【壓縮機(jī)網(wǎng)】【中國壓縮機(jī)網(wǎng)】欣逢祖國65華誕，中國壓縮機(jī)網(wǎng)特整理壓縮機(jī)發(fā)展歷程以誌慶賀和紀(jì)念。

　　簡介

　　壓縮機(jī)，（英語：Gas compressor），是一種將氣體壓縮并同時提升氣體壓力的機(jī)械，其應(yīng)用廣泛，常見的應(yīng)用領(lǐng)域包括：暖通空調(diào)、冷凍循環(huán)、提供工業(yè)驅(qū)動動力、硅化工、石油化工、天然氣輸送等。

　　依據(jù)其運(yùn)作原理，可分為容積式壓縮機(jī)(或稱置換式，英語：positive-displacement)與氣體動力式壓縮機(jī)(英語：aerodynamic)：

　　容積式壓縮機(jī)乃是將氣體導(dǎo)入一密閉空間中，透過壓縮原有氣體所散布的空間體積而使內(nèi)部壓力上升，而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能。依據(jù)其壓縮方式的不同，又可分為往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式、渦卷式、螺旋式等。

　　氣體動力式壓縮機(jī)則是利用葉輪的高速轉(zhuǎn)動，強(qiáng)制氣體高速流動以產(chǎn)生動能，而在通過升壓環(huán)的過程中，再透過斷面積的增加致空氣流速降低，使得氣體動能轉(zhuǎn)換為壓力能而使壓力上升。目前此型壓縮機(jī)有離心式、軸流式等。

　　中國壓縮機(jī)學(xué)科和壓縮機(jī)制造業(yè)的誕生

　　1.1  z*初的壓縮機(jī)品種及其制造廠

　　20世紀(jì)50年代初的國民經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時期，各類礦山亟需采掘用空氣壓縮機(jī)，我國壓縮機(jī)制造業(yè)遂應(yīng)運(yùn)而生。

　　1950年，原沈陽氣體壓縮機(jī)廠z*早仿（日本）制了排氣壓力為0.7MPa、容積流量各為3m3/min、6 m3/min、10 m3/min的小型固定式空壓機(jī)。

　　1951年，原天津動力機(jī)廠按原中央機(jī)械工業(yè)局設(shè)計室測繪圖樣（參照德國DIN繪圖標(biāo)準(zhǔn)要求），仿（美國）制了國內(nèi)s*臺高速柴油機(jī)及其直聯(lián)驅(qū)動的空壓機(jī)（排氣壓力0.7MPa、容積流量9 m3/min）和系統(tǒng)，成為國產(chǎn)s*臺移動式空壓機(jī)。原重工業(yè)部黃敬部長蒞臨剪彩。

　　1952年，原杭州制氧機(jī)廠仿（蘇聯(lián)）制了排氣壓力15MPa的高壓小型移動式空壓機(jī)；原重慶空氣壓縮機(jī)廠（原紡織部614紡織機(jī)械廠）仿（美國）制了排氣壓力0.7MPa、容積流量6 m3/min移動式空壓機(jī)。

　　1954年10月，作為建國初期重點(diǎn)建設(shè)項目之一的原沈氣廠，仿（蘇聯(lián)）制了小型石油氣壓縮機(jī)；同年，原重慶空壓機(jī)廠實(shí)施的大型空壓機(jī)試制工作因外國專家的意見而中斷。

　　1957年，在吉合群廠長兼總工程師任上，原沈氣廠仿（加拿大）制的1—100/8型空壓機(jī)，參照美國機(jī)械工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASME PTC—9，于12月3日測得：排氣壓力0.6863MPa時，容積流量91m3/min、軸功率471kW、比功率5.18kW/（m3·min－1）。此乃國產(chǎn)s*臺大型動力用空壓機(jī)。

　　1.2  壓縮機(jī)專業(yè)的教學(xué)、科研與外援

　　原高等教育部參照原蘇聯(lián)辦學(xué)經(jīng)驗，1955年決定在交通大學(xué)設(shè)立壓縮機(jī)專業(yè)學(xué)科，石華鑫先生（同濟(jì)大學(xué)）肩負(fù)創(chuàng)建重任，石門桃李遂滿天下矣。1957年后，該教研室長期由苗永淼、郁永章、楊紹侃先生領(lǐng)導(dǎo)。1960年，原一機(jī)部在原武漢機(jī)械學(xué)院設(shè)壓縮機(jī)專業(yè)（現(xiàn)屬華中科技大學(xué)建制）。

