5.3.2 压缩机的容量调节（2）在线视频

下面 我再介绍压缩机的第五种容量调节方法

吸气旁通法

吸气旁通 是通过压缩机的内部机构

将压缩初期 甚至尚未压缩的气体

旁通至压缩机的吸气腔

从而减少参与压缩的气体量

进而减小压缩机的制冷剂流量的调节方法

螺杆式压缩机的容量调节

就是这种方法的典型应用

螺杆压缩机 通常采用滑阀进行容量调节

滑阀通常和冷冻油液压缸的活塞连成一体

利用润滑油驱动

通过电磁阀控制供油的流向

使油活塞在液压缸内前后移动

从而带动滑阀前后移动

以改变螺杆的有效压缩行程 也就是“工作长度”

减少吸气容积和制冷剂质量流量

达到加载与卸载的目的

螺杆式压缩机的执行机构 是滑阀

这个与这对螺杆的阴 阳转子形状

紧密配合的部件 就是滑阀

滑阀 位于压缩机排气侧机体两内圆的交线处

并且能够在平行于螺杆轴线方向 往返滑动

改变了螺杆的工作长度

这里给出了它的调节原理示意图

当油活塞带动滑阀离开固定端时

二者之间 形成了回流孔口

于是 随着转子的转动

阴阳转子的齿间容积也处于

从最大到逐渐减小的变化过程中

已吸入到齿间容积中的气体

经过孔口向压缩机吸气腔回流旁通

这段过程 不产生气体的压缩作用

从而使压缩机实际输气量减小

当油活塞带动滑阀

由排气侧移动到滑阀与吸气侧固定端贴合的时候

容量为100%

这时 螺杆的工作长度全部有效

滑阀的位置 可以是有级的

也可以是连续调节的

前者是有级调节

一般只调节到25% 50% 75%和100%

的四档负荷率状态

后者是无级调节

可实现10%～100%范围内的容量调节

这里给出了 这种调节方式的p-V图

从图中可以看出

吸气旁通 相当于前面介绍过的

可变行程容量调节方式

下面 我结合上海汉钟精机制作的视频

介绍螺杆压缩机的具体调节方法

首先

让我们来看看 有级调节是如何实现的

螺杆压缩机上 有三个油路通断电磁阀

通过它们开 关状态的组合

使滑阀处于四个确定的位置

从而使螺杆的工作长度 也处于四种状态

供油管路经过毛细管

从液压缸的左侧 向液压缸充油

当电磁阀1开启时

供油管路发生短路

不向液压缸充油

此时活塞 滑阀停留在最左侧

即处于25%负荷率对应的位置

螺杆的工作长度最短

当电磁阀1关闭 电磁阀2开启时

供油管路 向液压缸充油

推动活塞右移

当到达电磁阀2支路的连接口处

油被排走

滑阀不再移动

螺杆的工作长度变长

输气量增大

达到了50%负荷率的位置

当电磁阀1 再次开启

活塞带动滑阀在弹簧力的作用下

移向左侧

润滑油沿着供油管路反方向被排空

当电磁阀3开启

1 2关闭

液压缸继续充油

活塞右移

当到达电磁阀3的连接口处

油被排走

压缩机 处于75%的负荷率的状态

若电磁阀2 再次开启

1 3关闭

润滑油经电磁阀2 被部分排出

负荷率维持在50%状态

当三个电磁阀 全部关闭

供油管路使液压缸充满油

滑阀 移动到最右侧

此时输气量最大

负荷率最高

为100%

类似地

若电磁阀1再度开启

润滑油 沿着供油管路反方向全部排出

再次回到负荷率最低的状态

下面 我们再来看看无级调节是如何实现的

无级调节 比有级调节更为简单

通过对加载及卸载电磁阀进行脉冲控制

则可实现 对油活塞和滑阀位置的准确控制

当加载电磁阀开启

卸载电磁阀关闭时

高压油经过毛细管进入液压缸

此时压缩机满负荷运行

达到100%的负荷率

当加载电磁阀关闭

卸载电磁阀开启时

液压缸开始排油

当活塞到达目标位置时

卸载电磁阀关闭

液压缸停止排油

此时 剩余油量使活塞稳定在目标位置

如 视频中的52%的负荷率

当加载电磁阀再次开启

高压油又进入液压缸

负荷率再次回到100%

卸载电磁阀开启

油又被排出

负荷率当然又会减小

通过这样的自动控制

则可实现螺杆压缩机容量的无级调节

卸载控制 是压缩机的第六种容量调节方法

卸载控制 是吸气旁通的极限情形

最早应用于多气缸活塞式压缩机中

它是将部分气缸中整个压缩腔的气体

全部旁通到吸气腔的吸气旁通调节方式

我们 也称它为 “气缸卸载”

