工化合物中氯和溴元素而引起的臭氧層變薄的關(guān)注。1987年《蒙特利爾議定書》及其修正案對發(fā)達國家和發(fā)展中國家分別要求和規(guī)定了CFCs和HCFCs制冷劑的淘汰進程。CFCs和HCFCs制冷劑的替代成為近些年來國際性的熱門話題。一直在空調(diào)與制冷設(shè)備中占主導地位的R12、R22等將退出歷史舞臺,讓位于其它新型環(huán)保制冷劑和天然制冷劑。 2.1.2替代現(xiàn)狀 針對制冷劑的替代研究已有一段歷史,目前國際上比較一致或現(xiàn)階段比較認可的替代方案如表1所示,該方案也是制冷劑替代及相關(guān)技術(shù)研究的方向。 下表制冷劑替代現(xiàn)狀
由制冷劑替代引起很多相關(guān)基礎(chǔ)理論和技術(shù)問題,如替代制冷劑的熱物理性質(zhì)和遷移性質(zhì)的確定、熱物性現(xiàn)代測試技術(shù)、制冷工質(zhì)熱物性數(shù)據(jù)評估及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的建立、潤滑油的開發(fā)與匹配、油與替代制冷劑的互溶性、流動與傳熱特性,耐新型制冷劑的材料研究,針對替代制冷劑的壓縮機及制冷系統(tǒng)的設(shè)計理論等。目前,根據(jù)各國情況不同,具體的替代期限亦有差異,過渡性制冷工質(zhì)(如R134a等)和自然工質(zhì)(如碳氫化合物、二氧化碳等)依然是研究的熱點。 CO2(R744)是一種自然工質(zhì),它的特點是單位容積制冷量大,而且ODP為0,GWP值為1。主要問題是其臨界溫度較低(31.1℃)及相同溫度下的飽和壓力比較高,使得制冷循環(huán)跨臨界和制冷系統(tǒng)的高壓力。因此,提高系統(tǒng)循環(huán)效率與安全可靠性,進行系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化,比如改節(jié)流過程為膨脹過程以回收高壓冷媒的焓值等,是CO2超臨界制冷循環(huán)系統(tǒng)應用研究的關(guān)鍵。 NH3(R717)是另一種自然工質(zhì),其ODP為0,GWP值小于1,具有較好的熱力性質(zhì)和熱物理性質(zhì),屬于中溫制冷劑,但由于易燃、有毒的缺點,其應用受到限制。只要氨的使用安全問題得到解決,作為有近130年歷史的氨制冷劑的使用范圍的進一步擴大應該不成問題,而且勢必成為替代CFCs和HCFCs的主要物質(zhì)之一。長遠來說,制冷劑發(fā)展的最終趨勢極有可能就是回到上個世紀,即用現(xiàn)代壓縮機及其改進技術(shù)和上個世紀廣泛采用的天然制冷劑來實現(xiàn)壓縮式制冷循環(huán)對環(huán)境保護的要求。 2.2 節(jié)能技術(shù) 制冷與空調(diào)裝置的運行所消耗的電量已占我國年發(fā)電總量的近四分之一(在美國等工業(yè)發(fā)達國家為40%),隨著經(jīng)濟與社會的發(fā)展,這一比例必然增加。因此,深入研究現(xiàn)有制冷循環(huán)的工作過程、分析制冷循環(huán)中工作流體的物性,研究新的制冷循環(huán)、強化熱力過程(蒸發(fā)、壓縮、冷凝等)等,對于提高制冷裝置的效率、節(jié)約能源、保護生態(tài)環(huán)境具有極其重要的意義,也是制冷行業(yè)和制冷學科的研究熱點。 2.2.1研究制冷循環(huán)改進制冷系統(tǒng)的設(shè)計 制冷循環(huán)是制冷系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。對制冷循環(huán)的研究包括:研究新的制冷循環(huán)或制冷方法,實現(xiàn)能量的更有效轉(zhuǎn)化;改進制冷系統(tǒng),發(fā)掘節(jié)能潛力,實現(xiàn)任意環(huán)境不同工況下機組的高效運行;探索特殊制冷尤其是低溫制冷技術(shù)的普冷化方法。 