全封闭双级压缩变容积比压缩机与图3.1所示的普通滚动转子式制冷压缩机一样，也是由压缩机构、驱动电机、封闭壳体、气液分离器等组成的。图3.9所示为双级压缩变容积比压缩机结构示意图。

1.气缸位置的排布

如前所述，双级压缩变容积比压缩机从制冷剂气体在压缩机内的流动路径来看，这三个气缸为并联再加串联结构，即低压级定容气缸和变容气缸并联后与高压级气缸串联。但在实际的滚动转子式制冷压缩机中，这三个气缸的滚动转子都由同一根偏心轮轴驱动，因此，从机械结构上来看，这三个气缸为同轴并联驱动结构。

由于三个气缸为同轴驱动，所以气缸的排布方式对压缩机的性能、结构设计、偏心轮轴的受力状态均有重大影响。

基于气流通道路径最短原则，应选择靠近电机前腔的气缸为高压级气缸，这样，高压级气缸排出的制冷剂气体可以直接进入压缩机封闭壳体内，其气体流动路径最短，气流损失最小，也便于在排气阀外部安装扩张式消声器，降低压缩机的排气噪声。

图3.9　双级压缩变容积比压缩机结构示意图

1—吸气管　2—气液分离器　3—低压级变容气缸　4—中间腔（扩张室式消声器）　5—偏心轮轴 6—中间连接通道　7—低压级定容气缸　8—高压级气缸　9—中间补气口　10—中间补气缓冲器 11—中间补气管　12—驱动电机　13—排气管

在低压级气缸中，定容气缸为普通气缸，结构相对简单，而变容气缸需要设置变容切换的控制机构，结构相对复杂，体积较大。从变容切换机构（滑动销钉、弹簧等）的设计需求、轴承跨距长短、偏心轮轴挠度变形的大小、气缸排气流程阻力大小等各方面综合考虑，将低压级定容气缸设置在中间，即按照高压级气缸、低压级定容气缸和变容气缸顺序排布方式较为合理。

图3.10所示为一种双级压缩变容积比压缩机的气缸布置结构图。从图3.10中可以看出，高压级气缸与低压级定容气缸的偏心拐同相位，与低压级变容气缸的偏心拐相位相差180°。中间腔设置在低压级定容气缸的上侧（中隔板）和低压级变容气缸的下侧（下端盖），并设计成扩张室式消声器结构。变容切换机构（包括滑动销钉、弹簧）设置在低压级变容气缸的下端盖上，不会对气缸的刚度造成影响，并且有足够的空间安装变容切换机构和气体流通道。中间补气通道设置在高压级气缸上，与低压级定容气缸和变容气缸的排气通道相连。

图3.10　一种双级压缩变容积比压缩机的气缸布置结构图

1—偏心轮轴　2—上端盖（主轴承）　3—高压级气缸　4—低压级定容气缸排气阀　5—低压级定容气缸 6—低压级变容气缸　7—滑动销钉　8—低压级变容气缸排气阀　9—下端盖（副轴承） 10—下端盖中间腔（扩张室式消声器）　11—低压级变容气缸滚动转子　12—低压级定容气缸滚动转子 13—中隔板　14—中隔板中间腔（扩张室式消声器）　15—高压级气缸滚动转子　16—高压级气缸排气阀

2.气缸工作角度的布置

双级压缩变容积比压缩机有两种容积比工作模式，中间腔内气流状态非常复杂，为了避免两个低压级气缸排气以及中间补气之间的气流干扰，降低中间腔内压力脉动，实现高压级气缸的平稳吸气，需要对双级压缩变容积比压缩机的两个低压级气缸及高压级气缸之间的相位角进行合理设置，才能实现抑制中间腔气体压力脉动，降低低压级气缸的排气阻力，保证高压级气缸吸气量充足，以达到提高压缩机性能的目的。

为了降低吸气过程气液分离器中气体压力的脉动，保证两个低压级气缸同时吸气时吸气量充足，一般情况下，低压级两个气缸按相位角相差180°对称排布是最为合理的。因此，在双级压缩变容积比压缩压缩机中，实际上需要确定的是高压级气缸与低压级定容气缸之间的相位角。

在三缸工作模式运行时，由于两个低压级气缸同时工作，并且低压级两个气缸相位角为180°，同时，还有中间补气管路导入的中间压力制冷剂气体，所以在这一工作模式下，压缩机中间腔内制冷剂气量充足，气流压力脉动小，对高压级气缸吸气过程的影响相对较小，同时，低压级气缸排气时的背压也相对稳定，有利于低压级气缸工作的稳定。(www.daowen.com)

在两缸工作模式运行时，低压级只有定容气缸工作，高压级气缸和低压级气缸如何高效协同工作是设计的重点。气缸相位角布置不合理将会导致中间腔气体压力脉动、低压级排气损失、高压级吸气损失变大等问题，同时还有可能会导致中间补气量的减少。

滚动转子式制冷压缩机气缸吸气容积变化率曲线理论上为抛物线，如图3.11所示。在吸气过程中需要有充足气体量的吸气角度范围约为30°～330°，而排气过程中气缸排气开起时刻排气的气体质量流量最大。从理论上分析，为了使高压级气缸在吸气过程中吸气量充足，并且使低压级气缸排气过程的排气阻力最小，低压级气缸的排气开起角应设计在高压级气缸吸气容积变化率最大（180°）位置附近。

图3.11　滚动转子式压缩机气缸容积变化率曲线

试验研究的结果表明，将高压级气缸与低压级定容气缸的相位角设置成相差150°时，压缩机可以达到比较好的性能。

例如，某一台双级压缩变容积比压缩机在压缩机试验台上进行两种相位角差的对比试验，使用的制冷剂为R-410A，测试工况为国家标准（GB/T 15765—2014，《房间空气调节器用全封闭型电动机-压缩机》）规定的额定制冷工况，见表3.1。

表3.1　制冷量测试工况 （单位：℃）

试验数据表明，高压级气缸与低压级定容气缸的相位角取150°与相位角取180°时相比，中间腔气体压力脉动幅值降低51.6%，压缩机功耗降低3.57%，COP提升2.93%，具体对比数据如表3.2和图3.12所示。

表3.2　不同相位角差设计性能差异对比

3.中间腔及中间补气缓冲器

如图3.9所示，压缩机的中间腔设置在低压级定容气缸和变容气缸的排气通道上，同时承担低压级定容气缸和变容气缸排气消声器以及中间压力制冷剂容纳腔的作用。在压缩机结构允许的条件下，中间腔的容积应尽可能设计得大一些，以降低中间腔内制冷剂气体脉动的幅值。

图3.12　气缸不同相位角时中间压力随偏心轮轴转角变化曲线

中间补气缓冲器设置在压缩机中间补气口通道上，与循环系统中间补气管路相连。它的结构与压缩机上的气液分离器结构类似，但容积小得多。气体压力脉动缓冲器的容积不宜设计过大，能起到一定的压力缓冲作用，使中间补气管路的振动在许可范围内即可，否则，容积过大容易使中间腔内的制冷剂气体回流到中间补气管中，导致压缩机性能下降。