空气压缩机发展历程

离心压缩机的发展历程

ＪａｍｅｓＭ．ＳｏｒｏｋｅｓＭａｒｋＪ．Ｋｕｚｄｚａｌ张海界（编译）／德莱赛兰公司

中图分类号：ＴＨ４５２文献标识码：Ａ

文章编号：１００６—８１５５（２０１１）０３—００６１—１１

ＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒＥｖｏｌｕｔｉｏｎ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｄｄｒｅｓｓｅｓｔｈｅ

ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｓｔｈａｔｈａｖｅｂｅｅｎｍａｄｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐａｓｔ５０ｙｅａｒｓｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ

ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ

ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｖｉｄｅｓａｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ

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ｔｈｅｙａｎｄｏｔｈｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ

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Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｄｅｖｅｌｏｐ－

ｍｅｎｔ；ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ；ｒｏｔｏｒｄｙｎａｍｉｃｓ；ｄｅｓｉｇｎ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ

０引言

第一台工业上使用的离心压缩机是在人类迈人２０世纪时与早期的燃气轮

机一同出现的。其中一些工作是由发明

第一台燃气轮机的Ｅ１１ｉｎｇ在１９０３年完成的。在２０世纪初期，这些压缩机也被

应用在过程工业中。最早应用的是钢铁

厂中的高炉鼓风机。例如，某设备制造商

（ＯＥＭ）将第一台７系列的离心压缩机在１９１２年销售给了位于美国密苏里州圣

路易斯的Ｓｃｕｌｌｉｎ钢铁公司。即使按照现

在的标准衡量，这些鼓风机也是大型的设备。虽然在功能上相同，但是以前压缩

机中的基本部件如：轴承、密封、叶轮和

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·区域治理Regional Governance 技术经验

离心压缩机是工业化生产中一种常

见的气体压缩设备，按结构可以分为单

轴式和多轴式两种。早期的单轴压缩机

级效率较低，通过更改结构，弥补了单

轴式离心压缩机在高压比的环境中的缺

点。多轴式压缩机早起用于空分装置，

之后通过改进被应用到化工行业，对化

工装置热能的综合利用很有利。

一、我国离心压缩机的发展历程

第一台工业上使用的离心压缩机是

在人类迈入20世纪时与早期的燃气轮机

一同出现的，其中一些工作是由发明第

一台燃气轮机的Elling在1903年完成的。

在20世纪初期，这些压缩机也被应用在

过程工业中。最早应用的是钢铁厂中的

高炉鼓风机。例如，某设备制造商（OEM）

将第一台7系列的离心压缩机在1912年

销售给了位于美国密苏里州圣路易斯的

Scullin钢铁公司。即使按照现在的标准

衡量，这些鼓风机也是大型的设备。虽

然在功能上相同，但是以前压缩机中的

基本部件如：轴承、密封、叶轮和扩压

器等与现在压缩机中复杂内部部件相比，

还是有很大的不同。提高制造方法是发

展现代高性能离心压缩机的一个重要因

素，如果不能精确加工出为了提高性能

所设计的复杂型线，那么应用现代尖端

分析和设计技术就显得意义不大。能够

取得当前的高效率水平，与现在的制造

方法是密不可分的。不过这种看法最初

并不被认同。在离心压缩机发展的初期

阶段，设计水平在一定程度上受到了当

时制造方法的限制。设备制造商在进行

设计时，不得不使用当时较为有限的几

种方法，包括机械加工（即车削、三轴

铣制）、联接（即焊接、铆接）和铸造。机械加工技术当时只有车削和三轴

铣制，这两种方法只能加工非常简单的

二维型线，并被应用在大多数离心压缩

机上，但是无法满足大流量和（或）高

马赫数的要求。设备制造商必须使用焊

接或铸造，来制造应用在较高流量场合

的更复杂的型线。事实上，直到20世

纪50年代末、60年代初，焊接叶轮

还没有被大量的使用。因此，早期离

心压缩机的叶轮主要是铸造或者是铆

珂圜口囡圃ｌ商用车空气压缩机的发展　

６８　商用车空气压缩机的发展　Ａｉｒ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　撰文／威伯科汽车控制系统（中国）有限公司　张庶凯郑金陶　配备ＰＲ和ＴＲ功能的电子控制空气压缩机将是现代化商用汽车的理想选择。　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ａｉｒ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｅｑｕｉｐｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ＰＲ　ａｎｄ　ＴＲ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｄｅａｌ　ｏｐｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｍｏｄｅｒｎ　ｃｏｍｍｅｒ—　ｃｉａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ．　气压缩机是产生压缩空气的　工源泉，故其是商用车辆必不　可少的关键零件；其结构性能的　好坏不但直接影响发动机的正常工　作，还将影响车辆的制动性能和燃　油经济性。故在此以威伯科的空气　压缩机为例，着重介绍汽车空气压　缩机的基本结构原理及发展趋势。　传统机械式空气压缩机的结构　原理　机械式空气压缩机（图１）主要　由缸体、缸头和缸盖组成；在缸体　内部设有活塞、连杆及曲轴等零　件，其基本工作原理是：　空气压缩机通过齿轮或带轮从　发动机获得动力，带动活塞、连杆　和曲轴运动，从而开始了进气工作　商用车与发动机ＣＶＥ（Ｎｏ　１　２）２００８—５１