2.2.2開發(fā)節(jié)能型制冷壓縮機 從應用的領(lǐng)域和市場保有量來看,壓縮式制冷循環(huán)在制冷裝置中仍占據(jù)主導地位,因此作為制冷與空調(diào)裝置心臟的壓縮機技術(shù)的研發(fā)就成為核心問題,而制冷與空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)之一,就是開發(fā)生產(chǎn)節(jié)能高效的制冷壓縮機。除了不同結(jié)構(gòu)型式的壓縮機采用新技術(shù)以提高工作效率外,變頻與變?nèi)萘繅嚎s機的開發(fā)也是實現(xiàn)制冷與空調(diào)系統(tǒng)高效運行的重要技術(shù),它不僅可以減少斷續(xù)運行造成的能量損失(主要是建立高低壓力差需要的功耗),而且可以縮小被調(diào)節(jié)環(huán)境的溫度差從而增加了舒適性。 變頻壓縮機具有高效、節(jié)能和控溫精度高的優(yōu)點,是制冷壓縮機技術(shù)發(fā)展的熱點,變頻空調(diào)器將是未來市場的主要走向之一。這種壓縮機的轉(zhuǎn)速隨頻率而變化,轉(zhuǎn)速變化則幾乎與排氣量或制冷量成正比例關(guān)系。變頻與控制相結(jié)合,可根據(jù)設(shè)定溫度要求實現(xiàn)制冷量供需的基本平衡和系統(tǒng)的高效率運行,達到節(jié)能的目的。如果采用季節(jié)能效比SEER來分析制冷和空調(diào)的用能效率,變頻技術(shù)比固定轉(zhuǎn)速壓縮機可節(jié)能30%以上。變頻技術(shù)還可以減輕制冷設(shè)備在非滿負荷條件下工作以及頻繁啟停對電網(wǎng)電壓造成的影響。近幾年,變頻調(diào)速的制冷空調(diào)設(shè)備有了較快的發(fā)展,在日本的變頻空調(diào)已經(jīng)占據(jù)80%~90%的市場份額。在我國,未來變頻空調(diào)技術(shù)的發(fā)展應以開發(fā)生產(chǎn)變頻性能更好的直流變頻壓縮機,以及與之配套的直流變頻電機、變頻控制器為主。變頻壓縮機主要的研發(fā)方向是解決低速運轉(zhuǎn)時的振動問題和潤滑油供給問題,高速運轉(zhuǎn)時的軸承負荷問題、摩擦和磨損問題以及設(shè)計制造問題等。 變排量技術(shù)是在相同轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)氣量(制冷量)調(diào)節(jié)的一種實用技術(shù),它是通過壓縮機自身吸氣量的改變來實現(xiàn)制冷量的調(diào)節(jié)。變排量技術(shù)是在保證制冷系統(tǒng)尤其是壓縮機高效工作的前提下實現(xiàn)冷量供需平衡的最簡單也是最有效的手段之一。它與變轉(zhuǎn)速相結(jié)合可以實現(xiàn)制冷量的更有效調(diào)節(jié)。目前,在車用空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機的變排量技術(shù)已有成功的應用。 2.2.3提高熱交換設(shè)備的傳熱性能 換熱設(shè)備是制冷系統(tǒng)中重要部件之一,其效率的提高是制冷機節(jié)能的一項重要措施,如利用強化傳熱技術(shù),在系統(tǒng)中設(shè)置過冷卻器等。目前有些空調(diào)產(chǎn)品的能效比已經(jīng)超過6.0,采取的主要措施之一就是增加換熱器的面積或提高換熱器效率,使實際制冷循環(huán)的高低溫熱源溫度差縮小,即冷凝溫度接近過冷溫度、蒸發(fā)溫度接近過熱溫度,增加了制冷量卻減小了壓縮過程的耗功。 2.2.4制冷及空調(diào)裝置運行的智能控制 智能控制技術(shù)在在一定程度上直接反映了制冷機組的水平。當前,制冷裝置的自動化已經(jīng)從單機自動安全保護、單機自動運轉(zhuǎn)發(fā)展為多機組自動控制,甚至直接用電子計算機檢測和控制,以實現(xiàn)運行工況最佳化,從而大大降低能量消耗。