冷链技术普及：5种压缩机优缺点解析

1.活塞式压缩机。

活塞式压缩机的曲轴转动时，活塞通过连杆的传动往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面组成的工作容积周期性变化。当活塞式压缩机的活塞开始从气缸盖移动时，气缸内的工作容积逐渐增加。此时，气体沿着进气管进入气缸，推动进气阀打开，进气阀关闭，直到工作容积变得大于z*。当活塞式压缩机的活塞反向运动时，气缸内的工作容积减少，气体压力增加。当气缸中的压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体从气缸中排出，直到活塞移动到极限位置，排气阀关闭。当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时，重复上述过程。

总之，活塞式压缩机的曲轴旋转一次，活塞往复一次，进气、压缩、排气的过程在气缸内相继实现，即完成一个工作循环。

优势

(1)无论流量大小，都能获得所需压力，排气压力范围广，z*高压可达320MPa(工业应用)甚至700MPa(实验室中)；

(2)单机容量为500m3/min以下的任意流量；

(3)在一般压力范围内，对材料要求较低，多采用普通钢材，加工较容易，制造成本较低；

(4)热效率高，一般大中型机组绝热效率可达0.7~0.85左右；

(5)调节气量时，适应性强，即排气范围宽，不受压力影响，能适应较宽的压力范围和制冷量要求；

(6)气体的严重程度和特性对压缩机的工作性能影响不大，同一台压缩机可用于不同的气体；

(7)驱动机比较简单，多采用电动机，一般不调速，可维护性强；

(8)活塞式压缩机技术成熟，积累了丰富的生产和使用经验；

劣势

(1)结构复杂笨重，易损件多，占地面积大，投资高，维修工作量大，使用寿命短，但经过努力可以达到8000小时以上；

(2)转速不高，机器大而重，单机排量一般小于500 m3/min；；

(3)机器运行中有振动；

(4)排气不连续，气流脉动，易引起管道振动。在严重的情况下，由于气流的脉动和共振，管网或部件经常被损坏。

(5)流量调节采用辅助容积或旁通阀，简单方便可靠，但功率损耗大，降低了部分负荷运行时的效率；

(6)对于油润滑的压缩机，气体中的油需要去除；

(7)大型工厂使用多台压缩机组时，操作人员多或工作强度相对较高。

2.滚动转子压缩机

滚动压缩机是容积式旋转压缩机。气缸工作容积的变化是通过气缸内偏心装置的圆柱形转子的滚动来实现的。

(1)当转子旋转一次后，将完成上一个工作循环的压缩排气过程和下一个工作循环的吸气过程。

(2)由于没有进气阀，吸气开始的时机与气缸上吸气孔的位置有严格的对应关系，不会随着工况的变化而变化。

(3)由于排气阀的设置，压缩结束的正时会随着排气管内压力的变化而变化。

优势

这种压缩机现在广泛用于家用冰箱和空空调。它的优点是:

(1)结构简单，体积小，重量轻，与活塞式压缩机相比，体积可减少40% ~ 50%，重量也可减少40% ~ 50%；

(2)零件少，尤其是易损件少，同时相对运动部件之间的摩擦损失较小，可靠性较高；

(3)只有滑块往复惯性力小，旋转惯性力才能完全平衡，转速才能高，振动小，运行稳定；

(4)没有吸气阀，所以吸气时间长，间隙容积小，直接吸气减少了吸气带来的有害过热，所以其效率高。然而，它的加工和装配精度要求很高。因为没有空气阀，所以它可以用来输送肮脏和多尘的工艺气体。

劣势

旋转式压缩机的主要缺点是滑片与气缸壁之间的泄漏、摩擦和磨损较大，限制了其工作寿命和效率。此外，这种压缩机需要更高的加工精度。如果采用双层滑片，两个滑片的端部在工作时与气缸内壁保持接触，形成两条密封线，并在两条密封线之间形成油封，从而大大降低了滑片端部的泄漏损失，减小了摩擦力和摩擦损失，提高了机器的工作寿命和效率。

