压缩机行业技术进展史话侧记

2009年第1期总213期󰀁专题综述

收稿日期:2008-11-23压缩机行业技术进展史话侧记

高其烈

(中国通用机械工程总公司,北京100037)

1󰀂前言

欣逢 压缩机技术!创刊45周年,特撰本文以志庆贺和纪念。与我国压缩机行业技术进展同步前

行的 压缩机技术!,既反映了业内单位与志士仁人

的奋斗成果、具有中国特色的诸多亮点,更在引导行

业的具体技术进步、研发与生产方向上,发挥着独有的重要作用。

从最初的原沈阳气体压缩机厂(下简称沈气

厂)内部油印资料,到1963年铅印出版 压缩机技术!,拓荒者留下了一系列艰辛而踏实的脚印。

当时采用的翻译俄文、日文压缩机资料,符合压

缩机制造实际的工艺类文章,是 压缩机技术!创始

之初的主线。如今作为平面媒体,其技术内涵进一步深化,纸张、印刷装帧焕然一新。并且,因此而成

为中国机械仪表类核心期刊、中国科技论文统计源

期刊、中国科学引文数据库来源期刊、中国学术期刊

综合评价数据库来源期刊、 中国学术期刊光盘版!入编期刊、 CAJ󰀁CD规范!执行优秀期刊。

第一届 压缩机技术!编辑委员会于1985年成立。

历届编委们又大多同时是我国压缩机技术导向层面机构∀∀∀机械工业部压缩机专业技术委员会及嗣后的中

国通用机械压缩机行业协会技术委员会∀∀∀的成员。

这也折射出 压缩机技术!影响之深远。 压缩机技术!的刊名,对于我国通用机械各兄

弟行业也颇有影响,诸如 风机技术!、 水泵技术!、 阀门!、 真空!、 深冷技术!等。

2󰀂我国压缩机学科和压缩机制造业的诞生

2󰀂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、6m3/min、10m3/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9m3/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6m3/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ASMEPTC󰀁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。

2󰀂2󰀂压缩机专业的教学、科研与外援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)肩负创建重任,石门桃李遂满天下矣。1957年后,该教研室长期由苗永淼、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(下简称通

用所)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人压缩机组,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。48上述二校、二所,是培育压缩机专业人材和全方

位实施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

缩机短期训练班授课(1957年);原苏联苏姆市伏龙芝

机器制造厂压缩机工艺专家列兹尼钦科来原沈气厂指

导(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(西安部分)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佳,钱学森学长曾视察并评价。

3󰀂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制了原苏联、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。

在郁永章老师的指导下,借鉴前苏联期刊 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

力差值以及金属膜片材料特性等关键技术内涵,进

行了持续攻关。在原第一机械工业部第一、三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。3󰀂1󰀂超高压活塞式/隔膜式压缩机组

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、高速高焓试验之需。该风洞为亚

洲最大、世界前列。机组于1984~1988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、100

MPa、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)在国内首次确定了230MPa超高油压下油

缸/柱塞的合理间隙值。(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,不开径向孔而改为斜向孔,且将孔口端面精修磨

成圆角并研光,从而大大降低了应力集中的程度,改善了缸体受力情况。缸头/缸体优选双真空冶炼

(真空冶炼后再经电渣重熔)美国AISl4340钢种,

其锻件经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,采用了

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获得适宜的自增强压应力。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,当压缩机吸、排气时其应力幅

度变化很大。除了选用疲劳强度高的材料和设计为

弹性螺栓结构外,在螺栓固紧时不仅每只螺栓必须

受力均匀,尚需各只螺栓同步实施固紧。液压拉伸49器理想地解决了此棘手问题。

(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

用膜片破裂油、气信号引出/自控系统时,机组的运

行安全性更获确保。

3󰀂2󰀂充氧(氮)车载隔膜式高压压缩机组排气压力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。单级压缩、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

680∃1200∃675mm,得益于在国内隔膜机中最先

采用的曲柄滑块机构。以汽车发动机为动力。能适应排气压力变化的油压随动调节阀,保持油压高于

排气压力14%~17%,有助于降低功率消耗和延长

膜片寿命。当压缩氧气时,采用铍青铜膜片和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。3󰀂3󰀂对称平衡型隔膜压缩机

(a)2003年3月,北京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责任公司气体

力40kN的GD134󰀁30/160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,填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责任公司于

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。该机合理地借用

本企业的往复活塞式对称平衡型压缩机成熟传动部件,还采用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一零件改併为一件,降低了装

配工艺难度,还减少了密封面;又改滚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责任公司自行研

制的具有完整自主知识产权的新颖大型对称平衡型双作用隔膜压缩机GDS134󰀁60/160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,采用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达到技术任务书和

国家有关技术标准的规定。就油缸活塞双作用的工

作原理和所达到的功率等级而言,居国际先进、国内

领先水平。该机型填补了国内多膜头、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代进口,

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

厂之后,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。

3󰀂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、