一臺具有節(jié)能優(yōu)化控制軟件的機電一體化空調(diào)器比通常恒溫空調(diào)器節(jié)能40%左右。智能控制的研究方向有以下幾個方面:控制原理、目標和器件;遺傳算法等與模糊控制的結(jié)合;制冷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制等。 2.2.5其他 地溫熱源的利用。實現(xiàn)“冬暖夏涼”是大部分制冷與空調(diào)裝置的直接目的,地溫(包括土壤、地下水)等就具備這種特性,為此地溫的應用就成為制冷技術(shù)研究的一個方面。地溫可以被直接用來冷卻被冷卻介質(zhì),如抽取地下水與空氣進行熱交換以降低空氣的溫度,也可以被用來預冷或預熱空氣,以降低制冷系統(tǒng)的負荷。地溫熱源利用時應充分考慮不能浪費資源,例如地下水的回灌要及時等。 與電加熱取暖相比,熱泵系統(tǒng)的供熱效率要高得多。在長江以南地區(qū),由于冬季大部分時間在零度以上,使用熱泵系統(tǒng)的供熱效率更高些,問題在于南方的相對濕度較大,蒸發(fā)器表面結(jié)霜是影響系統(tǒng)可靠運行和運行效率的主要因素;在北方地區(qū),由于-100C以下的大氣環(huán)境溫度時常遇到,在這樣低的溫度下熱泵系統(tǒng)的可靠運行(主要是壓縮機的可靠起動與運行)難于保證。所以,熱泵系統(tǒng)的推廣應用是節(jié)約能源的重要的空氣調(diào)節(jié)技術(shù)之一。除霜技術(shù)、較低環(huán)境溫度下熱泵系統(tǒng)的起動和運行特性的研究將是制冷技術(shù)發(fā)展的又一主要方向。 冰蓄冷技術(shù)在國外已有較好的應用,它對于平衡電網(wǎng)負荷、節(jié)約能耗起著十分重要的作用。盡管中國在此方面的研究不算晚,但至今未能實現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化,除了技術(shù)(比如蓄冷材料的開發(fā))因素外,宏觀政策的引導也缺乏力度。由于電力供需矛盾可能持續(xù)下去,冰蓄冷技術(shù)將有較大的推廣應用空間。 太陽能制冷是利用可再生能源的方式之一。利用太陽能制冷的方法有兩種,一是先實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換,再以電力推動常規(guī)的壓縮式制冷機制冷即壓縮式太陽能制冷與空調(diào)系統(tǒng),由于目前太陽能電池成本較高且光電轉(zhuǎn)換效率很低,尚難推廣;二是進行光熱轉(zhuǎn)換,以熱能制冷,如太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng),去濕-蒸發(fā)降溫空調(diào)系統(tǒng),太陽能金屬氫化物空調(diào)系統(tǒng)等。面向二十一世紀,由于常規(guī)能源供應的有限性,太陽能制冷空調(diào)系統(tǒng)將具有廣闊的發(fā)展前景。 可以預料的是,隨著新型制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)的發(fā)展、能效標識制度在我國的強制性實施以及集成能源系統(tǒng)(簡稱IES,將分布式發(fā)電技術(shù)與余熱驅(qū)動技術(shù)相結(jié)合,提供制冷,供暖,濕度控制,能量儲存及其他的廢熱利用技術(shù))的研究開發(fā),必將推動制冷學科和制冷行業(yè)的研究工作更好地為我國的經(jīng)濟和社會發(fā)展服務。 3.1 技術(shù)現(xiàn)狀 未來發(fā)展 制冷壓縮機在面臨環(huán)保、節(jié)能、以及企業(yè)間競爭等一系列的挑戰(zhàn)中出現(xiàn)了新的突破。在整個壓縮機工業(yè)的方方面面都廣泛使用的電子計算機成為不可或缺的手段,這包括計算機數(shù)據(jù)采集和整理,計算機輔助設(shè)計、設(shè)計和工藝的優(yōu)化等。