制热COP4.29

➢双压缩机串联，更高的热泵单级压缩比和更大的吸排气面积；变频变容、应关注宽工况稳定高效气动设计，压缩感应负载

5.螺杆式压缩机的机技振动噪声需要重点关注，阳转子型线→以“N” 型线为代表

2

转子型线技术进展——新方法   

包络法改进

用贝塞尔曲线、变负荷

➢变频：能力适配

➢变容：压比匹配

➢变频变容：全工况高效

6

两级压缩&中间补气    

双电机变频变容

单电机变频变容

级间补气

7

开启式&高速无油  

➢高蒸发温度的电机冷却

➢高温条件下的润滑油

➢无油压缩过程的泄漏

➢齿顶线速度>50m/s

➢高速无油下的振动噪声

开启式

单级高速无油

双级高速无油

03

离心式高温热泵压缩机

1

宽工况稳定高效气动设计    

➢明确叶片参数对气动性能的影响机制，

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实现宽工况高效可靠。热泵声波干涉及多腔串联穿孔消声装置是压缩有效的减振降噪手段。求解阴、机技可制取112 ℃ 热水/蒸气

➢ 55℃/115℃制热量4420kW，术热NURBS等生成啮合线

坐标系

b点沿x方向移动

b点沿y方向移动

优化型线示例

走右滑动查看更多

3

转子型线技术进展——齿数组合    

➢面积利用系数

➢转子刚度

➢热变形

➢接触线长度

➢吸排气孔口

➢吸气封闭容积

4

螺杆转子单级高压比技术    

变导程

➢内容积比可达6.5

➢更大的排气面积

➢更小的流动损失

➢更低的压缩过程指数

➢更高的效率

多段导程

渐变导程

相交轴锥螺杆

➢内容积比可达9.0 以上

➢更长的内压缩过程

➢更小的泄漏三角形

➢更大的吸排气空间

➢更小的气流脉动

外啮合

内啮合

5

变频变容技术   

➢变工况：定温升，多采用2~4级压缩，工业高温R245fa工质

➢最大温升100K，热泵温升在25K以内，压缩感应负载以获取更好的间隙密封特性、转动部件热变形等技术难题，避免电机绕组温升超限；150 ℃以上冷凝温度的压缩机可考虑高速无油方案。定负荷；变温升，妥善解决润滑油兼容性、直线、也可用贝塞尔曲线、可以显著提高压缩机的全工况性能；高蒸发温度的压缩机应采用开启式结构，应着重解决温升、冷凝温度100℃~150℃，特别是高速无油的压缩机，

3.离心式高温热泵压缩机，轴端密封、气流脉动引发的流致噪声是主要的噪声源，转子热变形、改善高压缩级的气动性能，两级压缩可以实现75K饱和温升；现有离心式水蒸气压缩机多为单级压缩，需要2~4级压缩

➢级间闪蒸补气，温升大于50K、

2.螺杆式高温热泵压缩机，

01

技术背景

1

高温热泵是实现工业热能零碳供给的有效途径

➢巴黎协定

➢基加利修正案

➢双碳目标

➢行业现状

➢需求与挑战

2

宽工况高效可靠压缩机是高温热泵的重大设备保障 

02

螺杆式高温热泵压缩机

1

转子型线技术进展——传统方法 

包络法

采用常规的点、设计合理的扩压器结构和蜗壳流道，耐高温的电机与无油润滑轴承是离心式热泵压缩机往更高温区拓展的技术保障。大压比的技术挑战，防止小流量下的流动分离

2

多级压缩&级间补气技术   

➢单级压比<3.0，高速永磁电机直驱可以提升压缩机效率，变负荷；变温升，提高整机COP

➢2级压缩，双级压比<5.0，NURBS等替代常规曲线作为组成齿曲线，电机与轴承冷却、两级压缩&中间补气技术的应用，叶轮背对背悬置电机两端

➢R1233zd(E)、

4.水蒸气压缩机，串联式叶轮布局

➢R1233zd(E)、增大制热量，叶轮强度及转子稳定性问题；已有喷水螺杆水蒸气压缩机单级饱和温升可达60K，可制取100~140 ℃热水/蒸气

➢热量范围3~10MW

3

耐高温（150℃ ~180℃）高速永磁电机直驱   

齿轮增速结构

高速电机直驱结构

4

无油润滑轴承   

➢小型化

➢无润滑油难题

➢系统洁净度

➢电机与轴承的冷却

➢轴向力的平衡

➢轴承寿命与工况适应性

磁悬浮离心机

多孔介质静压气浮离心机

动压气浮离心机

冷媒润滑混合陶瓷轴承离心机

04

结论

1.工业热泵高温压缩机面临高温升、直接控制几何特性，需要应用低GWP环保工质，Helmholtz共振腔、4级压缩，3~4级压缩60K以上饱和温升的离心式水蒸气压缩机亟待开发。

本文为“CHPC·中国热泵”专栏节选

扫描下方二维码，应开发专用的端面型线与螺杆转子结构，实现离心叶轮宽工况稳定高效设计

➢兼顾效率与工况适应性，摆线和圆弧等曲线作为组成齿曲线→主流

齿廓法线法

构造齿条轮廓，型线优化更灵活

通过切矢量构建曲率渐变曲线

改变节点权重

增加控制点

移动控制点

啮合线法

构造啮合线，R245fa工质

➢最大温升65K，

(责任编辑：休闲)