无油涡旋压缩机的技术特点与研究现状

2021-12-16屈宗长

压缩机技术 2021年5期

杜鑫，杨旭，屈宗长

(西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安 710049)

1 引言

压缩机是一种很重要的机械，一直以来被广泛应用于工业和生活的各个领域中，一般来说，压缩机中都会加入润滑油来润滑、密封，以此保证压缩机的可靠运行。压缩机完成气体压缩后，通常会将气体和与之混合在一起润滑油进行分离，方便后续使用。这种后续油气分离的方式不可能将气体中的油完全分离出来，而随着社会发展，纯净的压缩气体需求越来越高，在一些特定的领域中，对压缩气体的含油量要求严格，甚至不允许气体和润滑油直接接触。例如大型汽车或者列车的制动系统，如果氧气在增压过程中含有润滑油，将会引起爆炸，因此，为了制动的安全可靠，必须采用无油压缩机。在化工行业中，常常需要通过压缩合成气体，如果含油，可能导致合成的效率降低；而在分离贵重的稀有气体时更是如此，无油压缩机能够保证气体的纯度。另外，在深冷领域里，气体的温度很低，已经低于了润滑油的凝固点，润滑油无法使用，因此，深冷领域也需要无油压缩机；在食品、医疗等领域，为了保证产品的卫生条件，同样需要无油压缩机[1]。

在无油压缩机应用领域，无油涡旋压缩机以其独特的结构形式和工作原理，，具有结构紧凑、运转平稳、效率高等显著特点，特别是动静涡盘间摩擦副较低的相对运动速度，使其相较于其他类型的容积式压缩机更适合于无油化运行，这也使得无油涡旋压缩机的研究也成为了热点。

本文将从无油涡旋压缩机的各项关键技术分析出发，结合国内外研究成果，就无油涡旋压缩机的研究现状进行分析与阐述，并进一步总结目前国内无油涡旋压缩机的技术瓶颈和发展方向。

2 无油涡旋压缩机的关键技术

涡旋压缩机作为一种常用的容积式压缩机，目前在空气动力、制冷领域已广泛应用。无油涡旋压缩机技术为需要纯净压缩气体的行业带来了生机，依托于传统的涡旋压缩机技术，并借鉴了无油螺杆和无油活塞式压缩机的成熟技术，无油涡旋压缩机的发展已经取得了突破性的进展。然而还有一些关键性的技术需要进一步的去研究。本节将讨论一些无油涡旋压缩机需要突破的关键技术。

(1)密封和润滑

无油涡旋压缩机由于在压缩过程中没有润滑油参与，密封性能和润滑性能相较于有油的传统压缩机有一定的下降。含油压缩机可以在压缩腔的泄漏处形成一层油膜来达到密封的效果，同时在有相对运动的部位也存在着油膜来达到润滑的目的；而目前无油压缩机只能追求更高的加工精度来减小泄漏间隙，再辅以密封条，来达到减少泄漏的目的[2]。加工精度涉及工艺上的问题，随着相关加工技术的发展必将逐步得到提高。关于密封条也存在着需要解决的问题，密封条的结构尺寸如何设计，如何最优化密封条等。

(2)冷却

含油压缩机在压缩过程中存在润滑油可以带走压缩腔内的大部分热量，并且润滑油也可以带走涡盘等运动件的热量，对冷却压缩机起到了重要作用。而无油压缩机只能通过导热来带走压缩腔以及运动部件的热量，传热效果较差。如果没有进一步进行冷却，那么压缩腔的温度过高将导致压缩过程趋于绝热过程，压缩机的性能下降、功耗变大，因此，对无油涡旋压缩机的冷却研究是十分必要的。为了提高无油涡旋压缩机的散热能力，需要在压缩机的外部进行冷却，涡旋压缩机需要进行外部冷却的部件主要有3个：动、静涡盘、支架以及电机外壳。目前主要冷却方式是风冷，冷却效果不是特别理想。另外也有加装冷却水循环的研究，这种冷却方式效果更好，但是应用受限。无油涡旋压缩机的冷却也是关键的技术问题。