　　1956年，原一機(jī)部通用機(jī)械研究所建立，原沈氣廠副總工藝師黃隆厚先生奉部調(diào)令入所，1958年時下設(shè)6人壓縮機(jī)組，后擴(kuò)為研究室。1960年，原一機(jī)部一三局與沈陽市機(jī)械局在部直屬沈氣廠內(nèi)設(shè)沈陽氣體壓縮機(jī)研究所。

　　上述二校、二所，是培育壓縮機(jī)專業(yè)人材和全方位實(shí)施壓縮機(jī)專業(yè)研究的強(qiáng)大基地，也是精品壓縮機(jī)的主要源頭。

　　原蘇聯(lián)專家沙夫拉為原一機(jī)部、化工部合辦的壓縮機(jī)短期訓(xùn)練班授課（1957年）；原蘇聯(lián)蘇姆市優(yōu)龍芝機(jī)器制造廠壓縮機(jī)工藝專家列茲尼欽科來原沈氣廠指導(dǎo)（1958年4月~1959年10月）；原全蘇化工機(jī)械科學(xué)研究院列寧格勒分院大型壓縮機(jī)設(shè)計專家多勃羅克隆斯基到通用所指導(dǎo)（1960年初至8月），都為我國容積式壓縮機(jī)技術(shù)的奠基作出了貢獻(xiàn)。

　　原蘇聯(lián)專家謝列茲廖夫副教授則于1957年到西安，受聘于交通大學(xué)（西安部分）動力機(jī)械制造系壓縮機(jī)專業(yè)為研究生導(dǎo)師。當(dāng)時，動力系建成的葉柵風(fēng)洞實(shí)驗室的空氣動力性能測試條件屬海內(nèi)z*佳，錢學(xué)森學(xué)長曾視察并評價。

　　2  金屬膜片隔膜式壓縮機(jī)

　　20世紀(jì)60年代初，原杭州制氧機(jī)廠、原北京第一通用機(jī)械廠分別仿制了原蘇聯(lián)、法國的隔膜式高壓壓縮機(jī)，開辟了我國壓縮機(jī)制造業(yè)的嶄新領(lǐng)域。

　　在郁永章老師的指導(dǎo)下，借鑒前蘇聯(lián)期刊《化工機(jī)械制造》有關(guān)論文和前蘇聯(lián)高校學(xué)位論文，原北京第一通用機(jī)械廠就膜腔型面、油壓與氣壓的壓力差值以及金屬膜片材料特性等關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)涵，進(jìn)行了持續(xù)攻關(guān)。在原第一機(jī)械工業(yè)部第一、三局和原冶金工業(yè)部的支持下，由原撫順鋼廠研發(fā)成功了隔膜式壓縮機(jī)專用膜片合金鋼薄板材，效果良好并沿用至今。

　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和需求看好，制造隔膜式壓縮機(jī)的企業(yè)在增多，但原北京第一通用機(jī)械廠一直居核心地位，就系列品種數(shù)、性能參數(shù)覆蓋面和制造臺數(shù)而言，皆如此。

　　2.1  超高壓活塞式/隔膜式壓縮機(jī)組

　　機(jī)組排氣壓力200MPa、容積流量2m3/min，由一次機(jī)（活塞式，4級，排壓30MPa、軸功率40kW）、二次機(jī)（隔膜式，排壓100MPa、軸功率12kW）、三次機(jī)（隔膜式，軸功率22kW）各一臺及系統(tǒng)構(gòu)成，供氣量2Nm3/min。用于中國空氣動力研究與發(fā)展中心的尖端科技大型2m激波風(fēng)洞，供航天器的高馬赫數(shù)、高雷諾數(shù)、高速高焓試驗之需。該風(fēng)洞為亞洲z*大、世界前列。機(jī)組于1984年~1988年由中國通用機(jī)械工程總公司設(shè)計/成套，原上海大隆機(jī)器廠制造，1992年鑒定。該課題曾獲機(jī)械工業(yè)部科技進(jìn)步獎。課題組由張超武（1957年原昆明工學(xué)院機(jī)械系畢業(yè)）負(fù)責(zé)，蔣渝成（1965年春原武漢機(jī)械學(xué)院壓縮機(jī)專業(yè)畢業(yè)）等參加。

