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单螺杆、双螺杆等螺杆压缩机的研究及发展趋势和十点动向(深度文章)

    先来说下单螺杆、双螺杆等螺杆压缩机的研究及发展趋势。1960年法国人Zimmern提出了单螺杆压缩机的构想,并获得专利1962年试制出第一台样机,70年代初期由法国标致汽车公司正式生产投放市场。开发初期的单螺杆压缩机就显示出其巨大的发展潜力,1962年的第一台样机的效率就达到了25%,寿命超过了1000小时。至1973年,通过材料、喷油等改进,部分单螺杆压缩机在运行10000小时后仍能保持效率。70年代末期,荷兰、英国和日本等国家先后开发生产制冷、空调用单螺杆压缩机,其形式有开启式和半封闭式两种。80年代末又推进技术,发展制造出石油、化工、矿山等行业用的压缩各种气体(包括空气、易燃易爆及有毒气体)的单螺杆压缩机。目前世界上已有中、英、法、美、日、荷兰等国家的厂商可以生产出不同规格单螺杆压缩机。

 在国内,由于国外的技术封锁,在七八十年代曾有国内企业试图与国外企业合作,引进技术,均以失败告终。在自我开发研制的道路上,从北一通开始,不少企业和研究者对此机型进行过开发研究,但是从产品寿命这个角度看,进展不大。特别是星轮片易磨损这一问题成为制约单螺杆压缩机在国内发展的一个瓶颈,这实际上就是单螺杆压缩机啮合副型线及其加工方法。近年来,随着国内基础工业的进步与发展,部分企业宣称研制成功了单螺杆压缩机加工专机。事实上,国内近几年单螺杆压缩机在市场上的表现确实比之几年前有较大的进步,但是与国外过万小时的工作寿命相比,啮合副型线及加工这一问题并未得到有效解决。本文在收集了国内外大量单螺杆压缩机资料的基础上,试图通过从单螺杆压缩机的原理、啮合副型线及加工方法进行全面分析,寻找国内单螺杆压缩机的发展方向,并分析国外单螺杆压缩机的核心技术内容。


单螺杆压缩机的基本原理

单螺杆压缩机,顾名思义这种压缩机只有一个螺杆,是相对于双螺杆压缩机而言的。通常其运动部件有三个,一个螺杆以及两个星轮片。按螺杆和星轮的结构形状是圆柱(Cylindrical)或平面(Planar)组合不同,可大致分成四种基本类型:PC(平面螺杆与圆柱星轮);CP(圆柱螺杆与平面星轮);PP(平面螺杆与平面星轮)以及CC(圆柱螺杆与圆柱星轮)

  各种类型单螺杆压缩机的基本原理都一样,即带有齿槽的螺杆与带有叶片的星轮配合,有齿槽面,星轮叶片以及机壳组成封闭容积,工作时,通常由螺杆带动(齿槽与叶片的啮合副类似于齿轮)星轮转动,从而使封闭容积的容积发生变化,达到压缩(或者膨胀,此即单螺杆膨胀机)的目的。但是,各种机型螺杆与星轮的加工方法与难度却各不相同,最容易实现,也是目前最常见的是CP型。几乎所有的单螺杆制冷压缩机均采用CP型,包括荷兰的Grasso公司,英国的Hall公司,以及日本三井精机和大金公司。至于空压机,只有很少的公司采用PC型,大部分都是CP型。我国大部分厂家都是CP型。

根据Zimmern的推荐,CP型单螺杆压缩机的螺杆有6个齿槽,每个星轮上有11个叶片,故工作时,星轮与螺杆的转速比ρ=6/11

啮合副及型线

将单螺杆压缩机系统分成三个部分,一星轮与螺杆以及机壳组成的核心部件,二螺杆及星轮安装的轴承、润滑及进排气部分,三整机循环及控制系统。显然最重要的是第一部分,这一部分是单螺杆压缩机技术的核心部分即啮合副型线,这决定了星轮叶片与螺杆齿槽的啮合状态,直接影响着整机的寿命。所谓啮合副型线,实际上即指星轮叶片与螺杆齿槽面的形状。第一种单螺杆型线是由单螺杆压缩机的发明人Zimmern提出来的,即单直线包络型,国内经常把这种型线成为Zimmern一类型线或原始型线。在啮合中螺杆齿槽与星轮叶片上,在星轮的某一半径处,作一平行与星轮轴的圆柱形截面,将所得截面图形展开成平面,叶片按黑色箭头所指方向运动,螺杆按照蓝色箭头所示方向运动。就是叶片两侧的两条包络直线,在啮合过程中,叶片与螺杆接触的除齿顶外,只有这两条直线。螺槽侧面是这两条直线的包络面。但是由于制造精度的限制,实际工作过程中总有一些振动,这种单直线接触的型线比较容易磨损。考虑到原始型线易磨损的缺点,Zimmern提出了圆柱(台)包络型线,如图4所示。这种啮合副,螺杆齿槽侧面是星轮叶片侧面相应圆柱段的包络面。其优点是,在啮合过程中,在叶片侧面与螺槽接触部分是位置随啮合过程变化的一条线。与原始型线相比,相当于将磨损分散了,这样在同等制造精度、材料耐磨性能情况下,可大大提高啮合副的寿命。这种啮合副的另外一个优点是,可以采用铣削方法加工,能大大提高生产效率。当然这仅仅是理论上的,实际铣削加工需要解决一系列问题,如齿顶问题,结合铣削工艺,Jensen等人提出了平面齿顶的型线[7]。但圆柱包络并不完美:一、为使啮合过程中的接触线能在叶片齿侧分布范围扩大,可以增加圆柱直径,但是圆柱直径过大,就可能使加工过程中铣刀刀刃对齿槽另一侧槽面干涉;二、由于星轮齿侧面为圆柱面的一部分,啮合过程中从齿面与螺槽面接触处往星轮齿侧面两边(即星轮叶片上下表面方向),齿侧面与螺槽面之间距离变化很快,如图5所示。在星轮齿侧面由于加工精度、单螺杆压缩机工作过程中的振动等不稳定因素的影响而磨损后,通过叶片侧面的泄漏通道将很快增加,只不过其增加程度不会有直线包络型线那么严重,这是极不利于单螺杆压缩机密封性能的。

为此,Zimmern等人由于1979年提出了一种改进型线:多边齿型

以两边齿型为列,如图6a)所示,在星轮齿的10截面螺杆只于一条直线19a啮合,在截面9,于18a19a两条直线分段啮合,在8截面处于18a啮合。实际上,在9截面以及邻近截面9的位置,是两条直线啮合的过渡段,仅在螺杆于星轮齿啮合的某一瞬间存在两条直线啮合的情况,如图6b)所示。理论上来讲,这种边可以无限多从而使星轮齿侧面于螺杆齿槽面的间隙变小。但是实际上,这中齿型星轮的加工难度很大,到目前为止没有发现有相关的机构或者个人发表过有关这种型线啮合副的加工方法的技术文献,包括专利。但是这种齿型却提供了一种啮合副设计的思路,即星轮齿侧面与螺槽面之间在啮合过程中,只有一部分参与啮合(无论是直线还是圆柱),齿侧未参与啮合部分与螺槽面之间的距离越小越好。