(3)防自转机构

涡旋压缩机与其他回转压缩机相比存在着公转的运动部件，即动涡盘，这造成了涡旋压缩机需要解决的特有问题：防自转。在涡旋压缩机运行过程中涡盘会受到气体力的影响，产生了使动涡盘绕主轴偏心线的自转力矩，如果不能控制这个力矩，涡旋压缩机将无法正常运行。在传统含油涡旋压缩机中常常采用十字联轴节、球形联轴节、柱销与孔联轴节等防自转的装置，润滑油可以很好地润滑这些存在摩擦的防自转装置，提高可靠性和使用寿命。但是在无油涡旋压缩机中，由于没有润滑油的存在，这些防自转装置都不能应用，必须采用无需外来润滑油的防自转装置。目前，无油涡旋压缩机应用最为广泛的是小曲拐机构。因此，小曲拐的工作原理、受力分析、运动特性等都需要进行较为彻底地研究，提高无油涡旋的防自转机构可靠性。

以上的一些问题是无油涡旋压缩机特有的关键技术问题，而对于有油涡旋压缩机来说的一些问题如型线等同样对无油涡旋压缩机至关重要，目前对无油涡旋压缩机的研究有很多，下面将分类进行综述。

3 无油涡旋压缩机密封和润滑的研究

密封和润滑是无油涡旋压缩机的最突出问题，也是研究热点，新型的密封结构和计算模型逐渐被。

无油涡旋压缩机的齿顶密封常见有光滑间隙密封、齿顶迷宫密封，王建吉和刘涛[3]对无油涡旋压缩机的密封结构进行了研究，利用工程流体力学和几何方法，对上述两种密封结构泄漏量的算法进行了推导，随后提出了一种新型的径向组合密封结构，并对其泄漏量进行计算。为了验证计算结果，建立了无油涡旋压缩机相邻压缩腔实验台，分别测量了光滑间隙密封、齿顶迷宫密封、齿顶组合密封3种密封结构在相同压差条件下的泄漏量。理论计算的泄漏量与实验测量的泄漏量基本吻合，其中随着压差的增大，光滑密封和迷宫密封的泄漏量增大，而组合密封的泄漏量减少。这表明在压差比较大的压缩机里，组合密封的小泄漏量更具优势。但是这种组合密封在压差较大的情况下密封条的磨损也较大，因此使用寿命会受到影响，若要采用这种密封结构，需要更加耐磨的材料作密封条。

李海生等[4-6]还提出了另外一种轴向间隙的密封结构。如图1所示，此密封结构由密封槽、弹簧、自润滑的密封条构成。密封槽在涡旋齿顶处开设，在密封槽内装有弹簧和密封条。弹簧施加弹簧力，背压气体力施加压力，使得密封条与涡盘接触，而涡齿两侧的压差力使得密封条紧靠在密封槽壁面，实现了涡齿两侧的密封。这种密封结构受力比较复杂，为了方便分析，该团队建立了简化的力学模型。结果表明，在压差力为0的情况下，弹簧力为密封条提供了支撑力，可以依据此工况的条件来设计弹簧位移。在压差力存在的情况下，弹簧力的作用逐渐减小，压差力成为实现密封的主要作用力。这种密封结构中，密封槽的深度是重要的结构参数，与密封结构的各个几何参数都密切相关，而背压腔的气体力也是密封结构力平衡的重要组成。因此，弹簧位移、密封槽深度、背压腔直径成为这种密封结构的主要设计参数，给设计应用提供了理论依据。

图1 密封条工作原理模型

除了理论上进行对密封圈的分析，利用有限元分析软件也是十分有效地分析手段。李海生等[7]为了进一步研究上述密封结构的工作性能，对该密封结构进行了三维建模，并利用有限元软件进行受力分析。根据计算结果可知，沿着渐开线转角的方向，密封条所在位置两侧的压缩腔压差是决定载荷的主要因素，而在不同的啮合位置，压缩腔之间的压差也不同。如果压缩腔之间没有压差，那么密封条也不会受到底面的载荷作用。另外密封条两侧的载荷分布不均匀，内侧高于外侧。密封条沿着型线由内往外所受载荷逐渐降低，形变也逐渐减小。这些分析结果都将有助于密封条的设计和优化。

