【气体压缩机械】
拼译：compressed gas machinary
是压缩气体和气态流体的装置，即压缩具有高压缩性流体的机械。公元前1500年埃及人用铜和锡制作青铅时即采用过脚踏式的风箱。1776年第一台机械驱动压缩机的原形诞生，它能达0．1MPa的压力。1888年在巴黎建立的风动系统是由7台蒸气机驱动14台空压机的站房。随着开采石料、风力输送、酒类灌装、气动升降货物等方面的需要，出现了各种类型的空压机。气体液化和固化的研究说明气体温度在临界点以下液化都要在较高压力下才能实现，从而使压缩气体的机械向更高压力发展。 1895年德国Linde公司创建一家连续液化空气的工厂，操作压力为20MPa，从而研制出20MPa的压缩机。1913年最早的小型合成氨厂的操作压力是15～20MPa，后由于合成氨的不断发展，需要的合成压力更高。至1921年合成氨生产的操作压力提高到100MPa。1923年德国用一氧化碳与氢接触大规模的合成甲醇也需要在高压力下进行。这些高压压缩机均为活塞式，特别是对气阀性能结构、填料密封可靠性等进行大量的研究，使这些零部件的寿命能达半年以上。为降低往复惯性力对机体的影响，50年代中期发展了对称平衡型压缩机，使压缩机的转速从百多转提高到几百转，使压缩机的占地面积减小，单机的容量增加。英国帝国化学工业研究实验室发明的低密度高压聚乙烯，由于其优良的绝缘性能和抗老化性促使其向工业化流程方向发展，而聚乙烯生产最低的工作压力是150MPa左右，到60年代末聚合压力通常在200～350MPa，为了维持稳定生产，在压缩机结构和气缸、气阀、密封、填料方面进行了研究，应用自增强技术解决了受高循环高应力幅气缸的设计问题。同时研究用碳化钨这种高硬度材料制作缸套或柱塞的技术，使压缩机能在超高压下可靠的运转。在金属粉末的等静压挤压成型时，需要1400MPa的高压，于是就研制出倍加器。由于矿井、坑道、地铁、冶炼、化学工业、航空、航天等需要大气量，的压缩机，但是轴流式压缩机压力只能在2·GMPa以下。70年代中期研制出压力达150MPa的筒形离心式压缩机。运用电子计算机对压缩机进行优化设计，确定合理的尺寸，以及零部件可靠性的研究把经验深化为指导设计和运转的原则，使压缩机技术进一步深化。气体的压缩有两种方式，容积型的压缩机是基于将吸入气体的容积通过外部机械功将其由大变小，从而压办由低变高。属于此类的有活塞式压缩机、螺杆式压缩机、滑片式压缩机、隔膜式压缩机等。速度型的压缩机通过高速旋转的转子提高气体的动能，然后在蜗壳内使气体的速度减低，气体的动能转变为压力能，使气体的压力提高。速度型的气流速度高，所以气体的流动损失大，所耗的比功率较多，效率比容积型的低，但体积小。容积型压缩机的气流速度低，多有易损件，因而连续使用的可靠性低。各类压缩机械能达到的气量和压力见下表：
应用广泛的活塞式压缩机，在70年代已达很高的效率，为了提高转速目前仍在致力于改进气阀设计，探讨新型气阀，同时采用新型材料以提高易损零部件的寿命和整机的可靠性。对11032W以下的小型压缩机特别是空调、冰箱用的压缩机，正致力于新兴起的涡旋式压缩机的开发，由于该机种气流脉动小，转矩稳定，无气阀易损件少，效率高，但如何达到经济性的批量生产是当前研究的重点。螺杆式压缩机的比功耗虽已大幅度的降低，在型线的研究中减小啮合过程中的漏气三角形是研究的热点，由于喷油螺杆中喷油参数对压缩机性能的影响将关系着效率的提高，其目标应使螺杆压缩机的比功率逐步逼近活塞式压缩机的效率。螺杆式压缩机结构紧凑体积小，但压力只能达2MPa，更高压力时将其与活塞式串联可以拓宽应用，为此研究气流连续的螺杆式压缩机如何与间歇吸排气的往复式压缩机之间气流脉的缓冲问题是匹配的核心。容积式压缩机用于食品、医药、仪表、喷涂等工业供给压缩空气时，质量要求很高，为此必须有与其配套的后处理装置。离心式压缩机在筒形结构的基础上压力可大大提高，但是在小流量范围应用受到很大限制，近年对流量小于100m3／min的离心式压缩机的研究是热点。一种由中心大齿轮传动，周向布置3～4个小齿轮，轴心互相平行，轴上分别带动各级叶轮的结构紧凑的离心式压缩机已应用于工业生产，挤入一般动力用压缩机行列，目前比功耗还大些，但使用可靠性大为提高。离心式缩机当今一面向高压力大流量方面开拓，另一面是向低压(0．7MPa)小流量方向延伸。此外用于压缩轻质气体时，需要大大提高转速，从而带来叶轮强度的一系列问题尚待解决。轴流式压缩机的叶片形状和安置结构一直是研究的重点，因为它与提高效率致关重要，当然，轴流式压缩机可以借助于一般航空发动机中的机翼理论及翼形叶栅理论的研究成果，但其扩散器、进、排气管的设计等仍与效率密切相关。轴流式压缩机作为离心式压缩机的第一级串联使用，可将气体体积缩小后再经离心式压缩机，不仅可提高气体的处理量，同时也能获得高压，这种串联机型正在开发用于工业流程中。压缩机械高速气流和高速运动的机件所产生的噪音问题还有待更好的解决。速度型压缩机中存在着一种产生稳定的周期性气流分离现象的状态即喘振，因而防止喘振是研究的热点。除了机械式的压缩方式外，在某些特殊的场合要求高达1000MPa以上的压力，因而一些特殊的压缩方式也在研究中。瞻望压缩机的发展，活塞式压缩机在气阀的流动损失、主要零部件的疲劳设计、气缸的热传导的研究上会有新的突破。其他类型压缩机的主攻方向仍是提高效率。回转式压缩机由于体积小、重量轻会有更大的发展。此外，通过建立贮存量大的数据库，判断压缩机的使用状态、评定性能、诊断缺陷的技术也将会有很大的进展。【参考文献】：l Manning W R D，Labrow S．High pressure Engineering，Leonard Hill-London，19712 张超武．机械工程师手册(流体机械篇)．北京：北京机械工业出版社，1990(中国通用机械工程公司张超武教授级高级工程师撰) |