一旦该压缩机的轴承、主轴、滚子或滑片磨损，间隙增大，将立即对其性能产生明显的不利影响。因此，通常用于工厂整体组装的冰箱和空空调，系统也要求很高的清洁度。

3.涡旋压缩机

涡旋压缩机的主要部件是两个形状相同但相位偏移180°的渐开线涡旋，其中一个是固定涡旋，另一个是由偏心轴驱动的绕动涡旋，偏心轴的轴线绕固定涡旋的轴线旋转。在操作中，两个涡盘在许多地方相切形成密封线，并在两个涡盘的端面增加适当的密封，形成几个月牙形的气腔。两涡旋盘之间的公共切点处的密封线随着公转涡旋盘的公转而沿涡旋曲线不断移动，使得这些月牙形气室的形状和大小不断变化。压缩机的吸入口在固定涡旋壳体的上部打开。当偏心轴顺时针转动时，气体从吸气口进入吸气室，并依次吸入与吸气室相通的周边月牙形气室。随着这些周边月牙形空气室关闭，不再与吸入室连通，关闭的容积逐渐转移到固定涡卷的中心，并持续减小，气体被持续压缩，压力增加。

优势

具体结构方面，涡旋压缩机没有进排气阀，大大提高了高速运转的可靠性。综上所述，涡旋压缩机具有以下主要特点:

(1)属于第三代压缩机，多压缩室同时工作，相邻压缩室间气体压差小，漏气少，容积效率高，达到98%，比第二代压缩机转子式压缩机高5%左右；
(2)驱动动涡盘的偏心轴可以高速旋转，因此涡旋压缩机体积小，重量轻；

(3)动涡盘、主轴等运动部件应力变化小，整机振动小；

(4)涡旋压缩机运行可靠，无吸排气阀，特别适用于变速运动和变频调速技术；

(5)涡旋压缩机的压缩室由涡旋型线组成，是一种多室压缩机构。当动涡盘的中心绕静涡盘的中心做圆周运动时，各压缩室的容积随主轴的旋转角度而变化，相应地会缩小或扩大，从而实现吸气、压缩、排气的过程。由于吸排气的过程几乎是连续的，所以整机的噪音很低。

(6)轴向和径向柔性结构提高了涡旋压缩机的生产效率，保证了轴向间隙和径向间隙的密封效果，不会因摩擦磨损而降低，即涡旋压缩机具有可靠有效的密封性能，因此其制冷系数不会随着运行时间的增加而降低，而是略有增加；

(7)涡旋压缩机工作特性好，其性能主要受自身压缩比和吸入压力的影响，排气压力范围宽，适用于各种室内外环境，保证压缩机始终在高能效比下运行，从而保证空调节单元的能效比。在热泵空空调系统中，具有制热性能高、稳定性好、安全性高等特点。

(8)涡旋压缩机无间隙容积，结构上属于多室压缩，相邻室的压差不是很大(近似连续变化)。同时动、静涡卷端面接触部位的密封条受到轴向背压的压缩，使动、静涡卷紧密接触，并借助冷冻油达到良好的密封效果，几乎不存在内部泄漏；密封条端面磨损时，可沿轴向自动补偿，保证动涡盘端面与静涡盘底面始终贴合。压缩机工作时间越长，这些附着的相对运动面之间的配合越好，密封效果越好。这些优点使涡旋压缩机没有制冷剂气体的二次压缩问题，这是保持高容积效率运行的重要保证因素之一。

(9)扭矩变化小，平衡性高，振动小，运行稳定，操作简单，易于实现自动化；

(10)由于运动部件少，无往复机构，结构简单，体积小，重量轻，零件少(特别是易损件少)，可靠性高，寿命20年以上。

劣势

(1)其运动部件的表面多为曲面，这些曲面的加工和检验比较复杂。制造需要高精度的加工设备和精密的自对准装配技术，因此制造成本相对较高。

(2)运动部件之间或运动部件与固定部件之间的密封往往是通过保持一定的运动间隙来实现的，气体在通过间隙时必然会引起泄漏，限制了旋转式压缩机实现较大压缩比的难度。因此，大多数旋转式压缩机通常在空调节条件下使用。

