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    歷經(jīng)逾白年之技術(shù)進(jìn)步，在而今的十一一世紀(jì)里，壓縮機(jī)已為國(guó)際民生所不可須臾或缺。愿拙文富含之諸多壓縮機(jī)技術(shù)訣竅，能啟迪諸君興企、富民、強(qiáng)國(guó)之靈感。

1 隔膜式壓縮機(jī)

由金屬隔膜壓縮機(jī)的極高氣密性和高工作壓力兩大優(yōu)勢(shì)所決定，它適宜在軍民核能技術(shù)、納米技術(shù)、防化、國(guó)防、化工、石油化工、氣體工業(yè)、醫(yī)療、醫(yī)藥工業(yè)、超臨界二氧化碳萃取領(lǐng)域壓縮、輸送氣體，尤其適于壓縮劇毒、強(qiáng)腐蝕、發(fā)射性、珍稀、極純凈、極干燥、可燃易爆氣體。此種特殊功能是其他結(jié)構(gòu)類(lèi)型的容積式或動(dòng)力壓縮機(jī)所部具備的。模腔型線(xiàn)優(yōu)化，膜片壽命過(guò)關(guān)，多層膜片在一片破裂報(bào)警的同時(shí)還能確保安全，遠(yuǎn)傳膜頭與氣動(dòng)膜頭技術(shù)，多層膜片在一片破裂報(bào)警的同時(shí)還能確保安全，遠(yuǎn)傳膜頭與氣動(dòng)膜頭技術(shù)，膜腔氣壓與液壓缸油壓差值保持技術(shù)等，也是促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)隔膜壓縮機(jī)近年需求量的飆升。

毫無(wú)疑問(wèn)，國(guó)產(chǎn)隔膜式壓縮機(jī)在國(guó)際市場(chǎng)上擁有優(yōu)異的性能——價(jià)格比及低價(jià)位優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上，其出口業(yè)績(jī)也多年看好。

在積淀還內(nèi)研發(fā)金屬隔膜壓縮機(jī)四十年經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，上海信然壓縮機(jī)有限公司于本世紀(jì)初率先研發(fā)成功了具有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的對(duì)稱(chēng)平衡型金屬隔膜壓縮機(jī)。嗣后五年，又進(jìn)一步首先推出了雙氣缸、雙作用對(duì)稱(chēng)平衡型金屬隔膜壓縮機(jī)，并獲中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。其相應(yīng)技術(shù)，亦均獲國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利證書(shū)。這就從實(shí)際產(chǎn)品和技術(shù)內(nèi)涵兩個(gè)方面，將國(guó)產(chǎn)金屬隔膜壓縮機(jī)推進(jìn)到趨近于國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)的程度，著實(shí)令人振奮。

國(guó)家機(jī)械裝備集團(tuán)中國(guó)通用機(jī)械工程總公司與原上海大隆機(jī)器廠(chǎng)合作研制的超高壓300MPa活塞式/隔膜式氫氣壓縮機(jī)組，具有高技術(shù)水準(zhǔn)和運(yùn)行可靠性，是迄今為止高壓力等級(jí)的國(guó)產(chǎn)超高隔膜壓縮機(jī)組，擁有多項(xiàng)深沉次技術(shù)內(nèi)涵。

該機(jī)組（圖1）排氣壓力200MPa、容積流量2m³/min，由一次機(jī)（活塞式，4級(jí)，排壓30MPa、軸功率40KW）、二次機(jī)（隔膜式，排壓100MPa、軸功率12KW）、三次機(jī)（隔膜式，軸功率22KW）各一臺(tái)及系統(tǒng)構(gòu)成，供氣量2Nm³/min。用于中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心的尖端科技大型2M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(guó)通用機(jī)械工程總公司設(shè)計(jì)/成套，大隆機(jī)器廠(chǎng)制造，經(jīng)數(shù)年試驗(yàn)運(yùn)行，膜片等均未破損，1992年鑒定。系原機(jī)械工業(yè)部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)項(xiàng)目。2011年筆者趨赴現(xiàn)場(chǎng)考察時(shí)，該超高壓活塞式/隔膜式壓縮機(jī)組任在正常運(yùn)行。

上海2011亞洲國(guó)際動(dòng)力傳動(dòng)與控制技術(shù)展覽會(huì)暨第五屆國(guó)際亞座機(jī)氣體技術(shù)展覽會(huì)論壇論文

