正航簡述壓縮機發(fā)展動態(tài)

一、制冷壓縮機發(fā)展動態(tài)

當前，我國改革和對外開放正在不斷深化，工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品市場已從國內(nèi)擴展到世界范圍。世界貿(mào)易的飛速發(fā)展迫切需要我國制訂的有關(guān)標準向世界標準靠攏。標準的世界化工作正在政府的關(guān)注下由工業(yè)，農(nóng)業(yè)，貿(mào)易部門在科研單位和高等學校的配合下積極地進行。

目前，我國參照了國外一些具有較高權(quán)威的標準，組織制訂了各類制冷壓縮機的國家標準和專業(yè)標準，以此來促進我國產(chǎn)品性能，質(zhì)量，可靠性和耐久性的提高，謀求生產(chǎn)，流通，使用各階段的合理化。這些標準主要有容積式制冷壓縮機性能試驗方法標準，中小型活塞式單級制冷壓縮機的型式，基本參數(shù)和技術(shù)條件標準，家用房間空氣調(diào)節(jié)器的全封閉型電動機--壓縮機標準，家用電冰箱全封閉型電動機--壓縮機標準和噴油螺桿式單級制冷壓縮機型式，基本參數(shù)等標準。活塞式壓縮機發(fā)展歷史悠久，具有豐富的設(shè)計，制造和運行的經(jīng)驗，至今在各個領(lǐng)域中依然被廣泛采用和得到發(fā)展。制冷壓縮機的持續(xù)進步也反映在其種類的多樣化方面，活塞式以外的各類壓縮機型，如離心式，螺桿式，滾動轉(zhuǎn)子式和渦旋式等都在被卓有成效地開發(fā)而各具特色，令人刮目相看。這對于從事制冷工程的技術(shù)人員在制冷壓縮機類型的選擇上提供了更多的可能性。

在這種背景下，活塞式壓縮機的使用范圍必受到影響而出現(xiàn)逐漸縮小的趨勢，這種趨勢在大冷量范圍內(nèi)表現(xiàn)得更顯著。但是，在中小冷量范圍內(nèi)，實用上還是以活塞式壓縮機為主。隨著壓縮機本身可靠性和耐久性不斷得到提高和壓縮機緊湊輕量化的追求，制冷壓縮機從開啟式逐漸向封閉式發(fā)展是很自然的，如在日本，功率在15～22kW之間的活塞式壓縮機中，90%以上實現(xiàn)了半封閉化;對于不能依賴外界維修的。船舶，車輛以及邊遠地區(qū)，便于現(xiàn)場維修的開啟式壓縮機還是有它的優(yōu)勢。對于小型制冷壓縮機而言，業(yè)內(nèi)人士一般將開啟式活塞壓縮機稱之為代，全封閉活塞壓縮機稱之為第二代，旋轉(zhuǎn)〔滑片〕式壓縮機稱之為第三代，渦旋式壓縮機稱之為第四代，現(xiàn)正在開發(fā)的環(huán)形壓縮機即為笫五代小型制冷壓縮機。

代壓縮機由電動機通過聯(lián)軸器或皮帶驅(qū)動的活塞壓縮機組成因有許多接頭和軸封泄漏制冷劑，制冷糸統(tǒng)需定期充裝制冷劑，所以與第二代的全封閉活塞壓縮機相比稱之為開啟式活塞壓縮機。第二代全封閉活塞壓縮機為了克服開啟式活塞壓縮機工作過程中制冷劑的泄漏，通過專門的設(shè)計將有機地結(jié)合為一體的電動機----活塞壓縮機組封閉在耐壓殼體內(nèi)，解決了開啟式活塞壓縮機工作過程中制冷劑的泄漏，并通過整個制冷糸統(tǒng)接口的全部焊接解決了整個制冷糸統(tǒng)工作過程中制冷劑的泄漏，大大地提高了整個制冷糸統(tǒng)工作的可靠性。雖然第二代全封閉活塞壓縮機克服了開啟式活塞壓縮機工作過程中制冷劑的泄漏，大大地提高了整個制冷糸統(tǒng)工作的可靠性，但活塞壓縮機固有的進排氣伐片故障丶曲軸連桿活塞這些將電機旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運動對效率的影響丶轉(zhuǎn)動部分的抱軸卡澀丶活塞余隙對效率的影響等問題并沒有解決。正是在這種背景下，沒有曲軸連桿丶進氣伐片的旋轉(zhuǎn)〔滑片〕式壓縮機應(yīng)運而生。旋轉(zhuǎn)式壓縮機的活塞象一個在扁平圓盒子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子一樣，活塞裝在扁心軸上沿汽缸側(cè)壁面做平面滾動，作用于汽缸內(nèi)的制冷劑。為了隔斷吸氣區(qū)與排氣區(qū)，在氣缸側(cè)壁上開有一個垂直的槽，槽內(nèi)裝有一個與轉(zhuǎn)子配合很好，可以被壓進轉(zhuǎn)子側(cè)壁槽內(nèi)的滑片。與活塞壓縮機相比消除了進氣伐片故障丶曲軸連桿這些將電機旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運動對效率的影響丶曲軸連桿部分的抱軸卡澀丶活塞余隙對效率的影響等問題。小型制冷壓縮機技術(shù)有了很大進步，效率有了很大的提高，所以稱之為第三代。