国外有关啮合副型线的技术文献到目前为止只能找到这些,可能由于保密等原因,有些企业或者专家有一些更优的型线尚未公布亦未可知。不过从国外一些生产单螺杆压缩机大公司申请的专利来看,这种可能性并不大。至于国内到目前为止,从专利申请与已发表的技术文献看,已有多种型线,本文选出典型的五种作一分析。

首先是“直线包络型”[4],顾名思义与原始型线似乎同一个意思,但这是作者提出这一型线时使用的名词。此啮合副的螺杆齿曲面仍是星轮齿侧直线所形成的轨迹面。但这种啮合副中星轮型线是螺杆齿曲面的包络面,也可称二次包络。理论上,它可以分为两部分:一部分是始终与螺杆齿曲面接触,即星轮齿侧的初始直线;另一部分是反包络形成的包络面,在每一转角上都有一条接触线与螺杆齿曲面接触。这条接触线在啮合过程中逐渐移向固定接触线,直至完全重合。但有些专家曾提出反对意见,认为只能在星轮齿面包络直线上点与螺杆齿面相对速度最大或最小时,有一条固定直线(即包络直线)和一条瞬时接触直线与螺杆齿面接触,并不能实现啮合过程中任意时刻有固定直线与瞬时接触线两条直线接触。因为当星轮齿侧与螺杆槽面相对速度最小时,螺杆槽面在平行与星轮轴圆柱面上的切线具有最小斜率,从几何上分析,此时螺槽面与星轮齿侧部分二次包络面干涉,在实际加工过程中就是二次包络面将被部分切除。

第二种也是二次包络型线,即“圆柱(台)二次包络型”[5]。其螺杆螺槽面和圆台2圆柱包络面啮合副相同,只是星轮齿侧工作面是螺杆齿曲面的包络面而已。理论上讲,该齿形的螺杆和星轮的齿曲面可根据其成形原理加工,此外,齿面性质也有很大改善。星轮齿侧工作面可分为两部分:原始圆台面和二次包络面。这样,啮合过程中就有两条位置不断变化的接触线,同时,挤压效应也会发生,磨损部位更加分散,影响油膜厚度的相对曲率半径较大, 影响啮合副耐磨性的滑动系数较小。对于这种齿形,早期由于滚刀切削力比铣刀大好几倍,在实际切削中工艺系统振动大,常常因为机床刚性不足而闷车, 很难达到要求的星轮精度。事实上,二次包络啮合副的加工,特别是圆台二次包络啮合副,由于精度以及星轮加工刀具等问题,至今未见公开的技术方案。

第三种型线是“连续兼游离式接触线单螺杆压缩机啮合副”[6],如图7所示。这种啮合副的螺杆螺槽底面是以轨迹面(图7a134所指)为母面,按螺杆与星轮的啮合规律生成。该轨迹面(螺槽面)为:两端是球面,将两球心用任何曲线(圆弧线除外)连接起来,球面的球心沿着曲线移动时,球面所形成的轨迹面。作者认为这种啮合副,螺杆螺槽面与星轮齿侧、齿顶面的接触线在星轮上的位置是连续且游离的。这种啮合副实际上只确定了星轮与螺杆在中性面内的啮合状态与啮合副型线,拓展到星轮齿的厚度方向,尚有诸多如螺槽底面形状、星轮齿侧形状以及加工等问题需要解决,因此这种啮合副并没有被大部分学者或企业承认,也没有引起注意。第四种是“三线接触”式啮合副[8]。作者声称这种啮合副的齿侧面由直线、半个包络面以及一个“特形面”组成,特性面与螺杆之间是线接触,在半个啮合区内参与啮合。这样啮合过程中,三个接触区同时参与啮合,形成三线啮合,但是作者并未公布更具体的技术方案与详情,也未得到众多学者的承认。与二次包络一样无法在每时每刻形成多线接触一样,很多学者认为这种三线同时啮合是不可能的。第五种是“多直线包络”啮合副型线[9],如图8所示。这种型线的基本原理为多段啮合、分散磨损,通过多方位直线进刀加工螺杆,使星轮齿面多条特征线与螺杆槽面保持均等接触磨损的机会,从而提高机器效率与寿命。这种型线的设计方法即符合从原始型线到圆柱包络型线分散磨损的原则,又满足从圆柱包络到前述“多边啮合副”减少齿侧与螺槽面之间间隙的思想。

该啮合副有与“多边啮合副”有相同的地方,即“多边”与“多段”,其区别在于在星轮齿侧与螺杆的任一啮合位置,多直线包络啮合副中,星轮齿侧面只存在一条直线与螺槽面啮合,只有在两条直线(如图从AB)过渡时,会出现与“多边”啮合副类似的啮合状态。因此,两种啮合副星轮齿侧面的形状也大不相同,如图9所示,“多边啮合副”的边并不贯穿整个星轮齿长,而“多直线包络”啮合副的“多直线”贯穿整个星轮齿长。这种改进将使星轮的加工变得容易,但为提高效果,需增加工变得容易,但为提高效果,需增加特征线,而过多增加特征线将使加工难度增大或者加工效率降低。

第六种是“多圆柱包络”啮合副[10]。“多直线包络”啮合副的一个缺点是,采用直线包络,其啮合副加工仍只能通过切削加工,“直线”越多加工效率越低,因此作者提出了一种“多圆柱包络”啮合副型线,其基本原理如图10所示。

其基本设计思想与“多直线包络”如出一辙,但是将直线换成了圆柱。理论上,这种啮合副囊括了圆柱包络与多直线包络的所有优点,目前其加工专机正在研制中。

单螺杆压缩机啮合副的加工

实际上单螺杆压缩机技术的和核心部分乃是啮合副的加工,啮合副的加工直接面对两个问题:一、啮合副的加工性能;二、加工精度。一般单螺杆压缩机星轮齿厚度在6mm左右,从星轮齿侧进入螺杆齿槽容积到离开齿槽容积,星轮齿转动角度范围大概120°,在这样大的范围内要求星轮齿侧面与螺槽侧面始终能保持接触,在高转速及多齿分布的条件下,只要部分角度或者位置螺槽与星轮齿侧面配合过盈或者间隙过大都会造成振动、泄漏等问题,使整机寿命严重下降。也正是因为这个原因,国内单螺杆压缩机的寿命始终无法接近或者超越国外同类产品。有些学者认为这主要由国内机床加工精度不够高引起,是有一定道理的。