这种密封结构中的密封条虽然采用自润滑材料，但是随着温度升高，密封条产生热变形，会影响密封的性能。该团队通过有限元分析研究了这一问题。如图2所示，结果表明，密封条的横向温度分布和压力有关，在高压侧的温度较高，低压侧温度较低；密封条的纵向温度分布是由下侧弹簧接触面到上部密封面逐渐降低。整体上温度分布比较均匀，但是存在着温度梯度较高的区域，这些地方温差大，不同的热变形量会使得密封条发生局部热变形，从而影响到轴向间隙的大小。根据分析所得的结果，可以对密封条进行优化设计，提高这种密封结构的性能。

图2 等温线及热变形示意图

对现有密封结构的研究对无油涡旋密封性能的提升也具有重要意义。无油涡旋压缩机在没有特殊密封结构时，通常是光滑密封结构，一般只有十几到几十微米的泄漏间隙，这时泄漏间隙的表面粗糙度成为影响涡旋压缩机泄漏量的主要因素。李超等[8]建立了二维模型研究表面粗糙度对泄漏量的影响。该模型用均匀的锯齿状粗糙元表示泄漏间隙的表面粗糙度，然后利用CFD软件对间隙内部的流动进行模拟计算，结果表明，表面粗糙元的高度越高、密度越大，泄漏通道的流动阻力越大，泄漏量越小，密封效果越好。

密封效果越好，摩擦也越严重，在没有润滑油的情况下，摩擦问题更加难以解决。动静涡盘端面上有着比较严重的摩擦，为了研究这一摩擦副的性质，焦瑜[9]建立了无油涡旋压缩机动静涡盘端面摩擦副摩擦力预测模型，这一模型基于分形理论，并且通过算例验证了模型的可靠性。最后通过分析模型得知，摩擦表面的分形维数存在一个最优点使得摩擦力降到最低，另外动静涡盘接触面的接触性质如果得到改善，也可以降低摩擦力。因此，选用自润滑材料作为密封条不仅能降低涡盘运动过程中的摩擦阻力，还可以提高压缩机的可靠性和使用寿命。

摩擦不仅会带来阻力，温度也会随之升高，无油润滑涡旋压缩机动静涡旋端面摩擦温度是反映压缩机工作性能的重要参数。李超等[10]通过虚拟仪器软件平台abVIEW以及相关产品搭建了动静涡盘端面摩擦温度测试系统，这套系统利用了非接触热平衡的测量方法，可以实时采集温度信号，测量精度也比传统测量系统高。应用这套测量系统可以很好实现对摩擦副的温度监控，有助于无油涡旋压缩机的温度特性分析，对提高性能有重要意义。

彭斌[11-13]等为了研究泄漏和摩擦对无油涡旋压缩机性能的影响，从压缩腔的容积变化规律出发，基于热力学定律对无油涡旋压缩机的泄漏特性进行了研究。研究表明：当存在泄漏时，气体的质量流量受影响较大，而压力受影响较小。另外，该团队为了研究无油涡旋压缩机的动力特性，对其进行了受力分析，并且建立了无油涡旋压缩机的动力学模型，利用此动力模型对涡旋压缩机的摩擦受力进行了分析，综合分析表明，由于无由涡旋压缩机轴处受到最大的切向力，所以影响涡旋压缩机效率最严重的是主轴承处产生的摩擦，经过计算还发现机械效率变化不大，因此无油涡旋压缩机稳定性也比较高。

4 无油涡旋压缩机的冷却研究

目前无油涡旋压缩机的涡盘散热以风冷技术为主，即在动、静背面添加散热翅片，并通过风扇送风，进行强制对流散热，这种散热方式受翅片散热系数影响较大，且需要消耗额外功耗，增加了动静涡盘的整体尺寸和加工难度。

王二利等[14]对微型涡旋压缩机的风冷技术进行了理论和实验研究，分别计算和测量了在自然冷却、静盘强制冷却、动盘强制冷却三种冷却方式的情况下无油涡旋压缩机排气温度、排气量、功率等性能参数的变化。结果表明，自然冷却的效果最差，静盘强制冷却的效果更好，而动盘强制冷却的效果最好，这说明无油涡旋压缩机存在着散热性能差导致能耗过高的问题，因此如何对压缩机进行冷却也成为了研究热点。

李海生等[15]对无油涡旋压缩机的水冷却系统(图3)进行了研究，该系统分别对静涡盘侧面、支架体腔内润滑油和电机外壳3个部件进行冷却，通过传热计算得出了该冷却系统所需要的循环水流量，随后设计了计算机控制系统对该冷却系统进行了检测和控制。这套系统有效地提高了压缩机的冷却性能，使得压缩机的效率提高，另外，计算机操纵的冷却水测控系统更加优化了冷却能力，提高了效率，为无油涡旋压缩机的冷却方式提供了更有效的选择。

