以磁懸浮、氣懸浮為代表的無油離心壓縮機發(fā)展至今，仍存在一些技術(shù)難點和痛點，如大冷量無油離心壓縮機在非穩(wěn)態(tài)工況下的軸承穩(wěn)定性低、控制難度大，進一步提升R134a制冷劑工質(zhì)的無油離心壓縮機氣動效率異常困難，離心壓縮機中軸承軸向載荷無監(jiān)測調(diào)控措施，軸承在非穩(wěn)態(tài)工況下壽命有衰減等問題。而采用制冷劑潤滑軸承技術(shù)的液浮離心式壓縮機具備以下優(yōu)勢：
01、高能效
液浮壓縮機通常使用的陶瓷軸承具有低密度、低摩擦系數(shù)的優(yōu)點，而作為潤滑劑的液態(tài)制冷劑粘度低，這極大的降低了壓縮機高速運行時的摩擦損耗，其軸承摩擦損耗與磁、氣懸浮軸承系統(tǒng)能耗相當(dāng)；另外，基于陶瓷滾動軸承小游隙的特性，可實現(xiàn)比磁、氣懸浮更小的氣封環(huán)設(shè)計間隙來減少高壓氣體內(nèi)泄漏，進一步提高無油壓縮機效率。
02、高可靠
陶瓷軸承對離心壓縮機非穩(wěn)態(tài)工況下的適應(yīng)性較優(yōu)異，不需要復(fù)雜的磁懸浮控制系統(tǒng)或氣懸浮供氣壓力控制系統(tǒng)，只依靠液態(tài)制冷劑在接觸壓力下產(chǎn)生的彈性流體動力潤滑膜即可實現(xiàn)穩(wěn)定可靠運行。
03、長壽命
陶瓷軸承具有高硬度、高強度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，相比于鋼制軸承的壽命可提高數(shù)倍，能滿足冷水機組的設(shè)計使用壽命需求。
基于上述背景，海信開發(fā)了創(chuàng)新型“正壓液浮”無油技術(shù)及壓縮機產(chǎn)品，該產(chǎn)品是首次以過冷液態(tài)正壓制冷劑（R134a/R513A/R1234ze(E)）作為離心壓縮機軸承潤滑介質(zhì)，并采用專利軸承供液系統(tǒng)和控制方法，實現(xiàn)陶瓷軸承球體在液態(tài)制冷劑中液浮運行。該系列壓縮機名義制冷量550~1200RT，兼?zhèn)涓罄淞繑U展范圍（可擴展至3000RT）、更寬運行工況（壓比1.2~4.2）、更高能效水平（COP＞7.0），可廣泛應(yīng)用于商業(yè)樓宇、醫(yī)療醫(yī)藥、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)制造等場景。
該無油壓縮機采用航空航天領(lǐng)域陶瓷軸承代替磁懸浮軸承、氣懸浮軸承為離心壓縮機中轉(zhuǎn)子提供可靠支承，保證了更加穩(wěn)定可靠的轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)，各運行工況下振動<1.0mm/s；以使用高精密陶瓷滾動軸承的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為氣動設(shè)計基礎(chǔ)，配合高效永磁同步電機，并將雙級壓縮切向進氣技術(shù)、最小氣封環(huán)間隙設(shè)計、多工況氣動深化綜合設(shè)計方法相結(jié)合，通過多物理場耦合設(shè)計技術(shù)進一步提升了壓縮機的氣動效率，國標(biāo)COP達7.23，國標(biāo)IPLV達10.26；另外，通過高度集成化的供液模塊、泵供液及系統(tǒng)壓差供液自動調(diào)度的軸承潤滑雙供液模式、雙制冷劑泵互為備份的工業(yè)級設(shè)計、供液二次過冷技術(shù)最大程度地保障了液浮供液系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性；發(fā)明了軸向載荷實時反饋及動態(tài)平衡技術(shù)并開發(fā)專用控制算法，實現(xiàn)了軸向載荷實時智能調(diào)控。