機(jī)組核心技術(shù)內(nèi)涵：

A. 滿(mǎn)足了分別以3種不同壓力（30MPa、100MPa、200MPa）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)猓怨╋L(fēng)洞選氣種用。氫、氧二者在超高壓力下的可壓縮性系數(shù)值差異較大（100MPa下，H2 為1.6、N2為2.2 ；200MPa下，H2 為2.2、N2為3.5），同一膜腔將會(huì)造成不同的壓力比分配和排氣溫度的較大差異。

C. 在國(guó)內(nèi)首次確定了230MPa超高油壓下油缸/柱塞的合理間隙值。

二次機(jī)轉(zhuǎn)速400r/min、行程140mm、膜腔直徑210mm、柱塞直徑21mm，三次機(jī)轉(zhuǎn)速350r/min、行程140mm、膜腔直徑160mm、柱塞直徑14mm。隔膜壓縮機(jī)油腔壓力高于氣腔壓力10%左右，三次機(jī)油壓230MPa下得油缸柱塞/缸套間隙值的合理確定，是機(jī)組成敗的關(guān)鍵所在。細(xì)長(zhǎng)的油缸柱塞在極高油壓下受壓變形、受熱膨脹，又無(wú)可避免的存在著機(jī)械加工誤差。柱塞/缸套間隙若過(guò)大，則油泄漏量大，產(chǎn)生的油壓低，排氣壓力也過(guò)低。若間隙過(guò)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0.1%~0.2%，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)。

杠頭/缸體間夾持著膜片，為保氣/油密封的可靠，螺栓預(yù)緊系數(shù)（殘余密封力和氣體力之比值）的確定至關(guān)緊要。預(yù)緊系數(shù)值高，表面看來(lái)密封可靠，實(shí)則不然。超高壓力下膜片的密封面寬度不能太寬，比壓值也必然較高。但當(dāng)比壓值大于膜片材質(zhì)的屈服限后，密封面寬度將變寬，密封力下降，氣/油不能實(shí)現(xiàn)可靠的密封。終確定的雙頭螺栓預(yù)緊系數(shù)為1.12.在此恰當(dāng)?shù)念A(yù)緊系數(shù)下，還必須對(duì)螺紋根部實(shí)施滾壓工藝，供應(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(shí)咬死。

E. 得出了避免嚴(yán)重應(yīng)力集中和延長(zhǎng)高循環(huán)數(shù)、高應(yīng)力幅作用下零件壽命的對(duì)策。

在缸頭/缸體處力求不設(shè)徑向開(kāi)孔，以防極高的應(yīng)力集中所導(dǎo)致的疲勞破裂。但因結(jié)構(gòu)的關(guān)系，三次機(jī)缸必須設(shè)有聯(lián)接調(diào)壓閥和卸荷閥的孔口。為此，不開(kāi)徑向孔而改為斜向孔，且將孔口端面精修磨成圓角并研光，從而大大降低了應(yīng)力集中的程度，改善了缸體受力情況。缸頭/缸體優(yōu)選雙真空冶煉（真空冶煉后再經(jīng)電循環(huán)次數(shù)（每分鐘350~400次）、高應(yīng)力幅下具有理想的疲勞極限值。

承受脈動(dòng)壓力的部位，如油腔處的三通，采用了雙層套結(jié)構(gòu)。借助于過(guò)盈配合使承受超高內(nèi)壓得零件表面產(chǎn)生預(yù)壓縮應(yīng)力，以避免疲勞破損。受結(jié)構(gòu)所限不能熱套處，如三次機(jī)器閥（圖2）的升程限制器內(nèi)孔，則采取內(nèi)孔自增強(qiáng)處理措施適其獲得適宜的自增強(qiáng)壓應(yīng)力。在超高壓210MPa下其內(nèi)孔表面任保持為壓應(yīng)力的狀態(tài)，而其閥隙流速亦需控制在1.5m/s以?xún)?nèi)。

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(shí)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(jì)為彈性螺栓結(jié)構(gòu)外，在螺栓固緊時(shí)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3）理想地解決了此棘手問(wèn)題。

H. 研制了能夠遠(yuǎn)距離操作、自動(dòng)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)為三層膜片（氣側(cè)/中間/油側(cè)各1片0并采用膜片破裂油、氣信號(hào)引出/自控制系統(tǒng)（圖4）時(shí)，機(jī)組的運(yùn)行安全性更獲確保。

2 容積式回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)

容積式回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，包括滑片（旋葉）式、滾動(dòng)活塞式、齒式、（雙）螺桿式、單螺桿式、渦旋（卷）式等等，不一而足。