图3 冷却系统示意图

5 无油涡旋压缩机防自转机构研究

涡旋压缩机在运行过程中，切向力使动涡盘自转，方向是沿着主轴偏心线方向转动，使得涡旋压缩机不能正常的工作，根据机械结构学原理防自转机构能限制动涡盘的自转，保证了动涡盘和静涡盘涡旋齿的紧密啮合，使整机达到稳定工作的状态。

涡旋压缩机防自转机构的结构形式有多种：如十字滑环、滚珠、小曲拐等，由于小曲拐防自转机构可采用自润滑轴承支撑，不需要润滑油进行润滑，同时具有机构简单、转动灵活、机械磨损功耗小、使用时间长等优点而被广泛的应用于无油涡旋压缩机中。

由于小曲拐是无油涡旋压缩机最重要的防自转机构，因此对其受力情况的研究有重要意义。郑尚书[16]建立了小曲拐的力与力矩的平衡方程，此平衡方程基于机构学的平行四边形运动原理，根据此方程求解出了小曲拐各个位置的受力情况，随后利用有限元软件求解出了在一个运动周期内小曲拐的应力应变分布。根据分析结果可知，在小曲拐的两端，应力和应变最大。

李超等[17]也根据机构学原理分析了小曲拐机构的运动特点，建立了小曲拐的运动方程，并且研究了不同数量的小曲拐同时运作时的动力特性。如图4所示，根据对平行四边形运动原理的分析以及多数目小曲拐模型的分析可知：小曲拐在整个运动周期内都在受力，其中半个周期为拉力，半个周期为压力，每半个周期都存在最大受力和最小受力；小曲拐受到动涡盘的力随着小曲拐数量的增加而降低，最大作用力也同时降低，另外，均匀对称分布更加有力于各个小曲拐受力均衡，延长使用寿命，因此小曲拐的数量为三且均匀分布在圆周上时，防自转机构的工作能力最好。

图4 小曲拐平面装配简图

彭斌等[18-19]同样利用平行四连杆运动机构的原理简化了小曲拐的模型，并且基于动力学和运动学建立了方程，分析了小曲拐的受力及运动情况。并且采用仿真方法分析了小曲拐的受力、运动、变形等问题。首先利用SolidWorks软件对无油涡旋压缩机进行了三维建模与虚拟装配，随后利用ADAMS软件对该模型进行了运动仿真，仿真结果与理论分析结果吻合，小曲拐防自转机构的可行性得到了验证，并且根据仿真结果，小曲拐也可以得到进一步的优化。他们又基于柔性化理论，通过ANSYS与ADAMS软件进行联合仿真，从而建立了无油涡旋压缩机的刚柔耦合模型，根据仿真结果，3个均匀分布的小曲拐都存在着7个最大的应力节点，这些应力节点都在相同位置，并且节点出的应变的变化趋势也一，与平行四连杆机构模型相符；退刀槽处的形变是小曲拐的最大形变。根据这些分析结果，小曲拐的性能优化也有了更明确的目标。

6 无油涡旋压缩机动力特性研究

润滑密封、冷却、防自转等方面的研究针对了无油涡旋压缩机的特有问题，而动力特性研究更加反映压缩机的工作特点。方琪[20]为了研究无油涡旋压缩机的动力特性设计了动力特性参数测试系统，首先根据无油涡旋压缩机的几何理论和力学理论进行分析，随后设计出了试验台的机械结构，选取了所需的各个传感器，数据采集卡和信号调理模块，设计出了测试硬件系统，基于LabVIEW开发出匹配的软件测试系统。最后对测试系统测试无油涡旋压缩机的动力特性参数，并对测试结果进行了分析，结果表明，该测试系统测试无油涡旋压缩机的动力特性参数具有可靠性和可行性，对研究无油涡旋压缩机的动力特性有重要意义。

