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山东老11选5开奖结果走势图一定牛:單螺桿、雙螺桿等螺桿壓縮機的研究及發展趨勢和十點動向(深度文章)

山东老11选5遗漏 www.arvfub.com.cn     先來說下單螺桿、雙螺桿等螺桿壓縮機的研究及發展趨勢。1960年法國人Zimmern提出了單螺桿壓縮機的構想,并獲得專利,1962年試制出第一臺樣機,70年代初期由法國標致汽車公司正式生產投放市場??⒊跗詰牡ヂ莞搜顧躉拖允境銎渚藪蟮姆⒄骨繃?,1962年的第一臺樣機的效率就達到了25%,壽命超過了1000小時。至1973年,通過材料、噴油等改進,部分單螺桿壓縮機在運行10000小時后仍能保持效率。70年代末期,荷蘭、英國和日本等國家先后開發生產制冷、空調用單螺桿壓縮機,其形式有開啟式和半封閉式兩種。80年代末又推進技術,發展制造出石油、化工、礦山等行業用的壓縮各種氣體(包括空氣、易燃易爆及有毒氣體)的單螺桿壓縮機。目前世界上已有中、英、法、美、日、荷蘭等國家的廠商可以生產出不同規格單螺桿壓縮機。

 在國內,由于國外的技術封鎖,在七八十年代曾有國內企業試圖與國外企業合作,引進技術,均以失敗告終。在自我開發研制的道路上,從北一通開始,不少企業和研究者對此機型進行過開發研究,但是從產品壽命這個角度看,進展不大。特別是星輪片易磨損這一問題成為制約單螺桿壓縮機在國內發展的一個瓶頸,這實際上就是單螺桿壓縮機嚙合副型線及其加工方法。近年來,隨著國內基礎工業的進步與發展,部分企業宣稱研制成功了單螺桿壓縮機加工專機。事實上,國內近幾年單螺桿壓縮機在市場上的表現確實比之幾年前有較大的進步,但是與國外過萬小時的工作壽命相比,嚙合副型線及加工這一問題并未得到有效解決。本文在收集了國內外大量單螺桿壓縮機資料的基礎上,試圖通過從單螺桿壓縮機的原理、嚙合副型線及加工方法進行全面分析,尋找國內單螺桿壓縮機的發展方向,并分析國外單螺桿壓縮機的核心技術內容。


單螺桿壓縮機的基本原理

單螺桿壓縮機,顧名思義這種壓縮機只有一個螺桿,是相對于雙螺桿壓縮機而言的。通常其運動部件有三個,一個螺桿以及兩個星輪片。按螺桿和星輪的結構形狀是圓柱(Cylindrical)或平面(Planar)組合不同,可大致分成四種基本類型:PC(平面螺桿與圓柱星輪);CP(圓柱螺桿與平面星輪);PP(平面螺桿與平面星輪)以及CC(圓柱螺桿與圓柱星輪)。

  各種類型單螺桿壓縮機的基本原理都一樣,即帶有齒槽的螺桿與帶有葉片的星輪配合,有齒槽面,星輪葉片以及機殼組成封閉容積,工作時,通常由螺桿帶動(齒槽與葉片的嚙合副類似于齒輪)星輪轉動,從而使封閉容積的容積發生變化,達到壓縮(或者膨脹,此即單螺桿膨脹機)的目的。但是,各種機型螺桿與星輪的加工方法與難度卻各不相同,最容易實現,也是目前最常見的是CP型。幾乎所有的單螺桿制冷壓縮機均采用CP型,包括荷蘭的Grasso公司,英國的Hall公司,以及日本三井精機和大金公司。至于空壓機,只有很少的公司采用PC型,大部分都是CP型。我國大部分廠家都是CP型。

根據Zimmern的推薦,CP型單螺桿壓縮機的螺桿有6個齒槽,每個星輪上有11個葉片,故工作時,星輪與螺桿的轉速比ρ=6/11。

嚙合副及型線

將單螺桿壓縮機系統分成三個部分,一星輪與螺桿以及機殼組成的核心部件,二螺桿及星輪安裝的軸承、潤滑及進排氣部分,三整機循環及控制系統。顯然最重要的是第一部分,這一部分是單螺桿壓縮機技術的核心部分即嚙合副型線,這決定了星輪葉片與螺桿齒槽的嚙合狀態,直接影響著整機的壽命。所謂嚙合副型線,實際上即指星輪葉片與螺桿齒槽面的形狀。第一種單螺桿型線是由單螺桿壓縮機的發明人Zimmern提出來的,即單直線包絡型,國內經常把這種型線成為Zimmern一類型線或原始型線。在嚙合中螺桿齒槽與星輪葉片上,在星輪的某一半徑處,作一平行與星輪軸的圓柱形截面,將所得截面圖形展開成平面,葉片按黑色箭頭所指方向運動,螺桿按照藍色箭頭所示方向運動。就是葉片兩側的兩條包絡直線,在嚙合過程中,葉片與螺桿接觸的除齒頂外,只有這兩條直線。螺槽側面是這兩條直線的包絡面。但是由于制造精度的限制,實際工作過程中總有一些振動,這種單直線接觸的型線比較容易磨損。考慮到原始型線易磨損的缺點,Zimmern提出了圓柱(臺)包絡型線,如圖4所示。這種嚙合副,螺桿齒槽側面是星輪葉片側面相應圓柱段的包絡面。其優點是,在嚙合過程中,在葉片側面與螺槽接觸部分是位置隨嚙合過程變化的一條線。與原始型線相比,相當于將磨損分散了,這樣在同等制造精度、材料耐磨性能情況下,可大大提高嚙合副的壽命。這種嚙合副的另外一個優點是,可以采用銑削方法加工,能大大提高生產效率。當然這僅僅是理論上的,實際銑削加工需要解決一系列問題,如齒頂問題,結合銑削工藝,Jensen等人提出了平面齒頂的型線[7]。但圓柱包絡并不完美:一、為使嚙合過程中的接觸線能在葉片齒側分布范圍擴大,可以增加圓柱直徑,但是圓柱直徑過大,就可能使加工過程中銑刀刀刃對齒槽另一側槽面干涉;二、由于星輪齒側面為圓柱面的一部分,嚙合過程中從齒面與螺槽面接觸處往星輪齒側面兩邊(即星輪葉片上下表面方向),齒側面與螺槽面之間距離變化很快,如圖5所示。在星輪齒側面由于加工精度、單螺桿壓縮機工作過程中的振動等不穩定因素的影響而磨損后,通過葉片側面的泄漏通道將很快增加,只不過其增加程度不會有直線包絡型線那么嚴重,這是極不利于單螺桿壓縮機密封性能的。

為此,Zimmern等人由于1979年提出了一種改進型線:多邊齒型。

以兩邊齒型為列,如圖6a)所示,在星輪齒的10截面螺桿只于一條直線19a嚙合,在截面9,于18a,19a兩條直線分段嚙合,在8截面處于18a嚙合。實際上,在9截面以及鄰近截面9的位置,是兩條直線嚙合的過渡段,僅在螺桿于星輪齒嚙合的某一瞬間存在兩條直線嚙合的情況,如圖6b)所示。理論上來講,這種邊可以無限多從而使星輪齒側面于螺桿齒槽面的間隙變小。但是實際上,這中齒型星輪的加工難度很大,到目前為止沒有發現有相關的機構或者個人發表過有關這種型線嚙合副的加工方法的技術文獻,包括專利。但是這種齒型卻提供了一種嚙合副設計的思路,即星輪齒側面與螺槽面之間在嚙合過程中,只有一部分參與嚙合(無論是直線還是圓柱),齒側未參與嚙合部分與螺槽面之間的距離越小越好。