從總體而言，容積式回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于離心（徑向）壓縮機(jī)、軸流壓縮機(jī)等透平式壓縮機(jī)，卻又遠(yuǎn)高于往復(fù)活塞式壓縮機(jī)。其工作腔內(nèi)產(chǎn)生壓縮容積作用的主體之間的徑向間隙、軸向間隙，極大地影響到漏氣系數(shù)、容積效率、容積比能（比功率）。它們多已經(jīng)歷了幾個(gè)“輪回”，即：工作原理發(fā)明很早，初始產(chǎn)品卻多不被看好，但隨著機(jī)械加工手段（機(jī)床及制造工藝）的精密化（有時(shí)是數(shù)量級(jí)的提高）和轉(zhuǎn)子型線(xiàn)設(shè)計(jì)的不斷變革，容積效率逐步攀升、機(jī)械效率提高，從而備受青睞。它們當(dāng)中，除了原始低噪型的，就是易于消除高頻噪聲型的。它們的工作循環(huán)，既有噴油或噴水，也有干式的。

（雙）螺桿式、單螺桿式壓縮機(jī)近年來(lái)的主要?jiǎng)酉蛑?，就是和往?fù)活塞式壓縮機(jī)構(gòu)成串聯(lián)機(jī)組，從而很好地?fù)P各自所長(zhǎng)。既發(fā)揮了回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)低壓大流量的優(yōu)勢(shì)，也發(fā)揮了往復(fù)活塞式壓縮機(jī)無(wú)可替代的高壓特長(zhǎng)，使機(jī)組兼收緊湊、節(jié)能、低成本之益。

把凈化程度不等地壓縮空氣凈化裝置、納入撬裝容裝式回轉(zhuǎn)空壓機(jī)組的勢(shì)頭甚猛。但是，容積式回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)向中壓4.0MPa進(jìn)軍的腳步卻依舊艱難。應(yīng)用于工藝流程的容積式回轉(zhuǎn)氣體壓縮機(jī)的品種和臺(tái)數(shù)在逐步增加（參看圖5）。

圖5所示之機(jī)，用于大型天然氣綜合加氣母站（兼向地下儲(chǔ)氣庫(kù)供氣）。兩臺(tái)這樣的600HP天然氣單螺桿壓縮機(jī)，后部串聯(lián)4臺(tái)500HP（368KW）往復(fù)活塞式天然氣壓縮機(jī)，其終排氣壓力25MPa。

在低壓空氣動(dòng)力用范疇，容積式回轉(zhuǎn)空壓機(jī)的市場(chǎng)占有率任將逐步上升。這一趨勢(shì)毋庸置疑。

3 往復(fù)活塞式壓縮機(jī)

往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是歷史悠久的容積式壓縮機(jī)。由其結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)所決定，迄今為止，它不但在排氣壓力≥100MPa的超高壓、甚高壓領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭，不容其它結(jié)構(gòu)類(lèi)型壓縮機(jī)涉足，還在高壓（≥10MPa）、中壓（＞1.0~10MPa）范疇以及低壓（≤1.0MPa）中小流量場(chǎng)合獨(dú)具高的性能價(jià)格比和運(yùn)行節(jié)能之特色。

容積流量30m³/min及以下的氣缸無(wú)油潤(rùn)滑往復(fù)活塞式低壓空氣壓縮機(jī)中的優(yōu)秀機(jī)型，其供氣品種良好、制造成本低、運(yùn)行費(fèi)用省、性?xún)r(jià)比優(yōu)異、結(jié)構(gòu)緊湊、生命力旺盛。它的未經(jīng)壓縮空氣凈化裝置處理前的壓縮空氣品質(zhì)優(yōu)于噴油回轉(zhuǎn)空壓機(jī)壓縮空氣凈化裝置出口端的壓縮空氣品質(zhì)。

無(wú)疑，海內(nèi)外廣泛使用的微、小型往復(fù)活塞式空壓機(jī)的年產(chǎn)臺(tái)數(shù)超千萬(wàn)臺(tái)，而且我國(guó)東南沿海地區(qū)的產(chǎn)量占大半。但是，就年銷(xiāo)售金額論，在往復(fù)活塞式壓縮領(lǐng)域里，工藝流程用氣體壓縮機(jī)所占份額則是壓倒性的。

歷史上往復(fù)活塞式壓縮機(jī)揮之不去的三大烙印——振動(dòng)、發(fā)熱、噪聲&m