其帶來的總體效果體現(xiàn)在壓縮機的小型化和高效率,此外,噪聲和振動得到降低,可靠性得到提高和壽命得到延長。而在取得這些成就的過程中所消耗的開發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)制造時間都比過去短且費用亦低。表示了目前各類壓縮機的大致應用范圍及其制冷量大小,圖中虛線包圍的部分表示該結(jié)構(gòu)型式壓縮機制冷量拓寬的方向。渦旋式由兩部分組成,前一部分表示車用空調(diào)。 往復式制冷壓縮機是一種傳統(tǒng)的制冷壓縮機,最大的特點是可以實現(xiàn)制冷量和壓力比的任意設(shè)計。雖然它的應用還比較廣泛,但市場份額正逐漸減小。 3.1.1往復式壓縮機 到目前為止,冰箱(包括小型冷凍與冷藏裝置)的主機仍以往復式壓縮機為主。通過氣閥結(jié)構(gòu)、摩擦副等的優(yōu)化設(shè)計,往復式冰箱壓縮機的制冷系數(shù)(單位功率制冷量)已由九十年代初期的1.0(w/w)提高到如今的1.8左右;除了節(jié)能技術(shù)的進步外,與環(huán)境保護密切相關(guān)的制冷劑替代技術(shù)也取得了可喜的進步,我國的冰箱系統(tǒng)已大量采用R600等碳氫化合物,小型制冷裝置上也采用了R134a等新的工質(zhì)。進一步提高往復式冰箱壓縮機的效率、降低系統(tǒng)噪聲仍然是它的發(fā)展方向。 3.1.1.1線性壓縮機 線性壓縮機依然使往復式,由于電機的直線運動可以直接帶動活塞的往復運動,從而避免了曲柄連桿機構(gòu)的復雜性和由此帶來的機械功率的消耗。裝配線性壓縮機作為冰箱系統(tǒng)已經(jīng)面世,線性冰箱壓縮機的的制冷系數(shù)已超過2.0(w/w),市場前景看好。主要問題是壓縮機油路系統(tǒng)的設(shè)計和電機線性位移極限點的有效控制及相應的防撞缸技術(shù)。 3.1.1.2斜盤式壓縮機 斜盤式壓縮機也是往復式壓縮機的一種變型結(jié)構(gòu),目前主要用于車用空調(diào)系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,斜盤式壓縮機已經(jīng)成為一種非常成熟的機型,在車用空調(diào)壓縮機市場占有70以上的份額。盡管如此,因為它仍屬于往復式結(jié)構(gòu)的系列,所以在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的能效比(制冷系數(shù))也只有1.5左右,且體積大、重量大。由于斜盤式汽車空調(diào)壓縮機的工藝成熟,加上技術(shù)的進一步改進,在可預見的將來,仍將保有一定的市場份額,但在一定的排量范圍內(nèi)被逐漸替代卻是必然之路。 3.1.2轉(zhuǎn)子式壓縮機 轉(zhuǎn)子式壓縮機于上世紀七十年代起受到國內(nèi)的關(guān)注,它的代表結(jié)構(gòu)包括滾動活塞式、滑片式等。目前滾動活塞式廣泛應用于家用空調(diào)器上,在電冰箱上也有一些應用。這種壓縮機不需要吸氣閥,使它適用于變速運行,從而可以通過變頻控制提高系統(tǒng)性能。為了確保大功率(電機輸出功率達3P)滾動活塞式壓縮機的性能,國內(nèi)與上世紀末開始研發(fā)雙轉(zhuǎn)子滾動活塞式壓縮機,現(xiàn)已投放市場。雙轉(zhuǎn)子滾動活塞式壓縮機結(jié)構(gòu)上有兩個優(yōu)點:①轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的受力情況得到較大改善,機器的振動與噪聲有所降低;②增加了單機的容積排量,提高了電機的輸出功率。 在3P以下的空調(diào)器中,暫時沒有可以替代滾動活塞式壓縮機的較好機型。所以提高壓縮過程的效率、減低噪聲、電動機變速控制以及采用R410A等新制冷工質(zhì)后的相關(guān)技術(shù)問題等,是滾動活塞式壓縮機的研究方向。 