4.螺杆式压缩机

螺杆式压缩机通过由五个凸齿组成的阳转子(以下简称M转子)和由六个凹齿组成的阴转子(以下简称F转子)的啮合，在齿廓空之间吸入制冷剂，通过减小齿廓空将制冷剂压缩到设定压力。螺杆式压缩机的工作过程如下:

[吸入性中风]

制冷剂从沿轴向至径向打开的吸入口吸入。随着转子的旋转，在转子的下侧，啮合分离，齿槽的长度增加，制冷剂被吸入齿廓空。

[压缩冲程]

齿廓从齿槽的吸入侧啮合，密封线逐渐向排出侧移动，齿廓空缩小压缩。

[压缩冲程]

与制冷剂一起吸入的润滑油在转子间隙中形成油膜密封，同时润滑转子。阳转子和阴转子逐渐接近出口进行压缩，压力上升。

[排出冲程]

齿形空与出料口连接，出料行程开始。该冲程一直持续到排出端，直到齿廓空之间的制冷剂完全排出。

优势

(1)零部件和易损件少，可靠性高；

(2)操作维护方便；

(3)不存在不平衡惯性力。运行稳定安全，振动小；

(4)具有强制输气特性，排量几乎不受排气压力影响，工况适应性强；

(5)螺杆式压缩机的转子齿面实际上有间隙，因此对湿行程不敏感，能承受液击。

(6)排气温度低，可在较高的压力比下运行；

(7)可实现制冷工况无级调节，采用滑阀机构，制冷量可从15%无级调节至100%，节约运行成本；

(8)易于实现自动化和远程通信。

劣势

(1)转子齿面为/

(2)由于齿间容积周期性地与吸气口和排气口相通，压缩机噪音大；

(3)由于转子刚度和轴承寿命的限制，压缩机只能依靠间隙密封，所以螺杆式压缩机只能应用于中低压范围，而不能应用于高压场合；

(4)由于喷油量大，油处理系统复杂，装置辅助设备多；

(5)螺杆式压缩机依赖间隙密封气体，在小体积范围内不具备优越的性能。

5.离心压缩机。

离心式制冷压缩机的结构和工作原理与离心式鼓风机非常相似。然而，它的工作原理与活塞式压缩机有着根本的不同。它不是通过减小气缸容积来增加气体压力，而是依靠动能的变化来增加气体压力。离心式压缩机有一个带叶片的工作轮。工作轮转动时，叶片带动气体运动或使气体获得动能，然后一部分动能转化为压力能，从而增加气体的压力。这种类型的压缩机被称为离心式压缩机，因为它连续吸入制冷剂蒸汽，并在运行过程中沿半径方向排出。

优势

(1)离心式压缩机气量大，结构简单紧凑，重量轻，单位体积小，占地面积小。与活塞式压缩机相比，制冷量相同时，重量比活塞式压缩机轻5 ~ 8倍。

(2)由于它没有气门活塞环、曲柄连杆机构等易损件，所以运行均衡，运行可靠，运转率高，摩擦件少，所以需要的备件少，维修费用少，人员少。
(3)工作轮和机壳之间没有摩擦，所以不需要润滑。在化工过程中，离心式压缩机可以绝对无油地压缩化工介质。

(4)离心式压缩机为旋转机械，适用于工业汽轮机或燃气轮机的直接拖动。对于一般的大型化工厂来说，工业汽轮机往往由副产品蒸汽驱动，这使得热能的综合利用成为可能。

劣势

(1)目前离心式压缩机不适合气体体积过小、压比过高的情况，由于适合分子量比较大的制冷剂，所以只适合制冷量大的情况，一般在25万~ 30万千卡/小时以上。

(2)离心式压缩机稳定工作区窄，气量调节方便，但经济性差。

(3)目前离心式压缩机的效率普遍低于活塞式压缩机。

(4)传动一般采用增速齿轮，转速高，对轴端密封要求高，增加了制造难度和结构复杂性。