气缸卸载 是通过改变工作气缸的数量来实现的

能够分档调节压缩机的容量

这里

我们以比泽尔公司的6F型

半封闭活塞压缩机为例

来看看 活塞压缩机是如何实现气缸卸载的

气缸加载时

电磁阀关闭

切断高压气体流入气动活塞上部的通路

气动活塞 在弹簧力的作用下上移

离开气动活塞的阀座

使压缩机吸气经过吸气腔 吸气阀片

进入气缸实现压缩

气缸卸载时

电磁阀开启

导通高压气体流入气动活塞上部的通路

气动活塞 克服弹簧力的作用

将气动活塞压紧在阀座上

使低压气体不能进入压缩机的气缸

可见

这个电磁阀 也是此前我们讲过的电磁导阀

用它来引导高压气体

进入气动活塞上部的空腔内

使气动活塞在高低压压差

和弹簧力的共同作用下上移动

从而 实现气缸的加载与卸载

气缸卸载 当然还可以采用其他方式来实现

它不仅可以实现阶跃式的容量调节

还可以降低启动负荷

减小启动扭矩

因此

通常也称它为“轻车启动”或者叫“空车启动”

随着技术的进步

气缸卸载 已成功应用于多缸转子式压缩机中

这里介绍一种

双缸双模转子压缩机的气缸卸载方法

这是两个气缸容积相等的双缸转子式压缩机

采用一定的技术措施

可以使一个气缸空载

实现50%和100%负荷率的两档容量调节

这个压缩机 有上下两个气缸

在上气缸的滑板顶部 设置有复位弹簧

压缩机工作时一直处于工作状态

而在下气缸的滑板顶部 设置了一块磁铁

通过设置在下气缸吸气管上的电磁三通阀

在下气缸工作时 吸入低压气体

卸载时吸入高压气体

从而实现了压缩机100%和50%两档容量控制

变频空调在低负荷时压缩机低速运转

但压缩机转速过低时

其电机效率一定很低

从而导致压缩机的整体效率下降

为了解决这个问题

可采用这种 双缸双模的压缩机

当空调处于低负荷率时

可卸载一个气缸

并提高压缩机的频率

这就相当于 采用了一个更小的压缩机

可达到提升电机效率的效果

从这幅图 可以看出

采用这种压缩机时

在低负荷率时

压缩机效率可提高30%以上

而在高负荷率时

相比传统变频压缩机而言

其电机效率 也有一定程度的改善

不仅如此

卸载运行时

还可以 进一步拓宽压缩机的运转频率范围

当然

如果两个气缸的工作容积Vg不相等时

还可制造出 不同容量配比的双缸转子压缩机

采用这种类型的双缸双模压缩机

可以实现空调设备在更低负荷率下的高效运行

目前

很多家庭 都安装了由一台室外机

和多台室内机构成的家用多联机空调系统

但由于家用空调具有

部分时间 部分空间的使用特征

因此

多联机绝大部分时间 都运行在很低负荷率的状态下

据大数据分析统计

家用多联机有60％以上的时间

运行在负荷率低于30％以下

如果 采用常规变频压缩机的话

在低负荷率时

多联机的效率极为低下

如果采用大小缸 即大小容积切换的

变频转子压缩机

则可在很低负荷率下 卸掉大气缸

仅采用一个小气缸 并提高频率来运行

目前

我国珠海格力电器公司

已开发出基于大小缸切换变频压缩机的

系列家用多联机

可使多联机在10%的负荷率下的

制冷能效比提高130%以上

气缸卸载 还可以应用于涡旋压缩机中

艾默生公司开发出的数码涡旋（Digital Scroll）

变容量压缩机就是这种类型

数码涡旋压缩机 与常规涡旋压缩机不同的是

它的静涡盘 采用轴向柔性结构

即 在静涡盘顶部安装有一个可上下移动的活塞

活塞顶部 为压力调节室

通过0.6mm左右直径的排气孔 与排气腔连通

此外

还通过设有PWM电磁阀的旁通管

与吸气管相连

通过压力调节室内的压力大小

来改变压缩机的加载或卸载状态

当电磁阀关闭时

气动活塞上下侧的压力 均为排气压力

动涡盘和定涡盘紧密贴合

压缩机为加载状态

即 处于正常的压缩状态

也就是容量为100%的状态

当电磁阀开启时

调节室内的排气 被释放到低压吸气管

使活塞上部处于低压状态

因此 活塞上移

静涡盘也随之上移

使静涡盘与动涡盘分离

制冷剂蒸气不能被压缩

这就是 压缩机的卸载状态

也就是 容量为0的状态

此时

压缩机电机仍在运转

我们可以通过

改变PWM电磁阀

在其调控周期内的启闭时间的占空比t

来调节压缩机的容量

我们把这个调控周期 称为“周期时间”

占空比 即是电磁阀关闭时间与周期时间的比值

也就是说

我们在一定的周期时间内

采用不同的卸载和加载组合

即可实现 压缩机容量在

0%～100%的无级调节

这里给出了一个“周期时间”为20s的例子

当在20s周期内加载2s 卸载18s

其容量输出为2/20=10%

当加载时间为10s 卸载时间也为10s

其容量输出为50%

当加载20s 卸载为0s

则其容量为100%

周期时间T 可以是固定的

也可以是变化的

不同的容量比率 也就是负荷率时

采用不同的周期时间 可以提高压缩机的制冷系数

将制冷系数最大值

所对应的周期时间 称为“最佳周期时间”

实验研究表明

最佳周期时间 与负荷率呈反比例趋势

负荷率越低

所采用的周期时间T 就越长

但是 T一般都位于10~17s之间

例如

当负荷率为80%时的周期时间 T=10s

而负荷率为30%时的周期时间T

取为16s其效率最高

此时 在周期时间内加载4.8s 卸载11.2s