國外有關嚙合副型線的技術文獻到目前為止只能找到這些,可能由于保密等原因,有些企業或者專家有一些更優的型線尚未公布亦未可知。不過從國外一些生產單螺桿壓縮機大公司申請的專利來看,這種可能性并不大。至于國內到目前為止,從專利申請與已發表的技術文獻看,已有多種型線,本文選出典型的五種作一分析。

首先是“直線包絡型”[4],顧名思義與原始型線似乎同一個意思,但這是作者提出這一型線時使用的名詞。此嚙合副的螺桿齒曲面仍是星輪齒側直線所形成的軌跡面。但這種嚙合副中星輪型線是螺桿齒曲面的包絡面,也可稱二次包絡。理論上,它可以分為兩部分:一部分是始終與螺桿齒曲面接觸,即星輪齒側的初始直線;另一部分是反包絡形成的包絡面,在每一轉角上都有一條接觸線與螺桿齒曲面接觸。這條接觸線在嚙合過程中逐漸移向固定接觸線,直至完全重合。但有些專家曾提出反對意見,認為只能在星輪齒面包絡直線上點與螺桿齒面相對速度最大或最小時,有一條固定直線(即包絡直線)和一條瞬時接觸直線與螺桿齒面接觸,并不能實現嚙合過程中任意時刻有固定直線與瞬時接觸線兩條直線接觸。因為當星輪齒側與螺桿槽面相對速度最小時,螺桿槽面在平行與星輪軸圓柱面上的切線具有最小斜率,從幾何上分析,此時螺槽面與星輪齒側部分二次包絡面干涉,在實際加工過程中就是二次包絡面將被部分切除。

第二種也是二次包絡型線,即“圓柱(臺)二次包絡型”[5]。其螺桿螺槽面和圓臺2圓柱包絡面嚙合副相同,只是星輪齒側工作面是螺桿齒曲面的包絡面而已。理論上講,該齒形的螺桿和星輪的齒曲面可根據其成形原理加工,此外,齒面性質也有很大改善。星輪齒側工作面可分為兩部分:原始圓臺面和二次包絡面。這樣,嚙合過程中就有兩條位置不斷變化的接觸線,同時,擠壓效應也會發生,磨損部位更加分散,影響油膜厚度的相對曲率半徑較大, 影響嚙合副耐磨性的滑動系數較小。對于這種齒形,早期由于滾刀切削力比銑刀大好幾倍,在實際切削中工藝系統振動大,常常因為機床剛性不足而悶車, 很難達到要求的星輪精度。事實上,二次包絡嚙合副的加工,特別是圓臺二次包絡嚙合副,由于精度以及星輪加工刀具等問題,至今未見公開的技術方案。

第三種型線是“連續兼游離式接觸線單螺桿壓縮機嚙合副”[6],如圖7所示。這種嚙合副的螺桿螺槽底面是以軌跡面(圖7a1、3、4所指)為母面,按螺桿與星輪的嚙合規律生成。該軌跡面(螺槽面)為:兩端是球面,將兩球心用任何曲線(圓弧線除外)連接起來,球面的球心沿著曲線移動時,球面所形成的軌跡面。作者認為這種嚙合副,螺桿螺槽面與星輪齒側、齒頂面的接觸線在星輪上的位置是連續且游離的。這種嚙合副實際上只確定了星輪與螺桿在中性面內的嚙合狀態與嚙合副型線,拓展到星輪齒的厚度方向,尚有諸多如螺槽底面形狀、星輪齒側形狀以及加工等問題需要解決,因此這種嚙合副并沒有被大部分學者或企業承認,也沒有引起注意。第四種是“三線接觸”式嚙合副[8]。作者聲稱這種嚙合副的齒側面由直線、半個包絡面以及一個“特形面”組成,特性面與螺桿之間是線接觸,在半個嚙合區內參與嚙合。這樣嚙合過程中,三個接觸區同時參與嚙合,形成三線嚙合,但是作者并未公布更具體的技術方案與詳情,也未得到眾多學者的承認。與二次包絡一樣無法在每時每刻形成多線接觸一樣,很多學者認為這種三線同時嚙合是不可能的。第五種是“多直線包絡”嚙合副型線[9],如圖8所示。這種型線的基本原理為多段嚙合、分散磨損,通過多方位直線進刀加工螺桿,使星輪齒面多條特征線與螺桿槽面保持均等接觸磨損的機會,從而提高機器效率與壽命。這種型線的設計方法即符合從原始型線到圓柱包絡型線分散磨損的原則,又滿足從圓柱包絡到前述“多邊嚙合副”減少齒側與螺槽面之間間隙的思想。

該嚙合副有與“多邊嚙合副”有相同的地方,即“多邊”與“多段”,其區別在于在星輪齒側與螺桿的任一嚙合位置,多直線包絡嚙合副中,星輪齒側面只存在一條直線與螺槽面嚙合,只有在兩條直線(如圖從AB)過渡時,會出現與“多邊”嚙合副類似的嚙合狀態。因此,兩種嚙合副星輪齒側面的形狀也大不相同,如圖9所示,“多邊嚙合副”的邊并不貫穿整個星輪齒長,而“多直線包絡”嚙合副的“多直線”貫穿整個星輪齒長。這種改進將使星輪的加工變得容易,但為提高效果,需增加工變得容易,但為提高效果,需增加特征線,而過多增加特征線將使加工難度增大或者加工效率降低。

第六種是“多圓柱包絡”嚙合副[10]?!岸嘀畢甙紜蹦齪細鋇囊桓鋈鋇閌?,采用直線包絡,其嚙合副加工仍只能通過切削加工,“直線”越多加工效率越低,因此作者提出了一種“多圓柱包絡”嚙合副型線,其基本原理如圖10所示。

其基本設計思想與“多直線包絡”如出一轍,但是將直線換成了圓柱。理論上,這種嚙合副囊括了圓柱包絡與多直線包絡的所有優點,目前其加工專機正在研制中。

單螺桿壓縮機嚙合副的加工

實際上單螺桿壓縮機技術的和核心部分乃是嚙合副的加工,嚙合副的加工直接面對兩個問題:一、嚙合副的加工性能;二、加工精度。一般單螺桿壓縮機星輪齒厚度在6mm左右,從星輪齒側進入螺桿齒槽容積到離開齒槽容積,星輪齒轉動角度范圍大概120°,在這樣大的范圍內要求星輪齒側面與螺槽側面始終能保持接觸,在高轉速及多齒分布的條件下,只要部分角度或者位置螺槽與星輪齒側面配合過盈或者間隙過大都會造成振動、泄漏等問題,使整機壽命嚴重下降。也正是因為這個原因,國內單螺桿壓縮機的壽命始終無法接近或者超越國外同類產品。有些學者認為這主要由國內機床加工精度不夠高引起,是有一定道理的。