第三代旋轉(zhuǎn)〔滑片〕式壓縮機在實際應(yīng)用中確實比活塞壓縮機有著不可比擬的優(yōu)越性，但其滑片的密封及排氣伐片的故障等問題并沒有徹底解決，于是出現(xiàn)了只有運動滑盤，固定滑盤等組成的第四代小型制冷壓縮機----渦旋式壓縮機。它的原理是由偏心軸帶動運動滑盤繞固定滑盤的軸線擺動而完成進氣和壓縮的功能。與旋轉(zhuǎn)式相比，渦旋式壓縮機不僅同樣沒有曲軸連桿進排氣閥等，而且無旋轉(zhuǎn)式所必須有的滑片丶排氣閥而極大地提高了工作的可靠性，使工作更加可靠。渦旋式壓縮機的活塞就是那個繞固定滑盤的軸線擺動的運動滑盤。但渦旋式壓縮機的制造加工要求非常高，加工成本直接影響了成本及應(yīng)用。現(xiàn)在國內(nèi)有些壓縮機工作者正在研制所謂的第五代壓縮機。從代開啟式活塞壓縮機到第四代渦旋式壓縮機，它們都是由電動機驅(qū)動壓縮機進行工作的，其能量傳遞過程為電源--控制器--電動機定子--電動機轉(zhuǎn)子--軸--〔活塞式的連桿〕--活塞。可以看出，從電源到活塞經(jīng)過了許多能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，第五代小型制冷壓縮機就是從減少能量轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)著手來提高整機效率，并盡量簡化結(jié)構(gòu)力求降低生產(chǎn)成本增加運行的可靠性，這就是環(huán)型壓縮機。這種環(huán)形壓縮機具有往復(fù)式壓縮機的容易加工，又有旋轉(zhuǎn)式渦旋式壓縮機的不用曲軸連桿系統(tǒng)的優(yōu)點，并且沒有進排氣閥，滑片的全新型壓縮機，具有結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，轉(zhuǎn)換效率高，工作可靠的優(yōu)點，結(jié)構(gòu)是:由壓縮部分和電動機定子兩大部分組成。省去原有的電機轉(zhuǎn)子，軸系統(tǒng)等，而且無進排氣伐，滑片等密封部件，結(jié)構(gòu)很簡單，整臺壓縮機不超過十種零部件，所以運行可靠;從減少動力的中間傳遞環(huán)節(jié)上提高整機的轉(zhuǎn)換效率。但這種壓縮機生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)還不完善，在市場上還沒有推廣應(yīng)用。在小型制冷壓縮機中，雖然回轉(zhuǎn)式壓縮機作為大批量生產(chǎn)的某些制冷設(shè)備(如電冰箱，房間空調(diào)器)的專用壓縮機，其產(chǎn)量和應(yīng)用較多，但在壓縮冷凝機組這類通用機械中，活塞式壓縮機的應(yīng)用還是居多數(shù)。據(jù)統(tǒng)計在100W～7。5kW的小型封閉式壓縮機中，活塞式占75%。為了提高制冷系統(tǒng)的綜合運轉(zhuǎn)性能，對制冷壓縮機的容量控制能力提出了愈來愈高的要求。小型制冷壓縮機本身從結(jié)構(gòu)上難以設(shè)置合適的輸氣量調(diào)節(jié)機構(gòu)。1980年，空調(diào)用變頻器控制的產(chǎn)品25～90Hz的出現(xiàn)和應(yīng)用是制冷空調(diào)裝置技術(shù)進步中的重大創(chuàng)舉，它不僅使空調(diào)器更迎合人們的舒適感要求，而且對膨脹閥，換熱器等系統(tǒng)構(gòu)件產(chǎn)生了很大的影響。如今，變頻器控制在7。5kW以下的全封閉式制冷壓縮機和3～11kW的半封閉式活塞式制冷壓縮機上的應(yīng)用已經(jīng)商品化，預(yù)計這類變速壓縮機將會成為未來的發(fā)展潮流。根據(jù)1990年修訂的蒙特利爾協(xié)定，為使大氣臭氧層免遭破壞，減輕地球的溫室效應(yīng)，包括R11，R12在內(nèi)的含氯氟烴(CFCs)制冷劑將被完全停止生產(chǎn)使用。為此，在世界范圍內(nèi)正謀求向?qū)Νh(huán)境無害而具有相似性能的替代工質(zhì)有計劃和平穩(wěn)地過渡。迄今認為較有希望替代R12而用于活塞式蒸氣壓縮式制冷空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑有R134a(HFC，ODP=0，GWP=0。26)和三元近共沸工質(zhì)(HCFC22/HFCl52a/HCFCl24)系列等。當然，這些替代工質(zhì)并不能完全達到原來R12的性能，但它們都安全，不可燃，飽和蒸氣壓力相接近，在制冷量和能耗方面具有可比擬的性能，能與R12系統(tǒng)中的許多結(jié)構(gòu)材料相容并存。

