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健康喜迎祖国65华诞回顾压缩机发展历程1

发布时间:2020-05-30 10:07:21

喜迎祖国65华诞 回顾压缩机发展历程(1)

欣逢祖国65华诞,中国压缩机特整理压缩机发展历程以誌庆贺和记念。

简介

压缩机,(英语:Gas compressor),是一种将气体紧缩并同时提升气体压力的机械,其应用广泛,常见的应用领域包括:暖通空调、冷冻循环、提供工业驱动动力、硅化工、石油化工、天然气输送等。

依据其运作原理,可分为容积式压缩机(或称置换式,英语:positive-displacement)与气体动力式压缩机(英语:aerodynamic):

容积式压缩机乃是将气体导入1密闭空间中,透过紧缩原有气体所散布的空间体积而使内部压力上升,而将机械能转换为压力能。根据其紧缩方式的不同,又可分为往复式、回转式、涡卷式、螺旋式等。

气体动力式压缩机则是利用叶轮的高速转动,强迫气体高速活动以产生动能,而在通过升压环的进程中,再透过断面积的增加致空气流速下降,使得气体动能转换为压力能而使压力上升。目前此型压缩机有离心式、轴流式等。

中国压缩机学科和压缩机制造业的诞生

1.1 最初的压缩机品种及其制造厂

20世纪50年代初的国民经济恢复时期,各类矿山亟需采掘用空气压缩机,我国压缩机制造业遂应运而生。

1950年,原沈阳气体压缩机厂最早仿(日本)制了排气压力为0.7MPa、容积流量各为3m3/min、6 m3/min、10 m3/min的小型固定式空压机。

1951年,原天津动力机厂按原中央机械工业局设计室测绘图样(参照德国DIN绘图标准要求),仿(美国)制了国内首台高速柴油机及其直联驱动的空压机(排气压力0.7MPa、容积流量9 m3/min)和系统,成为国产首台移动式空压机。原重工业部黄敬部长莅临剪彩。

1952年,原杭州制氧机厂仿(苏联)制了排气压力15MPa的高压小型移动式空压机;原重庆空气压缩机厂(原纺织部614纺织机械厂)仿(美国)制了排气压力0.7MPa、容积流量6 m3/min移动式空压机。

1954年10月,作为建国初期重点建设项目之一的原沈气厂,仿(苏联)制了小型石油气压缩机;同年,原重庆空压机厂实施的大型空压机试制工作因外国专家的意见而中断。

1957年,在吉合群厂长兼总工程师任上,原沈气厂仿(加拿大)制的1 100/8型空压机,参照美国机械工程师协会标准ASME PTC 9,于12月3日测得:排气压力0.6863MPa时,容积流量91m3/min、轴功率471kW、比功率5.18kW/(m3 min-1)。此乃国产首台大型动力用空压机。

1.2 压缩机专业的教学、科研与外助

原高等教育部参照原苏联办学经验,1955年决定在交通大学设立压缩机专业学科,石华鑫先生(同济大学)肩负创建重担,石门桃李遂满天下矣。1957年后,该教研室长时间由苗永淼、郁永章、杨绍侃先生领导。1960年,原一机部在原武汉机械学院设压缩机专业(现属华中科技大学建制)。

1956年,原一机部通用机械研究所建立,原沈气厂副总工艺师黄隆厚先生奉部调令入所,1958年时下设6人紧缩机组,后扩为研究室。1960年,原一机部一三局与沈阳市机械局在部直属沈气厂内设沈阳气体压缩机研究所。

上述二校、2所,是培养压缩机专业人才和全方位实行压缩机专业研究的强大基地,也是精品压缩机的主要源头。

原苏联专家沙夫拉为原一机部、化工部合办的压缩机短时间训练班授课(1957年);原苏联苏姆市优龙芝机器制造厂压缩机工艺专家列兹尼钦科来原沈气厂指点(1958年4月~1959年10月);原全苏化工机械科学研究院列宁格勒分院大型压缩机设计专家多勃罗克隆斯基到通用所指导(1960年初至8月),都为我国容积式压缩机技术的奠基作出了贡献。

原苏联专家谢列兹廖夫副教授则于1957年到西安,受聘于交通大学(西安部份)动力机械制造系压缩机专业为研究生导师。当时,动力系建成的叶栅风洞实验室的空气动力性能测试条件属海内最好,钱学森学长曾视察并评价。