單螺桿壓縮機嚙合副的加工研究分為星輪齒的加工與螺桿的加工兩部分,根據嚙合副的不同各不一樣。

第一類是原始型線。其星輪型線實際上是一條直線或曲線;螺桿型線是以此直線作為母線形成的軌跡面。原始型采用“非反包絡對偶嚙合修正綜合法”(也稱仿型法) 加工。所得到的不是螺桿齒面的包絡面而是立銑刀圓柱表面的包絡面,所以實質上仍然是包絡法。用仿型法加工星輪的理論誤差大, 在實際操作中產生誤差的環節也很多, 但使用該法可以省去星輪模具,在單件、小批量生產時生產周期短,因此目前國內仍有應用。國外有關的技術方案也僅有螺桿的加工方法,如圖11所示。

第二類則是“圓臺()-圓臺() 包絡面嚙合副”。螺槽可以用回轉刀具(立銑刀、砂輪) 加工, 有利于提高加工質量。至于星輪,一般都是用成形刀具將星輪的一個齒側表面加工出來,然后進行分度,加工另外一個齒的側表面。這種方法存在一定的分度誤差,加工精度差,對于嚙合精度影響很大,同時也影響動壓油膜的生成。而且這種嚙合副型線在齒側存在泄漏三角形,影響了容積效率。一種公開的技術方案由美國人Jensen發表,其加工方法的概念模型如圖12所示。第三類是“二次包絡型”?!爸畢甙縲汀鋇穆莞思庸し椒ㄓ搿霸夾汀敝畢咝拖叩募庸は嗤?,即車削加工,但星輪齒側工作面用相應的螺桿滾刀加工。但是滾刀加工由于其不連續性,不可能形成準確的星輪齒型面,從而使加工精度大大降低。 至于“圓臺二次包絡形”的星輪齒側型面的加工,理論上可根據其成形原理加工。但實際上,目前全世界都沒有解決二次包絡型面的加工問題。

至于其它幾種型線的加工,至少目前尚無公開的技術方案發表,但有一部分學者和廠家聲稱研制成功了加工專機,這里不在詳述,分析一下國外對單螺桿壓縮機嚙合副的加工方法與原理。從某些廠家生產的單螺桿實際機型來看,包括日本在內的幾家企業產品,其型線還是屬于原始直線,只是在具體尺寸、嚙合設計上有一些改進。目前公開的較具體的技術方案僅有專利。


總結與發展趨勢

從現有單螺桿壓縮機產品來看,其型線基本都屬于原始型線,或者其改進型,即其螺桿的加工方法本質上都屬于切削加工,包括一些國外廠家的產品。但是國外產品的壽命始終比國內的高出很多,作者認為除前文所述國外機子加工精度較高外,可能還有別的原因。作者對中國、美國、歐盟以及國際專利進行了搜索,發現與歐美國家,特別是日本相比,國內單螺桿壓縮機生產廠家申請的專利寥寥無幾。這些專利只有極少數是針對單螺桿壓縮機嚙合副的直接改進或者設計,大部分都是主機排汽、噴油、節能及結構設計。所以作者認為,主機的安裝及配件部分是單螺桿壓縮機的關鍵,但是國內前面二十幾年的研究者大部分僅重視嚙合副及嚙合副的加工,而忽視了這一部分。

從加工效率、加工精度來看,單螺桿壓縮機嚙合副的實際應用方向仍然應該是圓柱包絡型。盡管國外有某些公司可能未公布已經開發出這類型線的實際加工機床,國內的發展方向仍然應該是圓柱包絡嚙合類型的,因為這種嚙合副可以使用銑刀加工,可大大提高加工效率,而且這種嚙合副理論效率與壽命比直線型要長得多。

另外,對于單螺桿壓縮機排氣、壓縮機理論受力分析、嚙合過程、壓縮過程以及軸承等的研究也應當收到重視。從國內單螺桿嚙合副型線的研究情況來看,如果能實現圓柱包絡嚙合副的高精度加工,國內的嚙合副型線研究結果才可能進一步轉化為實際產品。

因此,當下本著務實的態度,對圓柱包絡單螺桿壓縮機加工方法進行研究,對單螺桿壓縮機內特性進行研究乃是重點。

雙螺桿壓縮機的研究及歷史發展趨勢。

如圖1所示的螺桿壓縮機具有結構簡單、操作方便和運轉可靠等一系列獨特的優點,這種型式的壓縮機發明于上世紀30年代,經過持續的基礎理論研究和產品開發試驗,通過對轉子型線的不斷改進和專用轉子加工設備的開發成功,螺桿壓縮機的優越性能得到了不斷的發揮,被廣泛應用于空氣動力、制冷、石油、化工、冶金、醫藥等工業領域。本文主要綜述螺桿壓縮機近年來的研究進展和在有關應用領域的發展趨勢。

1  螺桿壓縮機結構示意圖

螺桿壓縮機研究進展

工作過程數學模擬及試驗研究

螺桿壓縮機的實際工作過程受到多種因素的影響,是一個復雜、綜合而且瞬態完成的變質量熱力過程,因此要準確理解螺桿壓縮機的工作過程,不能僅僅對壓縮機的熱力工作過程進行理論的研究和分析,應同時對其動力特性、轉子變形等進行深入的研究,建立融合螺桿壓縮機工作過程熱力性能研究、動力特性研究和變形計算的數學模型是研究螺桿壓縮機的關鍵和基礎。在熱力學模型中,需要全面考慮轉子型線、泄露、傳熱、噴油、補氣、工質物性等因素,同時需要建立基于有限元方法的壓縮機動力學模型和轉子受力、受熱引起的變形計算模型,并對這三者模型進行耦合,以創立可以全面分析螺桿壓縮機工作過程的數學模型及其仿真軟件,解決螺桿壓縮機性能預測的難題,為螺桿壓縮機結構設計、參數優化和機器產品開發奠定基礎。

螺桿壓縮機工作過程p-V圖表象征壓縮機的內部微觀特性,對于評價壓縮機的工作狀態和性能水平具有重要的參考價值,是研究各類容積式壓縮機工作過程的重要手段。由于螺桿壓縮機轉速較高,且其齒間工作容積在空間不斷移動,因此其工作過程p-V圖的測錄就尤為困難。西安交通大學經過不斷探索,借助裝在在陰轉子上的微小壓力傳感器和高速數據采集系統,已成功地分別測錄了螺桿空氣壓縮機和螺桿制冷壓縮機的工作過程p-V圖。并通過分析比較有關p-V圖,得出了設計吸、排氣孔口和噴油孔口的改進方案,提高了螺桿壓縮機的性能水平。2示出一種小型螺桿空氣壓縮機的工作過程p-V,圖3示出螺桿制冷壓縮機在部分負荷狀態下的p-V圖。

2  螺桿空氣壓縮機p-V     3  螺桿制冷壓縮機在卸載狀態下的p-V

在螺桿壓縮機中,潤滑油的分布和霧化在很大程度上影響著螺桿壓縮機的間隙分布、泄露、效率和可靠性等技術問題。利用PIV激光測速技術以及自行設計搭建的噴油可視化實驗臺,可進行螺桿壓縮機噴油的可視化研究。圖4和圖5分別示出潤滑油在螺桿壓縮機中的分布和潤滑油霧化及速度場情況。

  

