2024中国制冷展金奖产品:海信正压液浮无油离心式压缩机

　　产品概况

　　以磁悬浮、气悬浮为代表的无油离心压缩机发展至今，仍存在一些技术难点和痛点，如大冷量无油离心压缩机在非稳态工况下的轴承稳定性低、控制难度大，进一步提升R134a制冷剂工质的无油离心压缩机气动效率异常困难，离心压缩机中轴承轴向载荷无监测调控措施，轴承在非稳态工况下寿命有衰减等问题。而采用制冷剂润滑轴承技术的液浮离心式压缩机具备以下优势：

　　01、高能效

　　液浮压缩机通常使用的陶瓷轴承具有低密度、低摩擦系数的优点，而作为润滑剂的液态制冷剂粘度低，这极大的降低了压缩机高速运行时的摩擦损耗，其轴承摩擦损耗与磁、气悬浮轴承系统能耗相当；另外，基于陶瓷滚动轴承小游隙的特性，可实现比磁、气悬浮更小的气封环设计间隙来减少高压气体内泄漏，进一步提高无油压缩机效率。

　　02、高可靠

　　陶瓷轴承对离心压缩机非稳态工况下的适应性较优异，不需要复杂的磁悬浮控制系统或气悬浮供气压力控制系统，只依靠液态制冷剂在接触压力下产生的弹性流体动力润滑膜即可实现稳定可靠运行。

　　03、长寿命

　　陶瓷轴承具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，相比于钢制轴承的寿命可提高数倍，能满足冷水机组的设计使用寿命需求。

　　基于上述背景，海信开发了创新型“正压液浮”无油技术及压缩机产品，该产品是首次以过冷液态正压制冷剂（R134a/R513A/R1234ze(E)）作为离心压缩机轴承润滑介质，并采用专利轴承供液系统和控制方法，实现陶瓷轴承球体在液态制冷剂中液浮运行。该系列压缩机名义制冷量550~1200RT，兼备更大冷量扩展范围（可扩展至3000RT）、更宽运行工况（压比1.2~4.2）、更高能效水平（COP＞7.0），可广泛应用于商业楼宇、医疗医药、数据中心、工业制造等场景。

　　该无油压缩机采用航空航天领域陶瓷轴承代替磁悬浮轴承、气悬浮轴承为离心压缩机中转子提供可靠支承，保证了更加稳定可靠的转子工作状态，各运行工况下振动<1.0mm/s；以使用高精密陶瓷滚动轴承的转子系统为气动设计基础，配合高效永磁同步电机，并将双级压缩切向进气技术、最小气封环间隙设计、多工况气动深化综合设计方法相结合，通过多物理场耦合设计技术进一步提升了压缩机的气动效率，国标COP达7.23，国标IPLV达10.26；另外，通过高度集成化的供液模块、泵供液及系统压差供液自动调度的轴承润滑双供液模式、双制冷剂泵互为备份的工业级设计、供液二次过冷技术最大程度地保障了液浮供液系统的可靠性及稳定性；发明了轴向载荷实时反馈及动态平衡技术并开发专用控制算法，实现了轴向载荷实时智能调控。

　　2023年8月，中国制冷学会科技评估工作委员会对该技术项目进行了技术鉴定，评估专家一致认为：该项目创新性强，研发的正压陶瓷轴承液浮技术、轴向载荷实时反馈及动态平衡技术达到了国际领先水平；2023年12月，获得2023“临平杯”第三届全国机械工业设计创新大赛产品组银奖；2024年4月，获得中国制冷展创新产品和金奖产品两项大奖。

　　技术亮点

　　01、创新点一

　　首创正压陶瓷轴承液浮技术

　　研发出全新的正压制冷剂供液润滑技术和控制方法，解决了无油离心压缩机在大冷量非稳态工况下的控制难题，实现大冷量无油离心压缩机的可靠运行，最大冷量可扩展至3000RT。其核心技术包括低粘度正压制冷剂与航天级轴承集成技术、工业级智能双供液润滑技术、二次过冷技术、制冷剂泵在线切换及自平衡控制等。通过对制冷剂泵供液和系统压差供液两种方式的自动调度专利技术研究，制冷剂泵工作时间缩短90%以上，供液二次过冷技术可提升供液过冷度至3K以上，防止供液气化的产生对轴承造成气蚀。

　　02、创新点二

　　发明了轴向载荷实时反馈及动态平衡技术并开发专用控制算法，实现了轴向载荷实时智能调控。通过架构“先行控制”和“反馈控制”相结合的轴向载荷控制策略，开发基于PLC资源的高精度轴向载荷算法，实现压缩机全生命周期内轴系轴向载荷的计算和监测，并通过动态平衡控制技术控制压缩机运行时轴向载荷始终处于低水平状态，轴承寿命提高60%。

　　专家组点评

　　研制成功世界首台正压液浮无油离心式压缩机，解决了无油离心压缩机非稳态极端工况的控制难题，最大冷量可扩展至3000RT，实现了轴向载荷实时智能调控，轴承寿命提高60%；解决了多工况优化设计难题，提升了离心压缩机综合能效水平10%。

　　应用场景及市场展望

　　海信正压液浮无油离心式压缩机解决了磁悬浮轴承控制复杂和气封环泄漏损失大、气悬浮轴承难以实现大冷量等痛点问题，开辟了无油离心式压缩机新的技术路线，兼备大冷量、宽工况、高能效、高可靠性的特点，可广泛应用于商业楼宇、医疗医药、数据中心、工业制造、节能改造等场景。

　　海信对正压液浮无油离心式压缩机的研发，开辟了新的无油离心机技术路线，是当前无油离心机往更大冷量范围、更宽运行工况、更高能效和更高可靠性方向发展的又一探索，能较好的解决当前磁悬浮在大冷量非稳态工况控制难度大和气悬浮轴承气膜抗冲击弱、冷量小等难题，可实现无油离心式压缩机制冷量向上拓展至3000RT，适合于未来对常规有油离心机的逐步替代，其产业化应用可以有效助力离心机无油化革新，带动中央空调产业转型升级。