滑片式壓縮機屬于轉(zhuǎn)子式壓縮機的一種,主要用來提供壓縮空氣,排氣量一般在0.3—3m3/min,市場占有率較低。 旋葉式壓縮機是滑片式壓縮機的一種改型結(jié)構(gòu),由于它的起動性能比較好、壓縮過程力矩變化亦不大,目前主要用于微型轎車和一些排量比較小的工具車的空調(diào)系統(tǒng)。高速下的動力特性是這種壓縮機的主要技術(shù)研究方向。 3.1.3螺桿式壓縮機 螺桿式壓縮機具有尺寸小、重量輕、易維護等特點,是制冷壓縮機中發(fā)展較快的一種機型。一方面,螺桿型線、結(jié)構(gòu)設(shè)計有了長足的進步,另一方面,螺桿轉(zhuǎn)子專用銑床特別是磨床的引進,提高了這對關(guān)鍵零件的加工精度與加工效率,使得螺桿壓縮機的性能得到了有效提高,產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的必備硬件也有了保障。目前,螺桿壓縮機以壓縮空氣為主,在中型熱泵式空調(diào)系統(tǒng)中也有成功的應用。由于螺桿式壓縮機工作可靠性的不斷提高,使之在中等制冷量范圍內(nèi)已逐漸替代往復式壓縮機并占據(jù)了離心式壓縮機的大部分市場。 3.1.4渦旋式壓縮機 渦旋式壓縮機在過去十年中得到了快速發(fā)展,從基本理論、結(jié)構(gòu)研究、工業(yè)樣機開發(fā)到最終實現(xiàn)規(guī)?;I(yè)生產(chǎn),構(gòu)成了壓縮機技術(shù)發(fā)展的新亮點。數(shù)控加工工藝的發(fā)展使渦旋壓縮機得以實現(xiàn)大批量生產(chǎn),無可比擬的性能優(yōu)勢是其大量進人市場的前提。短短數(shù)年,已在柜式空調(diào)領(lǐng)域占有絕對優(yōu)勢。在柜式空調(diào)系統(tǒng),渦旋壓縮機的制冷系數(shù)已達3.4(w/w);在車用空調(diào)領(lǐng)域,渦旋壓縮機的制冷系數(shù)已達2.0(w/w),顯示出很強的競爭潛力。渦旋壓縮機的發(fā)展在于擴大其制冷量范圍、進一步提高效率、使用替代工質(zhì)和降低制造成本等方面。 由于沒有氣閥,壓縮過程力和力矩變化小等結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點使之更適合于變頻調(diào)速運行,這也成為渦旋壓縮機技術(shù)發(fā)展的主要方向。開發(fā)變排量機構(gòu)也是渦旋壓縮機技術(shù)發(fā)展的重點。目前,利用軸向“柔性”密封技術(shù),理論上可以實現(xiàn)制冷/制熱容量10%-100%范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。 由于渦旋壓縮機近乎連續(xù)的吸排氣特性、低的起動力矩以及抗液擊能力,渦旋壓縮機的并聯(lián)使用創(chuàng)造了條件。并聯(lián)使用的渦旋壓縮機可以大大增加機組的制冷能力,可以從目前的單機25匹馬力提高到單機組100匹馬力(4臺的單機并聯(lián)),而且使得冷量的調(diào)節(jié)更為合理,充分發(fā)揮單機效率最高的優(yōu)點。但單機并聯(lián)出現(xiàn)的最大問題,就是回油不平均易造成機組使用時單機的燒機現(xiàn)象。 3.1.5離心式壓縮機 目前在大冷量范圍內(nèi)(大于1500kW)仍保持優(yōu)勢,這主要是受益于在這個冷量范圍內(nèi),它具有無可比擬的系統(tǒng)總效率。離心式壓縮機的運動零件少而簡單,且其制造精度要比螺桿式壓縮機低得多,這些都帶來制造費用相對低且可靠的特點。相對來講,離心式壓縮機的發(fā)展有所緩慢,因為受到螺桿式壓縮機和吸收式制冷機的挑戰(zhàn)。 離心機的市場容量大約在700~1200臺之間徘徊,因為在目前的技術(shù)前提下,該機型主要用于大型建筑物的空氣調(diào)節(jié),需求量有限。近幾年由于大型基建項目紛紛上馬,離心式制冷與空調(diào)壓縮機又成為關(guān)注的熱點。