4 潤滑油分布可視化研究               5 潤滑油霧化及速度場


為了研究螺桿壓縮機在工作過程中轉子受力情況,理解轉子型線對于轉子受力的影響,提高螺桿壓縮機的可靠性及其運行壽命,西安交通大學還利用力傳感器成功測錄了不同工況下轉子軸向受力的真實情況,明確了工作過程中轉子軸向受力的變化規律,為螺桿壓縮機的型線優化、動力學理論計算提供了堅實的實驗基礎。圖6示出轉子軸向力測試時傳感器的安裝,圖6示出陽轉子受力的實測值與有限元理論計算值的比較。

       

6 轉子軸向力測試傳感器安裝   圖7  轉子受力實測值與計算值比較


排氣壓力脈動是引起螺桿壓縮機噪聲和振動的主要因素,對其進行研究有助于了解螺桿壓縮機噪聲和振動的產生機理,不僅為管路系統的振動分析提供依據,更為螺桿壓縮機排氣流道和孔口的優化設計奠定實驗基礎,從而降低噪聲和振動。圖8所示為排氣壓力脈動測試裝置圖,圖9示出排氣壓力脈動實測與理論計算比較圖。

    

8 排氣壓力脈動測試裝置圖                 9 壓力脈動實測與計算比較

     

傳統的螺桿壓縮機設計方法,依靠一些在作了許多假設之后得到的近似公式,進行設計和計算。不僅設計周期長,而且準確度差,一些設計參數還要待樣機造出后,再通過試驗確定。這種設計方法嚴重影響了新產品的供貨時間和性能水平,削弱了其市場競爭力。西安交通大學在前述工作過程p-V圖測錄等實驗研究的基礎上,解決了螺桿壓縮機中轉子型線設計、幾何特性的準確計算、刀具刃形計算、熱力性能和動力特性預測,以及吸排氣孔口配置、轉子受力和變形計算等關鍵技術,在對螺桿壓縮機工作過程進行深入系統的理論分析和試驗研究的基礎上,成功開發了一套完整的螺桿壓縮機設計計算軟件SCCAD,已成功應用于設計多種型號的螺桿壓縮機新產品,并被推廣到多家螺桿壓縮機生產企業應用,取得了良好的經濟效益和社會影響。圖10給出了SCCAD的主界面及轉子型線計算程序的輸入數據對話窗口。

10  SCCAD軟件界面

     

在螺桿壓縮機設計中,最重要的是設計其轉子型線,因為轉子型線基本決定了螺桿壓縮機的性能好壞。螺桿壓縮機性能的不斷提高及其市場份額的不斷擴大,是與轉子型線的發展密不可分的。國際上著名的螺桿壓縮機生產廠家,都是伴隨著新型線的開發成功,而不斷發展壯大的。性能優越的新型線一旦開發成功,往往會使其產品的銷售量猛增、市場占有率迅速擴大。傳統的型線設計方法,僅從影響熱力性能的泄漏對參數進行優選。而借助螺桿壓縮機設計計算軟件SCCAD,不僅可從熱力性能影響因素出發,更進一步地注意到了有關參數對轉子間力矩分配的影響,同時注意到轉子型線的流線化,使得利用該技術設計的轉子型線在熱力性能、動力特性以及降低噪聲等方面均具有優越的性能。目前,西安交通大學已能夠根據螺桿壓縮機的具體應用場合,專門設計出熱力性能和動力特性好、噪聲低的新型線,典型結果如圖11~ 14所示。

          

11無油螺桿空氣壓縮機型線                    12 噴油螺桿空氣壓縮機型線


          

13開啟式螺桿制冷壓縮機型線                   14封閉式螺桿制冷壓縮機型線


螺桿轉子的加工是螺桿壓縮機制造技術的核心,刀具刃形是加工轉子時保證轉子型線精確度的關鍵,因此刀具刃形的設計直接決定了轉子型線的性能。為了補償加工誤差和轉子工作時的受力變形及受熱膨脹,需要在理論型線的基礎上,設定各點的間隙,并根據由此得到的實際型線進行轉子的加工。傳統的間隙設定方法是等距型線法和等距型面法,兩種方法都沒有考慮型線各部分變形量的不同。在最先進的型線嚙合間隙設定中,則利用有限元方法對型線各部分的變形進行具體的分析和計算,形成設定嚙合間隙的不等距法。這種方法,保證了轉子型線在加工時能具有很高的精度,陰、陽轉子僅在節圓附近以純滾動的方式接觸和傳遞力矩,對進一步降低噪聲和提高效率,能起到幫助作用。利用這種方法設計的的嚙合間隙放大圖如圖15所示。

15   嚙合間隙放大圖

螺桿壓縮機應用趨勢

螺桿空氣壓縮機

螺桿空氣壓縮機分為噴油和無油兩類,無油壓縮機又分為干式和噴水兩種。由于多種類型的壓縮機都可設計為空氣壓縮機,導致空氣壓縮機的市場競爭非常激烈,因此空氣壓縮機多被設計為系列化、標準化的產品,以便大批量、低成本地生產和銷售。另外,由于壓縮空氣的用途非常廣泛,因而還要求空氣壓縮機的運行和維護盡量簡單,以便使非專業技術人員也能夠正確操作。在如圖16所示的螺桿空氣壓縮機的設計中,必須考慮上述這些因素。

    

16  螺桿空氣壓縮機                圖17  高速無油螺桿壓縮膨脹機組


近年來,除了繼續應用于傳統的空氣動力裝備外,螺桿空氣壓縮機在一些新領域的應用也越來越多。如公共汽車和轎車燃料電池系統用無油螺桿空氣壓縮機、發動機增壓用螺桿空氣壓縮機、鐵路車輛和城市輕軌車輛用螺桿空氣壓縮機等等。圖17示出國家863計劃中開發的高速無油螺桿壓縮膨脹機組,用于為燃料電池供氣及能量回收。


     

按與電動機聯接方式的不同,螺桿制冷壓縮機分為開啟式、半封閉式和全封閉式三種。這類壓縮機單級有較大的壓縮比及寬廣的容量范圍,適用于蒸發溫度為+5℃-40℃范圍內的高、中、低溫各種工況,特別在低溫工況及變工況情況下仍有較高的效率,這一優點是其它機型所不具備的。因此,螺桿式制冷壓縮機被廣泛用于空調、冷凍、化工、水利等各個工業領域。

尤其值得指出的是,螺桿制冷壓縮機在中央空調領域的應用正在迅速增加,生產量提高極快,各種冷水機組和風冷熱泵系統中螺桿制冷壓縮機的應用十分廣泛。在機組配置方面,采用經濟器循環和變頻驅動,可使螺桿制冷機組的性能得到進一步的提高和改善。

近年來,西安交通大學與煙臺冰輪股份有限公司在螺桿制冷壓縮機研究與開發方面進行了長時間的成功合作。相繼開發成功30個型號的LG系列開啟式螺桿制冷壓縮機和10個型號的BF系列半封閉螺桿制冷壓縮機,其綜合性能達到國際先進水平。圖18和圖19分別示出開發成功的開啟式螺桿制冷壓縮機和半封閉螺桿制冷壓縮機。

     

