答:容积式压缩机近年来的研究与开发状况包括往复压缩机的气缸、十字头、机身等新结构、新材料与新工艺,回转式压缩机单、双螺杆及其他新结构形式等。
学术研究是发展的基础。为了适应用户的需要和激烈的市场竞争,压缩机的研究与开发一直在广泛而深人地进行着。这些研究的状况与成果,通过许多刊物、国际性会议、专利与新产品得到了充分体现。其中,最主要的国际性学术会议如下:
①由美国普度大学举办的“国际压缩机工程会议”(The International Compres-
sor Engineering Conferenceat purdue)。
②由西安交通大学举办的“国际压缩机技术会议”(The International Compres-
sor Technique Conference)o
③由英国流体机械工程学会与伦敦城市大学举办的“国际压缩机及其系统会i议”(The International Compressor and Its System Conference)。
④主要由德国德来斯登技术大学与奥地利贺尔碧格公司负责的“欧洲往复压缩机论坛”(The European Forum for Reciprocating Compressor)。
此外,还有俄罗斯流体工程学会与彼得堡技术大学举办的国际压缩机会议,以及国际制冷大会中B2学组的有关论文等。
总的来讲,压缩机的研究是围绕下列方向进行的:
①根据生产发展需要开发新产品。
②不断提高已有机器的经济性与可靠性。
③应用新工艺与新材料。
④降低制造成本。
⑤降低噪声。
以下是进入21世纪以来的一些新情况。
1.往复压缩机新进展
(1)中、大型往复压缩机英格索兰德公司推出了VP型压缩机,可以说是自20世纪50年代起大型往复压缩机从一般卧式变成对动式后,压缩机在结构上的又一创新。其主要创新点是气缸与十字头结构。图1-1所示为VP型气缸结构示意图。其中,双作用气缸里用两个外径与气缸内径相同的进气阀,同轴地配置于气缸
两端;两个排气阀配置于活塞上(实际上活塞就是由两个排气阀组成),排气接管设于气缸中部。这种结构的优点是双设于气缸中部。这种结构的优点是双作用两端均为直流形式,气缸余隙容积较小,只有4个大直径气阀:缺点是大直径气阀制造较困难,拆卸轴侧进气阀及排气阀较因难。
VP单壁十字头结构如图1-2所示,其特点是活塞杆直接连接于十字
头销上,使十字头体只承受侧向力,需要用叉形连杆小头。这种结构中的活塞力、连杆力以及支反力不作用于一点,因此附加了一个力矩。
德国博尔齐格公司的BX系列压缩机机身负荷增至1200kN,实际使用的运动件最大作用力为800~1000kN。这是目前世界上最大的往复压缩机,用于炼化企业中压缩氢气等。
(2)天然气汽车加气站压缩机功率为75~200kW的中、小型往复式天然气汽车加气站压缩机,在国内外都得到了迅速发展。按照天然气管道内气体的压力高低,一般分为4级或3级。压缩机有很多种结构形式,唯有意大利新庇隆公司的立式两列结构,曲柄错角为180°,为平衡二阶往复惯性力。该压缩机由飞轮通过两根传动带分别驱动两小传动带轮,并通过轴带动置于机身内两侧下部的两组平衡重。此种结构是该公司的创新,但缺点也是明显的。对于无气体管道处设置的加气站,需要一种“子站”压缩机,其进气来自大型储气罐,进气压力是不断变化的,这给压缩机设计带来了困难。目前,国外压缩机都采用节流的办法,使气体压力降到5一7MPa,浪费了许多能量。因此,需要创新一种能适应压力变化的气阀。对于此种子站压缩机,意大利赛福公司采用立式液压传动结构。
(3)微型电磁压缩机又有新的发展这种压缩机发明于20世纪30年代,由于一般永磁铁所形成的直线电动机效率低下,仅为45%~60%,因此使压缩机能耗较大而未能得到发展。近一个时期来,由于应用NdFεB永磁材料,电动机效率能达到95%,因此,人们又在冰箱中开始应用电磁压缩机。
(4)新材料的应用聚醚醚酮(PEEK)的优点是质量轻,作为气阀阀片时可用较大的升程,并且噪声较小。在无油润滑的压缩机中,应用此材料制阀片有明显的优点,但价格较钢材的贵。聚苯胺脂(PBH)具有自润滑性能,但与PTFE的热塑性不同,它具有热固性,导热性接近铸铁,强度也较PT℉E高,可以任意比例与PT℉E混合,也可充填Cu、碳纤维等。因此,它不仅可以解决长期困扰气缸无油润滑时活塞环的冷流问题,而且密封的压力可突破过去限制的15MPa。但是,PBH价格高于PTFE。
(5)合成润滑油合成润滑油较矿物油的闪点高。对于那些排气温度超过180℃的机器,应用合成润滑油会更安全。
(6)新工艺应用激光照射提高气缸内壁的耐磨性,已开始受到人们的关注。
但是目前的试验仅限有油润滑气缸,无油润滑是否有效尚待研究。
另外,需要说明的是大型数控加工中心的应用,它不仅使机加工的精度大大提高,而且也使机身结构设计带来了变化。图1-3所示是一个4列对动整体机身,十字头滑道与机身制成一体的结构。在一定的尺寸范围内,除底平面外,其他主要加工面可在一次夹装中完成,从而大大减少装配工作量。
(7)气缸内喷水冷却工作腔内喷水实行压缩过程内冷却的原理是人们熟知的,问题是如何解决锈蚀与气阀工作问题。最近发明了一种准等温压缩机,用喷嘴向气缸内喷入大量水,可达到很高压力比,排气温度低于100℃,而且水可以循环使用。