对置活塞压缩机技术及发展教材.doc

对置活塞压缩机技术及发展 摘要：介绍了对置压缩机的结构类型和工作原理，归纳和总结了对置压缩机的结构、特点、控制等方面的研究现状和发展趋势；分析了对置压缩机在我国的发展前景，并提出了研究及开发的关键技术。 关键词：直线压缩机；对置压缩机；创新特色 An Review of Opposed Piston Compressor Technology and Development Wang Liyan1 (School of Energy Science and Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410083) Abstract: The principle and structure type of opposed piston compressor was introduced in this paper. And the researching status and developing trend of opposed piston compressor were reviewed on construct, characteristics and control. Based on opposed piston compressor future development and market in china, the key technology and scheme were put forward. Key words: linear compressor; opposed piston compressor; Characteristics and innovation 0 引言 压缩机是压缩式制冷系统中的关键设备，被称作制冷系统地心脏，也是空调、冰箱等制冷系统的主要耗能部件，其性能的好坏决定了制冷系统的优劣。目前国内外研究和开发的绝大部分活塞式压缩机都是采用旋转电机驱动，通过曲柄连杆机构等机械传动系统将电机的旋转运动转化为活塞的往复直线运动。这类压缩机技术成熟、性能可靠、工作寿命长，但其活塞行程较短、总体体积庞大、传动效率低、噪声大、磨损厉害、寿命短，特别是能量传递环节多，振动和噪声大，致使整机难于控制，机械效率很低(一般为30%~40%)。由于进一步提高该类压缩机的效率很难取得突破，而采用新的压缩机驱动方式是一条很好的途径。 线性压缩机作为一种新型高效的制冷压缩机，具有结构紧凑、效率高等显著优势，是降低电冰箱等小型制冷装置能耗的重要手段[12]。早在19世纪末20世纪初就有人从事直线电机的研究，但未获得成功。20世纪50年代中期以来，控制与材料科学技术的飞速发展和新型控制元器件的不断出现使得直线电机的理论和应用获得了迅速的发展，在国民经济的许多部门中，凡需要用直线运动的场合均可用直线电机来完成[3]。与旋转电机不同,直线压缩机是一种由直线电机驱动活塞作往复运动的新型压缩机，省去了将旋转运动转变为活塞往复运动的曲柄连杆机构，而且可以实现无油润滑、迷宫密封。直线压缩机活塞的行程及外止点的位置都可以通过输入电压来调整，从而实现压缩机流量的连续调节，使得直线压缩机在整个工作范围内都保持较高的效率，逐步成为国内外的研究热点。惠斯登（Wheatstone）在1840年提出和制作了略具雏形的直线电机[4]，开启了直线电机发展的时代。从那时起至上世纪70年代的130多年期间，直线电机从设想到实验到部分实验性应用，经历了一个不断探索的过程。1901年，Le Potois获得了动圈型驱动器的发明专利，并建议将此作为驱动机构应用于压缩机和泵上[5]。20世纪50年代后，直线压缩机得到了较快的发展，期间有不少压缩机专利，比较有代表性的压缩机有Doelz压缩机和Chausson压缩机[6]。Doelz压缩机采用的是动圈式结构，是一种单作用双气缸的直线压缩机。Chausson压缩机采用的是动磁式结构，气隙小，性能较好。 20世纪70年代，直线压缩机主要应用于航天或军事微型低温制冷机中作为压力波驱动器，比较有代表性的是荷兰飞利浦公司开发的为斯特林制冷机提供驱动的动圈式直线振动压缩机，如图1.1所示，以及美国SunPower公司开发的一种用于脉管型低温制冷器的磁铁可动型直线压缩机，如图1.2所示。SunPower的动磁型压缩机，采用新型永磁材料，具有结构紧凑，振动小、效率高的优点。 20世纪90年代，直线压缩机有了较大发展。牛津大学（AOPP）低温实验室在航天斯特林制冷机中采用了动圈式往复直线电机作为驱动器，如图1.3所示。特别是该研究机构的研究人员Guy，首先提出将柔性板弹簧，如图1.4所示。应用于斯特林制冷机以及其驱动器作为弹性支撑部件，具有结构简单、性能稳定可靠