18 開啟式螺桿制冷壓縮機       圖19半封閉螺桿制冷壓縮機


         螺桿工藝壓縮機

螺桿工藝壓縮機屬于小批量、多品種的機型,在大多數情況下,這種壓縮機是在螺桿制冷壓縮機的基礎上,考慮工藝氣體的特殊性質和壓縮機運行工況后的的變型產品。

螺桿工藝壓縮機今后所能處理的工藝氣體的范圍將繼續擴大,包括像CO2N2等惰性工質,也包括像H2、He等輕氣體,還包括一些化學性質活潑的氣體如HCl、Cl2等。

國內螺桿工藝壓縮機的制造技術與國際先進水平還有較大的差距,但近年來也有一些進步和提高。西安交通大學與沈陽大陸激光技術公司合作,對多次出現故障、嚴重影響流程運行的鎮海煉化公司C0201/B機組LG-87/5噴水螺桿壓縮機進行了成功的改造,通過設計一種轉子新型線,使該壓縮機噴水量明顯減少,輸氣量大幅提高的性能,取得了巨大的經濟效益。圖20示出改造后的C0201/B機組轉子。

20 鎮海煉化C0201/B機組轉子改造

      其它螺桿機械

       近年來,設計技術和制造方法與螺桿壓縮機類似的一些螺桿機械也獲得了很快的發展。下面對螺桿膨脹機和螺桿混輸泵的應用作些簡單介紹。

螺桿膨脹機按螺桿壓縮機的逆原理工作,其基本構造幾乎與螺桿壓縮機完全相同,但工作過程正好相反。雖然螺桿膨脹機是一種嶄新的膨脹機械,但它是在螺桿壓縮機的基礎上進行研究和開發的,螺桿壓縮機技術的許多新突破都可以直接應用于螺桿膨脹機。因此,盡管螺桿膨脹機的歷史不長,卻已經在幾種新型節能系統和裝置中得到了應用。如在大型常規制冷機組和CO2跨臨界循環中代替節流閥等,在太陽能、地熱能及工業余()熱動力利用方面,螺桿膨脹機也有著很大的應用潛力。

21 雙螺桿油氣混輸泵

如圖21所示的螺桿混輸泵用于直接輸送油井中產出的原油、水和天然氣等多相流體,這類混輸泵是在普通螺桿液體泵的基礎上,吸收了螺桿氣體壓縮機的螺桿型線設計和轉子加工等關鍵技術后發展起來的。隨著邊際區塊和衛星油井的開發,利用增壓來加大集油半徑的多相混輸方式愈來愈顯示出其重要性和必要性。這種輸送方式減少了繁雜的分離器、輸油泵、氣體壓縮機以及兩套獨立的氣液輸送管道,既可減少基建投資,又能降低管理費用。另外,對于后期低壓油井,還可利用現有生產設施,降低井口回壓,增加油氣產量,從而有效地提高油田開發的經濟效益。與傳統的生產系統相比,多相混輸系統可節省30%40%的油田開發費用。目前已有多家公司可提供用于陸地或固定平臺上的螺桿多相混輸泵,一些公司還提供用于水下多相混輸系統的水下螺桿多相混輸泵。

結論

螺桿壓縮機具有獨特的優點,隨著對其研究的不斷深化和設計技術的持續提高,螺桿壓縮機的性能將進一步改善,其應用領域會越來越廣泛。除傳統的應用場合外,螺桿壓縮機在燃料電池等新領域的應用將迅速擴大。

螺桿壓縮機發展的十大動向

我國壓縮機制造業的志士仁人,自當決意繼續奮力打造壓縮機制造業科技經 貿日趨興盛的嶄新局面,以性能價格比優異的適用產品服務于長城內外、大江南北,躍動于全球經濟圈,從而屹立于世界壓縮機強林!

前言

  華夏先民發明的人力木質風箱,是現代往復活塞式空氣壓縮機的概念雛形。著名的國際科學史學泰斗、英國的李約瑟教授和壓縮機技術發展史專家們,也都早已確認了公元前1500年我國商代時期的風箱,已具有了與現代空壓機氣缸、活塞和氣閥相對應的實體組件。而風箱拉板(相當于單級空壓機的雙作用盤形活塞)上粘滿的雞毛,則恰如同時兼有迷宮密封功能的活塞環。

  1995年12月時,西安交通大學副校長束鵬程教授指出:“壓縮機技術是緊密伴隨著人類文明和社會進步而發展起來的?!倮茨暄顧躉募際踅角∷迫死囁蒲Ъ際踅降乃跤?。

  壓縮機極為廣泛而深入的應用領域,使人們極其明顯地察覺到它是無處不在、無時不在地為人類文明服務。各種結構類型的壓縮機,功率從數百瓦直至上萬千瓦,排氣壓力自0.2兆帕到350兆帕,壓縮著物性參數各不相同的世間各種氣體,運行于現代化大工業、高科技直至人們家居生活等迥異的領域。

  歷經近六十載的發展,海峽兩岸的壓縮機制造業和壓縮機學科、科研的喜人業績,已不容國際壓縮機諸強小視,且已擁有了在WTO格局下與國外著名品牌抗衡的非凡實力。

  業內人士皆深知,我國是全球為數不多的最重要的壓縮機市場之一。中央關于改革開放奔小康、西部大開發、東部龍頭、中部振興、振興東北老工業基地等戰略決策的實施,給海內外壓縮機制造企業以巨大的商機和技術開發的契機。

  那么,在公元2007年的金秋十月,直面WTO格局,已達到較高水準并在繼續躍升中的中華壓縮機制造業,其市場需求與技術發展動向又若何呢?

1、容積式壓縮機和透平式壓縮機各展所長

  隨著單系列工藝流程的興盛及其經濟生產規模的陸續擴大,以及透平式壓縮機高排氣壓力技術的突破和完善、不間斷長時間連續運行可靠性有保障,國外合成氣、空氣分離、化工與石油化工用超大型壓縮機,業已由透平式一統天下。國內業主的壓縮機選型趨向,也是如此。

  毫無疑問,透平式壓縮機具有最適于大流量、特大容量的特性,當排氣壓力在中壓以下時則更為方便。

  不擁有透平式壓縮機上述優勢的容積式壓縮機(以往復活塞式壓縮機和容積式回轉壓縮機為主流),則在超高壓、甚高壓領域獨占鰲頭,還在高壓、中壓以及中小流量場合具有高的性能價格比和運行節能之特色。

  盡管透平式壓縮機和容積式壓縮機所能達及的性能參數(流量、壓力)范圍稍有重疊和競爭,但從總體來看它們在各展所長、相輔相成。

2、透平式壓縮機的幾項新穎技術

國外個別先進企業制造的離心式壓縮機,依托整體式齒輪箱作為驅動和聯接的載體,內置透平式膨脹機葉輪,從而構成了新穎的節能壓縮機機組。如圖3所示,位于右側的透平膨脹機葉輪,通過其小齒輪軸將能量傳遞給大齒輪,大齒輪軸接受由蒸汽輪機同軸輸出的能量和由膨脹機小齒輪軸輸出的能量后,再行驅動位于左側的離心式壓縮機葉輪的小齒輪軸,進而驅動離心式壓縮機葉輪工作。實例:GT系列3級離心式空氣壓縮機即由內置的2級透平式膨脹機和蒸汽輪機共同驅動。采用了此種能量回收裝置,使得流程所需能量減少55%。運行于我國化學工廠的該節能離心式壓縮機組,其流量為25770m3/h,進氣壓力0.1MPa,排氣壓力0.75MPa。

STC-GV/GVT系列(圖1),其集成整體齒輪式離心壓縮機組采用不同轉速的多軸布置,圍繞中央大齒輪最多能構成8個壓縮級,創齒輪式離心壓縮機壓縮級數之最,是可對多種氣體進行多級壓縮的高度緊湊的機組。該系列壓縮機,可內置膨脹機葉輪,流量800m3/h480000m3/h,排氣壓力可達10MPa。該系列的每一壓縮級前都設進氣導流葉片裝置。

  STC-GT系列(圖2),實際上是透平式膨脹機,該整體齒輪式工藝氣體徑向透平,用于直接動力回收,可直接驅動透平式壓縮機或發電機。其膨脹比達4,排氣量是3000m3/h600000m3/h,其每一膨脹級都設徑向進氣口,其可調進氣噴咀實現了部分負荷操作的經濟性。其巧妙的構思是:直接選用已經由市場認可的整體齒輪式離心壓縮機的組件。

  上述幾項國際上透平式壓縮機的新穎技術,豈不也是完全可以為國人所借鑒并轉化為生產力的嗎?

