答:容積式壓縮機近年來的研究與開發狀況包括往復壓縮機的氣缸、十字頭、機身等新結構、新材料與新工藝,回轉式壓縮機單、雙螺桿及其他新結構形式等。
學術研究是發展的基礎。為了適應用戶的需要和激烈的市場競爭,壓縮機的研究與開發一直在廣泛而深人地進行著。這些研究的狀況與成果,通過許多刊物、國際性會議、專利與新產品得到了充分體現。其中,最主要的國際性學術會議如下:
①由美國普度大學舉辦的“國際壓縮機工程會議”(The International Compres-
sor Engineering Conferenceat purdue)。
②由西安交通大學舉辦的“國際壓縮機技術會議”(The International Compres-
sor Technique Conference)o
③由英國流體機械工程學會與倫敦城市大學舉辦的“國際壓縮機及其系統會i議”(The International Compressor and Its System Conference)。
④主要由德國德來斯登技術大學與奧地利賀爾碧格公司負責的“歐洲往復壓縮機論壇”(The European Forum for Reciprocating Compressor)。
此外,還有俄羅斯流體工程學會與彼得堡技術大學舉辦的國際壓縮機會議,以及國際制冷大會中B2學組的有關論文等。
總的來講,壓縮機的研究是圍繞下列方向進行的:
①根據生產發展需要開發新產品。
②不斷提高已有機器的經濟性與可靠性。
③應用新工藝與新材料。
④降低制造成本。
⑤降低噪聲。
以下是進入21世紀以來的一些新情況。
1.往復壓縮機新進展
(1)中、大型往復壓縮機英格索蘭德公司推出了VP型壓縮機,可以說是自20世紀50年代起大型往復壓縮機從一般臥式變成對動式后,壓縮機在結構上的又一創新。其主要創新點是氣缸與十字頭結構。圖1-1所示為VP型氣缸結構示意圖。其中,雙作用氣缸里用兩個外徑與氣缸內徑相同的進氣閥,同軸地配置于氣缸
兩端;兩個排氣閥配置于活塞上(實際上活塞就是由兩個排氣閥組成),排氣接管設于氣缸中部。這種結構的優點是雙設于氣缸中部。這種結構的優點是雙作用兩端均為直流形式,氣缸余隙容積較小,只有4個大直徑氣閥:缺點是大直徑氣閥制造較困難,拆卸軸側進氣閥及排氣閥較因難。
VP單壁十字頭結構如圖1-2所示,其特點是活塞桿直接連接于十字
頭銷上,使十字頭體只承受側向力,需要用叉形連桿小頭。這種結構中的活塞力、連桿力以及支反力不作用于一點,因此附加了一個力矩。
德國博爾齊格公司的BX系列壓縮機機身負荷增至1200kN,實際使用的運動件最大作用力為800~1000kN。這是目前世界上最大的往復壓縮機,用于煉化企業中壓縮氫氣等。
(2)天然氣汽車加氣站壓縮機功率為75~200kW的中、小型往復式天然氣汽車加氣站壓縮機,在國內外都得到了迅速發展。按照天然氣管道內氣體的壓力高低,一般分為4級或3級。壓縮機有很多種結構形式,唯有意大利新庇隆公司的立式兩列結構,曲柄錯角為180°,為平衡二階往復慣性力。該壓縮機由飛輪通過兩根傳動帶分別驅動兩小傳動帶輪,并通過軸帶動置于機身內兩側下部的兩組平衡重。此種結構是該公司的創新,但缺點也是明顯的。對于無氣體管道處設置的加氣站,需要一種“子站”壓縮機,其進氣來自大型儲氣罐,進氣壓力是不斷變化的,這給壓縮機設計帶來了困難。目前,國外壓縮機都采用節流的辦法,使氣體壓力降到5一7MPa,浪費了許多能量。因此,需要創新一種能適應壓力變化的氣閥。對于此種子站壓縮機,意大利賽福公司采用立式液壓傳動結構。
(3)微型電磁壓縮機又有新的發展這種壓縮機發明于20世紀30年代,由于一般永磁鐵所形成的直線電動機效率低下,僅為45%~60%,因此使壓縮機能耗較大而未能得到發展。近一個時期來,由于應用NdFεB永磁材料,電動機效率能達到95%,因此,人們又在冰箱中開始應用電磁壓縮機。
(4)新材料的應用聚醚醚酮(PEEK)的優點是質量輕,作為氣閥閥片時可用較大的升程,并且噪聲較小。在無油潤滑的壓縮機中,應用此材料制閥片有明顯的優點,但價格較鋼材的貴。聚苯胺脂(PBH)具有自潤滑性能,但與PTFE的熱塑性不同,它具有熱固性,導熱性接近鑄鐵,強度也較PT℉E高,可以任意比例與PT℉E混合,也可充填Cu、碳纖維等。因此,它不僅可以解決長期困擾氣缸無油潤滑時活塞環的冷流問題,而且密封的壓力可突破過去限制的15MPa。但是,PBH價格高于PTFE。
(5)合成潤滑油合成潤滑油較礦物油的閃點高。對于那些排氣溫度超過180℃的機器,應用合成潤滑油會更安全。
(6)新工藝應用激光照射提高氣缸內壁的耐磨性,已開始受到人們的關注。
但是目前的試驗僅限有油潤滑氣缸,無油潤滑是否有效尚待研究。
另外,需要說明的是大型數控加工中心的應用,它不僅使機加工的精度大大提高,而且也使機身結構設計帶來了變化。圖1-3所示是一個4列對動整體機身,十字頭滑道與機身制成一體的結構。在一定的尺寸范圍內,除底平面外,其他主要加工面可在一次夾裝中完成,從而大大減少裝配工作量。
(7)氣缸內噴水冷卻工作腔內噴水實行壓縮過程內冷卻的原理是人們熟知的,問題是如何解決銹蝕與氣閥工作問題。最近發明了一種準等溫壓縮機,用噴嘴向氣缸內噴入大量水,可達到很高壓力比,排氣溫度低于100℃,而且水可以循環使用。