单螺杆压缩机啮合副的加工研究分为星轮齿的加工与螺杆的加工两部分,根据啮合副的不同各不一样。

第一类是原始型线。其星轮型线实际上是一条直线或曲线;螺杆型线是以此直线作为母线形成的轨迹面。原始型采用“非反包络对偶啮合修正综合法”(也称仿型法) 加工。所得到的不是螺杆齿面的包络面而是立铣刀圆柱表面的包络面,所以实质上仍然是包络法。用仿型法加工星轮的理论误差大, 在实际操作中产生误差的环节也很多, 但使用该法可以省去星轮模具,在单件、小批量生产时生产周期短,因此目前国内仍有应用。国外有关的技术方案也仅有螺杆的加工方法,如图11所示。

第二类则是“圆台()-圆台() 包络面啮合副”。螺槽可以用回转刀具(立铣刀、砂轮) 加工, 有利于提高加工质量。至于星轮,一般都是用成形刀具将星轮的一个齿侧表面加工出来,然后进行分度,加工另外一个齿的侧表面。这种方法存在一定的分度误差,加工精度差,对于啮合精度影响很大,同时也影响动压油膜的生成。而且这种啮合副型线在齿侧存在泄漏三角形,影响了容积效率。一种公开的技术方案由美国人Jensen发表,其加工方法的概念模型如图12所示。第三类是“二次包络型”。“直线包络型”的螺杆加工方法与“原始型”直线型线的加工相同,即车削加工,但星轮齿侧工作面用相应的螺杆滚刀加工。但是滚刀加工由于其不连续性,不可能形成准确的星轮齿型面,从而使加工精度大大降低。 至于“圆台二次包络形”的星轮齿侧型面的加工,理论上可根据其成形原理加工。但实际上,目前全世界都没有解决二次包络型面的加工问题。

至于其它几种型线的加工,至少目前尚无公开的技术方案发表,但有一部分学者和厂家声称研制成功了加工专机,这里不在详述,分析一下国外对单螺杆压缩机啮合副的加工方法与原理。从某些厂家生产的单螺杆实际机型来看,包括日本在内的几家企业产品,其型线还是属于原始直线,只是在具体尺寸、啮合设计上有一些改进。目前公开的较具体的技术方案仅有专利。


总结与发展趋势

从现有单螺杆压缩机产品来看,其型线基本都属于原始型线,或者其改进型,即其螺杆的加工方法本质上都属于切削加工,包括一些国外厂家的产品。但是国外产品的寿命始终比国内的高出很多,作者认为除前文所述国外机子加工精度较高外,可能还有别的原因。作者对中国、美国、欧盟以及国际专利进行了搜索,发现与欧美国家,特别是日本相比,国内单螺杆压缩机生产厂家申请的专利寥寥无几。这些专利只有极少数是针对单螺杆压缩机啮合副的直接改进或者设计,大部分都是主机排汽、喷油、节能及结构设计。所以作者认为,主机的安装及配件部分是单螺杆压缩机的关键,但是国内前面二十几年的研究者大部分仅重视啮合副及啮合副的加工,而忽视了这一部分。

从加工效率、加工精度来看,单螺杆压缩机啮合副的实际应用方向仍然应该是圆柱包络型。尽管国外有某些公司可能未公布已经开发出这类型线的实际加工机床,国内的发展方向仍然应该是圆柱包络啮合类型的,因为这种啮合副可以使用铣刀加工,可大大提高加工效率,而且这种啮合副理论效率与寿命比直线型要长得多。

另外,对于单螺杆压缩机排气、压缩机理论受力分析、啮合过程、压缩过程以及轴承等的研究也应当收到重视。从国内单螺杆啮合副型线的研究情况来看,如果能实现圆柱包络啮合副的高精度加工,国内的啮合副型线研究结果才可能进一步转化为实际产品。

因此,当下本着务实的态度,对圆柱包络单螺杆压缩机加工方法进行研究,对单螺杆压缩机内特性进行研究乃是重点。

双螺杆压缩机的研究及历史发展趋势。

如图1所示的螺杆压缩机具有结构简单、操作方便和运转可靠等一系列独特的优点,这种型式的压缩机发明于上世纪30年代,经过持续的基础理论研究和产品开发试验,通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功,螺杆压缩机的优越性能得到了不断的发挥,被广泛应用于空气动力、制冷、石油、化工、冶金、医药等工业领域。本文主要综述螺杆压缩机近年来的研究进展和在有关应用领域的发展趋势。

1  螺杆压缩机结构示意图

螺杆压缩机研究进展

工作过程数学模拟及试验研究

螺杆压缩机的实际工作过程受到多种因素的影响,是一个复杂、综合而且瞬态完成的变质量热力过程,因此要准确理解螺杆压缩机的工作过程,不能仅仅对压缩机的热力工作过程进行理论的研究和分析,应同时对其动力特性、转子变形等进行深入的研究,建立融合螺杆压缩机工作过程热力性能研究、动力特性研究和变形计算的数学模型是研究螺杆压缩机的关键和基础。在热力学模型中,需要全面考虑转子型线、泄露、传热、喷油、补气、工质物性等因素,同时需要建立基于有限元方法的压缩机动力学模型和转子受力、受热引起的变形计算模型,并对这三者模型进行耦合,以创立可以全面分析螺杆压缩机工作过程的数学模型及其仿真软件,解决螺杆压缩机性能预测的难题,为螺杆压缩机结构设计、参数优化和机器产品开发奠定基础。

螺杆压缩机工作过程p-V图表象征压缩机的内部微观特性,对于评价压缩机的工作状态和性能水平具有重要的参考价值,是研究各类容积式压缩机工作过程的重要手段。由于螺杆压缩机转速较高,且其齿间工作容积在空间不断移动,因此其工作过程p-V图的测录就尤为困难。西安交通大学经过不断探索,借助装在在阴转子上的微小压力传感器和高速数据采集系统,已成功地分别测录了螺杆空气压缩机和螺杆制冷压缩机的工作过程p-V图。并通过分析比较有关p-V图,得出了设计吸、排气孔口和喷油孔口的改进方案,提高了螺杆压缩机的性能水平。2示出一种小型螺杆空气压缩机的工作过程p-V,图3示出螺杆制冷压缩机在部分负荷状态下的p-V图。

2  螺杆空气压缩机p-V     3  螺杆制冷压缩机在卸载状态下的p-V

在螺杆压缩机中,润滑油的分布和雾化在很大程度上影响着螺杆压缩机的间隙分布、泄露、效率和可靠性等技术问题。利用PIV激光测速技术以及自行设计搭建的喷油可视化实验台,可进行螺杆压缩机喷油的可视化研究。图4和图5分别示出润滑油在螺杆压缩机中的分布和润滑油雾化及速度场情况。

  