3、環保型燃氣汽車加氣站用壓縮機之需求仍將長期看好

  世界面對著原油僅可開采40余年,而天然氣卻能再采70年以上的現實。我國正面臨著:著力于能源多元化,強化西氣東輸、川氣東送工程,大力?;せ肪?,公交運輸優先,積極開采、使用蘊藏量豐富的陸、海天然氣,強力多源頭進口液化天然氣,不遠的將來還能實現天然氣(進口)管路國際聯網(如土庫曼斯坦將供應我國天然氣300億立方米/年、哈薩克斯坦將供應我國天然氣一期100億立方米/年、二期300億立方米/年)以及蘊藏量甚豐的煤層氣(油氣田天然氣的后續天然氣)開發力度大增,還有總儲存當量熱值遠高于全球陸海天然氣的深層水域里“可燃冰”獲取工程業已啟動等等這樣的大好形勢。

  天然氣汽車具有技術成熟、清潔、安全和經濟性好等顯著的環保、技術、經濟綜合優勢。

  自1931年意大利北部建成世界近代首座天然氣汽車加氣站和1978年重慶氣體壓縮機廠研發成功首臺國產CNG壓縮機、1988年在四川省榮縣建成首座國產裝備天然氣汽車加氣站以及1994年重氣廠首獲20VCNG壓縮機訂單以來,國內外CNG壓縮機品種、銷量和技術進展漸趨活躍,并已跨出僅為汽車加氣領域而同時為極大范圍的社區燃氣化服務。時至今日,CNG壓縮機已躍升為全球壓縮機市場的最熱賣點之一,尤以我國、東南亞和南美洲為最。

      CNG壓縮機單機功率并不很大,然而在近年卻高度富集了當代往復活塞式工藝流程用壓縮機多項先進技術??凸凵?,CNG壓縮機幾乎成為全球工藝流程用往復活塞式壓縮機中唯一能夠形成批量生產的門類。隨著石油的更加短缺,治理城市汽車尾氣污染的緊迫,以及我國西氣東輸源頭氣源陸續拓展、外輸能力倍增和后續工程的分期實施,居民社區燃氣能源的更大規模普及,CNG壓縮機在國內外必將有更大的發展。

  眾所周知,由于CNG壓縮機自身的技術難點,在工業發達國家里也只是少數有強技術后盾和制造實力的壓縮機企業才能研發生產。雖然起步甚晚卻直逼世界先進水準的國產CNG壓縮機,在二十一世紀奇葩爭艷、異彩紛呈,自不同的角度逐步地將其綜合技術水準升華至不亞于舶來品的程度。從而不但為國內天然氣汽車加氣站的建設作出了新貢獻,而且擁有了在我國加入WTO之后與國外著名品牌抗衡的不凡實力,同時踏入了國際市場。由于擁有高的性能價格比和低價位,銷往海外的國產CNG壓縮機臺數逐漸增多,樂于接受中華CNG壓縮機的國家和地區也在擴大,更在CNG加氣站產業大發展的東南亞地區贏得了寶貴的產業份額。

  眼下,各CNG壓縮機制造企業和各天然氣汽車加氣站成套設備供應商業務量均飽和,完全可以說我國已進入CNG壓縮機產業的供銷兩旺平穩期。

  對CNG壓縮機五家公司的統計表明:該五家公司在“十·五”期間共生產CNG壓縮機2055臺,產值146145.64萬元,其中,出口636臺,出口產值34542.79萬元。該五家公司在“十·五”期間CNG壓縮機出口臺數比率為31%,出口產值比率為23.64%。2006年度該五家公司生產CNG壓縮機738臺,產值達43492.57萬元,其中出口298臺,出口產值14801.07萬元。2006年度CNG壓縮機出口臺數與生產臺數的比率高達40.38%,而出口產值與總產值比率亦高達34%。

   該五家公司2006年度一年的CNG壓縮機總產量(臺數)738臺,是“十·五”期間五年總產量2055臺的36%;2006年度一年的總產值43492.57萬元,是“十·五”期間總產值146145.64萬元的30%;而2006年一年出口總臺數298臺是“十·五”期間五年出口總臺數636臺的46.9%;2006年一年出口總產值14801.07萬元,是“十·五”期間五年出口總產值34542.79萬元的42.8%。業績驕人。

   榮獲中國石油化工集團公司科技進步二等獎的2D4CNG壓縮機(江漢石油管理局第三機械廠研發)主機剖面圖、十字頭組件與連桿組件剖面圖示分于圖4及圖5。

機身承受內氣壓的無泄漏CNG壓縮機剖面圖示于圖6。

   我國已在遼寧省、山西省建成了數座煤層氣汽車加氣示范站,在北京、上海各建成一座氫氣汽車加氣示范站,LCNG、LNG汽車加氣示范站也已小試牛刀。至于LPG汽車加氣站,其技術成熟度和數量眾多,也早為人們所熟知。這些多種類型的燃氣汽車加氣站,都與壓縮機有著密不可分的關系。壓縮機是加氣站中的最關鍵動設備,要求其安全可靠,壓縮機又占加氣站運行中設備能耗的首位,還獨占加氣站設備費份額的鰲頭。

   客觀地講,壓縮機服務于各種燃氣汽車加氣站,到目前為止也僅僅是剛開了個頭。多種環保型燃氣汽車加氣站對壓縮機后續的需求量無疑頗大,對壓縮機品質的要求也顯然在提高。做好、做大加氣站這塊碩大無朋的蛋糕,?;せ肪?、還我藍天,造福當代、福蔭后世,是壓縮機制造企業肩負的歷史重任,責無旁貸。

4、工藝流程用大型、超大型往復活塞式壓縮機之產能激增

   全球范圍內,工藝流程用大型往復活塞式壓縮機的熱賣點是石油化工行業下游煉油等深加工裝置、流程所需加氫壓縮機,而我國又是最熱點之一,需求與競爭兩旺。

   我國正在實施的能源安全戰略的一個重要方面,就是推廣大型煤液化工程。超大型氫氣壓縮機更是其中不可或缺的核心裝備。

   其中,東北某氣體壓縮機股份有限公司將自主研發與技術合作成功地有機結合,擁有了世界級水準的大型往復活塞式壓縮機專有技術(活塞力1001250kN),制造全系列大型對稱平衡型壓縮機,已面世機型最大功率5000kW、最大活塞力800kN、列數最多為6列。