2 金属膜片隔膜式压缩机

20世纪60年代初,原杭州制氧机厂、原北京第一通用机械厂分别仿造了原苏联、法国的隔膜式高压压缩机,开辟了我国压缩机制造业的崭新领域。

在郁永章老师的指点下,鉴戒前苏联低下你们高傲的头期刊《化工机械制造》有关论文和前苏联高校学位论文,原北京第一通用机械厂就膜腔型面、油压与气压的压力差值和金属膜片材料特性等关键技术内涵,进行了延续攻关。在原第一机械工业部第一、3局和原冶金工业部的支持下,由原抚顺钢厂研发成功了隔膜式压缩机专用膜片合金钢薄板材,效果良好并沿用至今。

随着社会经济的进步和需求看好,制造隔膜式压缩机的企业在增多,但原北京第一通用机械厂一直居核心地位,就系列品种数、性能参数覆盖面和制造台数而言,皆如此。

2.1 超高压活塞式/隔膜式紧缩机组

机组排气压力200MPa、容积流量2m3/min,由一次机(活塞式,4级,排压30MPa、轴功率40kW)、二次机(隔膜式,排压100MPa、轴功率12kW)、三次机(隔膜式,轴功率22kW)各一台及系统构成,供气量2Nm3/min。用于中国空气动力研究与发展中心的尖端科技大型2m激波风洞,供航天器的高马赫数、高雷诺数、高速高焓实验之需。该风洞为亚洲最大、世界前列。机组于1984年~1988年由中国通用机械工程总公司设计/成套,原上海大隆机器厂制造,1992年鉴定。该课题曾获机械工业部科技进步奖。课题组由张超武(1957年原昆明工学院机械系毕业)负责,蒋渝成(1965年春原武汉机械学院压缩机专业毕业)等参加。

机组主要技术内涵:

a. 满足了分别以3种不同压力(30MPa、100MPa、200MPa)向风洞供气之需。

b. 同一机组既可压缩氢气又可改压氮气,以供风洞选气种用。需知,氢、氮二者在超高压力下的可压缩性系数值差异较大(100MPa下,H2为1.6、N2为2.2;200MPa下,H2为2.2、N2为3.5),同一膜腔将会造成不同的压力比分配和排气温度的较大差异。

c. 在国内首次肯定了230MPa超高油压下油缸/柱塞的公道间隙值。

d. 择定缸头/缸体联接用双头螺栓预紧系数。

e. 优选膜片材质为半硬化316不锈钢板或Ni36CrTiAl薄板,并控制膜腔相对余隙容积小于2.5%。

f. 得出了避免严重应力集中和延长高循环数、高应力幅作用下零件寿命的对策。

在缸头/缸体处力求不设径向开孔,以防极高的应力集中所导致的疲劳破裂。但因结构的关系,三次机缸体必须设有联接调压阀和卸荷阀的孔口。为此,不开径向孔而改成斜向孔,且将孔口端面精修磨成圆角并研光,从而大大下降了应力集中的程度,改良了缸体受力情况。缸头/缸体优选双真空冶炼(真空冶炼后再经电渣重熔)美国AISl 4340钢种,其锻件经严格严格热处理后强度高、韧性好,在高循环次数(每分钟350~400次)、高应力幅下具有理想的疲劳极限值。

承受脉动压力的部位,如油腔处的三通,采取了双层套结构,借助于过盈配合使承受超高内压的零件表面产生预压缩应力,以避免疲劳破损。受结构所限不能热套处,如三次机气阀的升程限制器内孔,则采取内孔自增强处理措施使其取得合适的自增强压应力。在超高压210MPa下其内孔表面仍保持为压应力状态,而其阀隙流速亦需控制在1.5m/s以内。

g. 强力双头螺栓固紧技术。

三次机缸头配置12只M52双头螺栓,每只都承受588kN预紧力,当紧缩吸、排气时其应力幅度变化很大。除选用疲劳强度高的材料和设计为弹性螺栓结构外,在螺栓固紧时不但每只螺栓必须受力均匀,尚需各只螺栓同步实施固紧。液压拉伸器理想地解决了此辣手问题。