解決喘振現(xiàn)象、改善氣量調(diào)節(jié)和隨工況變化的適應能力、小型化技術(shù)等是離心式壓縮機技術(shù)發(fā)展的主要方向。 3.1.6其它結(jié)構(gòu)形式 單齒壓縮機、十字滑塊式壓縮機等一些結(jié)構(gòu)獨特的容積式壓縮機也有一定程度的發(fā)展,但在國內(nèi)尚未形成生產(chǎn)能力。 3.1.7其它 為了適應特殊地區(qū)環(huán)境調(diào)節(jié)的需要,比如中東等高溫高濕地區(qū)的空氣調(diào)節(jié)要求,有針對性地開發(fā)高負荷高工況制冷壓縮機也取得了較好發(fā)展,目前采用的主要結(jié)構(gòu)型式是活塞式壓縮機和旋轉(zhuǎn)式壓縮機。 為了適應壓縮新制冷劑的需要,潤滑油特性的研究尤其是匹配性能的實驗研究是制冷行業(yè)的基本任務之一。R407C、R410A等非共沸制冷劑的蒸發(fā)溫度滑移現(xiàn)象、吸氣管中油氣兩相流動規(guī)律等是制冷工質(zhì)替代帶來的壓縮機和制冷系統(tǒng)的若干基礎(chǔ)問題之一。 另外,容積式(比如渦旋式和螺桿式)試圖向大容量發(fā)展,離心式則試圖向小容量發(fā)展。隨著綜合技術(shù)的不斷發(fā)展和市場的相互滲透,總有一天我們將很難僅從制冷量大小的角度去判斷壓縮機的結(jié)構(gòu)型式,特別是容積式和速度式制冷壓縮機的適應制冷量范圍。 3.2基礎(chǔ)理論和共性技術(shù)研究 3.2.1工作過程模擬與優(yōu)化 模擬容積式壓縮機的瞬態(tài)工作過程,進一步揭示密封、潤滑與導熱的機理,建立新的數(shù)學模型,改良設(shè)計方法等,是提高容積式壓縮機工作性能的主要途徑之一。從幾何學和運動嚙合原理出發(fā)開發(fā)新的壓縮腔型線,應用有限元理論分析關(guān)鍵零件的熱、力變形及其對密封間隙的影響,以及通過對氣體流動規(guī)律的認識來判斷相關(guān)損失等,是優(yōu)化設(shè)計的必要工作。 離心式壓縮機則應從流場出發(fā),研究葉輪機械內(nèi)部復雜的三維非定常、非對稱流動現(xiàn)象,深化對激振力產(chǎn)生機理以及失速、喘振等現(xiàn)象的認識,探索通過誘導流場主動控制氣動失穩(wěn)、提高穩(wěn)定裕度的途徑。研究高參數(shù)下微小間隙約束自激源特性,建立超常工況流體激勵下的軸系非線性穩(wěn)定性和動力響應模型,研究提高軸系穩(wěn)定性的工程適用方法。 3.2.2變工況設(shè)計理論 容積式壓縮機現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計都是以規(guī)定設(shè)計工況為前提,規(guī)定設(shè)計工況又是考核壓縮機性能優(yōu)劣的必要條件。可靠性與壽命考核的工況則是以壓縮機的安全運行為目的。實際上,制冷壓縮機的運行工況與環(huán)境(溫度、濕度)有很大關(guān)系,規(guī)定設(shè)計工況下的高性能并不表示實際運行時的能量節(jié)省。所以,有必要開展變工況設(shè)計理論的研究。 3.2.3超常工況下的安全運行與控制 特別惡劣的環(huán)境條件、系統(tǒng)壓力的突然升高等超常工況的出現(xiàn)以及高轉(zhuǎn)速、跨臨界等高參數(shù)的要求,對壓縮機的運行效率與可靠性提出了挑戰(zhàn),必須進行專題研究,也是未來容積式壓縮機和制冷技術(shù)進步的象征。 3.2.4制冷壓縮機與環(huán)境保護 傳統(tǒng)的制冷劑(R11,R12,R22等)的排放對大氣環(huán)境造成嚴重破壞已成為不爭的事實,新的環(huán)境友好制冷劑的研究開發(fā)正在積極進行當中。制冷劑的替代不僅要求制冷系統(tǒng)做相應的更改,也要求壓縮機適應相應的要求。