　Ａｉｒ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　

过程。　如图１，空气从０口进入缸　盖和缸头，然后打开进气阀进　入活塞上方的缸体内部空间，　此工作称为“进气行程”；进　气行程结束后，活塞、连杆和　曲轴在缸体内开始压缩空气，　此时，进气阀关闭，压缩气体　通过缸头的排气阀，经过缸盖　到达２口，被输送到储气筒，该　工作称作“压缩行程”。　空气压缩机通过周而复始的进　气、压缩行程运动，使得储气筒的　压缩空气达到额定压力值。　威伯科空气压缩机的发展　１．带ＰＲ功能的空气压缩机　该空气压缩机（图２）配备了　ＰＲ（Ｐｏｗｅ　ｒ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）系统缸头，　该系统通过内置自动位移的柱销活　塞直线运动，带动叶片作左右摆运　动，从而实现ＰＲ　ＩＺ１的适时开关控　制：该系统可以有效的降低燃油和　能量消耗、减少机油残留，且噪声　更低。　２．带ＴＲ功能的空气压缩机　该空气压缩机配备了Ｔ　Ｒ　（Ｔｅｍｐｅ　ｒａｔｕ　ｒｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）系统　缸头，该系统通过专业设计的迷宫　式排气路线和特殊的冷却水道（图　３），可以快速降低排气温度、能更　有效地减少管路积炭，且无需较长　的排气管用量。　３．电子控制式空气压缩机　电子控制空气压缩机（图４）无　需通过齿轮或带轮获取动力，仅用　一根电源线启动自备的电动机即可　实现工作运转。其功能特点如下：　２００８—５１（Ｎｏ　１　２）ＣＶＥ商用车与发动机　●因采用智能、先进的能源　节省方案，故完全能够满足车辆高　压电池的使用要求。　●与常规空压机相比降低了　工作频率，源于其具有自适应速度　改变功能，且即便在１　２。５Ｂａ　ｒ的压　力下最大每分钟也可以输出５８０Ｌ　的气体。　●在空压机休￣Ｅｌｔ，－］间没有能　量消耗。　●与常规空压机相比减少了　零部件的磨损。　●降低了管路中的机油等杂　质含量。　●可以兼容￣ＪＣＡＮ功能的电　子控制系统。　目前，市场上大部分空气压　缩机为机械式结构，因不具备ＰＲ　和ＴＲ功能而导致了更高的车辆　运营成本，威伯科不但使得该项　技术得到有效运用，并在此基础　上开发出了电子控制式空气压缩　机，其不需要从发动机取力，且　无需发动机留有足够的安装空间，　更能适应于新一代混合动力车因内　燃机体积很小而无法安装空压机的　特点，可以自由选择安装位置；此　外，某些工况特别是对于公交车来　说，要求内燃机在关闭的条件下，　车辆继续行驶数百米，而常规的机　械式空压机因发动机关闭而不能正　常提供气源，只有采用可以独立安　装的电子控制式空气压缩机，才　可以满足部分公交车在短时间内　提供较高压力的要求。因此配备　ＰＲ￣Ｉ］ＴＲ功能的电子控制空气压缩　机将是现代化商用汽车的理想选　择０　ＣＶＥ　啊Ｉ■　●

压缩机的主要分类及发展历程

河北科技大学装控122班 史少成

摘要 压缩机作为生产发展的重要设备，其种类多种多样工作原理也各不相同，各自有自己特点与应用场合。且起源与发展也不同。压缩机的发展趋势也趋向更高效，更节能。

关键词 压缩机分类 工作原理 压缩机起源 发展趋势

1压缩机作用

压缩机是一种用来提高气体或液体的压力的设备，其形式多种多样，被压缩对象的用途也各不相同。其广泛应用于工农业，交通运输，国防，及日常生活的各个领域。例如压缩空气用来驱动各类风动工具，控制仪表，各种车辆的制动刹车和车窗启闭，高压空气爆破，以及化工工艺的各种压缩机等等。压缩机的技术发展水平是衡量一个国家装备制造业发展水平的标准之一。

2 压缩机的分类，发展及工作原理

2.1活塞式压缩机

活塞式压缩机的起源可追溯到我国商代，那时的木质风箱被认为是活塞压缩机的雏形。而近代空气压缩机的发展起源于德国制造成功的真空泵。而后压缩机行业开始迅猛发展并在工业中占有重要地位。70年代初期, 德国德累斯顿技术大学提出著名的各类压缩机技术演化完善度评估曲线。70年代以前,工艺流程用的往复活塞式压缩机，单机容量大、年产台数多、年销售总额最大、最能代表技术水准的是合成氨及空气分离装置两大类用途压缩机。近25年来,工艺流程用的往复活塞式压缩机的制造、销售及技术开发热点主要集中在炼油及石油化工企业多种装置/流程所需多品种，大中功率，中高压力氢气压缩机。石油、天然气企业天然气集输及天然气回注采油用多品种、大中功率、中高压力天然气压缩机以及天然气汽车加气站用CNG压缩机等方面。

工作原理：压缩机主要部件包括机身、曲轴、连杆、十字头，接筒，气缸，活塞，密封填料工作时将气体封闭在一定容积气缸内，通过曲轴旋转带动活塞往复运动压缩气体使气体压力升高，到达排气压力后排出，实现气体升压过程。再吸入低压气体。曲轴旋转一周为一个工作循环。往复式压缩机是目前应用最广泛的一种压缩机。