　　機(jī)組主要技術(shù)內(nèi)涵：

　　a.  滿足了分別以3種不同壓力（30MPa、100MPa、200MPa）向風(fēng)洞供氣之需。

　　b.  同一機(jī)組既可壓縮氫氣又可改壓氮?dú)?，以供風(fēng)洞選氣種用。需知，氫、氮二者在超高壓力下的可壓縮性系數(shù)值差異較大（100MPa下，H2為1.6、N2為2.2；200MPa下，H2為2.2、N2為3.5），同一膜腔將會造成不同的壓力比分配和排氣溫度的較大差異。

　　c.  在國內(nèi)s*次確定了230MPa超高油壓下油缸/柱塞的合理間隙值。

　　d.  擇定缸頭/缸體聯(lián)接用雙頭螺栓預(yù)緊系數(shù)。

　　e.  優(yōu)選膜片材質(zhì)為半硬化316不銹鋼板或Ni36CrTiAl薄板，并控制膜腔相對余隙容積小于2.5%。

　　f.  得出了避免嚴(yán)重應(yīng)力集中和延長高循環(huán)數(shù)、高應(yīng)力幅作用下零件壽命的對策。

　　在缸頭/缸體處力求不設(shè)徑向開孔，以防極高的應(yīng)力集中所導(dǎo)致的疲勞破裂。但因結(jié)構(gòu)的關(guān)系，三次機(jī)缸體必須設(shè)有聯(lián)接調(diào)壓閥和卸荷閥的孔口。為此，不開徑向孔而改為斜向孔，且將孔口端面精修磨成圓角并研光，從而大大降低了應(yīng)力集中的程度，改善了缸體受力情況。缸頭/缸體優(yōu)選雙真空冶煉（真空冶煉后再經(jīng)電渣重熔）美國AISl 4340鋼種，其鍛件經(jīng)嚴(yán)格嚴(yán)格熱處理后強(qiáng)度高、韌性好，在高循環(huán)次數(shù)（每分鐘350~400次）、高應(yīng)力幅下具有理想的疲勞極限值。

　　承受脈動壓力的部位，如油腔處的三通，采用了雙層套結(jié)構(gòu)，借助于過盈配合使承受超高內(nèi)壓的零件表面產(chǎn)生預(yù)壓縮應(yīng)力，以避免疲勞破損。受結(jié)構(gòu)所限不能熱套處，如三次機(jī)氣閥的升程限制器內(nèi)孔，則采取內(nèi)孔自增強(qiáng)處理措施使其獲得適宜的自增強(qiáng)壓應(yīng)力。在超高壓210MPa下其內(nèi)孔表面仍保持為壓應(yīng)力狀態(tài)，而其閥隙流速亦需控制在1.5m/s以內(nèi)。

　　g.  強(qiáng)力雙頭螺栓固緊技術(shù)。

　　三次機(jī)缸頭配置12只M52雙頭螺栓，每只都承受588kN預(yù)緊力，當(dāng)壓縮吸、排氣時其應(yīng)力幅度變化很大。除了選用疲勞強(qiáng)度高的材料和設(shè)計為彈性螺栓結(jié)構(gòu)外，在螺栓固緊時不僅每只螺栓必須受力均勻，尚需各只螺栓同步實(shí)施固緊。液壓拉伸器理想地解決了此棘手問題。

　　h.  研制了能夠遠(yuǎn)距離操作、自動控制油壓恒高于氣壓約10%、以防膜片超壓破裂的調(diào)壓閥。

　　當(dāng)為三層膜片（氣側(cè)/中間/油側(cè)各1片）并采用膜片破裂油、氣信號引出/自控系統(tǒng)時，機(jī)組的運(yùn)行安全性更獲確保。

　　2.2  充氧（氮）車載隔膜式高壓壓縮機(jī)組

　　排氣壓力35MPa，吸氣壓力12MPa時供氣量120Nm3/h（N2）或85Nm3/h（O2），轉(zhuǎn)速500r/min，柱塞行程55mm，油缸直徑28mm。單級壓縮、雙缸對置，油冷卻器強(qiáng)制風(fēng)冷，容積效率高達(dá)50%，噪聲聲壓級81.6dB（A），1m。質(zhì)量僅600kg、外形僅680mm×1200mm×675mm，得益于在國內(nèi)隔膜機(jī)中z*先采用的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。以汽車發(fā)動機(jī)為動力。能適應(yīng)排氣壓力變化的油壓隨動調(diào)節(jié)閥，保持油壓高于排氣壓力14%~17%，有助于降低功率消耗和延長膜片壽命。當(dāng)壓縮氧氣時，采用鈹青銅膜片和4839氟油。具有膜片及隨動閥膜片破裂報警、檢測系統(tǒng)，油溫、油壓監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)。