4 润滑油分布可视化研究               5 润滑油雾化及速度场


为了研究螺杆压缩机在工作过程中转子受力情况,理解转子型线对于转子受力的影响,提高螺杆压缩机的可靠性及其运行寿命,西安交通大学还利用力传感器成功测录了不同工况下转子轴向受力的真实情况,明确了工作过程中转子轴向受力的变化规律,为螺杆压缩机的型线优化、动力学理论计算提供了坚实的实验基础。图6示出转子轴向力测试时传感器的安装,图6示出阳转子受力的实测值与有限元理论计算值的比较。

       

6 转子轴向力测试传感器安装   图7  转子受力实测值与计算值比较


排气压力脉动是引起螺杆压缩机噪声和振动的主要因素,对其进行研究有助于了解螺杆压缩机噪声和振动的产生机理,不仅为管路系统的振动分析提供依据,更为螺杆压缩机排气流道和孔口的优化设计奠定实验基础,从而降低噪声和振动。图8所示为排气压力脉动测试装置图,图9示出排气压力脉动实测与理论计算比较图。

    

8 排气压力脉动测试装置图                 9 压力脉动实测与计算比较

     

传统的螺杆压缩机设计方法,依靠一些在作了许多假设之后得到的近似公式,进行设计和计算。不仅设计周期长,而且准确度差,一些设计参数还要待样机造出后,再通过试验确定。这种设计方法严重影响了新产品的供货时间和性能水平,削弱了其市场竞争力。西安交通大学在前述工作过程p-V图测录等实验研究的基础上,解决了螺杆压缩机中转子型线设计、几何特性的准确计算、刀具刃形计算、热力性能和动力特性预测,以及吸排气孔口配置、转子受力和变形计算等关键技术,在对螺杆压缩机工作过程进行深入系统的理论分析和试验研究的基础上,成功开发了一套完整的螺杆压缩机设计计算软件SCCAD,已成功应用于设计多种型号的螺杆压缩机新产品,并被推广到多家螺杆压缩机生产企业应用,取得了良好的经济效益和社会影响。图10给出了SCCAD的主界面及转子型线计算程序的输入数据对话窗口。

10  SCCAD软件界面

     

在螺杆压缩机设计中,最重要的是设计其转子型线,因为转子型线基本决定了螺杆压缩机的性能好坏。螺杆压缩机性能的不断提高及其市场份额的不断扩大,是与转子型线的发展密不可分的。国际上著名的螺杆压缩机生产厂家,都是伴随着新型线的开发成功,而不断发展壮大的。性能优越的新型线一旦开发成功,往往会使其产品的销售量猛增、市场占有率迅速扩大。传统的型线设计方法,仅从影响热力性能的泄漏对参数进行优选。而借助螺杆压缩机设计计算软件SCCAD,不仅可从热力性能影响因素出发,更进一步地注意到了有关参数对转子间力矩分配的影响,同时注意到转子型线的流线化,使得利用该技术设计的转子型线在热力性能、动力特性以及降低噪声等方面均具有优越的性能。目前,西安交通大学已能够根据螺杆压缩机的具体应用场合,专门设计出热力性能和动力特性好、噪声低的新型线,典型结果如图11~ 14所示。

          

11无油螺杆空气压缩机型线                    12 喷油螺杆空气压缩机型线


          

13开启式螺杆制冷压缩机型线                   14封闭式螺杆制冷压缩机型线


螺杆转子的加工是螺杆压缩机制造技术的核心,刀具刃形是加工转子时保证转子型线精确度的关键,因此刀具刃形的设计直接决定了转子型线的性能。为了补偿加工误差和转子工作时的受力变形及受热膨胀,需要在理论型线的基础上,设定各点的间隙,并根据由此得到的实际型线进行转子的加工。传统的间隙设定方法是等距型线法和等距型面法,两种方法都没有考虑型线各部分变形量的不同。在最先进的型线啮合间隙设定中,则利用有限元方法对型线各部分的变形进行具体的分析和计算,形成设定啮合间隙的不等距法。这种方法,保证了转子型线在加工时能具有很高的精度,阴、阳转子仅在节圆附近以纯滚动的方式接触和传递力矩,对进一步降低噪声和提高效率,能起到帮助作用。利用这种方法设计的的啮合间隙放大图如图15所示。

15   啮合间隙放大图

螺杆压缩机应用趋势

螺杆空气压缩机

螺杆空气压缩机分为喷油和无油两类,无油压缩机又分为干式和喷水两种。由于多种类型的压缩机都可设计为空气压缩机,导致空气压缩机的市场竞争非常激烈,因此空气压缩机多被设计为系列化、标准化的产品,以便大批量、低成本地生产和销售。另外,由于压缩空气的用途非常广泛,因而还要求空气压缩机的运行和维护尽量简单,以便使非专业技术人员也能够正确操作。在如图16所示的螺杆空气压缩机的设计中,必须考虑上述这些因素。

    

16  螺杆空气压缩机                图17  高速无油螺杆压缩膨胀机组


近年来,除了继续应用于传统的空气动力装备外,螺杆空气压缩机在一些新领域的应用也越来越多。如公共汽车和轿车燃料电池系统用无油螺杆空气压缩机、发动机增压用螺杆空气压缩机、铁路车辆和城市轻轨车辆用螺杆空气压缩机等等。图17示出国家863计划中开发的高速无油螺杆压缩膨胀机组,用于为燃料电池供气及能量回收。


     

按与电动机联接方式的不同,螺杆制冷压缩机分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。这类压缩机单级有较大的压缩比及宽广的容量范围,适用于蒸发温度为+5℃-40℃范围内的高、中、低温各种工况,特别在低温工况及变工况情况下仍有较高的效率,这一优点是其它机型所不具备的。因此,螺杆式制冷压缩机被广泛用于空调、冷冻、化工、水利等各个工业领域。

尤其值得指出的是,螺杆制冷压缩机在中央空调领域的应用正在迅速增加,生产量提高极快,各种冷水机组和风冷热泵系统中螺杆制冷压缩机的应用十分广泛。在机组配置方面,采用经济器循环和变频驱动,可使螺杆制冷机组的性能得到进一步的提高和改善。

近年来,西安交通大学与烟台冰轮股份有限公司在螺杆制冷压缩机研究与开发方面进行了长时间的成功合作。相继开发成功30个型号的LG系列开启式螺杆制冷压缩机和10个型号的BF系列半封闭螺杆制冷压缩机,其综合性能达到国际先进水平。图18和图19分别示出开发成功的开启式螺杆制冷压缩机和半封闭螺杆制冷压缩机。

     