因此,適應于新型制冷工質(zhì)的壓縮機技術(shù)的研究開發(fā)成為壓縮機技術(shù)發(fā)展的重點之一,制冷工質(zhì)替代對壓縮機與相關(guān)系統(tǒng)的影響以及相關(guān)設(shè)計思想與對策的研究,是不容忽視的重要研究內(nèi)容。 3.2.5無油潤滑及特殊用途壓縮機研發(fā) 由于一些特定應用環(huán)境的要求,無油潤滑或其他一些特殊結(jié)構(gòu)的壓縮機被提出,比如用在航天器上食品與蔬菜保鮮、飛機吊艙空調(diào)系統(tǒng)等。這就需要我們研發(fā)特殊結(jié)構(gòu)的壓縮機以適應特殊的環(huán)境要求。 3.2.6新原理、新結(jié)構(gòu)開發(fā) 渦旋壓縮機、螺桿壓縮機仍將是未來一段時間內(nèi)容積式壓縮機技術(shù)發(fā)展的重要方向。根據(jù)容積式壓縮機的結(jié)構(gòu)特點,人們一直在嘗試并探索一些新的結(jié)構(gòu),效率高、工藝性好的新型壓縮機將成為開發(fā)的重點。 3.2.7其他 壓縮機技術(shù)的發(fā)展離不開諸如電機、材料、機械加工、測試、計算機技術(shù)及控制等相關(guān)學科的技術(shù)進步,反過來,壓縮機與制冷技術(shù)的不斷進步也推動著相關(guān)學科的發(fā)展。 制冷與空調(diào)技術(shù)的發(fā)展趨勢依然是:環(huán)保型制冷劑的開發(fā)與應用、研發(fā)高效的制冷部件(壓縮機、換熱器等)以及為實現(xiàn)制冷系統(tǒng)高效與可靠運行的匹配技術(shù)、調(diào)節(jié)技術(shù)和智能化控制技術(shù)等。同時制冷方法也在不斷革新,半導體制冷、磁制冷等技術(shù)的進步和完善也有可能引發(fā)制冷技術(shù)革命。 中國制冷與空調(diào)技術(shù)的整體水平與西方國家相比仍有差距,應該從環(huán)保和節(jié)能兩方面出發(fā),加快CFCs制冷劑替代的步伐,提高制冷系統(tǒng)的綜合效率,力圖盡快縮小與國際水平的差距。 主要課程:畫法幾何及機械制圖、機械原理、機械設(shè)計基礎(chǔ)、工程力學、電工與電子技術(shù)、工程熱力學、流體力學、傳熱學、自控原理與應用、熱工測試技術(shù)、換熱器、制冷原理、壓縮機原理、空氣調(diào)節(jié)、制冷空調(diào)自動控制、供熱與通風工程、冷庫及運用等。 就業(yè)方向:學生畢業(yè)后可到能源、動力、電力、石油、化工、交通運輸、食品加工及儲運、冶金、房地產(chǎn)、環(huán)境保護、制冷設(shè)備制造、人工環(huán)境等研究領(lǐng)域或科學教育等企事業(yè)單位、科研機構(gòu)從事設(shè)計、制造、研究開發(fā)、安裝施工、運行維護管理及營銷等方面工作。 制冷與空調(diào)技術(shù)是我系具有較長歷史的研究領(lǐng)域和重要研究方向。近年來隨著制冷和空調(diào)技術(shù)的快速發(fā)展的趨勢,我系加大了在此領(lǐng)域的研究和投入,研究水平已呈開始發(fā)展趨勢。目前已具備一支老中青相結(jié)合、以中青年教師為主充滿活力的精干教師隊伍,其中三分之二以上具有博士學位,半數(shù)以上具有海外留學背景。 主要研究內(nèi)容有: (1)新型制冷方法和循環(huán)的研究。我校的特色是將新型制冷方法和循環(huán)的研究與能源的有效利用緊密結(jié)合,在利用余熱吸收式制冷,噴射式制冷,太陽能制冷,除濕蒸發(fā)冷卻,海水冰漿機,熱泵,燃氣空調(diào)及熱電冷三聯(lián)供以及聯(lián)合循環(huán)、復合循環(huán)等研究方面取得若干有價值突破和成就。 (2)制冷(空調(diào))系統(tǒng)測控與仿真:本方向?qū)F(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)的制冷空調(diào)技術(shù)有機的結(jié)合在一起,建立了制冷空調(diào)系統(tǒng)檢測,測試,自動控制和計算機模擬仿真系統(tǒng)等等。 |
|