   沈氣制造成功地運行于廣東省茂名市的中國石油化工股份有限公司茂名分公司等特大型石化企業的4M8030/22200BX型新氫壓縮機(圖7),系200萬噸/年渣油脫硫加氫裝置用,為對稱平衡型,4列,活塞力800kN,排氣壓力20MPa,軸功率3250kW,質量68.6t,冷卻器等輔機質量16.2t,電動機質量47t,外形尺寸9690mm×4680mm×1950mm。迄今為止,僅廣東茂名石化一家企業,就有沈氣產多達204M80級大型壓縮機在役運行,為我國石油化工行業的發展作出了重要貢獻。

   為配合國家大型煤制油項目上馬戰略性工程建設及中國石油、中石化大型煉油(1000t/年)裝置中的大型壓縮機品種需求,上海壓縮機有限公司著力開發超大活塞力等級的1000kN超大型往復活塞式壓縮機(圖8)。經過近二年的研發取得了突破性進展,首臺應用于中石化南化公司制氫改造項目獲得一次開車成功并網運行,且連續滿負荷正常運行。創造了承受國內往復壓縮機活塞力之最達1000kN用的鋁鎂合金軸瓦技術(申請了專利技術)等填補了國內空白,打破了歐美少數國家對該項技術的壟斷局面。

首臺中石化南化公司制氫項目用1000kN壓縮機技術參數如下:

型號:M510/42

公稱活塞力:1000kN

結構型式:6列對稱平衡型

壓縮介質:氫氣

壓縮級數:4

一級入口狀態氣量:510m3/min

  首臺1000kN活塞力壓縮機的開發、運行成功,既填補了國內空白,也為市場拓展開創了新局面。

  總體說來,由于我國壓縮機制造業產學研各單位的齊心合力,國產工藝流程用大型往復活塞式壓縮機不僅成功地替代了進口機,實際運行狀況還優于某些進口機,由于其綜合性能價格比的優勢,業已擁有隨石化成套裝備走向海外的良好條件。而這,也已如是實施。

  前述八家企業中,除了杭氧壓公司外,其余七家都擁有多列、公稱活塞力≥500kN大型對稱平衡型壓縮機系列產品的設計、制造能力。眼下,還有具備多列、公稱活塞力≥320kN大型對稱平衡型壓縮機系列產品設計、制造能力的企業,擬向更大型產品跨越。

  那么,是否存在著我國工藝流程用大型、超大型往復活塞式壓縮機產能過剩的潛在問題呢?

  縱觀歐美、日本在二十世紀五十~七十年代,工藝流程用大型往復活塞式壓縮機廠林立;及至八十~九十年代,兼并、轉產者甚眾。以德國為例,在原東、西德境內現僅各只有一家大型往復活塞式壓縮機廠。究其原委,不外乎大型單系列流程裝置蓬勃發展和透平式壓縮機技術長足進步這兩項。

  在2007年里,中國石油天然氣集團公司和中國石油化工集團公司都積極參大股(各占30%)入國有大型透平式壓縮機制造公司,還有國際頂級透平式壓縮機制造商姿態積極。完全可以預料,國產大型透平式壓縮機的技術進展與產能的提高將是迅速的。例如,“十一·五”期間新建、擴建的30余套100t/年超大型乙烯裝置中的關鍵裝備之一--離心式裂解氣壓縮機組將全部國產化,其單臺售價即高達1億元人民幣(單臺進口價1.7億元人民幣)。而這對于大型往復活塞式壓縮機又意味著什么呢?

5、迷宮壓縮機大型化和多臺套之緊迫要求

   迷宮壓縮機在工藝流程用往復活塞式壓縮機中獨樹一幟,通過精心設計和精細制造,以不接觸方式實現氣缸、填料處氣體的密封。因此,她不只是氣缸無油潤滑壓縮機的一種門類,在超高溫或超低溫工況,或壓縮絕對干燥氣體時,則很可能是唯一的選擇。釀造及食飲品工廠在向生產車間輸送直接接觸食飲品的壓縮氣體時,采用迷宮壓縮機比接觸環式氣缸無油潤滑壓縮機更衛生、合理。在制藥流程及氧氣裝置中的安全性,相對而言,迷宮壓縮機更勝一籌。

  “十一·五”期間,多套100t/年乙烯裝置,30t/HDPE裝置,4/36t/年環氧乙烷、乙二醇裝置,30t/PP裝置,20t/LLDPE裝置,還有多套聚烯烴裝置、大型甲醇裝置、大型制氧裝置,都提出了亟需多臺套大型迷宮壓縮機的新課題。

   迷宮壓縮機的大型化將面臨更多技術難點,如:大直徑活塞的迷宮密封壓力氣體,大行程、大質量的活塞--活塞桿系統往復運動的穩定性,多列聯體氣缸、多列整體機身的復雜結構及整體大質量鑄造與高精度機械加工,大尺寸、承受內氣壓的多列整體機身之設計,大直徑軸主軸頸處密封機身內氣壓的旋轉機械密封,克服溫度差值很大的零件的溫度應力與密封壓力氣體的問題等。此外,尚需洞悉迷宮壓縮機迥異于一般的往復活塞式壓縮機的某些特殊計算、檢測、安裝、調試要點。

  盡管如此,大型迷宮壓縮機國產化的方向堅定不移,已啟動的由無錫壓縮機股份有限公司為承制方的多項措施得力且方向目標準確。

6、分體式和整體式燃氣摩托天然氣壓縮機組產銷兩旺

  在管道式燃氣輪機離心式天然氣壓縮機組的沖擊下,大功率(最高曾達10067kW[13500HP])整體式燃氣摩托壓縮機逐漸退出了歷史舞臺。現今之整體式燃氣摩托壓縮機皆為對稱平衡結構,其動力缸、壓縮缸水平對稱臥置,動力缸活塞、壓縮缸活塞相向或反向運動,慣性力平衡優良,低速,重載,經久耐用,無需值守人員,運行費用低,功率為600kW及以下。

  該類燃氣摩托壓縮機組是由燃用天然氣的動力缸和壓縮天然氣的壓縮缸構成的橇裝有機整體,不需外接主電源和水源,機組的冷卻、潤滑、點火、自控等系統亦無需外界提供動力。顯而易見,它是無動力電或接電困難的分散油氣田、邊緣油氣田和后期油氣田理想的集輸氣裝備。

   中國石油天然氣集團公司、四川石油管理局、成都天然氣壓縮機廠和四川大川壓縮機有限責任公司,是我國廣大油氣田整體式燃氣摩托壓縮機組的最主要供應者。其中,僅成都天然氣壓縮機廠制造的ZTY系列產品已逾300臺,運行實績良好。

 “分體式”大型天然氣壓縮機組,是油氣田集輸氣用主力機種,多由大功率、高轉速天然氣發動機直聯驅動(或由電動機直聯驅動)并和大型風冷式冷卻器共同構成為獨立橇裝機組,為油氣田所不可或缺。

中國石油化工集團公司江漢石油管理局第三機械廠(武漢市吳家山)生產的RDS系列大中功率(達3000kW)壓縮機組,即屬此類,系技術合作與獨立創新相結合的結晶。

  作為壓縮機中的特殊群體的特種高壓壓縮機,都具有高參數、高性能的技術特征,如:排氣壓力高達若干,環境溫度低至××、高至××,環境相對濕度××,鹽霧××,縱傾××,橫傾××,外形尺寸小于××,重量小于××,露點低于××,振動烈度低于××,噪聲聲功率級小于××,平均無故障運行時間大于××,單位時間內啟動次數大于××,等等。

  功率和外形尺寸并不很大的特種高壓壓縮機,以其甚高科技含量而屹立于壓縮機設計、制造技術為數不多的幾個巔峰之一。

   圖9為高水準LHC8/400型大排量高壓空氣壓縮機組,系螺桿式活塞式串聯,功率160kW級,容積流量8m3/min,排氣壓力40MPa,振動烈度8mm/s。其排氣溫度、噪聲、振動均遠低于進口發達國家可比產品。

   國產特種高壓、高參數、高性能壓縮機的總體水準已不亞于外機。毫無疑問,它們已是我國載人宇宙飛行等高科技領域,以及保衛國土、捍衛海疆和領空的優秀保障裝備,功不可沒。我國壓縮機制造業中的志士仁人,已為此默默地奮斗了半個多世紀,功勛卓著!眼下,特種高壓壓縮機的多品種與更高壓力、更大排量、更多臺數之需求旺盛!