雖然如此，在改造已有設(shè)備以取用替代工質(zhì)的過程中，猶需與設(shè)備制造工廠咨詢研究，以求達到所花的代價較小而得益。它們實際上已經(jīng)開始在汽車空調(diào)，家用電冰箱，冷凍箱，冷水機組，冷藏運輸，制冰機，除濕機等方面得到應(yīng)用。對于R502的替代，正在試驗開發(fā)中的有R125和混合工質(zhì)等。另外，有跡象表明，R22在中低溫制冷設(shè)備中有替代R12的趨勢，當然隨之還有一些技術(shù)問題有待克服，如壓縮機排溫過高，軸承負荷大和回油不足等。

二，大型壓縮機的發(fā)展動向(制冷，包括化工和氣動領(lǐng)域)

21世紀，離心壓縮機，往復(fù)壓縮機，螺桿壓縮機是大中型壓縮機的三大主流。離心壓縮機占主導(dǎo)地位推動離心壓縮機發(fā)展的動力:制冷機組的大型化。在很多大型制冷機組中，往復(fù)壓縮機已無法勝任，往復(fù)式壓縮機一般體積碩大無比，占地面積也相當可觀，因此要求用離心壓縮機取而代之。清潔氣體的要求。

離心壓縮機所壓縮的氣體不會被潤滑油污染，同時中間冷卻器的傳熱性能得到改善，且可省去油分離裝置。可靠性要求。正確設(shè)計與制造的離心壓縮機可靠性很高，一般都只需單臺運行，而往復(fù)壓縮機目前還不能做到不用備機，因為在一般的運行過程中，氣閥，活塞與填料的更換是難以完成的。可用工業(yè)汽輪機直接驅(qū)動，使能量利用更趨完善。離心壓縮機實用化的因素:三元流理論等流場計算的實用化。應(yīng)用三元流理論可正確設(shè)計離心壓縮機的葉輪流場與蝸殼流道，大幅度提高了離心壓縮機的性能，近年來，計算機的飛速發(fā)展及各種成熟軟件的編制使這種計算變得很方便。物性數(shù)據(jù)的完善。對被壓縮氣體性質(zhì)的掌握，各種實際氣體熱力學過程研究的完善加深了壓縮機設(shè)計和研究人員對氣體壓縮過程能量變換的認識，提高了計算的正確性和準確性。五軸數(shù)控銑床等精密加工設(shè)備的應(yīng)用。