18 开启式螺杆制冷压缩机       图19半封闭螺杆制冷压缩机


         螺杆工艺压缩机

螺杆工艺压缩机属于小批量、多品种的机型,在大多数情况下,这种压缩机是在螺杆制冷压缩机的基础上,考虑工艺气体的特殊性质和压缩机运行工况后的的变型产品。

螺杆工艺压缩机今后所能处理的工艺气体的范围将继续扩大,包括像CO2N2等惰性工质,也包括像H2He等轻气体,还包括一些化学性质活泼的气体如HClCl2等。

国内螺杆工艺压缩机的制造技术与国际先进水平还有较大的差距,但近年来也有一些进步和提高。西安交通大学与沈阳大陆激光技术公司合作,对多次出现故障、严重影响流程运行的镇海炼化公司C0201/B机组LG-87/5喷水螺杆压缩机进行了成功的改造,通过设计一种转子新型线,使该压缩机喷水量明显减少,输气量大幅提高的性能,取得了巨大的经济效益。图20示出改造后的C0201/B机组转子。

20 镇海炼化C0201/B机组转子改造

      其它螺杆机械

       近年来,设计技术和制造方法与螺杆压缩机类似的一些螺杆机械也获得了很快的发展。下面对螺杆膨胀机和螺杆混输泵的应用作些简单介绍。

螺杆膨胀机按螺杆压缩机的逆原理工作,其基本构造几乎与螺杆压缩机完全相同,但工作过程正好相反。虽然螺杆膨胀机是一种崭新的膨胀机械,但它是在螺杆压缩机的基础上进行研究和开发的,螺杆压缩机技术的许多新突破都可以直接应用于螺杆膨胀机。因此,尽管螺杆膨胀机的历史不长,却已经在几种新型节能系统和装置中得到了应用。如在大型常规制冷机组和CO2跨临界循环中代替节流阀等,在太阳能、地热能及工业余()热动力利用方面,螺杆膨胀机也有着很大的应用潜力。

21 双螺杆油气混输泵

如图21所示的螺杆混输泵用于直接输送油井中产出的原油、水和天然气等多相流体,这类混输泵是在普通螺杆液体泵的基础上,吸收了螺杆气体压缩机的螺杆型线设计和转子加工等关键技术后发展起来的。随着边际区块和卫星油井的开发,利用增压来加大集油半径的多相混输方式愈来愈显示出其重要性和必要性。这种输送方式减少了繁杂的分离器、输油泵、气体压缩机以及两套独立的气液输送管道,既可减少基建投资,又能降低管理费用。另外,对于后期低压油井,还可利用现有生产设施,降低井口回压,增加油气产量,从而有效地提高油田开发的经济效益。与传统的生产系统相比,多相混输系统可节省30%40%的油田开发费用。目前已有多家公司可提供用于陆地或固定平台上的螺杆多相混输泵,一些公司还提供用于水下多相混输系统的水下螺杆多相混输泵。

结论

螺杆压缩机具有独特的优点,随着对其研究的不断深化和设计技术的持续提高,螺杆压缩机的性能将进一步改善,其应用领域会越来越广泛。除传统的应用场合外,螺杆压缩机在燃料电池等新领域的应用将迅速扩大。

螺杆压缩机发展的十大动向

我国压缩机制造业的志士仁人,自当决意继续奋力打造压缩机制造业科技经 贸日趋兴盛的崭新局面,以性能价格比优异的适用产品服务于长城内外、大江南北,跃动于全球经济圈,从而屹立于世界压缩机强林!

前言

  华夏先民发明的人力木质风箱,是现代往复活塞式空气压缩机的概念雏形。著名的国际科学史学泰斗、英国的李约瑟教授和压缩机技术发展史专家们,也都早已确认了公元前1500年我国商代时期的风箱,已具有了与现代空压机气缸、活塞和气阀相对应的实体组件。而风箱拉板(相当于单级空压机的双作用盘形活塞)上粘满的鸡毛,则恰如同时兼有迷宫密封功能的活塞环。

  1995年12月时,西安交通大学副校长束鹏程教授指出:“压缩机技术是紧密伴随着人类文明和社会进步而发展起来的。……百来年压缩机的技术进步恰似人类科学技术进步的缩影。

  压缩机极为广泛而深入的应用领域,使人们极其明显地察觉到它是无处不在、无时不在地为人类文明服务。各种结构类型的压缩机,功率从数百瓦直至上万千瓦,排气压力自0.2兆帕到350兆帕,压缩着物性参数各不相同的世间各种气体,运行于现代化大工业、高科技直至人们家居生活等迥异的领域。

  历经近六十载的发展,海峡两岸的压缩机制造业和压缩机学科、科研的喜人业绩,已不容国际压缩机诸强小视,且已拥有了在WTO格局下与国外著名品牌抗衡的非凡实力。

  业内人士皆深知,我国是全球为数不多的最重要的压缩机市场之一。中央关于改革开放奔小康、西部大开发、东部龙头、中部振兴、振兴东北老工业基地等战略决策的实施,给海内外压缩机制造企业以巨大的商机和技术开发的契机。

  那么,在公元2007年的金秋十月,直面WTO格局,已达到较高水准并在继续跃升中的中华压缩机制造业,其市场需求与技术发展动向又若何呢?

1、容积式压缩机和透平式压缩机各展所长

  随着单系列工艺流程的兴盛及其经济生产规模的陆续扩大,以及透平式压缩机高排气压力技术的突破和完善、不间断长时间连续运行可靠性有保障,国外合成气、空气分离、化工与石油化工用超大型压缩机,业已由透平式一统天下。国内业主的压缩机选型趋向,也是如此。

  毫无疑问,透平式压缩机具有最适于大流量、特大容量的特性,当排气压力在中压以下时则更为方便。

  不拥有透平式压缩机上述优势的容积式压缩机(以往复活塞式压缩机和容积式回转压缩机为主流),则在超高压、甚高压领域独占鳌头,还在高压、中压以及中小流量场合具有高的性能价格比和运行节能之特色。

  尽管透平式压缩机和容积式压缩机所能达及的性能参数(流量、压力)范围稍有重叠和竞争,但从总体来看它们在各展所长、相辅相成。

2、透平式压缩机的几项新颖技术

国外个别先进企业制造的离心式压缩机,依托整体式齿轮箱作为驱动和联接的载体,内置透平式膨胀机叶轮,从而构成了新颖的节能压缩机机组。如图3所示,位于右侧的透平膨胀机叶轮,通过其小齿轮轴将能量传递给大齿轮,大齿轮轴接受由蒸汽轮机同轴输出的能量和由膨胀机小齿轮轴输出的能量后,再行驱动位于左侧的离心式压缩机叶轮的小齿轮轴,进而驱动离心式压缩机叶轮工作。实例:GT系列3级离心式空气压缩机即由内置的2级透平式膨胀机和蒸汽轮机共同驱动。采用了此种能量回收装置,使得流程所需能量减少55%。运行于我国化学工厂的该节能离心式压缩机组,其流量为25770m3/h,进气压力0.1MPa,排气压力0.75MPa

STC-GV/GVT系列(图1),其集成整体齿轮式离心压缩机组采用不同转速的多轴布置,围绕中央大齿轮最多能构成8个压缩级,创齿轮式离心压缩机压缩级数之最,是可对多种气体进行多级压缩的高度紧凑的机组。该系列压缩机,可内置膨胀机叶轮,流量800m3/h480000m3/h,排气压力可达10MPa。该系列的每一压缩级前都设进气导流叶片装置。

  STC-GT系列(图2),实际上是透平式膨胀机,该整体齿轮式工艺气体径向透平,用于直接动力回收,可直接驱动透平式压缩机或发电机。其膨胀比达4,排气量是3000m3/h600000m3/h,其每一膨胀级都设径向进气口,其可调进气喷咀实现了部分负荷操作的经济性。其巧妙的构思是:直接选用已经由市场认可的整体齿轮式离心压缩机的组件。

  上述几项国际上透平式压缩机的新颖技术,岂不也是完全可以为国人所借鉴并转化为生产力的吗?