8、隔膜式壓縮機向大排量、雙作用的重大技術進展與火旺的市場

   歷經40余年的發展,我國隔膜式壓縮機制造企業的生產能力和產品所達到的技術水準,已不容歐美諸強小視。目前,國產隔膜式壓縮機不僅完全可以替代進口產品,還擁有了在WTO規則中競爭的可觀實力。

  由金屬隔膜壓縮機的極高氣密性和高工作壓力兩大優勢所決定,它適宜在軍民核能技術、納米技術、防化、國防、化工、石油化工、氣體工業、醫療、醫藥工業、超臨界二氧化碳萃取領域壓縮、輸送氣體,尤其適于壓縮劇毒、強腐蝕、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構類型的容積式或動力式壓縮機所不具備的。膜腔型線優化,膜片壽命過關,多層膜片在一片破裂報警的同時還能確保安全,遠傳膜頭與氣動膜頭技術,膜腔氣壓與液壓缸油壓差值保持技術等,也都促進了國產隔膜壓縮機近年需求量的飆升。

  毫無疑問,國產隔膜式壓縮機在國際市場上擁有優異的性能--價格比及低價位優勢。實際上,其出口業績持續看好。

  北京地區的高新技術隔膜式壓縮機制造企業,主導了向大排量的重大技術進展與火旺的市場需求量。其中,北京匯知機電設備有限責任公司獨立研發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(專利技術),實現了重大技術突破;北京京城環保產業發展有限責任公司持續占有我國核電領域內隔膜式壓縮機的主要份額;北京天高隔膜壓縮機有限公司亦屬佼佼者。

9、容積式回轉壓縮機市場持續旺盛,少數制造巨頭正在逐步形成

   國內壓縮機業主的選型觀念,已由非??粗匱顧躉誦械綰淖蚋凸?、更綜合性地通盤考慮。操作人員日常勞務費,維修所需勞務、配件與耗材費,事故?;鬧苯?、間接經濟損失等多方面的因素,促進了業主選用螺桿式壓縮機。

繼先進工業國家之后,國內噴油螺桿空壓機的設計、制造技術日趨成熟,而干式(無油)螺桿空壓機則尚顯遜色。

  工藝流程用螺桿壓縮機,特別適于壓縮中低壓力的強腐蝕、劇毒、含液滴、易液化氣體,其國內外市場占有率仍將有所上長。

  國產工藝流程用螺桿壓縮機,依然由上海壓縮機有限公司獨占鰲頭,不僅產銷兩旺并且出口增幅大。

  螺桿空壓機的技術進展,除了型線(齒形)這一重要方面,油、氣、冷卻、自控系統的改進、變電頻運行和機組各單元配置優化、??榛?,以及降、隔噪聲措施所起的作用不容小看。而今,全面改進螺桿壓縮機的中華企業更多了。

  我國壓縮機、制冷機、工業泵、減變速機4個行業以及鐵路系統的制造企業,都擁有多臺螺桿轉子專用銑床、磨床,且皆為國際頂尖級品牌,其數量總和驚人之多。筆者估計,轉子專用機床總臺數,雄踞世界首位(按國家計),可謂制造潛能巨大。

   海峽兩岸的中華螺桿式空壓機制造企業,共同擁有了強的制造能力且產銷兩旺。一方面,數百家大小企業(包括早已擁有進口的雙螺桿轉子專用機床的企業)以舶來“萬國牌”“機頭”組裝雙螺桿空壓機;另一方面,決意振興民族壓縮機制造業的強力民企(如浙江開山集團)將以大批量質優價廉的民族品牌“機頭”替代進口。

  和國外將單螺桿壓縮機基本都用于壓縮制冷介質迥然不同,獨具中華特色的單螺桿壓縮機技術,業已造就成了以噴油單螺桿空壓機為主體的強力生產基地上海佳力士機械有限公司、廣東正力精密機械有限公司、阜新金昊空壓機有限公司、上海飛和實業集團有限公司等。尤其難能可貴的是這些企業的志士仁人拼搏進取,榮獲多項單螺桿壓縮機和相關技術的國家專利證書和外國專利證書,并已轉化為生產力。不但單螺桿空壓機實測技術經濟指標雄踞世界前列,而且品種規格繁多能滿足各方需求,同時實現了產銷兩旺和出口。噴油單螺桿空壓機自身噪聲特低的突出環保優勢,以及水潤滑單螺桿空壓機供氣無油的品質,使其應用性能勝過(雙)螺桿空壓機一籌。至于單螺桿壓縮機轉子之徑向力、軸向力皆基本平衡的固有特色,更是(雙)螺桿空壓機所不具備的。單螺桿壓縮機也比(雙)螺桿壓縮機更易實現級的壓力比提高。顯然,單螺桿壓縮機的技術發展前景和市場看好。

10、中小型工業用往復活塞式壓縮機需求品種極其繁多,市場甚為遼闊

  公稱活塞力5510kN的工業用中小型往復活塞式壓縮機,就其產量臺數而言,以空氣介質者居絕對主導地位。

  空壓機的先進性、經濟性取決于設計、制造成本(原材料費、設備折舊費、勞務費等)、運行成本(電耗、水耗、勞務費、零件更換費等)的綜合結果。我國電費單價高而勞務費低,這樣的特定國情與國外差異很大。由此,決定了單位氣量能耗(比功率)低、售價也低的中小型工業用往復活塞式空壓機擁有甚為廣闊的市場,實際上也是長盛不衰。盡管其市場占有比率有所下降,但是統計數據表明其年銷售臺數是增長的。

  中小型工業用往復活塞式壓縮機還有著在相同的傳動部件基礎上,變換壓縮級數和氣缸直徑,迅速派生出多品種變型產品的便利條件。不僅其容積流量、排氣壓力變化多端,通過適當調整部分零部件材質還可壓縮多種氣體,大為擴展了服務領域。在構成中高壓力產品方面,中小型往復活塞式壓縮機更比其它類型壓縮機擁有獨到的優勢。

  在國外,動力用空壓機中螺桿式占有的份額是壓倒性的,但同時還有往復活塞式在生產并供應其變型產品,這就從另一個方面印證了中小型往復活塞式壓縮機是現代文明社會所必需的。

  毋庸諱言,眼下那些由生產許可證認可的中小型往復活塞式空壓機中的大多數品種,確有必要洗心革面、更新換代了!其節能、節材的潛能極大,社會和經濟效益極為可觀!