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1 　 我國壓縮機(jī)學(xué)科/制造業(yè)的誕生

111 　 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 (以下簡稱沈氣廠) 早仿 (日本) 制了排氣壓力 017 MPa、容積流量各為3 m3/ 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) 制了高速柴油機(jī)及其直聯(lián)驅(qū)動的空壓機(jī) (排氣壓力 017 MPa、容積流量 9m3/ min) 和系統(tǒng) , 成為國產(chǎn)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)。

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);1955年原大連化工廠仿制了 2400HP大型氮?dú)錃飧邏簤嚎s機(jī), 開國產(chǎn)工藝流程用壓縮機(jī)之先河。

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 016863 MPa 時 , 容積流量91 m3/ min、軸功率 471 kW、比功率 5118 kW/(m3· min - 1) 。此乃國產(chǎn)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(yàn) , 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)) 肩負(fù)創(chuàng)建重任 , 石門桃李遂滿天下矣。1957 年后 , 該教研室長期由郁永章、楊紹侃先生領(lǐng)導(dǎo)。1960 年 , 原一機(jī)部在武漢機(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～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)。

2 　 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。211 　 超高壓活塞式/隔膜式壓縮機(jī)組 (圖 1)機(jī)組排氣壓力 200 MPa、容積流量 2 m3/ min ,由一次機(jī) (活塞式 , 4 級 , 排壓 30 MPa , 軸功率40 kW) 、二次機(jī) (隔膜式 , 排壓 100 MPa , 軸功率12 kW) 、三次機(jī) (隔膜式 , 軸功率 22 kW) 各一臺及系統(tǒng)構(gòu)成 , 供氣量2 Nm3/ min。用于中國空氣動力研究與發(fā)展中心的尖端科技大型2 m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(yàn)之需。該風(fēng)洞為亞洲大、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 , 大隆機(jī)器廠制造。經(jīng)數(shù)年實(shí)驗(yàn)運(yùn)行 , 膜片等均未破損 , 1992 年鑒定。

11缸頭　21配油盤　31缸體　41 調(diào)壓閥 　51 卸荷閥 　61 油腔壓

力表　71進(jìn)氣壓力表　81溫度傳感器 　91 排氣壓力表 　101 油冷

卻器　111潤滑油精過濾器　121轉(zhuǎn)子油泵　131補(bǔ)油泵　141補(bǔ)油

量調(diào)節(jié)閥　151機(jī)身　161潤滑油壓力表

圖 1 　 膜壓機(jī)及部分控制管路簡圖

機(jī)組主要技術(shù)內(nèi)涵:

(a) 滿足了分別以 3 種不同壓力 ( 30 MPa、100 MPa、200 MPa) 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。氫、氮二者在超高壓力下的可壓縮性系數(shù)值差異較大 ( 100 MPa 下 , H2 為 116、N2 為 212 ; 200 MPa 下 , H2 為 212、N2 為 315) ,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)首次確定了 230 MPa 超高油壓下油缸/柱塞的合理間隙值。柱塞/缸套間隙若過大 , 則油泄漏量大 , 產(chǎn)生的油壓過低 , 排氣壓力也過低。若間隙過小 , 則將發(fā)生柱塞在缸套內(nèi)咬死的嚴(yán)重后果。終確定間隙值為柱塞直徑的 011 %～012 % , 被實(shí)踐證明可行。

(d) 擇定缸頭/缸體聯(lián)接用雙頭螺栓預(yù)緊系數(shù)。終確定的雙頭螺栓預(yù)緊系數(shù)為 1112。在此恰當(dāng)?shù)念A(yù)緊系數(shù)下 , 還必須對螺紋根部實(shí)施滾壓工藝 , 使應(yīng)力集中部位恒處于壓縮應(yīng)力狀態(tài); 尚需進(jìn)行硫化處理 , 以防高精度螺紋擰緊時咬死。

(e) 優(yōu)選膜片材質(zhì)為半硬化 316 不銹鋼板或Ni36Cr TiAl薄板 , 并控制膜腔相對余隙容積小于215 %。

(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。

(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)壓縮機(jī)吸、排氣時其應(yīng)力幅變化很大。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 (圖 2) 理想地解決了此棘手問題。

11缸頭　21支承套　31主螺母　41主螺栓

油缸　61拉伸器體　71進(jìn)油　81接另一只拉伸器

圖 2 　 液壓拉伸器

(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 3 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/自控制系統(tǒng) (圖 3)時 , 機(jī)組的運(yùn)行安全性更獲確保。

212 　 充氧 (氮) 車載隔膜式高壓壓縮機(jī)組

    排氣壓力 35 MPa , 吸氣壓力 12 MPa 時供氣量120 Nm3/ h (N2 ) 或 85 Nm3/ h (O2 ) , 轉(zhuǎn)速 500 r/min , 柱塞行程 55 mm , 油缸直徑 28 mm。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)5 0 % ,噪聲聲壓級8116dB (A) ,1m。 質(zhì)量僅600 kg ,外形僅 680 mm×1 200 mm×675 mm , 得益于在國內(nèi)隔膜機(jī)中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)。

由原北京通用機(jī)械廠研發(fā) , 1997 年鑒定。

2.3 　 對稱平衡型隔膜壓縮機(jī)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)首創(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。

3 　 全無油空氣壓縮機(jī)

主軸承和連桿大小頭軸承皆注有潤滑脂、氣缸無油潤滑的全無油空壓機(jī) , 在我國由原煙臺空壓機(jī)廠 (現(xiàn)蘭星壓縮機(jī)有限公司) 于 20 世紀(jì) 80 年代初開拓 , 研發(fā)了全系列機(jī)型和低噪聲機(jī)組。

3.1 　3W- 016/ 10 型全無油空壓機(jī)

通用所設(shè)計、常德通用機(jī)械廠試制之本機(jī)型 ,于 1984 年 7 月鑒定 , 其水準(zhǔn)接近國際同類機(jī)型。

主要結(jié)構(gòu)設(shè)計特色:

(a) 運(yùn)動機(jī)構(gòu): 采用氣缸中心線和曲軸回轉(zhuǎn)中心線不共面的結(jié)構(gòu) , 以利減少摩擦功耗、延長活塞環(huán)和導(dǎo)向環(huán)壽命; 采用內(nèi)外平衡相結(jié)合的動力平衡系統(tǒng)設(shè)計 , 結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、平衡調(diào)節(jié)方