3、环保型燃气汽车加气站用压缩机之需求仍将长期看好

  世界面对着原油仅可开采40余年,而天然气却能再采70年以上的现实。我国正面临着:着力于能源多元化,强化西气东输、川气东送工程,大力保护环境,公交运输优先,积极开采、使用蕴藏量丰富的陆、海天然气,强力多源头进口液化天然气,不远的将来还能实现天然气(进口)管路国际联网(如土库曼斯坦将供应我国天然气300亿立方米/年、哈萨克斯坦将供应我国天然气一期100亿立方米/年、二期300亿立方米/年)以及蕴藏量甚丰的煤层气(油气田天然气的后续天然气)开发力度大增,还有总储存当量热值远高于全球陆海天然气的深层水域里“可燃冰”获取工程业已启动等等这样的大好形势。

  天然气汽车具有技术成熟、清洁、安全和经济性好等显著的环保、技术、经济综合优势。

  自1931年意大利北部建成世界近代首座天然气汽车加气站和1978年重庆气体压缩机厂研发成功首台国产CNG压缩机、1988年在四川省荣县建成首座国产装备天然气汽车加气站以及1994年重气厂首获20VCNG压缩机订单以来,国内外CNG压缩机品种、销量和技术进展渐趋活跃,并已跨出仅为汽车加气领域而同时为极大范围的社区燃气化服务。时至今日,CNG压缩机已跃升为全球压缩机市场的最热卖点之一,尤以我国、东南亚和南美洲为最。

      CNG压缩机单机功率并不很大,然而在近年却高度富集了当代往复活塞式工艺流程用压缩机多项先进技术。客观上,CNG压缩机几乎成为全球工艺流程用往复活塞式压缩机中唯一能够形成批量生产的门类。随着石油的更加短缺,治理城市汽车尾气污染的紧迫,以及我国西气东输源头气源陆续拓展、外输能力倍增和后续工程的分期实施,居民社区燃气能源的更大规模普及,CNG压缩机在国内外必将有更大的发展。

  众所周知,由于CNG压缩机自身的技术难点,在工业发达国家里也只是少数有强技术后盾和制造实力的压缩机企业才能研发生产。虽然起步甚晚却直逼世界先进水准的国产CNG压缩机,在二十一世纪奇葩争艳、异彩纷呈,自不同的角度逐步地将其综合技术水准升华至不亚于舶来品的程度。从而不但为国内天然气汽车加气站的建设作出了新贡献,而且拥有了在我国加入WTO之后与国外著名品牌抗衡的不凡实力,同时踏入了国际市场。由于拥有高的性能价格比和低价位,销往海外的国产CNG压缩机台数逐渐增多,乐于接受中华CNG压缩机的国家和地区也在扩大,更在CNG加气站产业大发展的东南亚地区赢得了宝贵的产业份额。

  眼下,各CNG压缩机制造企业和各天然气汽车加气站成套设备供应商业务量均饱和,完全可以说我国已进入CNG压缩机产业的供销两旺平稳期。

  对CNG压缩机五家公司的统计表明:该五家公司在“十·五”期间共生产CNG压缩机2055台,产值146145.64万元,其中,出口636台,出口产值34542.79万元。该五家公司在“十·五”期间CNG压缩机出口台数比率为31%,出口产值比率为23.64%2006年度该五家公司生产CNG压缩机738台,产值达43492.57万元,其中出口298台,出口产值14801.07万元。2006年度CNG压缩机出口台数与生产台数的比率高达40.38%,而出口产值与总产值比率亦高达34%

   该五家公司2006年度一年的CNG压缩机总产量(台数)738台,是“十·五”期间五年总产量2055台的36%2006年度一年的总产值43492.57万元,是“十·五”期间总产值146145.64万元的30%;而2006年一年出口总台数298台是“十·五”期间五年出口总台数636台的46.9%2006年一年出口总产值14801.07万元,是“十·五”期间五年出口总产值34542.79万元的42.8%。业绩骄人。

   荣获中国石油化工集团公司科技进步二等奖的2D4CNG压缩机(江汉石油管理局第三机械厂研发)主机剖面图、十字头组件与连杆组件剖面图示分于图4及图5

机身承受内气压的无泄漏CNG压缩机剖面图示于图6

   我国已在辽宁省、山西省建成了数座煤层气汽车加气示范站,在北京、上海各建成一座氢气汽车加气示范站,LCNGLNG汽车加气示范站也已小试牛刀。至于LPG汽车加气站,其技术成熟度和数量众多,也早为人们所熟知。这些多种类型的燃气汽车加气站,都与压缩机有着密不可分的关系。压缩机是加气站中的最关键动设备,要求其安全可靠,压缩机又占加气站运行中设备能耗的首位,还独占加气站设备费份额的鳌头。

   客观地讲,压缩机服务于各种燃气汽车加气站,到目前为止也仅仅是刚开了个头。多种环保型燃气汽车加气站对压缩机后续的需求量无疑颇大,对压缩机品质的要求也显然在提高。做好、做大加气站这块硕大无朋的蛋糕,保护环境、还我蓝天,造福当代、福荫后世,是压缩机制造企业肩负的历史重任,责无旁贷。

4、工艺流程用大型、超大型往复活塞式压缩机之产能激增

   全球范围内,工艺流程用大型往复活塞式压缩机的热卖点是石油化工行业下游炼油等深加工装置、流程所需加氢压缩机,而我国又是最热点之一,需求与竞争两旺。

   我国正在实施的能源安全战略的一个重要方面,就是推广大型煤液化工程。超大型氢气压缩机更是其中不可或缺的核心装备。

   其中,东北某气体压缩机股份有限公司将自主研发与技术合作成功地有机结合,拥有了世界级水准的大型往复活塞式压缩机专有技术(活塞力1001250kN),制造全系列大型对称平衡型压缩机,已面世机型最大功率5000kW、最大活塞力800kN、列数最多为6列。