完善的設(shè)計而無加工手段也枉然，自20世紀60年代發(fā)展起來的數(shù)控加工設(shè)備能夠很好地滿足空間精密加工的要求，這對離心壓縮機及其它具有復(fù)雜加工表面的機器的發(fā)展起了舉足輕重的推動作用。工藝流程的改進。在高壓范圍內(nèi)離心壓縮機的應(yīng)用還有相當困難，為適應(yīng)離心壓縮機的工作特點，各種需要高壓的工藝逐漸通過改進而在低壓下完成。離心壓縮機流量與壓力:根據(jù)氣體性質(zhì)，目前高壓離心壓縮機壓力達15～25MPa，有個別文獻報導(dǎo)在氣動領(lǐng)域中應(yīng)用已達70MPa。較小的空氣動力用離心壓縮機10m3/min。往復(fù)壓縮機仍為大中型制冷系統(tǒng)中的重要設(shè)備往復(fù)壓縮機存在必要性:往復(fù)壓縮機在經(jīng)歷了19世紀末至20世紀中葉的輝煌后，在一些領(lǐng)域中已逐漸為離心壓縮機所取代，但有三個因素使它顯得仍很有生命力。類型規(guī)格繁多。從氣量和壓力兩方面來看，往復(fù)壓縮機的型式是非常多的，具有極其寬廣的應(yīng)用范圍，一些產(chǎn)品只能中，小規(guī)模生產(chǎn)而又需要較高的壓力，它只能由往復(fù)壓縮機來完成。低密度氣體壓縮的需要。氫氣，甲烷等密度小的氣體用離心壓縮機壓縮相對較困難，而往復(fù)壓縮機則不存在這方面的限制。往復(fù)壓縮機本身的不斷完善。經(jīng)過百余年的努力，往復(fù)壓縮機的研究與制造已相當完善，如氣缸內(nèi)工作過程與氣閥的數(shù)學模擬，管路系統(tǒng)的壓力脈動與管道振動的數(shù)學模擬，零部件結(jié)構(gòu)強度的有限元分析，制造中普遍應(yīng)用加工中心保證高的零部件形位及尺寸精度等。往復(fù)壓縮機的可靠性與壽命有了很大提高，一些工藝系統(tǒng)中已可做到單機運行而不用備機;即使是問題較多的氣閥，其可靠性也大大提高，對于清潔氣體，低壓級已可達8000小時以上，中，高壓級也可達4000～6000小時。就熱效率而言，往復(fù)壓縮機在眾多機種中處于非常重要的地位。新材料的應(yīng)用。材料科學的發(fā)展也為往復(fù)壓縮機提供了方便，現(xiàn)在氣缸無油潤滑在15MPa以下已較容易實現(xiàn)，用PEEK(聚醚醚酮)材料制造的氣閥流量系數(shù)和流通面積有很大提高，由此降低了壓縮機的功率消耗，同時，非金屬閥片的撞擊噪聲也低于金屬閥片。

因此，現(xiàn)代往復(fù)壓縮機已不再是令人煩惱的機械產(chǎn)品。螺桿壓縮機螺桿壓縮機取得進展的基礎(chǔ):工作腔內(nèi)噴油技術(shù)的應(yīng)用。采用工作腔內(nèi)噴油技術(shù)，可對壓縮過程進行內(nèi)冷卻，單級壓力比可達8～10，而且排氣溫度較低(不超過150℃);并且陽，陰螺桿可以進行自嚙合驅(qū)使，結(jié)構(gòu)大為簡化;同時，噴入工作腔的潤滑油所起的密封作用使對螺桿的加工精度要求也相應(yīng)降低。對螺桿型線的深入研究。針對嚴重影響螺桿壓縮機性能的密封線泄漏問題現(xiàn)在已制造出一些先進的型線，使螺桿壓縮機縱向接觸線長度，泄漏三角形與壓縮終了封閉容積處于非常好情況，由此使壓縮過程的泄漏大大降低。精密螺桿專用銑床與磨床的研制成功。這些生產(chǎn)設(shè)備的出現(xiàn)使螺桿型線的加工不僅精度大為提高，而且生產(chǎn)效率也大大提高。噪聲的降低。氣罩式降噪的實現(xiàn)使原本噪聲比往復(fù)壓縮機大的螺桿壓縮機反倒變成了低噪聲壓縮機，因此，在3～100m3/min的動力用空氣壓縮機，驅(qū)動功率在7～50kW的空調(diào)與制冷壓縮機，相應(yīng)范圍的其它氣體壓縮機中，螺桿式占據(jù)了主導(dǎo)地位。但螺桿壓縮機的壓力一般低于4MPa或壓力比在10以下，也即它的工作范圍不會有離心式與往復(fù)式那么廣泛。20世紀50年代以后，螺桿壓縮機得到了飛速發(fā)展，以至現(xiàn)在和可以預(yù)見的將來它將在很大范圍內(nèi)取代往復(fù)壓縮機。http://www.bjzazl.cn