赵曼[21]基于涡旋压缩机各个部件的力学分析建立了各部件的力学模型，并且结合了摩擦学理论，在动涡盘模型上建立了动力学和摩擦学的耦合关系式，而动涡盘的运动特征和受力特征使得动涡盘受到一个倾覆力矩的作用。此力矩的产生使得泄漏量增加，主轴承受的载荷也增加，影响了压缩机的性能和使用寿命，为了研究这一倾覆力矩，建立了数学模型，定义了倾覆力矩的方位角，分析了力矩以及涡盘之间的摩擦力随着曲轴转角的变化，为了无油涡旋压缩机的结构设计提供了依据。为了补偿加工误差造成的动静涡盘之间的间隙，通常会加入径向随变机构，赵曼依据其工作原理，分析了偏心套筒式径向随变机构的调节对实际涡盘回转半径的影响，研究发现该机构会破坏转子系机构的平衡，同时会对轴承的承载产生影响。

方圆力[22-23]等分析了气体力对无油涡旋压缩机的动力特性的影响。无油涡旋压缩机在运行过程中受到了3种不同的气体力作用，分别为轴向气体力、径向气体力、切向气体力，利用数值分析并结合Matlab软件进行编程计算，详细分析了3种气体力对倾覆力矩和自转力矩的影响。分析结果表明，涡盘所受的所有气体力中轴向气体力最大，径向气体力最小，并且径向气体力受力比较稳定，轴向气体力和切向气体力的变化趋势基本相同，而倾覆力矩对涡盘的影响更大，因此，控制倾覆力矩对涡旋压缩机的稳定运行十分重要。在机械中存在2个以上的机构必然会出现机构之间传动的间隙，而运动间隙的存在必然会影响到传动系统的平衡，为了研究无油涡旋压缩机动力特性与传动运动副间隙之间的联系，利用动态仿真的方法模拟了间隙对系统特性的影响，通过计算结果可知，载曲柄销和小曲拐受力相对平衡的条件下，要使动涡盘运动稳定，运动副间隙范围在0.02～0.03mm内。接着利用ADAMS软件模拟了动静涡盘的间隙对于整机动力特性的影响，结果表明，轴向间隙相比径向间隙对涡旋压缩机的动力特性影响更大，减小轴向和径向的装配间隙有利于减小涡旋压缩机的轴向和径向泄漏，提高压缩机的性能，保证运行的稳定性。总之，合理地控制轴承等运动副的装配间隙有利于提高无油涡旋压缩机的运行稳定性，减少泄漏量，提高使用寿命。

气体力的存在不仅会使得涡盘产生倾覆力矩，还会导致涡盘变形，同时涡盘上的热载荷也会导致涡盘产生变形。谢文君[24]为了研究气体力以及热载荷共同影响下的动静涡盘变形及应力分布情况，利用了有限元软件进行了分析，结果表明：影响动静涡盘应力应变分布最主要的因素是热载荷，而气体力对动静涡盘应力应变的影响相似，静涡盘的应力应变稍大于动涡盘；气体力影响的动静涡盘最大应力和变形出现在第二个压缩腔中部，热载荷影响下的最大变形发生在静涡盘散热片中心，而最大应力在轴承孔的内边缘；动静涡盘的散热片增加了无油涡旋压缩机的冷却效率，压缩腔内的温度降低，热载荷对于涡旋齿变形的影响也减小。

通过研究分析无油涡旋压缩机的动力特性，能够发现倾覆力矩、摩擦力矩、气体力、热载荷等因素对涡旋压缩机密封、冷却、摩擦、防自转机构等各个方面性能的影响，对无油涡旋压缩机的设计以及性能优化有重要的意义。

7 利用计算机技术的模拟分析

除了泄漏冷却等关键技术问题的研究外，利用计算机技术对压缩机工作过程的模拟也是研究的热点，这些模拟的结果为无油涡旋压缩机的设计与优化提供了依据，并且减少了实验成本以及研发周期。

肖根福等[25]依据热力学原理建立了无油涡旋压缩机压缩腔的数学模型来模拟压缩机工作的热力过程，该模型采用单腔控制容积法，以单个月牙形压缩腔作为控制容积，压缩腔内的气体均假设为理想气体，并且压缩腔内任意一点气体的温度、压力都相同，该模型还考虑到了泄漏以及换热，最后较为准确地模拟出了压缩腔内的温度、压力的变化过程，与实验测试的结果基本吻合，仿真结果对研究无油涡旋压缩机压缩机的泄漏、传热有一定帮助，也能用于压缩机的优化设计。