   沈气制造成功地运行于广东省茂名市的中国石油化工股份有限公司茂名分公司等特大型石化企业的4M8030/22200BX型新氢压缩机(图7),系200万吨/年渣油脱硫加氢装置用,为对称平衡型,4列,活塞力800kN,排气压力20MPa,轴功率3250kW,质量68.6t,冷却器等辅机质量16.2t,电动机质量47t,外形尺寸9690mm×4680mm×1950mm。迄今为止,仅广东茂名石化一家企业,就有沈气产多达204M80级大型压缩机在役运行,为我国石油化工行业的发展作出了重要贡献。

   为配合国家大型煤制油项目上马战略性工程建设及中国石油、中石化大型炼油(1000t/年)装置中的大型压缩机品种需求,上海压缩机有限公司着力开发超大活塞力等级的1000kN超大型往复活塞式压缩机(图8)。经过近二年的研发取得了突破性进展,首台应用于中石化南化公司制氢改造项目获得一次开车成功并网运行,且连续满负荷正常运行。创造了承受国内往复压缩机活塞力之最达1000kN用的铝镁合金轴瓦技术(申请了专利技术)等填补了国内空白,打破了欧美少数国家对该项技术的垄断局面。

首台中石化南化公司制氢项目用1000kN压缩机技术参数如下:

型号:M510/42

公称活塞力:1000kN

结构型式:6列对称平衡型

压缩介质:氢气

压缩级数:4

一级入口状态气量:510m3/min

  首台1000kN活塞力压缩机的开发、运行成功,既填补了国内空白,也为市场拓展开创了新局面。

  总体说来,由于我国压缩机制造业产学研各单位的齐心合力,国产工艺流程用大型往复活塞式压缩机不仅成功地替代了进口机,实际运行状况还优于某些进口机,由于其综合性能价格比的优势,业已拥有随石化成套装备走向海外的良好条件。而这,也已如是实施。

  前述八家企业中,除了杭氧压公司外,其余七家都拥有多列、公称活塞力≥500kN大型对称平衡型压缩机系列产品的设计、制造能力。眼下,还有具备多列、公称活塞力≥320kN大型对称平衡型压缩机系列产品设计、制造能力的企业,拟向更大型产品跨越。

  那么,是否存在着我国工艺流程用大型、超大型往复活塞式压缩机产能过剩的潜在问题呢?

  纵观欧美、日本在二十世纪五十~七十年代,工艺流程用大型往复活塞式压缩机厂林立;及至八十~九十年代,兼并、转产者甚众。以德国为例,在原东、西德境内现仅各只有一家大型往复活塞式压缩机厂。究其原委,不外乎大型单系列流程装置蓬勃发展和透平式压缩机技术长足进步这两项。

  在2007年里,中国石油天然气集团公司和中国石油化工集团公司都积极参大股(各占30%)入国有大型透平式压缩机制造公司,还有国际顶级透平式压缩机制造商姿态积极。完全可以预料,国产大型透平式压缩机的技术进展与产能的提高将是迅速的。例如,“十一·五”期间新建、扩建的30余套100t/年超大型乙烯装置中的关键装备之一--离心式裂解气压缩机组将全部国产化,其单台售价即高达1亿元人民币(单台进口价1.7亿元人民币)。而这对于大型往复活塞式压缩机又意味着什么呢?

5、迷宫压缩机大型化和多台套之紧迫要求

   迷宫压缩机在工艺流程用往复活塞式压缩机中独树一帜,通过精心设计和精细制造,以不接触方式实现气缸、填料处气体的密封。因此,她不只是气缸无油润滑压缩机的一种门类,在超高温或超低温工况,或压缩绝对干燥气体时,则很可能是唯一的选择。酿造及食饮品工厂在向生产车间输送直接接触食饮品的压缩气体时,采用迷宫压缩机比接触环式气缸无油润滑压缩机更卫生、合理。在制药流程及氧气装置中的安全性,相对而言,迷宫压缩机更胜一筹。

  “十一·五”期间,多套100t/年乙烯装置,30t/HDPE装置,4/36t/年环氧乙烷、乙二醇装置,30t/PP装置,20t/LLDPE装置,还有多套聚烯烃装置、大型甲醇装置、大型制氧装置,都提出了亟需多台套大型迷宫压缩机的新课题。

   迷宫压缩机的大型化将面临更多技术难点,如:大直径活塞的迷宫密封压力气体,大行程、大质量的活塞--活塞杆系统往复运动的稳定性,多列联体气缸、多列整体机身的复杂结构及整体大质量铸造与高精度机械加工,大尺寸、承受内气压的多列整体机身之设计,大直径轴主轴颈处密封机身内气压的旋转机械密封,克服温度差值很大的零件的温度应力与密封压力气体的问题等。此外,尚需洞悉迷宫压缩机迥异于一般的往复活塞式压缩机的某些特殊计算、检测、安装、调试要点。

  尽管如此,大型迷宫压缩机国产化的方向坚定不移,已启动的由无锡压缩机股份有限公司为承制方的多项措施得力且方向目标准确。

6、分体式和整体式燃气摩托天然气压缩机组产销两旺

  在管道式燃气轮机离心式天然气压缩机组的冲击下,大功率(最高曾达10067kW[13500HP])整体式燃气摩托压缩机逐渐退出了历史舞台。现今之整体式燃气摩托压缩机皆为对称平衡结构,其动力缸、压缩缸水平对称卧置,动力缸活塞、压缩缸活塞相向或反向运动,惯性力平衡优良,低速,重载,经久耐用,无需值守人员,运行费用低,功率为600kW及以下。

  该类燃气摩托压缩机组是由燃用天然气的动力缸和压缩天然气的压缩缸构成的橇装有机整体,不需外接主电源和水源,机组的冷却、润滑、点火、自控等系统亦无需外界提供动力。显而易见,它是无动力电或接电困难的分散油气田、边缘油气田和后期油气田理想的集输气装备。

   中国石油天然气集团公司、四川石油管理局、成都天然气压缩机厂和四川大川压缩机有限责任公司,是我国广大油气田整体式燃气摩托压缩机组的最主要供应者。其中,仅成都天然气压缩机厂制造的ZTY系列产品已逾300台,运行实绩良好。

 “分体式”大型天然气压缩机组,是油气田集输气用主力机种,多由大功率、高转速天然气发动机直联驱动(或由电动机直联驱动)并和大型风冷式冷却器共同构成为独立橇装机组,为油气田所不可或缺。

中国石油化工集团公司江汉石油管理局第三机械厂(武汉市吴家山)生产的RDS系列大中功率(达3000kW)压缩机组,即属此类,系技术合作与独立创新相结合的结晶。

  作为压缩机中的特殊群体的特种高压压缩机,都具有高参数、高性能的技术特征,如:排气压力高达若干,环境温度低至××、高至××,环境相对湿度××,盐雾××,纵倾××,横倾××,外形尺寸小于××,重量小于××,露点低于××,振动烈度低于××,噪声声功率级小于××,平均无故障运行时间大于××,单位时间内启动次数大于××,等等。

  功率和外形尺寸并不很大的特种高压压缩机,以其甚高科技含量而屹立于压缩机设计、制造技术为数不多的几个巅峰之一。

   图9为高水准LHC8/400型大排量高压空气压缩机组,系螺杆式活塞式串联,功率160kW级,容积流量8m3/min,排气压力40MPa,振动烈度8mm/s。其排气温度、噪声、振动均远低于进口发达国家可比产品。

   国产特种高压、高参数、高性能压缩机的总体水准已不亚于外机。毫无疑问,它们已是我国载人宇宙飞行等高科技领域,以及保卫国土、捍卫海疆和领空的优秀保障装备,功不可没。我国压缩机制造业中的志士仁人,已为此默默地奋斗了半个多世纪,功勋卓著!眼下,特种高压压缩机的多品种与更高压力、更大排量、更多台数之需求旺盛!