　　此機(jī)組系原北京第一通用機(jī)械廠研發(fā)，1997年鑒定。

　　2.3  對稱平衡型隔膜壓縮機(jī)

　　a.  2003年3月，北京市科學(xué)技術(shù)委員會組織專家通過了對北京匯知機(jī)電設(shè)備有限責(zé)任公司氣體力40kN的GD134-30/160型隔膜壓縮機(jī)科技成果鑒定。確認(rèn)其對稱平衡型結(jié)構(gòu)隔膜壓縮機(jī)為國內(nèi)s*創(chuàng)，填補(bǔ)了我國大型隔膜壓縮機(jī)品種的空白，認(rèn)定其技術(shù)性能指標(biāo)為國內(nèi)先進(jìn)、接近國際先進(jìn)水平。

　　b.  北京京城環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司于2006年底推出了活塞力高達(dá)80kN的大型對稱平衡型隔膜壓縮機(jī)，功率達(dá)90kW。該機(jī)合理地借用本企業(yè)的往復(fù)活塞式對稱平衡型壓縮機(jī)成熟傳動部件，還采用單活塞驅(qū)動雙油缸結(jié)構(gòu)。把傳統(tǒng)作法中的缸體和配油盤各為一零件改併為一件，降低了裝配工藝難度，還減少了密封面；又改滾動主軸承為滑動主軸承，提高了承載能力。

　　c.  2008年5月10日，中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會組織專家，對北京匯知機(jī)電設(shè)備有限責(zé)任公司自行研制的具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的新穎大型對稱平衡型雙作用隔膜壓縮機(jī)GDS134-60/160型進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)鑒定。該型機(jī)排氣壓力16MPa、容積流量60m3/h，是GDS系列的典型產(chǎn)品之一。

　　西安交通大學(xué)壓縮機(jī)專業(yè)資深教授郁永章老師出任專家委員會主任委員。鑒定結(jié)論認(rèn)定該機(jī)是國內(nèi)s*創(chuàng)的油缸活塞雙作用、四膜頭大型對稱平衡型隔膜壓縮機(jī)，采用了級差式油缸活塞等一系列新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)，各項技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)任務(wù)書和國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。就油缸活塞雙作用的工作原理和所達(dá)到的功率等級而言，居國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先水平。

　　該機(jī)型填補(bǔ)了國內(nèi)多膜頭、大容積流量隔膜壓縮機(jī)的空白，性能價格比優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，只相當(dāng)于國外同規(guī)格產(chǎn)品目前價格的30%~40%，滿足了國內(nèi)市場對大型隔膜壓縮機(jī)的急需并能替代進(jìn)口，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

　　據(jù)知，繼德、美、法三國各一家隔膜壓縮機(jī)制造廠之后，匯知公司是第四家研發(fā)成功大型對稱平衡型雙作用隔膜壓縮機(jī)的企業(yè)。此類產(chǎn)品為高端工藝流程所急需，市場前景甚佳。

　　2.4  前景展望

　　由金屬膜片隔膜壓縮機(jī)的極高氣密性和高工作壓力兩大優(yōu)勢所決定，它適宜在軍民核能技術(shù)、納米技術(shù)、防化、國防、化工、石油化工、氣體工業(yè)、醫(yī)療、醫(yī)藥工業(yè)、超臨界二氧化碳萃取領(lǐng)域壓縮、輸送氣體，尤其適于壓縮劇毒、強(qiáng)腐蝕、放射性、珍稀、極純凈、極干燥、可燃易爆氣體，此種特殊功能是其他結(jié)構(gòu)類型的容積式或動力式壓縮機(jī)所不具備的。膜腔型線優(yōu)化，膜片壽命過關(guān)，多層膜片在一片破裂報警的同時還能確保安全，遠(yuǎn)傳膜頭與氣動膜頭技術(shù)，膜腔氣壓與液壓缸油壓差值保持技術(shù)等，也都促進(jìn)了國產(chǎn)隔膜壓縮機(jī)近年需求量的飆升。

　　毫無疑問，國產(chǎn)隔膜式壓縮機(jī)在國際市場上擁有優(yōu)異的性能——價格比及低價位優(yōu)勢。實(shí)際上，其出口業(yè)績持續(xù)看好。

　　北京地區(qū)的高新技術(shù)隔膜式壓縮機(jī)制造企業(yè)，主導(dǎo)了向大排量的重大技術(shù)進(jìn)展與火旺的市場需求量。其中，北京京城環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司持續(xù)占有我國核電領(lǐng)域內(nèi)隔膜式壓縮機(jī)的主要份額，擁有80kN氣體力對稱平衡型隔膜壓縮機(jī)；而北京匯知機(jī)電設(shè)備有限責(zé)任公司獨(dú)立研發(fā)的具有雙作用超大直徑氣缸、功率75kW級對稱平衡型隔膜式壓縮機(jī)，則實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破。