2023年8月，中國制冷學(xué)會科技評估工作委員會對該技術(shù)項目進行了技術(shù)鑒定，評估專家一致認(rèn)為：該項目創(chuàng)新性強，研發(fā)的正壓陶瓷軸承液浮技術(shù)、軸向載荷實時反饋及動態(tài)平衡技術(shù)達到了國際領(lǐng)先水平；2023年12月，獲得2023“臨平杯”第三屆全國機械工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新大賽產(chǎn)品組銀獎；2024年4月，獲得中國制冷展創(chuàng)新產(chǎn)品和金獎產(chǎn)品兩項大獎。
技術(shù)亮點
01、創(chuàng)新點一
首創(chuàng)正壓陶瓷軸承液浮技術(shù)。研發(fā)出全新的正壓制冷劑供液潤滑技術(shù)和控制方法，解決了無油離心壓縮機在大冷量非穩(wěn)態(tài)工況下的控制難題，實現(xiàn)大冷量無油離心壓縮機的可靠運行，最大冷量可擴展至3000RT。其核心技術(shù)包括低粘度正壓制冷劑與航天級軸承集成技術(shù)、工業(yè)級智能雙供液潤滑技術(shù)、二次過冷技術(shù)、制冷劑泵在線切換及自平衡控制等。通過對制冷劑泵供液和系統(tǒng)壓差供液兩種方式的自動調(diào)度專利技術(shù)研究，制冷劑泵工作時間縮短90%以上，供液二次過冷技術(shù)可提升供液過冷度至3K以上，防止供液氣化的產(chǎn)生對軸承造成氣蝕。
02、創(chuàng)新點二
發(fā)明了軸向載荷實時反饋及動態(tài)平衡技術(shù)并開發(fā)專用控制算法，實現(xiàn)了軸向載荷實時智能調(diào)控。通過架構(gòu)“先行控制”和“反饋控制”相結(jié)合的軸向載荷控制策略，開發(fā)基于PLC資源的高精度軸向載荷算法，實現(xiàn)壓縮機全生命周期內(nèi)軸系軸向載荷的計算和監(jiān)測，并通過動態(tài)平衡控制技術(shù)控制壓縮機運行時軸向載荷始終處于低水平狀態(tài)，軸承壽命提高60%。
專家組點評
研制成功世界首臺正壓液浮無油離心式壓縮機，解決了無油離心壓縮機非穩(wěn)態(tài)極端工況的控制難題，最大冷量可擴展至3000RT，實現(xiàn)了軸向載荷實時智能調(diào)控，軸承壽命提高60%；解決了多工況優(yōu)化設(shè)計難題，提升了離心壓縮機綜合能效水平10%。
應(yīng)用場景及市場展望
海信正壓液浮無油離心式壓縮機解決了磁懸浮軸承控制復(fù)雜和氣封環(huán)泄漏損失大、氣懸浮軸承難以實現(xiàn)大冷量等痛點問題，開辟了無油離心式壓縮機新的技術(shù)路線，兼?zhèn)浯罄淞?、寬工況、高能效、高可靠性的特點，可廣泛應(yīng)用于商業(yè)樓宇、醫(yī)療醫(yī)藥、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)制造、節(jié)能改造等場景。
海信對正壓液浮無油離心式壓縮機的研發(fā)，開辟了新的無油離心機技術(shù)路線，是當(dāng)前無油離心機往更大冷量范圍、更寬運行工況、更高能效和更高可靠性方向發(fā)展的又一探索，能較好的解決當(dāng)前磁懸浮在大冷量非穩(wěn)態(tài)工況控制難度大和氣懸浮軸承氣膜抗沖擊弱、冷量小等難題，可實現(xiàn)無油離心式壓縮機制冷量向上拓展至3000RT，適合于未來對常規(guī)有油離心機的逐步替代，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用可以有效助力離心機無油化革新，帶動中央空調(diào)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
