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压缩机行业技术进展史话侧记

2011-12-18 23:09:19

   欣逢《压缩机技术》创刊45周年,特撰本文以誌庆贺和纪念。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。

从初的原沈阳气体压缩机厂内部油印资料、插图以晒图纸的反白线条表示,到数年后在厂领导大力支持下利用厂内小铅印厂条件于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。

    刘振声老师翻译精准的俄文、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。《压缩机技术》的具体运作,一直由沈阳气体压缩机研究所情报室负责,就是内而言,马龙书、李德新、張春鸰、楊信国、董德礼、徐蒨民诸君功不可没。作为平面媒体,其技术内涵的进一步深化和纸张、印刷装帧之焕然一新,始自室一级的景赫林—─姜静执政时期。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。

    《压缩机技术》编辑委员会于1985年成立,凌永骧君出任届编委会主任。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》、《阀门技术》、《真空技术》、《深冷技术》等。

    本《史话侧记》既不是“白皮书”级的,更不是“全记”,实乃挂一漏万仅仅是侧记点滴而已,尚深乞业界前辈和各路精英海涵、斧正!

1 我国压缩机学科和压缩机制造业的诞生

1.1 初的压缩机品种及其制造厂

20世纪50年代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)制了高速柴油机及其直连驱动的空压机(排气压力0.7Mpa、容积9m³/min)

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)。此乃国产大型动力用空压机。论文和前苏联高校学位论文,原北京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。在原机械工业部、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。课题组由張超武(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)向风洞供气只需。

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得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AISI4340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,如三次机器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下其内孔表面任保持为压应力状态,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紧固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。液压拉伸器理想地解决了刺手问题。

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解压阀。

当为三层膜片(气侧/中间/油测各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。

2.2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680mm×1200mm×675mm,得益于在国内隔膜机中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