h. 研制了能够远距离操作、自动控制油压恒高于气压约10%、以防膜片超压破裂的调压阀。

当为三层膜片(气侧/中间/油侧各1片)并采取膜片破裂油、气信号引出/自控系统时,机组的运行安全性更获确保。

2.2 充氧(氮)车载隔膜式高压紧缩机组

排气压力35MPa,吸气压力12MPa时供气量120Nm3/h(N2)或85Nm3/h(O2),转速500r/min,柱塞行程55mm,油缸直径28mm。单级紧缩、双缸对置,油冷却器强制风冷,容积效率高达50%,噪声声压级81.6dB(A),1m。质量仅600kg、外形仅680mm 1200mm 675mm,得益于在国内隔膜机中最早采取的曲柄滑块机构。以汽车发动机为动力。能适应排气压力变化的油压随动调理阀,保持油压高于排气压力14%~17%,有助于下降功率消耗和延长膜片寿命。当紧缩氧气时,采取铍青铜膜片和4839氟油。具有膜片及随动阀膜片破裂报警、检测系统,油温、油压监测保护系统。

此机组系原北京第一通用机械厂研发,1997年鉴定。

2.3 对称平衡型隔膜压缩机

a. 2003年3月,北京双方表示将为和平与和解进程创造环境市科学技术委员会组织专家通过了对北京汇知机电设备有限公司气体力40kN的GD/160型隔膜压缩机科技成果鉴定。确认其对称平衡型结构隔膜压缩机为国内首创,弥补了我国大型隔膜压缩机品种的空白,认定其技术性能指标为国内先进、接近国际先进水平。

b. 北京京城环保产业发展有限公司于2006年底推出了活塞力高达80kN的大型对称平衡型隔膜压缩机,功率达90kW。该机公道地借用本企业的往复活塞式对称平衡型压缩机成熟传动部件,还采取单活塞驱动双油缸结构。把传统作法中的缸体和配油盘各为1零件改併为一件,着落了装配工艺难度,还减少了密封面;又改转动主轴承为滑动主轴承,提高了承载能力。

c. 2008年5月10日,中国机械工业联合会组织专家,对北京汇知机电设备有限公司自行研制的具有完全自主知识产权的新颖大型对称平衡型双作用隔膜压缩机GDS/160型进行产品技术鉴定。该型机排气压力16MPa、容积流量60m3/h,是GDS系列的典型产品之一。

西安交通大学压缩机专业资深教授郁永章老师出任专家委员会主任委员。鉴定结论认定该机是国内首创的油缸活塞双作用、四膜头大型对称平衡型隔膜压缩机,采取了级差式油缸活塞等一系列新技术、新结构,各项技术性能指标均到达技术任务书和国家有关技术标准的规定。就油缸活塞双作用的工作原理和所到达的功率等级而言,居国际先进、国内领先水平。

该机型弥补了国内多膜头、大容积流量隔膜压缩机的空白,性能价格比优于国外同类产品,只相当于国外同规格产品目前价格的30%~40%,满足了国内市场对大型隔膜压缩机的急需并能替换进口,具有良好的经济效益和社会效益。

据知,继德、美、法三国各一家隔膜压缩机制造厂以后,汇知公司是第四家研发成功大型对称平衡型双作用隔膜压缩机的企业。此类产品为高端工艺流程所急需,市场前景甚佳。

2.4 前景展望

由金属膜片隔膜压缩机的极高气密性和高工作压力两大优势所决定,它适宜在军民核能技术、纳米技术、防化、国防、化工、石油化工、气体工业、医疗、医药工业、超临界二氧化碳萃取领域压缩、输送气体,特别适于紧缩剧毒、强腐蚀、放射性、珍稀、极纯净、极干燥、可燃易爆气体,此种特殊功能是其他结构类型的容积式或动力式压缩机所不具有的。膜腔型线优化,膜片寿命过关,多层膜片在一片破裂报警的同时还能确保安全,远传膜头与气动膜头技术,膜腔气压与液压缸油压差值保持技术等,也都增进了国产隔膜压缩机近年需求量的飙升。

毫无疑问,国产隔膜式压缩机在国际市场上具有优秀的性能 价格比及低价位优势。实际上,其出口事迹延续看好。

北京地区的高新技术隔膜式压缩机制造企业,主导了向大排量的重大技术进展与火旺的市场需求量。其中,北京京城环保产业发展有限公司持续占有我国核电领域内隔膜式压缩机的主要份额,具有80kN气体力对称平衡型隔膜压缩机;而北京汇知机电设备有限公司独立研发的具有双作用超大直径气缸、功率75kW级对称平衡型隔膜式压缩机,则实现了重大技术突破。

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