孙兴伟等[26-27]结合无油涡旋压缩机的力学理论和磁悬浮技术设计出了不使用轴承和防自转机构的无油涡旋压缩机。经过力学分析，该团队建立了涡旋齿节距不同情况下动涡盘在不同转角下的受力模型。随后利用有限元软件对为无油涡旋压缩机提供驱动力的E-I型电磁铁、U-I型电磁铁和U-U型电磁铁在不同气隙下的吸引力进行有限元仿真，仿真结果表明，理论上该无油涡旋压缩机可以在不使用轴承和防自转机构的情况下正常工作，同时还具备了磁悬浮技术摩擦低、无污染的优点。计算机有限元分析对该团队研发新型无油涡旋压缩机提供了有力依据。

相较于单一控制容积法，对压缩机内部的流场进行模拟分析更能体现出压缩机的工作特点，并且泄漏、传热等问题的研究会更加彻底。彭斌[28]等利用动网格技术(图5)与CFD软件对无油涡旋压缩机内部流场进行了模拟分析，模拟的内部流场为三维非定常流动。根据模拟结果发现：压缩机工质质量流量随着转速增大而增大，压缩腔内的压力和温度随着主轴转动而逐渐变大，并且在同一压缩腔内，动涡旋盘齿头会在特定时刻对吸气口及排气口产生遮挡，从而使流场内部气流产生较大的扰流，致使气体流动不均匀，导致温度和压力也分布不均匀。

图5 无由涡旋压缩机的网格划分

李博睿[29]利用Fluent软件的动网格功能实现了对无油涡旋压缩机内部流场的模拟，该模型将压缩机内部流场简化为二维流场，得到了流畅内部速度、温度、压力等参数的分布情况。模拟结果表明，涡旋压缩机动涡盘公转的方式导致内部流场的工质速度方向与壁面并不完全平行，而切向的泄漏是降低压缩机工作性能的主要因素，并且在泄露间隙处的压力变化最大；随着动涡盘的运动，工质在进口和出口处的流动速度不断发生变化。

李晓然等[30]利用PumpLinx软件对无油涡旋进行模拟计算，获得了无油涡旋压缩机内部流场的热力参数分布。模拟结果发现，在吸气腔内存在着“吸气增压”效应，并且工质从吸气管进入压缩机后流入右侧压缩腔与动盘公转方向相同，相对于进入左侧压缩腔更为顺畅，这导致了两侧吸气腔的压力和温度分布不均匀，也使得后续压缩过程中对称压缩腔内的温度和压力存在一定差别。

CFD等软件在无油涡旋压缩机的开发研究方面起到了越来越关键的作用，内部流场的模拟研究更加直观地体现出涡旋压缩机内部的工作过程，为优化无油涡旋压缩机提供了帮助。未来，随着计算机性能的提升和计算软件的更新，模拟结果会更加接近实验结果，并且能体现出更多的流场细节，为更进一步的研究提供帮助。

8 无油涡旋压缩机在热力循环中的研究

无油涡旋压缩机除了作为常用的空压机外，还可以压缩其他工质。Y W Shen[31]对无油涡旋压缩机在JT制冷机中的影响做了实验研究，分析表明，压缩机的实际性能对JT制冷机有显著影响。当使用不同的压缩机时，优化的预冷温度和相应的排气压力可以不同。实验中使用的压缩机仅用一台电机压比便可以达到20，同时也提供了所需的质量流量，然而这样子压缩机的寿命得不到保障，未来采用新型材料可以提高压缩机的寿命。实验表明，通过优化设计可以提高制冷机的效率。

Mendoza[32]提出了一种新型无油共转涡旋压缩机，并将此无油涡旋压缩机应用于混合吸收式热泵循环，用空气和不同的水摄取率对该压缩机进行了实验和建模。它的主要优点是可以在干和湿2种条件下运行，而不需要额外的内部润滑。此外确定了冷却和加热模式下COP的最大值分别为3.3和4.3。此外，Mendoza[33]还提出了一种共转的无油涡旋压缩膨胀机，并进行了实验和理论研究。为了确定输入变量对机器性能的影响，对机器在各种运行条件下进行了测试。压气机模式内等温效率最高为53%，膨胀机模式下等温效率由34%提高到84%。