8、隔膜式压缩机向大排量、双作用的重大技术进展与火旺的市场

   历经40余年的发展,我国隔膜式压缩机制造企业的生产能力和产品所达到的技术水准,已不容欧美诸强小视。目前,国产隔膜式压缩机不仅完全可以替代进口产品,还拥有了在WTO规则中竞争的可观实力。

  由金属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、医药工业、超临界二氧化碳萃取领域压缩、输送气体,尤其适于压缩剧毒、强腐蚀、放射性、珍稀、极纯净、极干燥、可燃易爆气体,此种特殊功能是其他结构类型的容积式或动力式压缩机所不具备的。膜腔型线优化,膜片寿命过关,多层膜片在一片破裂报警的同时还能确保安全,远传膜头与气动膜头技术,膜腔气压与液压缸油压差值保持技术等,也都促进了国产隔膜压缩机近年需求量的飙升。

  毫无疑问,国产隔膜式压缩机在国际市场上拥有优异的性能--价格比及低价位优势。实际上,其出口业绩持续看好。

  北京地区的高新技术隔膜式压缩机制造企业,主导了向大排量的重大技术进展与火旺的市场需求量。其中,北京汇知机电设备有限责任公司独立研发的具有双作用超大直径气缸、功率75kW级、对称平衡型隔膜式压缩机(专利技术),实现了重大技术突破;北京京城环保产业发展有限责任公司持续占有我国核电领域内隔膜式压缩机的主要份额;北京天高隔膜压缩机有限公司亦属佼佼者。

9、容积式回转压缩机市场持续旺盛,少数制造巨头正在逐步形成

   国内压缩机业主的选型观念,已由非常看重压缩机运行电耗转向更客观、更综合性地通盘考虑。操作人员日常劳务费,维修所需劳务、配件与耗材费,事故停机的直接、间接经济损失等多方面的因素,促进了业主选用螺杆式压缩机。

继先进工业国家之后,国内喷油螺杆空压机的设计、制造技术日趋成熟,而干式(无油)螺杆空压机则尚显逊色。

  工艺流程用螺杆压缩机,特别适于压缩中低压力的强腐蚀、剧毒、含液滴、易液化气体,其国内外市场占有率仍将有所上长。

  国产工艺流程用螺杆压缩机,依然由上海压缩机有限公司独占鳌头,不仅产销两旺并且出口增幅大。

  螺杆空压机的技术进展,除了型线(齿形)这一重要方面,油、气、冷却、自控系统的改进、变电频运行和机组各单元配置优化、模块化,以及降、隔噪声措施所起的作用不容小看。而今,全面改进螺杆压缩机的中华企业更多了。

  我国压缩机、制冷机、工业泵、减变速机4个行业以及铁路系统的制造企业,都拥有多台螺杆转子专用铣床、磨床,且皆为国际顶尖级品牌,其数量总和惊人之多。笔者估计,转子专用机床总台数,雄踞世界首位(按国家计),可谓制造潜能巨大。

   海峡两岸的中华螺杆式空压机制造企业,共同拥有了强的制造能力且产销两旺。一方面,数百家大小企业(包括早已拥有进口的双螺杆转子专用机床的企业)以舶来“万国牌”“机头”组装双螺杆空压机;另一方面,决意振兴民族压缩机制造业的强力民企(如浙江开山集团)将以大批量质优价廉的民族品牌“机头”替代进口。

  和国外将单螺杆压缩机基本都用于压缩制冷介质迥然不同,独具中华特色的单螺杆压缩机技术,业已造就成了以喷油单螺杆空压机为主体的强力生产基地上海佳力士机械有限公司、广东正力精密机械有限公司、阜新金昊空压机有限公司、上海飞和实业集团有限公司等。尤其难能可贵的是这些企业的志士仁人拼搏进取,荣获多项单螺杆压缩机和相关技术的国家专利证书和外国专利证书,并已转化为生产力。不但单螺杆空压机实测技术经济指标雄踞世界前列,而且品种规格繁多能满足各方需求,同时实现了产销两旺和出口。喷油单螺杆空压机自身噪声特低的突出环保优势,以及水润滑单螺杆空压机供气无油的品质,使其应用性能胜过(双)螺杆空压机一筹。至于单螺杆压缩机转子之径向力、轴向力皆基本平衡的固有特色,更是(双)螺杆空压机所不具备的。单螺杆压缩机也比(双)螺杆压缩机更易实现级的压力比提高。显然,单螺杆压缩机的技术发展前景和市场看好。

10、中小型工业用往复活塞式压缩机需求品种极其繁多,市场甚为辽阔

  公称活塞力5510kN的工业用中小型往复活塞式压缩机,就其产量台数而言,以空气介质者居绝对主导地位。

  空压机的先进性、经济性取决于设计、制造成本(原材料费、设备折旧费、劳务费等)、运行成本(电耗、水耗、劳务费、零件更换费等)的综合结果。我国电费单价高而劳务费低,这样的特定国情与国外差异很大。由此,决定了单位气量能耗(比功率)低、售价也低的中小型工业用往复活塞式空压机拥有甚为广阔的市场,实际上也是长盛不衰。尽管其市场占有比率有所下降,但是统计数据表明其年销售台数是增长的。

  中小型工业用往复活塞式压缩机还有着在相同的传动部件基础上,变换压缩级数和气缸直径,迅速派生出多品种变型产品的便利条件。不仅其容积流量、排气压力变化多端,通过适当调整部分零部件材质还可压缩多种气体,大为扩展了服务领域。在构成中高压力产品方面,中小型往复活塞式压缩机更比其它类型压缩机拥有独到的优势。

  在国外,动力用空压机中螺杆式占有的份额是压倒性的,但同时还有往复活塞式在生产并供应其变型产品,这就从另一个方面印证了中小型往复活塞式压缩机是现代文明社会所必需的。

  毋庸讳言,眼下那些由生产许可证认可的中小型往复活塞式空压机中的大多数品种,确有必要洗心革面、更新换代了!其节能、节材的潜能极大,社会和经济效益极为可观!